Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zum Sommerekzem sowie zum Einfluss des Immunmodulators Baypamun N auf die Typ I-Allergie der Pferde

Geiben, Tanja

Summer eczema (SE) comprises clinical symptoms of an allergic dermatitis to components of midges in the horse. At present no basic treatment is known. The often awfully itching symptoms cause long lasting discomfort to the animals and their owners including reduced performance and financial losses. As this disease is dominated by type I immunomechanisms, it provides a unique natural model for type I allergy in various species including man. Thus, the aims of these studies performed for two years with up to 39 Icelandic horses under identical feeding and environmental conditions were consolidated knowledge about influences of this allergy on selected clinical and immunological parameters on one hand. On the other one a commercial immunomodulator, Baypamun N®, anecdotically told to positively influence SE, was tested under double blind conditions for its prophylactic and therapeutic potential to improve SE and to generate specific antibodies against it. For improved and standardised evaluation of the individual outcome of SE-symptoms a new scoring system was developed: Based on the known predilection sites 11 areas of the horse body were selected. In short time intervals each of them was monitored for the kind and intensity of detectable alterations. These included urticae, trichorhexia, alopecia, bark and crust formation, oozing or purulent lesions as well as cutis perforation. Each of these symptoms was scored as 0 (not existent) up to 3 (maximally developed). By summing up the individual clinical situation could be quantified at any time and followed throughout the experiment. Moreover more objective evaluation and documentation of kinetic and comparative group results were possible. This scoring system provided several interesting clinical results: Under these local conditions there was a kind of “general” triple peak kinetic of SE symptoms throughout the year, first peak in early summer, second in midsummer, and last – usually less pronounced – one in autumn. In spite of identical conditions for a long time (up to two years) several horses displayed different seasonal kinetics regarding kind, intensity and timing of the symptoms sometimes quite discordant to the “general” kinetic. Moreover individuals showed discordant kinetics and outcome of symptoms in two subsequent years. One major reason for these remarkable individual differences even under identical conditions might be the individual sensitisation pattern of their basophils and mast cells for different insects all of which are able to induce or modulate SE. These studies made very clear that only a reasonable number of well characterized individuals kept under identical conditions is able to provide any reliable conclusion on the prophylactic or therapeutic capacity of any drug or treatment. Neither prophylactical nor therapeutical use of Baypamun N® under chosen conditions (recurrent application of Baypamun N® two times a week, 0,5 to 5 times in dose) show any significant positive or negative effect on the dermal symptoms of sweet itch. The leukocyte counts of allergic horses were singificantly higher than those of non-allergic horses, but never the less within normal limits. Higher numbers of leukocytes in allergic horses could be especially observed at times of increased severity of the symptoms. Neither therapeutical nor prophylactic medication of Baypamun N® had any significant influence on the parameters studied such as number of leukocytes, erythrocytes or thrombocytes in allergic or non-allergic horses. Utilising the funcional in vitro-test (FIT) developed by S. Kaul, basophilic granulocytes could be qualitatively and quantitatively monitored in vitro for their specific sensitization for allergens in vivo. By means of the FIT all horses suffering from summer eczema reacted positively with allergen preparations from Culicoides nubeculosus (FITCn). The majority of the healthy control animals reacted always negatively. A few horses, however, reacted positively with Culicoides nubeculosus without showing any clinical signs at any time. Thus, including the FIT into our monitoring we had 3 groups of horses:: o       clinical positive and FITCn-positive