Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zur Menge des intestinalen Muskus und seines Mannosegehaltes sowie zur in vitro-Adhäsion von Salmonella Typhimurium an der Mukosa von Ileum und Zäkum junger Schweine unter dem Einfluss der Futterstruktur

Callies, Anna Ulrike

The aim of this study was to investigate the influence of feed physical form on the amount of the secreted intestinal mucus (approximately determined by the thickness of the mucus layer and by crypt width) and its mannose content in young pigs histochemically. Furthermore, the in vitro adhesion of Salmonella Typhimurium DT104 L at the ileal and caecal mucus/mucosa was investigated culturally. Twenty four weaned piglets in four consecutive trials were divided into two groups. The animals were housed without bedding and fed either a coarsely ground meal or a finely ground and pelleted diet, whereas both feeds had the same composition. However, particle size distribution after wet sieve analysis and the dMEAN of the two diets differed noticeably. After the pigs were fed with the respective diet for six weeks, tissue samples (duodenum, jejunum, ileum, caecum, colon) were taken in vivo (under anaesthesia) for the histological and microbiological examination. The day before, the animals had received a laxative (polyethylene glycol 3350) to clean the intestine from digesta without destroying the epithelial mucus layer. In the in vitro adhesion model, salmonellae adhering to the ileal and caecal mucus/mucosa were quantified after one hour of incubation. In the histological samples, which were fixed in Carnoy’s solution to preserve the epithelial mucus layer, the thickness of the mucus layer and the width of the crypts were determined as indirect measures for the amount of secreted mucus. Furthermore, the mannose content of the mucus and the brush border was investigated lectinhistochemically by using the biotinylated Galanthus nivalis agglutinin, since mannose can act as a receptor for S. Typhimurium. Neither in the ileum nor in the caecum the in vitro adhesion of S. Typhimurium at the mucus/mucosa differed between the groups. The estimation of the mannose content in the intestinal mucus was performed using a score and did not show significant differences between the feeding groups in any of the localisations. Only the brush border in the crypts of duodenum and colon had a differing mannose content depending on feed physical form. The thickness of the mucus layer varied in the dimension of 100 to 500 µm whereas no statistical differences between the groups appeared in the ileum and caecum. The crypts in the duodenum, jejunum and caecum were significantly wider after feeding the coarse meal compared to the fine and pelleted diet (meal: 13.4 ± 3.85 µm, 12.6 ± 4.60 µm and 21.9 ± 6.94 µm; pellet: 12.2 ± 3.45 µm, 11.4 ± 3.53 µm and 20.7 ± 7.34 µm, respectively). The wider crypts in the duodenum, jejunum and caecum after feeding the coarse meal diet indicate a higher amount of secreted mucus which might be caused by indirect effects of the physical form (abrasion, fermentation → volatile fatty acids). It has to be noted that a higher production/secretion of mucus is linked to nutrient costs (amino acids, carbohydrates) for the animal. This might partially explain the higher feed-to-gain ratio observed after feeding the coarse meal in comparison to the fine and pelleted diet. But, the higher amount of secreted mucus apparently does not have a protective effect on Salmonella adhesion in the in vitro model. Furthermore, feed structure did not have an impact on the mannose content in the mucus. These studies were based on the assumption that feed physical form might influence the composition of the mucus regarding the mannose content as receptor for salmonellae as well as the adhesion of salmonellae to the mucus/epithelium. This hypothesis cannot be supported by the results of these studies.

