Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Experimental studies on effects of diet composition and litter quality on development and severity of foot pad dermatitis in growing turkeys

Youssef, Ibrahim Mohamed Ibrahim

Foot pad dermatitis (FPD) is very common in turkey flocks and it is an animal welfare issue. This study was conducted to find out the most relevant causes and preventive measures of FPD.  Effects of water alone and/or protein metabolites (uric acid, NH3) in the litter and of excessive dietary macrominerals on FPD were investigated as well as influences of high dietary soybean meal (SBM) in comparison to high potassium (K) and oligosaccharides (OS) contents. Also, the impact of litter type and quality (especially moisture content) was assessed. Effects of specific dietary supplements [biotin, Zn, mannan oligosaccharides (MOS)] as FPD- preventive measures were also tested. Each investigated factor was evaluated, in growing turkeys between 2nd  and 6th week of life, under the influences of dry and wet litter (~ 73% moisture; achieved by adding water) concurrently. Material and methods: Five consecutive experiments were conducted on 2 week-old female turkeys (BUT-Big 6) for a period of 3 or 4 weeks. In each experiment, the birds were divided into 4 groups with 20 - 29 animals each. Experiment 1: All birds were housed in floor pens on dry clean wood shavings litter which was replaced daily with fresh dry one to maintain the litter clean and dry. The control birds were kept continuously on this litter throughout the experiment (3 weeks), whereas the other animals were additionally exposed (for 8 h/d) to experimentally treated wet wood shavings in adjacent separate boxes. This wet litter contained water alone or enriched with NH4Cl or uric acid. Ammonium chloride and uric acid were added via water to the litter to achieve the concentrations of ammonia and uric acid in the litter as found in fresh excreta of turkeys (about 0.50g ammonia and 20g uric acid/kg). The wet litter was kept clean by removal of the excreta twice daily and change of the litter twice a week. Experiment 2: Birds were allotted to 4 groups; two groups were fed a control diet containing low levels of specific macrominerals (6.65 Ca, 4.43 P, 1.40 Mg, 1.12 Na, 3.16 Cl g/kg diet), whereas the other two groups were fed an experimental diet containing high levels of these elements (17.1 Ca, 7.73 P, 2.79 Mg, 2.32 Na, 4.58 Cl g/kg diet). The birds were housed in floor pens on dry wood shavings, but half of the turkeys in either control or experimental dietary treatment were additionally exposed to wet litter for 8 h daily throughout the experiment (3 weeks). Experiment 3: Birds were fed a control, high SBM, high potassium (K) or high oligosaccharides (OS) diet for 3 weeks. The high SBM diet contained high amounts of SBM (about 44%). The K or OS diet was designed to have the same contents of potassium and oligosaccharides as the SBM diet, respectively. Potassium bicarbonate was added to the K diet to achieve a potassium level nearly identical to the SBM diet (about 12g K/kg). A commercial soybean oligosaccharide product was used to increase the stachyose and raffinose content of the OS diet to be the same as in the high SBM diet (15g stachyose + raffinose /kg). During the experiment, the birds were reared on dry wood shavings, but half of the animals in each group were additionally exposed to wet litter for 8 h daily in adjacent separate boxes. Experiment 4: Birds were housed on different litter materials: wood shaving, lignocellulose (SoftCell®), chopped straw (Strohfix®) or dried maize silage. Half of the birds in each litter treatment were additionally exposed to corresponding wet litter for 8 h/d throughout the experiment (4 weeks). Experiment 5: Birds were housed on dry wood shavings. The control group was fed a diet containing the required amounts of biotin (300 μg/kg) and Zn (50 mg/kg). In group 2, a diet with high biotin (about 2000 μg/kg) was fed, while in group 3 a high Zn diet (150 mg/kg) was offered. The animals in group 4 were fed a diet containing mannan oligosaccharides (Bio-Mos®) at the rate of 1% of the diet. Half of the turkeys per group were additionally exposed to wet litter for 8 h/d during the