animals:            SE+/FITCn+ o       clinical negative and FITCn-positive animals:           SE-/FITCn+ o       clinical negative and FITCn-negative animals:          SE-/FITCn- Sensitization against Culicoides nubeculosus (Cn) was clearly detectable in all SE-positive horses throughout the year the year including the winterseason, the time the horses are usually free of symptoms. Two of the horses studied impressed by an unusual decrease of sensitization against Cn while presenting well-defined and severe symptoms of summer eczema. These horses had brought with them a sensitization against Cn from their origin area. During a several month lasting phase this sensitization probably was replaced by an under local conditions dominant sensitization against other insects. These insects now cause the complete picture of summer eczema. On the one hand this is supported by the finding that sensitization against Cn on basophilis of those horses was detectable as before after returning to the origin area. On the other hand further sensitizations against other insect and pollen antigens could be clearly detected in two informing FIT-studies on FITCn-positive horses. This might probably be the reason for the highly different individual clinical pictures and the seasonal variation. This suggestion is supported by the missing correlation of sensitization against Cn and clinical signs (score-points). The finding that some few horses are clearly sensitized against Cn and partly against other insects whithout showing any clinical signs of dermatitis (SE-/FITCn+) point to potent mechanisms which despite functional sensitization prevent the formation of allergic symptoms. The amount of histamine in equine basophiles is of no influence on manifestation of allergy, the development of sensitisazation or the severity of clinical symptoms. As on the clinical and hematological parameters, there is no prooved effect of the immunomodulator Baypamun N® on the investigated immunological parameters Culicoides nubeculosus-specific sensitization and amount of histamine in basophilic granulocytes. There is no indication of a sensitization of basophilic granulocytes of SE positive and negative horses against components of Baypamun N®  as a result of  a several month lasting medication using different dosages (0,5- to 5-times dosage). So longlasting treatments with Baypamun N® should not lead to type I-allergic reactions to drug components of BaypamunN®. This is supported by the fact that in spite of a considerable immunogenicity of Baypamun N®  no specific IgE against it could be detected. All the more impressiv was the dose dependent kinetics of the specific IgG1-response against components of Baypamun N® : higher doses not only led to a faster increase but afterwards to an accelerated increase of the IgG1 titer already under regularly treatment. Beside the obvious high immunogenicity this fact also points to a potent immunomodulatory effect. The total differently going kinetics of Baypamun N®-specific IgG3 and IgG4 responses support this suggestion. Moreover, an unusual manner of immunological “memory effect”  against Baypamun N® could be observed: After taking off the medication with Baypamun N®  IgG3 and IgG4 titers decreased vigorously during several weeks. In revived administration of Baypamun N® the premedication affects remarkably the kinetics of the several isotypes. Although only 7 out of 27 examined horses at all showed a relatively low but detectable antibody titer against the placebo, it seems that the placebo component of Baypamun N®  plays a not irrelevant role in development of Baypamun N®-specific antibodies. So the immunomodulatory effect of Baypamun N®  may be based on mechanisms that are of less importance in genesis and regulation of the type I allergie.

