Vergleichende Untersuchungen zur Nährstoffverdaulichkeit und zur Empfänglichkeit für eine experimentelle Salmonelleninfektion bei Lawsonieninfektionen junger Schweine

ISBN 978-3-86345-262-9

Verlag: Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH 35392 Gießen · Friedrichstraße 17 · Tel. 0641 / 24466 · Fax: 0641 / 25375

E-Mail: info@dvg.de · Internet: www.dvg.de

Jasmin Mischok Hannover 2015

Vergleichende Untersuchungen zur Nährstoffverdaulichkeit und zur Empfänglichkeit für eine experimentelle Salmonelleninfektion bei Lawsonieninfektionen

junger Schweine

vorgelegt von Jasmin Mischok

Lohne (i. O.)

Hannover 2015

zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin

- Doctor medicinae veterinariae - (Dr. med. vet.)

Deutschen Nationalbibliografie;

Detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.

1. Auflage 2015

© 2015 by Verlag: Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft Service GmbH, Gießen

Printed in Germany

ISBN 978-3-86345-262-9

Verlag: DVG Service GmbH Friedrichstraße 17

35392 Gießen 0641/24466 info@dvg.de www.dvg.de

Tierärztliche Hochschule Hannover

Vergleichende Untersuchungen zur Nährstoffverdaulichkeit und zur Empfänglichkeit für eine experimentelle Salmonelleninfektion bei Lawsonieninfektionen

junger Schweine

I

-D

zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin

- Doctor medicinae veterinariae - (Dr. med. vet.)

vorgelegt von Jasmin Mischok

Lohne (i.O.)

Hannover 2015

Wissenschaftliche Betreuung: Jun.-Prof. Dr. C. Visscher Institut für Tierernährung

1. Gutachter: Jun.-Prof. Dr. C. Visscher

2. Gutachter: Prof. Dr. N. Kemper

Tag der mündlichen Prüfung: 12.05.2015

Die Untersuchungen wurden finanziell von der Firma Boehringer Ingelheim Vetmedica GmbH, Ingelheim/Rhein, unterstützt.

M

E

und

B

Teile der vorliegenden Dissertation wurden bereits auf folgenden Tagungen präsentiert:

17^th Congress of the European Society of Veterinary and Comparative Nutrition Ghent, Belgien, 19.-21. September 2013

MISCHOK, J., SANDER, S.J., VISSCHER, C.F., KAMPHUES, J. (2013):

Effects of Lawsonia intracellularis infection in young vaccinated and not vaccinated pigs on nutrient digestibility (total tract) and growth rate.

Proc. 17^th ESVCN Congress, Ghent, S.18

Symposium on Gut Health in the Production of Food Animals Kansas City, Missouri, Unites States, 11.-13. November 2013

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J., SANDER, S.J., KAMPHUES, J. (2013):

Effects of a Lawsonia intracellularis infection in young vaccinated and non-vaccinated pigs on the total tract digestibility of nutrients and performance?

Proc. Symposium on Gut Health in Production of Food Animals, Kansas City, Missouri, S. 21

68. Tagung der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie Göttingen, 18.-20. März 2014

MISCHOK, J., VISSCHER, C.F., SANDER, S.J., PEITZMEIER, E., KAMPHUES, J. (2014):

Influence of a Lawsonia intracellularis infection on the nutrient digestibility (total tract) and growth rate in vaccinated or not vaccinated young pigs.

Proc. Soc. Nutr. Physiol. 23, S. 36

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J., SANDER, S.J., PEITZMEIER, E., KAMPHUES, J. (2014):

The outcome of an artificial Salmonella infection after vaccination or antibiotic treatment in naturally Lawsonia intracellularis infected young pigs.

Proc. Soc. Nutr. Physiol. 23, S. 47

6^th European Symposium of Porcine Health Management Sorrento, Italien, 7.-9. Mai 2014

MISCHOK, J., VISSCHER, C.F., SANDER, S.J., PEITZMEIER, E., KAMPHUES, J. (2014):

Spreading of an experimental Salmonella infection in groups of pigs naturally Lawsonia intracellularis infected and either previously vaccinated or treated with antibiotics.