experiment (4 weeks). In all trials, the wet litter was maintained at about 73% moisture (≙ 27% DM) content by adding water as required (every 2 or 3 days). The foot pads of all birds in each experiment were examined at the start and end of the experiment as well as at weekly intervals, and assessed macroscopically and histopathologically according to scores (0 to 7) of Mayne et al. (2007c). The qualities of litter (DM, pH, NH3, ammonia and uric acid content) and of excreta (DM, pH and macromineral content) were evaluated based on the experimental treatments. Levels of macrominerals, biotin and Zn were measured in blood of turkeys. Performance of animals (weight gain, feed and water intake, feed conversion rate) was also recorded. Results: In all trials, no mortality was found between the birds. Furthermore, the animals showed a good performance, normal feed and water intake, and did not suffer from any infectious diseases during the treatments. In all experiments, the severity of FPD on wet litter was markedly higher (> 2 times) than on dry one. Exposure of birds to the wet litter (~ 73% moisture) for only 8 h was sufficient to cause FPD. Pure water alone in the clean litter (free from excreta) was asscociated with increased development and severity of FPD. Presence of ammonia or uric acid in the wet litter did not significantly aggravate the effect of water (score 3.45 vs. 3.18). This indicates that the high litter moisture solely can cause FPD, but presence of the excreta increased in general the foot pad scores. The surplus of macrominerals (Ca, P, Mg, Na, Cl) in the diet had no effect on the severity of foot pad scores on dry litter (score 1.55 vs. 1.50 for control), but slightly increased the severity on wet litter (score 5.45 vs. 4.45). High dietary levels of SBM, potassium or oligosaccharides did not increase the severity of FPD on dry litter, but slightly increased the severity on wet litter. The impacts of these dietary factors were due to increased water intake. Furthermore, the effect of high SBM level on FPD was related to its higher content of both K (producing wet excreta) and OS (resulting in viscous/sticky excreta).   Of all tested bedding materials, lignocellulose reduced the FPD severity, independent of litter moisture content, whilst dry straw treatment was associated with higher FPD scores. Moreover, the FPD severity paralleled high litter moisture, which began to increase when the litter contained more than about 30% moisture. Supplementation of the diet with biotin (2000 μg/kg) or zinc (150 mg/kg) reduced the severity of FPD on dry litter (score 1.0 vs. 2.0 for control), but without preventive effects on wet litter (5.54 vs. 5.79). Also, MOS tend to reduce the foot pad scores on dry litter only (1.50 vs. 2.0). Conclusions The results indicate that a focus on the high dietary protein as a cause of FPD may be misplaced except in so far as it increases litter moisture. However, high amounts of macrominerals in the diet had just slight effects on foot pads when the animals were exposed to wet litter. Also, high dietary levels of SBM, K and OS slightly increased the FPD severity, but only on wet litter. Presumably, water softens the epidermis which results in the skin being more prone to contact dermatitis. Furthermore, lignocellulose as an alternative litter material could reduce the incidence of FPD, but chopped straw may increase it. High dietary levels of biotin or Zn might be able to lower the severity of FPD, but only on dry litter and not on wet litter. Moreover, the severity of FPD was always much higher on wet than on dry litter, indicating that the high litter moisture is the dominant factor resulting in the development of FPD. Exposure of animals to wet litter for 8 h/d was sufficient to cause FPD. Additionally, all dietary factors which increase water intake and excreta or litter moisture may contribute to FPD. Therefore, control of litter moisture (through optimum diet composition and keeping the litter dry) is likely to be highly effective in diminishing the prevalence and severity of FPD in commercial turkey flocks. The present results suggest that the litter moisture should be maintained lower than 30 – 35 % to reduce the development and severity of foot pad lesions.