Als Sommerekzem werden die klinischen Symptome bei Pferden zusammengefasst, die eine bisher nicht therapierbare Typ I Allergie gegen Insektenantigene (primär von Stechmücken) in Form einer Dermatitis entwickelt haben. Damit ist meist ein unangenehmer Juckreiz, eine Beeinträchtigung des Allgemeinbefindens der Tiere sowie eine Nutzungs­einschränkung und finanzieller Verlust verbunden. Da bei dieser Erkrankung Mechanismen der Typ I Immunreaktionen pathogenetisch dominieren, ist das Sommerekzem auch als speziesübergreifendes Modell für Allergien vom Typ I interessant, für die es bisher keine guten natürlichen Modelle gibt. So waren die Ziele der hier vorliegenden Studie zum einen, unter standardisierten Bedingungen Erkenntnisse über den Einfluss der Allergie auf bestimmte klinische und immunologische Parameter zu gewinnen. Zum zweiten sollte, auf Praxisbeobachtungen beruhend, im Rahmen einer Doppelblindstudie ein möglicher therapeutisch nutzbarer Einfluss des Immunmodulators Baypamun N® auf die Typ I-Allergie sowie auf die spezifische Antikörperbildung studiert werden. Zu diesem Zweck wurden 39 Islandpferde unter gleichen Haltungs- und Fütterungs­bedingungen über einen Zeitraum von bis zu zwei Jahren an Hand von klinischen und Laborparametern untersucht. Zur besseren Beurteilung des Verlaufes individueller Ausprägung von Sommerekzem-symptomen wurde ein neues Rastersystem entwickelt: Entsprechend den prinzipiell bekannten Prädilektionsstellen wurden 11 Körperregionen festgelegt, die in kurzen Zeitabständen je nach Art und Stärke der dort erkennbaren Veränderungen beurteilt wurden. Bei der Art der Veränderung wurde zwischen Quaddelbildung, Haarbruch, Alopezie, Borken- bzw. Krustenbildung, nässende Veränderungen, Cutisdurchtrennungen und eitrigen Wunden unterschieden. Jede dieser Veränderungsarten wurde mit 0 (nicht vorhanden) bis 3 Punkten (höchstgradig vorhanden) bewertet. Aus der Summe dieser Punktzahlen war für jedes Tier und für jeden Zeitpunkt die klinische Ausprägung des Sommerekzems quantifizierbar. Ebenso waren zeitliche Verläufe und Gruppenbewertungen objektiver zu dokumentieren. Mit diesem „Scoring“-System konnten eine Reihe wichtiger klinischer Befunde erhoben werden: Unter den hier gegebenen Haltungs-, Fütterungs- und Umweltbedingungen zeigte sich eine „generelle“ Tendenz zu einem dreigipfligen Verlauf des Sommerekzems während eines Jahres mit je einem Höhepunkt im Frühsommer, im Hochsommer und – meist weniger ausgeprägt – im Herbst. Trotz langfristig identischer Bedingungen zeigten einzelne Tiere in Art, Stärke und Verlauf der Symptome starke Abweichungen von der „generellen“ Tendenz im Verlauf eines Jahres und im Vergleich zweier aufeinander folgender Jahre. Eine wesentliche Ursache für diese stark individuellen Abweichungen dürfte in dem individuellen Sensibilisierungsmuster gegen unterschiedliche Insektenallergene liegen, die alleine oder in Kombination zur Ausprägung des Sommerekzems beitragen können. Auf jeden Fall ist die prophylaktische oder therapeutische Wirksamkeit von Substanzen oder Maßnahmen nur unter Berücksichtung solcher individueller Schwankungen an einer ausreichend großen Tierzahl unter identischen Bedingungen zu beurteilen. Bei dem unter Doppelblind-Bedingungen durchgeführten therapeutischen oder prophylaktischen Einsatz von Baypamun N® konnte mit den hier gewählten Maßnahmen (wiederholte Applikation von Baypamun N® 2x wöchentlich von 0,5- bis 5-facher Dosis pro Pferd) weder ein signifikant positiver noch irgend ein negativer Effekt auf die Hautsymptomatik oder subklinische Parameter des Sommerekzems ausgeübt werden. Die Leukozytenanzahlen der „Ekzemer“ waren im Vergleich zu den „Nicht-Ekzemern“ signifikant höher, lagen aber für beide Gruppen im Allgemeinen innerhalb des Normbereichs. Insbesondere wurden deutlich höhere Leukozytenzahlen bei den „Ekzemern“ in der Zeit starker klinischer Symptomausprägung beobachtet. Weder die therapeutisch noch die prophylaktisch eingesetzte Medikation mit Baypamun N® zeigten einen signifikanten Einfluss auf die untersuchten leukozytären, erythrozytären oder thrombozytären Parameter von „Ekzemern“ wie auch von „Nicht-Ekzemern“. Anhand des von S. Kaul entwickelten funktionellen in vitro-Tests (FIT) ist es möglich, baso­phile Granulozyten in vitro auf ihre in vivo Sensibilisierung gegen bestimmte Allergene qualitativ und quantitativ zu prüfen. Dabei konnte festgestellt werden, dass alle an Sommerekzem (SE) leidenden Pferde generell positiv auf Allergenpräparationen von Culicoides nubeculosus (FITCn) reagierten. Die Mehrheit der gesunden Kontrolltiere war dahingegen stets negativ. Einzelne Tiere reagierten jedoch gegen Culicoides nubeculosus (Cn), ohne jemals klinische Symptome zu entwickeln. Aufgrund dieser Ergebnisse konnten die Pferde in drei Gruppen eingeteilt werden: klinisch positive und FITCn positive Tiere:         SE+/FITCn+ klinisch negative aber FITCn positive Tiere:       