Proc. 6^th European Symposium of Porcine Health Management, Sorrento, S. 210

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J., SANDER, S.J., PEITZMEIER, E., KAMPHUES, J. (2014):

Nutrient digestibility (total tract) and growth rate in naturally Lawsonia intracellularis infected and vaccinated or not vaccinated young pigs.

Proc. 6^th European Symposium of Porcine Health Management, Sorrento, S. 150

23rd International Pig Veterinary Society Congress Cancun, Mexiko, 8.-11.Juni 2014

MISCHOK, J., VISSCHER, C.F., SANDER, S.J., PEITZMEIER, E., KAMPHUES, J. (2014):

Effects of either previously vaccinated or antibiotic treated Lawsonia intracellularis naturally infected pigs on spreading of an experimental Salmonella infection.

Proc. 23^rd IPVS Congress, Cancun, S.157

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J., SANDER, S.J., PEITZMEIER, E., KAMPHUES, J. (2014):

Natural Lawsonia intracellularis infection in young pigs: effects on nutrient digestibility (total tract) and growth rate in vaccinated or not vaccinated animals.

Proc. 23^rd IPVS Congress, Cancun, S. 168

Tierärztliche Umschau

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J. und J. KAMPHUES (2014):

Einfluss von Infektionen des Magen-Darm-Traktes (am Beispiel Lawsonien) auf die Energie- und Nährstoffaufnahme und -verwertung bei wachsenden Schweinen.

Tierärztl. Umschau, 69, S. 325

18^th Congress of the European Society of Veterinary and Comparative Nutrition Utrecht, Niederlande, 11.-13. September 2014

VISSCHER, C., J. MISCHOK, S.J. SANDER, J. KAMPHUES (2014):

Naturally Lawsonia intracellularis infected pigs: spreading of an experimental Salmonella infection after antibiotic therapy in a seeder model.

Proc. 18^th ESVCN Congress, Utrecht, S.55

69. Tagung der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie Göttingen, 10.-12. März 2015

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J., SANDER, S.J., KAMPHUES, J. (2015):

Korrelationen zwischen Leistungsparametern und Höhe der fäkalen Lawsonia intracellularis- Ausscheidung in klinisch auffälligen bzw. unauffälligen und geimpften Ferkeln.

Proc. Soc. Nutr. Physiol. 24, S. 51

7^th European Symposium of Porcine Health Management Nantes, Frankreich, 22.-24. April 2015

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J., SANDER, S.J., KAMPHUES, J. (2015):

Correlations between faecal Lawsonia intracellularis excretion and individual performance parameters in vaccinated piglets or pigs with or without clinical signs of infection.

13th Digestive Physiology of Pigs

Kliczków, Polen, 19.-21. Mai 2015

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J., SANDER, S.J., PEITZMEIER, E, KAMPHUES, J. (2015):

Nutrient digestibility in naturally Lawsonia intracellularis infected young pigs.

VISSCHER, C.F., MISCHOK, J., SANDER, S.J., PEITZMEIER, E, KAMPHUES, J. (2015):

Spreading of Salmonella infection in naturally Lawsonia intracellularis infected (antibiotic treated or vaccinated) pigs after experimental infection.