Die Fussballenentzündung (foot pad dermatitis, FPD) ist in der Putenhaltung weit verbreitet. Insbesondere aus Tierschutzgründen sind Lösungen erforderlich, die zu einer Entschärfung des Problems führen. Vor diesem Hintergrund wurden mit jungen Mastputen die Auswirkungen von Endprodukten des Proteinstoffwechsels (Harnsäure und Ammoniak in der Einstreu), die Effekte bedarfsüberschreitender Mengenelementgehalte und die Bedeutung von Sojaextraktionsschrot (mit seinen Inhaltstoffen wie Kalium und bestimmten Oligosacchariden) für die Entwicklung der FPD näher untersucht. Auch mögliche Einflüsse des Einstreumaterials und der Einstreuqualität wurden näher geprüft. Schließlich interessierten mögliche Auswirkungen verschiedener Futterzusätze [Biotin, Zink, Mannan-Oligosaccharide (MOS)] zur Prävention dieses Bestandsproblems. Jeder der oben genannten Faktoren wurde hierbei mit 2-Wochen alten weiblichen Puten (BUT-Big 6), jeweils über einen Zeitraum von bis zu 3 bzw. 4 Wochen, grundsätzlich auf trockener und auf nasser Einstreu untersucht. Material und Methoden: Die experimentellen Arbeiten erstreckten sich über fünf Versuche in den Jahren 2008 – 2010, je Versuch wurden die Küken in 4 Gruppen aufgeteilt, mit jeweils 20 bis max. 29 Tieren. Versuch 1: Die Puten der Kontrollgruppe wurden während der dreiwöchigen Untersuchung in Bodenhaltung auf trockenen, sauberen Hobelspänen gehalten, d. h. die Einstreu wurde täglich erneuert. Die Tiere der Versuchsgruppen wurden hingegen bei ansonsten gleichem Versuchsaufbau täglich für acht Stunden einer nassen Einstreu (~ 73% Feuchte) ausgesetzt, der entweder nur Wasser bzw. zusätzlich Harnsäure oder Ammoniumchlorid zugesetzt war (Konzentrationen wie in frischen Exkrementen: 0,50g Ammoniak bzw. 20g Harnsäure/kg). Die Exkremente wurden zweimal täglich aus der nassen Einstreu entfernt, zweimal wöchentlich erfolgte ein kompletter Einstreuwechsel. Versuch 2: Die Puten der Kontrollgruppe erhielten ein Futter, das nur dem Bedarf entsprechend Mengenelemente enthielt (6,65 Ca; 4,43 P; 1,40 Mg; 1,12 Na; 3,16 Cl [g/ kg Futter]); die Tiere der Versuchsgruppen bekamen hingegen ein Futter mit etwa der doppelten Konzentration dieser Elemente (17,1 Ca; 7,73 P; 2,79 Mg; 2,32 Na; 4,58 Cl [g/kg Futter]). Alle Küken wurden in Bodenhaltung auf trockenen Hobelspänen gehalten; jeweils die Hälfte der Individuen war während des dreiwöchigen Versuchs außerdem täglich acht Stunden einer nassen Einstreu (~ 73 % Feuchte) ausgesetzt. Versuch 3: Die Tiere erhielten über drei Wochen entweder das Kontrollfutter oder ein Mischfutter mit hohem Anteil an Sojaextraktionsschrot (SES) oder hohen Gehalten an Kalium (K) bzw. Oligosacchariden (OS). Das Mischfutter mit hohem Sojaschrotanteil enthielt ca. 44 Prozent SES, das der übrigen Gruppen entsprechende Gehalte an Kalium (Zusatz als K-Bikarbonat; 12 g K/kg) oder Oligosacchariden (15 g Stachyose + Raffinose/kg). Während dieser Versuchszeit wurden alle Tiere auf trockener Einstreu aus Hobelspänen gehalten, wobei wiederum jeweils die Hälfte einer jeden Gruppe täglich acht Stunden einer nassen Einstreu (Feuchte = ~ 73 %) ausgesetzt war. Versuch 4: Hier kamen verschiedene praxisübliche Materialien zum Einsatz, nämlich Hobelspäne, Lignozellulose (SoftCell®), Häckselstroh (Strohfix®) oder getrocknete Maissilage. Bei praxisüblicher