Untersuchungen zum Einfluss der Vermahlungsintensität und Konfektionierung des Mischfutters auf morphologische, histologische und immunologische Parameter im Magen-Darm-Trakt von jungen Schweinen

Betscher, Saara Johanna

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Untersuchungen zum Einfluss der Vermahlungsintensität und Konfektionierung des Mischfutters auf morphologische, histologische und immunologische Parameter im Magen-Darm-Trakt von jungen Schweinen

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Ziel der hier vorliegenden Studie war die modellhafte Überprüfung des Einflusses der Futterstruktur (grob bzw. fein vermahlen, Angebot als Schrot bzw. Pellets) auf makroskopische (Masse der Magen- bzw. Darmwand), histologische (Mikroarchitektur der intestinalen Schleimhaut) und immunhistologische (Zellproliferation und Apoptose) sowie immunlogische Parameter (Sekretionsmuster der Muzine, IgA-sezernierende Plasmazellen). Hierzu wurden insgesamt 24 Absetzferkel in vier aufeinander folgenden Versuchen auf zwei Gruppen verteilt. Die Tiere erhielten in einstreuloser Einzelhaltung über sechs Wochen entweder ein grob vermahlenes schrotförmiges oder ein fein vermahlenes pelletiertes Mischfutter. Dabei wurde das Futter in drei Versuchen trocken und in einem Versuch flüssig (TS-Gehalt: 25 %) angeboten. Während die botanische und chemische Zusammensetzung (übliche Energie- und Nährstoffgehalte) der zwei Mischfutter identisch war, unterschieden sie sich deutlich in ihrer Struktur, d.h. in der Partikelgrößenverteilung. Nach sechswöchiger Versuchsdauer wurden die Tiere seziert, der komplette Magen-Darm-Trakt (MDT) entnommen und Gewebeproben der verschiedenen Abschnitte gewonnen. Es erfolgte eine histologische Vermessung der Schleimhautoberfläche, um deren Vergrößerung durch die Ausbildung von Villi bzw. Krypten zu bestimmen. Des Weiteren wurde das Sekretionsmuster der Muzine (neutral/sauer), die Proliferations- und Apoptoserate (Ki-67/Caspase-3) sowie die Anzahl IgA-sezernierender Plasmazellen in der Lamina propria untersucht. Zusätzlich wurden Milieu- und Substratbedingungen im Chymus überprüft. Im Magen war ein deutlicher Effekt der Futterstruktur auf die Integrität der Pars nonglandularis (deutliche hyperkeratotische Veränderungen nach Aufnahme der Pellets) sowie die Migration IgA-sezernierender Plasmazellen in den Bereich der Pars nonglandularis (Pellets: 4,90 ± 3,18; Schrot: 1,41 ± 1,00 Zellen/100 µm) zu beobachten. Wider Erwarten hatte die Angebotsform (flüssig/trocken) im Gegensatz zur Futterstruktur keinen gerichteten Einfluss auf TS-Gehalt oder pH-Wert im Mageninhalt. Während im Dünndarm kaum Veränderungen hinsichtlich der Vergrößerung der Epitheloberfläche zu verzeichnen waren, zeigten die mit grobem Schrot versorgten Tiere im Zäkum signifikant tiefere Krypten als jene, welche Pellets erhalten hatten. Hinsichtlich des Sekretionsmusters der Muzine zeigte sich im gesamten Darmtrakt ein einheitliches Bild: nach der Aufnahme des groben Schrotes konnten mehr saure als neutrale Muzine nachgewiesen werden, so dass das Verhältnis neutraler zu sauren Muzinen im Mittel bei 1,04 (Schrot) und 1,25 (Pellets) lag; dieser Effekt ließ sich im Ileum, Zäkum und Kolon statistisch absichern. Ebenso ergab sich hinsichtlich der Anzahl IgA-sezernierender Plasmazellen über den ganzen Darm hinweg ein ähnlicher Effekt: Generell fanden sich in der Lamina propria bei den Tieren, welche die Pellets aufgenommen hatten, mehr Zellen pro 10.000 µm2; dieser Effekt wies im Ileum und Zäkum statistische Signifikanz auf. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Futterstruktur teils erhebliche Auswirkungen auf verschiedene Parameter im MDT hat. Zusammenfassend lassen die hier durchgeführten Untersuchungen auf positive Effekte hinsichtlich der Darmgesundheit durch ein grob vermahlenes Schrot schließen, da grundlegende Mechanismen und Instrumente der körpereigenen Abwehr beeinflusst wurden. Zum Einen wurde die dem Epithel aufliegenden Mukusschicht durch einen hohen Anteil saurer Muzine gestärkt, sodass die Invasion von Pathogenen effektiver verhindert werden kann. Zum Anderen kam es nach Aufnahme des groben Schrotes zu weniger ausgeprägten immunologischen Reaktionen, wie insbesondere durch die geringere Anzahl von IgA-sezernierenden Plasmazellen im Gewebe belegt wurde.