I

INHALTSVERZEICHNIS I

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS V

TABELLENVERZEICHNIS 1

ABBILDUNGSVERZEICHNIS 1

1 EINLEITUNG 21

2 LITERATURÜBERSICHT 23

2.1 Der Magen-Darm-Trakt von Schweinen 23

2.1.1 Anatomie 23

2.1.2 Verdauungsphysiologie 23

2.1.2.1 Dünndarm 24

2.1.2.2 Dickdarm 25

2.1.3 Mikroflora des MDT 26

2.2 Auswirkungen von Infektionen des Magen-Darm-Traktes auf

Futteraufnahme und Wachstum 27

2.2.1 Auswirkungen von Infektionen auf die Futteraufnahme und das

Wachstum 28

2.2.1.1 Futteraufnahme 28

2.2.1.2 Wachstum 29

2.2.2 Einfluss von Infektionen auf Nährstoff-Verdaulichkeit und -

Metabolismus 29

2.3 Lawsonia intracellularis 31

2.3.1 Erreger 31

2.3.2 Ätiologie und Pathogenese 31

2.3.3 Epidemiologie und Infektionsdynamik 32

2.3.4 Symptomatik 34

2.3.4.1 Akuter Verlauf 34

2.3.4.2 Chronischer Verlauf 35

2.3.4.3 Subklinischer Verlauf 36

2.3.5 Diagnostik 36

2.3.5.1 Pathologische Untersuchung 37

2.3.5.2 Histologische Untersuchung 37

2.3.5.3 Polymerase Chain Reaction (PCR) 38

2.3.5.4 Serologische Untersuchung (ELISA/IFAT/IPMA) 39 2.3.5.5 Weitere diagnostische Untersuchungsmethoden 39

2.3.6 Differentialdiagnosen 39

2.3.7 Prävention und Therapie von Infektionen durch Lawsonia

intracellularis 43

2.3.7.1 Desinfektionsmaßnahmen 43

2.3.7.2 Antibiotische Behandlung 43

2.3.7.3 Vakzinierung 44

2.4 Bedeutung von Salmonellen in der Schweineproduktion 45

2.4.1 Erreger 45

2.4.2 Epidemiologie 46

2.4.3 Pathogenese und Symptomatik 47

2.4.4 Rechtlicher Hintergrund 49

2.4.5 Zoonotisches Potential 51

2.4.6 Prävention und Therapie von Infektionen durch Salmonellen 52

2.4.6.1 Präventive Maßnahmen 52

2.4.6.2 Antibiotische Behandlung 53

2.4.6.3 Vakzinierung 54

2.4.7 Zusammenfassung und Ausblick 54

3 MATERIAL UND METHODEN 57

3.1 Versuchsziel 57

3.2 Versuchstiere und Haltung 58

3.3 Versuchsablauf 63

3.4 Futter 64

3.4.1 Futtermittel und Fütterung 64

3.4.2 Futtermitteluntersuchungen 66

3.4.2.1 Bestimmung der Rohnährstoffe 67

3.4.2.2 Mengen- und Spurenelemente 69

3.4.3 Futterstrukturanalyse 71

3.5 Untersuchungen während der Versuchsphase 71

3.5.1 Erhebung von Leistungsdaten 71

3.5.1.1 Gesundheitsstatus 71

3.5.1.2 Futteraufnahme 71

3.5.1.3 Körpermasseentwicklung im 1. und im 2. Versuchsteil 72

3.5.1.4 Futteraufwand 72

3.5.2 Verdaulichkeitsstudie (erster Versuchsteil) 72

3.5.2.1 Gesamtverdaulichkeit 72

3.5.2.2 Praecaecale Verdaulichkeit 74

3.5.2.3 Praecolonale Verdaulichkeit 74

3.5.2.4 Kot- und Chymusanalysen 74

3.6 Untersuchungen im Hinblick auf die Lawsonien-Ausscheidung 75 3.7 Untersuchungen im Hinblick auf den Salmonellenstatus 75