Mischfutterzusammensetzung wurde die Hälfte der Puten einer jeden Gruppe wiederum während der gesamten Versuchszeit (4 Wochen) täglich acht Stunden einer nassen Einstreu ausgesetzt. Versuch 5: Die Tiere wurden auf trockenen Hobelspänen gehalten. Das Kontrollfutter enthielt bedarfsdeckende Gehalte an Biotin (300 μg/kg) und Zink (50 mg/kg), während das Alleinfutter mit hohem Biotin- (2000 μg/kg) bzw. hohem Zn-Gehalt (150 mg Zn/kg) deutlich darüber hinausging. Die Anreicherung des Alleinfutters mit MOS erfolgte mit einem Mannan-Oligosaccharid-Produkt (Bio-Mos®) in einer Dosierung von 10 g/kg. Die Hälfte der Puten einer jeden Gruppe war auch hier während der gesamten Versuchszeit (4 Wochen) täglich experimentell für 8 h einer nassen Einstreu ausgesetzt. In allen fünf Versuchen wurde die Einstreu in besonderen Boxen – ggf. durch Wasserzusatz - konstant bei 27 Prozent Trockensubstanz (TS), d. h. ~ 73 % „Feuchte“ gehalten. Am Anfang und Ende eines jeden Versuchs und sowie je einmal wöchentlich wurden die Fußballen der Tiere makroskopisch und histopathologisch untersucht und dabei nach dem Schlüssel von Mayne et al. (2007c) bewertet. Zur Charakterisierung der Einstreu- bzw. Exkrementequalität dienten der Trockensubstanz(TS)-Gehalt, pH-Wert, Ammoniak-Gehalt sowie die Harnsäure-Konzentration, nur in den Exkrementen wurden auch Mengenelementgehalte erfasst. Des Weiteren erfolgten im Blut der Puten einzelner Versuche Messungen der Gehalte von Mengenelementen, Biotin und Zink. Schließlich wurde auch kontinuierlich die Leistung der Tiere erfasst (individuell: Zunahmen; gruppenweise: Futter-/Wasseraufnahme). Ergebnisse: 1.      In allen Versuchen erwies sich die hohe Feuchtigkeit der Einstreu (73%) als dominierender Einflussfaktor. Eine achtstündige Exposition auf feuchter Einstreu war ausreichend für die Entwicklung entsprechender Fussballenveränderungen. Selbst von Exkrementen freie, durch Zusatz von destilliertem Wasser erreichte Feuchtgehalte von ~ 73% führen zur entsprechenden FPD Werten. 2.      Der Zusatz von Ammoniak oder Harnsäure zur feuchten Einstreu blieb ohne Einfluss auf den Grad (Score) der FPD (3,45 vs. 3,18). Hohe Konzentrationen von Protein im Futter dürften per se somit nicht für die Entwicklung dieser Erkrankung maßgeblich sein. 3.      Der Überschuss an Mengenelementen (Ca, P, Mg, Na, Cl) im Futter hatte auf trockener Einstreu keinen wesentlichen Einfluss auf den Grad der FPD (1,55 vs. 1,50), auf nasser Einstreu war hingegen bei erhöhten Mengenelement-Gehalten ein signifikant nachteiliger Effekt erkennbar (5,45 vs. 4,45). 4.      Auf trockener Einstreu gab es keine Unterschiede in der Ausprägung der FPD, wenn Puten statt des Kontrollfutters die Mischfutter mit erhöhten Gehalten an SES, K bzw. OS erhielten. Auf nasser Einstreu war die FPD bei den Tieren der Gruppen mit erhöhten SES-, Kalium- oder OS-Gehalten jedoch stärker ausgeprägt als bei den Kontroll-Tieren. Im Vergleich zu den Auswirkungen des hohen Feuchtgehaltes in der Einstreu war der Einfluss der höheren SES-, K- bzw. OS-Gehalte im Futter jedoch eher moderat. 5.      Im Vergleich zu Hobelspänen erwies sich die Lignocellulose als günstig, d. h. die Ausprägung der FPD war hier reduziert (auf trockener und auf nasser Einstreu!). Bei dem hier verwendeten Stroh-Häcksel waren höhere FPD-Grade als in der Gruppe mit Hobelspänen zu beobachten. Eine Bewertung der getrockneten Maissilage muss aus versuchstechnisch-methodischen Gründen unterbleiben (bei schnell einsetzender Verschimmelung wiederholt kompletter Einstreuwechsel). 