Das Ziel der hier vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss der Futterstruktur auf die Menge (näherungsweise bestimmt durch Mukusschichtdicke und Kryptenbreite) und den Mannosegehalt des intestinalen Mukus sowie die in vitro-Adhäsion von Salmonella Typhimurium DT104 L am Mukus/der Mukosa von Ileum und Zäkum junger Schweine histochemisch und kulturell zu untersuchen. Hierzu wurden 24 Absetzferkel in vier Versuchsdurchgängen auf zwei Gruppen aufgeteilt. Die Tiere wurden einstreulos gehalten und erhielten entweder ein grob vermahlenes, schrotförmiges oder ein fein vermahlenes, pelletiertes Alleinfutter, wobei die beiden Varianten die gleiche botanische und chemische Zusammensetzung aufwiesen. Hinsichtlich der Partikelgrößenverteilung nach nasser Siebanalyse und dem dMEAN unterschieden sich die beiden Versuchsfutter jedoch deutlich. Nach sechswöchiger Versuchsdauer erfolgte die Entnahme von Gewebeproben (Duodenum, Jejunum, Ileum, Zäkum, Kolon) für die histologischen und mikrobiologischen Untersuchungen in vivo (unter Allgemeinanästhesie). Am Vortag der Probenentnahme erhielten die Schweine ein Abführmittel (Macrogol 3350), um den Darm von Chymus zu reinigen, ohne dabei die epitheliale Mukusschicht zu beschädigen. Im in vitro-Adhäsionsversuch wurden die am Mukus/Epithel von Ileum und Zäkum nach einstündiger Inkubation anhaftenden Salmonellen quantifiziert. In den histologischen Proben, welche zum Erhalt der epithelialen Mukusschicht in Carnoyscher Flüssigkeit fixiert wurden, wurde als Maß für die sezernierte Mukusmenge die Mukusschichtdicke sowie die Kryptenbreite bestimmt. Ferner wurden sie lektinhistochemisch mittels biotinyliertem GNA (Galanthus nivalis Agglutinin) auf den Mannosegehalt im Mukus und Bürstensaum untersucht, da Mannose als Rezeptor für S. Typhimurium fungieren kann. Zwischen den beiden Versuchsgruppen unterschied sich die in vitro-Adhäsion von S. Typhimurium am Mukus/der Mukosa weder im Ileum noch im Zäkum. Die Einschätzung des Mannosegehaltes im intestinalen Mukus anhand eines Scores ergab an keiner der untersuchten Lokalisationen einen signifikanten Unterschied zwischen den Fütterungsgruppen. Lediglich in den Krypten von Duodenum und Kolon wies der Bürstensaum Abweichungen in der Mannoseausstattung in Abhängigkeit von der Futterstruktur auf. Die Mukusschichtdicken variierten in einer Größenordnung zwischen 100 und 500 µm, wobei keine statistisch gesicherten Unterschiede im Ileum und Zäkum zwischen den Gruppen auftraten. Die Krypten in Duodenum, Jejunum und Zäkum waren nach Aufnahme des groben Schrotes allerdings signifikant breiter als nach Aufnahme der Pellets aus fein vermahlenen Komponenten (Schrot: 13,4 ± 3,85 µm; 12,6 ± 4,60 µm bzw. 21,9 ± 6,94 µm; Pellet: 12,2 ± 3,45 µm; 11,4 ± 3,53 µm bzw. 20,7 ± 7,34 µm). Die breiteren Krypten im Duodenum, Jejunum und Zäkum nach Einsatz des groben Schrotes sprechen für eine größere Mukusmenge, welche vermutlich durch indirekte Effekte der Struktur (Abrasion, Fermentation → flüchtige Fettsäuren) hervorgerufen wird. Hierbei ist zu bedenken, dass eine vermehrte Produktion/Sekretion von Mukus mit Kosten (Aminosäuren, Kohlenhydrate) für das Tier verbunden ist, was mit zur Erklärung für den höheren Futteraufwand nach Einsatz des groben Schrotes im Vergleich zum feinen, pelletierten Futter beitragen könnte. Die möglicherweise größere Mukusmenge scheint jedoch keinen protektiven Effekt auf die in vitro bestimmte Salmonellenadhäsion im Ileum und Zäkum zu haben. Auch konnte kein Einfluss der Futterstruktur auf den Mannosegehalt des Mukus festgestellt werden. Die Untersuchungen basierten auf der Annahme, dass die Futterstruktur die Zusammensetzung des Mukus hinsichtlich des Gehaltes an Mannose als Rezeptor für Salmonellen sowie die Adhäsion von Salmonellen am Mukus/Epithel beeinflusst. Diese Hypothese kann durch die Ergebnisse dieser Arbeit nicht gestützt werden.

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Callies, Anna Ulrike: Untersuchungen zur Menge des intestinalen Muskus und seines Mannosegehaltes sowie zur in vitro-Adhäsion von Salmonella Typhimurium an der Mukosa von Ileum und Zäkum junger Schweine unter dem Einfluss der Futterstruktur. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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