3.7.1 Versuchsbeschreibung 75

3.7.1.1 Infektionsstamm 76

3.7.1.2 Herstellung und Verabreichung der Infektionsbouillon 77

3.7.2 Mikrobiologische Untersuchungen 77

3.7.2.1 Umgebungsproben 80

3.7.2.2 Mischfutter 80

3.7.2.3 Untersuchung der Versuchstiere 80

3.8 Sektion 81

3.8.1 Ablauf und Probenentnahme 81

3.8.2 Untersuchung von Sektionsproben 83

3.8.2.1 Chymusanalysen (erster Versuchsteil) 83

3.8.2.2 Bakteriologie 83

3.9 Histologische Untersuchungen 84

3.9.1 Probenentnahme und Präparation 84

3.10 Statistische Auswertung 85

4 ERGEBNISSE 88

4.1 Teil 1 88

4.1.1 Futtermittel 88

4.1.1.1 Chemische Zusammensetzung 88

4.1.1.2 Siebanalyse 89

4.1.2 Tiere 90

4.1.2.1 Gesundheitsstatus 90

4.1.2.2 Kotqualität 90

4.1.2.3 Leistungsparameter 91

4.1.2.4 Lawsonien-Ausscheidung mit dem Kot 92

4.1.3 Scheinbare Gesamtverdaulichkeit (oS, Rp, Rfe, Rfa und Stärke) 94 4.1.4 Zusammenhänge zwischen der faekalen Lawsonienausscheidung und Leistungsparametern sowie der Verdaulichkeit von oS und Rp 95 4.1.5 Scheinbare praecaecale Verdaulichkeit von oS, Rp, Rfe und Stärke 97 4.1.6 Scheinbare „praecolonale“ Verdaulichkeit von oS, Rp und Stärke 98

4.1.7 Histologische Untersuchungen 99

4.2 Teil 2 101

4.2.1 Futtermittel 101

4.2.1.1 Chemische Zusammensetzung 101

4.2.1.2 Siebanalyse 102

4.2.2 Tiere 103

4.2.2.1 Gesundheitsstatus 103

4.2.2.2 Körpermasseentwicklung 103

4.2.2.3 Futteraufnahme und relativer Futteraufwand 106

4.2.3 Mikrobiologische Untersuchungen 106

4.2.3.1 Umgebungsproben 106

4.2.3.2 Rektaltupferproben vor Versuchsbeginn 106

4.2.3.3 Mischfutter 106

4.2.3.4 Rektaltupferproben während des Versuchs 106 4.2.3.5 Ileocaecallymphknoten und Caecumchymus 111

4.2.4 Serologische Untersuchungen 112

5 DISKUSSION 118

5.1 Kritik der Methodik 119

5.1.1 Auswahl des Betriebes, Versuchstiere und Haltung 119

5.1.2 Versuchsdurchführung 122

5.1.3 Versuchsfutter und Fütterung 123

5.1.4 Untersuchungsmethoden 124

5.1.5 Infektionsstamm und Infektionsversuch mit S. Derby 124

5.2 Diskussion der Ergebnisse 126

5.2.1 Erster Versuchsteil 126

5.2.1.1 Untersuchungen zur Kotqualität, Lawsonien-Ausscheidung und Leistung 126

5.2.1.2 Scheinbare Gesamtverdaulichkeit, praecaecale und „praecolonale“

Verdaulichkeiten 132

5.2.1.3 Schlussfolgerungen 135

5.2.2 Zweiter Versuchsteil 136

5.2.2.1 Leistungsparameter 136

5.2.2.2 Untersuchungen hinsichtlich der experimentellen

Salmonelleninfektion 137

5.2.2.3 Schlussfolgerungen 141

6 ZUSAMMENFASSUNG 143

7 SUMMARY 146

8 LITERATURVERZEICHNIS 149

9 ANHANG 201

A

Abs. Absatz

ADFI durchschnittliche tägliche Futteraufnahme (average daily feed intake) ADG durchschnittliche tägliche Zunahme (average daily gain)

Ak Antikörper

AMG Arzneimittelgesetz

AS Aminosäure

BfR Bundesinstitut für Risikobewertung

BPLS Brilliantgrün-Phenolrot-Laktose-Saccharose-Agar bzw. beziehungsweise

ca. circa

dest. destilliert d. h. das heißt

TS Trockensubstanz

E. coli Escherichia coli EDTA Ethylendiamintetraacetat EFSA European Food Safety Agency EG Europäische Gemeinschaft

ELISA enzyme-linked immunosorbent assay et al. et alii (und andere)

