Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

In-vitro-Untersuchungen zum Einfluss von Erythromycin und Nahrungsreduktion auf mikrobielle Stoffwechselleistungen im Caecum des Pferdes

Kuhn, Manuela

The study was carried out using the semi-continuous colon simulation technique (Cositec) to evaluate biochemical parameters of hindgut microbial metabolism in the horse. The aim of the present in vitro study was to investigate if changes in hindgut microbial metabolism could be involved in the pathogenesis of the equine typhlocolitis. As application of erythromycin and feed restriction are potential risk factors for the onset of equine typhlocolitis, both factors were chosen to investigate their effects on hindgut microbial metabolism. In the first part of this project the Cositec system was adjusted for studying hindgut microbial metabolism in horses under basic conditions. Basic parameters of microbial metabolism were recorded: pH value, redox potential, SCFA production rates, molar proportions of SCFA, ammonia concentration and digestibility of organic matter. After five days of equilibration, these basic parameters of microbial metabolism remained constant under controlled conditions over a period of five days. In the second part of this project the effects of erythromycin and feed reduction on microbial metabolism were investigated. In a dose response experiment erythromycin was added at increasing dosage levels from 1.25 to 20 mg/d. At a dosage level of 10 mg/d, a permanent decrease in the production rates of propionate was recorded. Based on the results of this experiment erythromycin was applied at a dosage level of 10 mg/d and combined with decreasing amounts of fermentable substrate (100, 60, 30 and 10 % of controls). All experimental conditions had substantial effects on hindgut microbial metabolism. The reduction of fermentable substrate to 30 % of controls enhanced the effects of erythromycin. A further experiment was carried out to investigate the separate and combined effects of erythromycin (10 mg/d) and a reduction of the fermentable substrate to 30 % of controls on microbial metabolism. The results of this experiment demonstrated that erythromycin decreased the production rates of propionate and the digestibility of organic matter. A greater impairment of microbial metabolism was induced by reducing the fermentable substrate. This experiment decreased the production rates of acetate, propionate and butyrate, ammonia concentration and digestibility of organic matter. It is important to point out that butyrate was under detection limit already at the second day of the experiment. The effect of feed restriction on the production rates of propionate and digestibility of organic matter was intensified when feed restriction was combined with the application of erythromycin. The Cositec system could be established as a valid approach for studying hindgut microbial metabolism in horses in vitro. The substantial reduction in butyrate production as a result of reduced feed intake has to be discussed as a relevant pathophysiological factor for the onset of typhlocolitis because of the importance of butyrate for the integrity of the intestinal mucosa.

Mit Hilfe der Colon-Simulationstechnik (Cositec), einer semikontinuierlichen In-vitro-Inkubationsmethode, wurden biochemische Parameter des mikrobiellen Dickdarmstoffwechsels beim Pferd untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu klären, inwieweit Veränderungen im mikrobiellen Stoffwechsel als mögliche Ursache für das Entstehen der Typhlocolitis des Pferdes in Betracht gezogen werden können. Eine Erythromycin-Applikation und eine Nahrungsreduktion werden als prädisponierend für das Entstehen der Typhlocolitis angesehen. Aus diesem Grund wurden beide Faktoren ausgewählt und ihre Wirkung auf den mikrobiellen Stoffwechsel untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Colon-Simulationstechnik für die Inkubation von Dickdarminhalt des Pferdes etabliert. Zur Charakterisierung der mikrobiellen Stoffwechselleistungen wurden folgende Parameter bestimmt: pH-Wert, Redoxpotential, SCFA-Produktion, molare Anteile der einzelnen Fettsäuren, Ammoniak-Konzentration und Verdaulichkeit der organischen Substanz. Nach einer fünftägigen Äquilibrierungsphase nahmen diese Parameter über die Dauer der Kontrollphase von fünf Tagen konstante Werte an. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Einfluss der Faktoren Erythromycin und Nahrungsreduktion auf den mikrobiellen Stoffwechsel untersucht. In einem Dosis-Wirkungs-Versuch wurden 1,25 bis 20 mg/d Erythromycin appliziert. Ab einer Dosierung von 10 mg/d konnte eine dauerhafte Reduktion der Propionat-Produktion festgestellt werden. Auf Grundlage dieses Ergebnisses wurde die Dosierung von 10 mg/d Erythromycin beibehalten und mit abnehmenden Substratmengen (100, 60, 30 und 10 %) kombiniert. In allen Ansätzen wurde eine Verminderung der mikrobiellen Stoffwechselleistungen hervorgerufen. Der Effekt des Erythromycins wurde ab einer Reduktion der Substratmenge auf 30 % verstärkt. In einem weiteren Versuch wurden die Faktoren Erythromycin (10 mg/d) und Reduktion der Substratmenge auf 30 % einzeln sowie in Kombination hinsichtlich ihrer Wirkung auf den mikrobiellen Stoffwechsel untersucht. Die Ergebnisse dieses Versuches zeigen, dass durch die Erythromycin-Applikation eine Reduktion der Propionat-Produktion und der Verdaulichkeit der organischen Substanz verursacht wurde. Eine stärkere Verminderung der mikrobiellen Stoffwechselleistungen wurde durch die Reduktion der Substratmenge hervorgerufen. Diese äußerte sich in einer Reduktion der Produktionsraten von Acetat, Propionat und Butyrat sowie der Ammoniak-Konzentration und der Verdaulichkeit der organischen Substanz. Besonders hervorzuheben ist hierbei, dass die Nachweisgrenze für Butyrat bereits am zweiten Tag der Versuchsphase unterschritten wurde. Der Effekt der Reduktion der Substratmenge wurde durch die Kombination mit Erythromycin in Bezug auf die Propionat-Produktion und die Verdaulichkeit der organischen Substanz verstärkt. Die Colon-Simulationstechnik stellt ein geeignetes System dar, um den mikrobiellen Dickdarmstoffwechsel des Pferdes in vitro zu simulieren. Aufgrund der Bedeutung des Butyrats für die Aufrechterhaltung der Integrität der Dickdarmmukosa könnte die verminderte Butyrat-Produktion infolge einer reduzierten Nahrungsaufnahme einen pathophysiologisch relevanten Faktor für das Entstehen der Typhlocolitis darstellen.

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Kuhn, Manuela: In-vitro-Untersuchungen zum Einfluss von Erythromycin und Nahrungsreduktion auf mikrobielle Stoffwechselleistungen im Caecum des Pferdes. Hannover 2009. Tierärztliche Hochschule.

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