6.      Die Zulagen von Biotin oder Zink (oberhalb des Bedarfs) reduzierten die Ausprägung der FPD auf trockener Einstreu deutlich (Score: 1,0 vs. 2,0), blieben aber ohne signifikante Effekte bei den Tieren, die täglich für 8 Stunden auf nasser Einstreu gehalten wurden (5,54 vs. 5,79); auch bei MOS-Zulage war auf trockener Einstreu ein tendenziell günstiger Effekt festzustellen (1,50 vs. 2,0). Schlussfolgerungen: In allen Versuchen erwies sich die achtstündige Exposition auf feuchter Einstreu als stärker wirksam als alle anderen geprüften Einflussfaktoren. Diese Ergebnisse zeigen, dass erhöhte Proteingehalte im Futter per se keinen wesentlichen Einfluss auf die Entwicklung der FPD bei Mastputen haben. Erhöhte Mengenelementgehalte im Futter hatten zwar gewisse Auswirkungen auf die Fußballengesundheit – allerdings nur auf nasser Einstreu – dieser Effekt war aber viel geringer als der Einfluss der Feuchte. Erhöhte Gehalte von Sojaschrot, Kalium und OS im Mischfutter waren lediglich mit einem leichten Anstieg in der Ausprägung der FPD verbunden, allerdings nur bei nasser Einstreu. Es ist anzunehmen, dass die Epidermis durch die Feuchtigkeit in der Einstreu  „aufgeweicht“ wird, wodurch leichter oberflächliche Alterationen entstehen, die sich dann sekundär entzünden. Die Nutzung von Lignozellulose als Einstreu konnte die Ausprägung der FPD reduzieren, bei Verwendung von Strohhäcksel war eher ein nachteiliger Effekt zu beobachten. Ergänzungen von Biotin oder Zink (tendenziell auch von MOS) im Futter konnten die Ausprägung der FPD mindern, jedoch nur auf trockener, und nicht auf nasser Einstreu. Dabei waren generell auf trockener Einstreu die Alterationen am Fußballen eher oberflächlicher Art, während bei 8 h Exposition auf nasser Einstreu tiefere Läsionen mit stärkerer Beteiligung von Entzündungszellen auftraten. Die nasse Einstreu erwies sich also insgesamt als dominierender Faktor für die Entwicklung und Ausprägung der FPD. Allerdings dürften alle Faktoren der Futterzusammensetzung (inklusive hoher Sojaschrotanteile), die zu einer erhöhten Wasseraufnahme und entsprechend vermehrter Wasserabgabe über die Exkremente beitragen, das Risiko für die Entwicklung der FPD deutlich forcieren. Aus diesen Gründen sollte stets eine trockene Einstreu gewährleistet sein und eine Futterzusammensetzung ohne vermeidbare Überschüsse an solchen Nährstoffen gewählt werden, die renal, d.h. über die Exkremente eliminiert werden (müssen). Besondere Beachtung in der Praxis verdienen die hier beschriebenen Effekte einer nur 8-stündigen Exposition auf feuchter Einstreu. Hieraus ergibt sich zwingend die Forderung, gerade im Bereich des Futter- und Wasserangebots keine wesentlich höheren Feucht-Gehalte in der Einstreu als 30 – 35 % zu tolerieren.

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Youssef, Ibrahim Mohamed Ibrahim: Experimental studies on effects of diet composition and litter quality on development and severity of foot pad dermatitis in growing turkeys. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

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