EU Europäische Union

EVDV Epizootisches Virusdiarrhoe Virus evtl. eventuell

exp. infiz. experimentell infiziert

FCR Futteraufwand (feed conversion ratio) GALT gut-associated lymphoid tissue

GE Genomäquivalente

GfE Gesellschaft für Ernährungsphysiologie ggf. gegebenenfalls

GmbH Gesellschaft mit beschränkter Haftung HE Hämatoxylin-Eosin

HPS Hämophilus parasuis Hrsg. Herausgeber i. d. R. in der Regel

IFT Immunfluoreszenztest IHC Immunhistochemie

IL Interleukin

insbes. insbesondere

IVD Gesellschaft für innovative Veterinärdiagnostik, Hannover KBE Kolonie bildende Einheiten

KGW Körpergewicht

KM Körpermasse

KH Kohlenhydrate

L. i. Lawsonia intracellularis

LM Lebensmittel LPS Lipopolysaccharid MDT Magen-Darm-Trakt

ME metabolizable energy (umsetzbare Energie)

MF Mischfutter

n Anzahl

NE Nekrotisierende Enteritis NfE N-freie Extraktstoffe

n. n. nicht nachweisbar (unterhalb der Nachweisgrenze) NPN non-protein nitrogen (Nicht-Protein-Stickstoff)

Nr. Nummer

OD optische Dichte o. g. oben genannt

p Irrtumswahrscheinlichkeit Parvo Porzines Parvovirus

PBS phosphate buffered saline (phosphatgepufferte Salzlösung) PCC Pearson-Korrelationskoeffizient

PCR Polymerase Chain Reaction PCV-2 Porzines Circovirus Typ 2 pH potentia hydrogenii

PHE Porzine hämorrhagische Enteritis PIA Porzine intestinale Adenomatose p.inf. post infectionem

p.os per os

PPE Porzine Proliferative Enteropathie

PRRSV Porzines Respiratorisches und Reproduktives Syndrom Virus

Ra Rohasche

Rfa Rohfaser

Rfe Rohfett

Rp Rohprotein

rpm rounds per minute (Umdrehungen pro Minute) RV Rappaport-Vassiliadis

SCC Spearman-Korrelationskoeffizient SchwSalmVO Schweine-Salmonellen-Verordnung Stabw. Standardabweichung

s. siehe

S. Seite

sog. sogenannt

Sojaextr. Sojaextraktionsschrot s. u. siehe unten

sVQ scheinbare Verdaulichkeit

TBG Tetrathionat-Brilliantgrün-Galle-Bouillon TGEV Transmissibles Gastroenteritis Virus tgl. täglich

TierGesG Tiergesundheitsgesetz TNF Tumornekrosefaktor

TS Trockensubstanz

u. a. unter anderem uS ursprüngliche Substanz usw. und so weiter

v. a. vor allem

VDLUFA Verband Deutscher landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten

VO Verordnung

WHO Weltgesundheitsorganisation z. B. zum Beispiel

zit. zitiert z. T. zum Teil

® eingetragenes Warenzeichen

Ø im Durchschnitt

< kleiner als

> größer als

Chemische Elemente werden nach den Regeln der internationalen Nomenklatur (IUPAC) abgekürzt.