Aim of the study was to prove the influence of the physical form of a diet (coarse/fine; meal/pellets) on morphological (weight of the gastric and intestinal wall), histological and immunohistological (microarchitecture of the intestinal mucosa; proliferative and apoptotic cells) as well as immunological parameters (mucins, IgA-secreting plasma cells) in the alimentary tract of pigs. Either a coarsely ground meal diet (CM) or a finely ground and pelleted diet (FP) was fed to 24 weaned piglets in four replications with six animals each. For the six weeks of the feeding trial the pigs were housed individually without bedding. In three trials the feed was offered dry whereas it was given as liquid feeding (dry matter content: 25 %) in a fourth experiment. Both diets were botanically and chemically identical (common contents of energy and nutrients) but differed significantly in particle size distribution. At the end of the trial all animals were sacrificed, the whole gastrointestinal tract removed, and tissue samples taken from different localisations along the gastrointestinal tract. For evaluating the enlargement of the epithelial surface by villi and crypts, resp., histological measurements were conducted. The secretion pattern of neutral and acid mucins, the degree of proliferation and apoptosis as well as the numbers of IgA-secreting plasma cells in the lamina propria of the intestinal mucosa were determined. Additionally, the pH-value, the dry matter and starch content, and concentrations of organic acids in the chyme were specified. All parameters determined were influenced markedly by the physical form of the diet, not by the way of feeding (dry/liquid). Most intriguing, there was no influence on the dry matter content or pH-value in the chyme of the stomach due the way the diets were offered; only the physical form of the diet affected these parameters. Furthermore, a significant effect on the integrity of the gastric epithelium in the pars nonglandularis region (alterations like hyperkeratosis only after feeding the pelleted diet) as well as the migration of IgA-secreting plasma cells to the lamina propria of the pars nonglandularis (FP: 4.90 ± 3.18 vs. CM: 1.41 ± 1.00 cells/100 µm) was shown. Regarding the enlargement of the epithelial surface by villi and crypts, only little effects were seen in the small intestine; but especially in the caecum the pigs fed the CM diet had significantly deeper crypts than their counterparts. Concerning the secretion pattern of mucins, there was a consistent effect throughout the intestine: more acid than neutral mucins were detected, so the ration of neutral to acid mucins was 1.04 in the CM group and 1.25 in the FP group, respectively. This was significant in the ileum, caecum and colon. For the IgA-secreting plasma cells a quite similar effect was shown: at all sections of the intestine more IgA-secreting plasma cells were located in the lamina propria (per 10,000 µm2) of the pigs fed the FP diet with a statistical significance in the ileum and caecum. All these results implicate that the physical form of a diet by its own is capable to modulate morphological and histological parameters in the gastrointestinal tract. Altogether the results of this study indicate a positive influence of a coarsely ground meal diet on the gastrointestinal health since basic mechanisms and instruments of the innate immune system are influenced. On the one hand the mucus layer is strengthened by a high amount of acid mucins making it more difficult for pathogens to degrade the mucus layer and bind to the epithelium. On the other hand a less pronounced immunological reaction in form of IgA-secreting plasma cells is triggered by a coarsely ground meal diet.