SE-/FITCn+ klinisch negative und FITCn negative Tiere:       SE-/FITCn- Die Sensibilisierung gegen Culicoides nubeculosus blieb bei den positiven Pferden ganzjährig, d.h. auch im Winterhalbjahr außerhalb der klinisch manifesten Periode der Erkrankung, eindeutig nachweisbar. Zwei der untersuchten Pferde fielen unter hiesigen Haltungsbedingungen durch einen außergewöhnlichen Abfall des Sensibili­sierungsgrades gegen Cn zu einem Zeitraum auf, in dem sie eindeutige und starke klinische Symptome des Sommerekzems zeigten. Diese Pferde hatten aus ihrem Heimatbereich eine Sensibilisierung gegen Cn mitgebracht, die über eine mehrmonatige Phase vermutlich durch eine unter hiesigen Bedingungen für diese Tiere dominierende Sensibilisierung gegen andere Insekten ersetzt wurde, die nun das Vollbild des Sommerekzems hervorrief. Dafür sprach einerseits, dass die Tiere nach Rückkehr in ihre alte Umgebung wieder wie zuvor deutlich nachweisbar gegen Cn auf ihren Basophilen sensibilisiert waren. Andererseits konnte auch bei den FITCn-positiven Pferden in 2 orientierenden FIT-Untersuchungen auf andere Insekten- sowie Pollenallergene deutliche weitere Sensibilisierungen nachgewiesen werden, die vermutlich zu den stark unterschiedlichen individuellen klinischen Bildern und jahreszeitlichen Schwankungen erheblich beitrugen. Diese Vermutung wird durch die fehlende Korrelation zwischen Sensibilisierung gegen Cn und klinischer Symptomatik (Score-Punkte) unterstützt. Der Befund, dass einige wenige Pferde zwar deutlich gegen Cn und teils auch andere Insekten sensibilisiert waren und dennoch zu keiner Zeit klinische Zeichen einer Dermatitis zeigten (SE-/FITCn+), spricht dafür, dass es potente Mechanismen geben muss, die trotz funktioneller Sensibilisierung die Ausprägung von allergischen Symptomen verhindern. Der Histamingehalt basophiler Granulozyten eines Pferdes hat keine erkennbare Bedeutung für die Allergiemanifestation, die Entwicklung einer Sensibilisierung, oder die Stärke der klinischen Symptomatik. Wie auf die klinischen und hämatologischen Parameter hatte der zu prüfende Immunmodulator Baypamun N® auch auf die hier untersuchten immunologischen Parameter Culicoides nubeculosus-spezifischer Sensibilisierung und Histamingehalt basophiler Granulozyten keine erkennbare Einwirkung. Es wurde aber auch kein Hinweis für eine Sensibilisierung basophiler Granulozyten gegen Komponenten von Baypamun N® trotz unterschiedlicher Dosen (0,5 bis 5-fache Dosis) über mehrere Monate gefunden, weder bei „Ekzemern“ noch bei „Nicht-Ekzemern“. Somit dürften längere Baypamun N® -Behandlungen kaum zu allergischen Reaktionen vom Typ I gegen Komponenten von Baypamun N® führen. Dafür spricht auch, dass trotz der beachtlichen Immunogenität von Baypamun N® kein spezifisches IgE dagegen nachweisbar war. Umso eindrucksvoller war die dosisabhängige Kinetik der spezifischen IgG1-Antwort gegen Komponenten von Baypamun N®: Höhere Dosen bewirkten nicht nur einen schnelleren Anstieg, sondern anschließend auch einen beschleunigten Abfall des IgG1 Titers schon unter regelmäßiger Behandlung. Dies deutet neben der offensichtlich hohen Immunogenität auch auf eine potente immunmodulatorische Wirkung hin. Dafür sprechen auch die ganz anders verlaufenden Kinetiken der Baypamun-spezifischen IgG3 und IgG4 Antworten. Zudem wurde eine ungewöhnliche Art von immunologischem „Gedächtniseffekt“ gegenüber Baypamun N® beobachtet: Nach Absetzen der Baypamun N® Medikation fielen auch die IgG3 und IgG4 Titer über einige Wochen sehr stark ab. Bei erneuter Baypamun N® Gabe wirkte sich die Vorbehandlung jedoch auf die Kinetik der einzelnen Isotypen spürbar aus. Obwohl nur bei 7 von untersuchten 27 Pferden überhaupt ein verhältnismäßig geringer aber nachweisbarer Antikörpertiter gegen das Placebo zu sehen war, mag der Placeboanteil im Baypamun N® nicht unerheblich bei der Entwicklung Baypamun-spezifischer Antikörper mitwirken. Somit könnte die immunmodulatorische Wirkung von Baypamun N® auf Mechanismen beruhen, die für die Entstehung und Regulation der Typ I Allergie von untergeordneter Bedeutung sind.

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Geiben, Tanja: Untersuchungen zum Sommerekzem sowie zum Einfluss des Immunmodulators Baypamun N auf die Typ I-Allergie der Pferde. Hannover 2003. Tierärztliche Hochschule.

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