T

Tabelle 1: Erreger von Durchfallerkrankungen, betroffene Altersgruppen und Lokalisation

der Darmveränderungen modifiziert nach WENDT ET AL.(2013) ... 40

Tabelle 2: Stichprobenschlüssel modifiziert nach SchwSalmoV 2007 ... 50

Tabelle 3: Mischfutter-Zusammensetzung nach Komponenten, Versuchsteil 1 ... 65

Tabelle 4: Zusammensetzung des im zweiten Teil in Kontroll- und Versuchsgruppe verwendeten Alleinfutters ... 66

Tabelle 5: Zur experimentellen Infektion verwendete Infektionsdosis von S. Derby KBE/Tier; alle exp. inf. Tiere eines Durchgangs (n=4) erhielten die gleiche Infektionsdosis ... 77

Tabelle 6: Im Infektionsversuch mit S. Derby verwendete Nährmedien ... 78

Tabelle 7: Nährstoff-, Energie- und Mineralstoffgehalt im Alleinfutter für Ferkel ... 89

Tabelle 8: Anteile (%) der Partikel nach trockener Siebanalyse ... 90

Tabelle 9: Mittlere Lawsonien-Ausscheidung während der Kotkollektion, Angabe als Logarithmus der Genomäquivalente (Log GE) pro g Faeces; Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 93

Tabelle 10: Zusammenhänge der faekalen L. i. Ausscheidung mit Leistungsparametern und ausgewählten Parametern der Verdaulichkeit, dargestellt als Korrelationskoeffizient "r" im Vergleich zwischen den Gruppen VAC +, VAC- CF- und VAC- CF+. ... 96

Tabelle 11: Scheinbare praecaecale Verdaulichkeit von oS, Rp, Rfe, Stärke (%); Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 97

Tabelle 12: Scheinbare „praecolonale“ Verdaulichkeit von oS, Rp, Stärke (%); Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 98

Tabelle 13: Ergebnisse der histologischen Untersuchung der Gewebeproben, dargestellt als Score, sowie der mittleren L. i. Ausscheidung mit dem Kot während der Kotkollektion; Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 100

Tabelle 14: Nährstoff-, Energie- und Mineralstoffgehalte der drei Mischfutterchargen (Angabe in g/kg TS) sowie der Durchschnitt aller Chargen ... 102

Tabelle 15: Anteile (%) der Partikel nach trockener Siebanalyse in allen drei Futtermittelchargen sowie im Ø aller drei Chargen ... 103 Tabelle 16: Startgewicht (G1), Endgewicht (G2) und tägliche Zunahme (ADG) von den

Tieren in den Durchgängen (D1, D2, D3) in kg (Angabe als arithmetisches Mittel mit oberer und unterer Standardabweichung); Gruppen: VAC + = geimpft, nicht

behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 104 Tabelle 17: Durchschnittliche tägliche Futteraufnahme (kg uS) pro Tier und mittlerer

Futteraufwand (kg Futter uS/kg KM-Zunahme); Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt; Ermittlung auf Gruppenbasis ... 106 Tabelle 18: Verlaufsuntersuchung der S. Derby-Ausscheidung mit den Faeces, untersucht

mit Hilfe von Rektaltupfern; Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 107 Tabelle 19: Übersicht positiver (gelb) und negativer (grau) Rektaltupfer auf

Einzeltierbasis in der 4-wöchigen Verlaufsuntersuchung im ersten

Versuchsdurchgang; Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 108 Tabelle 20: Übersicht positiver (gelb) und negativer (grau) Rektaltupfer auf

Einzeltierbasis in der 4-wöchigen Verlaufsuntersuchung im zweiten

Versuchsdurchgang; Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 109 Tabelle 21: Übersicht positiver (gelb) und negativer (grau) Rektaltupfer auf

Einzeltierbasis in der 4-wöchigen Verlaufsuntersuchung im dritten

Versuchsdurchgang; Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 110 Tabelle 22: Nachweis von S. Derby in Ileocaecallymphknoten und Caecuminhalt post

mortem; Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft,

behandelt ... 112 Tabelle 23: Darstellung der Titerverläufe von L. i. im Zeitraum von Einstallung (E) bis

Sektion (S); Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt; Angabe als Titer... 114 Tabelle 24: Darstellung des Nachweises von Antikörpern gegen Salmonellen im Zeitraum

von Einstallung (E) bis Sektion (S); Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt;

VAC - = nicht geimpft, behandelt; Angabe als OD-Wert in % ... 116 Tabelle 25: Deklaration Movikalin speed 10, Mineralfutter für Ferkel ab 10 kg ... 201 Tabelle 26: Grunddaten aller Einzeltiere Teil 1 (Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF -

= nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig) 202 Tabelle 27: Durchschnittliche tägliche Futteraufnahme (kg uS) (täglich erfasst,

Darstellung über Gesamtzeitraum); KM am Tag der Sektion (kg), durchschnittliche tägliche Zunahme (kg) (errechnet aus KM zu Beginn und KM am Tag der Sektion) und Futteraufwand (FCR) - Einzelwerte Teil 1; Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 203 Tabelle 28: Trockensubstanzgehalt (TS-Gehalt) im Kot und Lawsonienausscheidung

(Angabe in log GE) während des Kollektionszeitraumes; Teil 1 (Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig) ... 204

Tabelle 29: Scheinbare Gesamtverdaulichkeit (%) von oS, Rp, Rfe und Stärke - Einzelwerte Teil 1; Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft,

klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 205 Tabelle 30: Scheinbare praecaecale Verdaulichkeit (%) von oS, Rp, Rfe und Stärke -

Einzelwerte Teil 1; Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft,

klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 206 Tabelle 31: Scheinbare „praecolonale“ Verdaulichkeit (%) von oS, Rp, Rfe und Stärke -

Einzelwerte Teil 1; Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft,

klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 207 Tabelle 32: Grunddaten der Einzeltiere, Körpermasseentwicklung (KM) und tägliche

Zunahme (tgl. Zunahme) - Teil 2; Gruppe: VAC + = geimpft, nicht behandelt ... 208 Tabelle 33: Grunddaten der Einzeltiere, Körpermasseentwicklung (KM) und tägliche

Zunahme (tgl. Zunahme) - Teil 2; Gruppe: VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 209 Tabelle 34: Futteraufnahme (Ø Einzeltier während des Versuchszeitraumes) und

Futteraufwand der einzelnen Versuchsgruppen – Gruppendaten Teil 2; Gruppen:

VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 210 Tabelle 35: Ergebnisse der kulturellen Untersuchung auf S. Derby im

Ileocaecallymphknoten und Caecuminhalt - Einzeltiere Teil 2; Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt; Durchgang 1 ... 211 Tabelle 36: Ergebnisse der kulturellen Untersuchung auf S. Derby im

Ileocaecallymphknoten und Caecuminhalt - Einzeltiere Teil 2; Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt; Durchgang 2 ... 212 Tabelle 37: Ergebnisse der kulturellen Untersuchung auf S. Derby im

Ileocaecallymphknoten und Caecuminhalt - Einzeltiere Teil 2; Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt; Durchgang 3 ... 213

A

Abbildung 1: Aufstallung der Ferkel im ersten Versuchsteil ... 60 Abbildung 2: Aufstallung der Versuchstiere im zweiten Versuchsteil in einem S2-

Infektionsstall ... 62 Abbildung 3: Schematische Darstellung des Versuchsablaufes Teil 1 vom Einstallen über

die Adaptationsphase und Bilanz bis zur Sektion; identisches Versuchsfutter ad lib.

für alle Tiere während der gesamten Aufstallung ... 63 Abbildung 4: Schematische Darstellung des Versuchsablaufs für den Teil 2 (Behandlung,

experimentelle Infektion, Verlaufsuntersuchung, Sektion) der Gruppe VAC + im Vergleich zur Gruppe VAC -. ... 64 Abbildung 5: Durchschnittlicher TS-Gehalt im Kot; Gruppen: VAC + = geimpft; VAC –

CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 91 Abbildung 6: Durchschnittliche tägliche Futteraufnahme (ADFI), mittlere tägliche

Zunahme (ADG) und durchschnittlicher Futteraufwand (FCR) pro Versuchsgruppe;

Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 92 Abbildung 7: Durchschnittliche Lawsonien-Ausscheidung der drei Versuchsgruppen im

Vergleich über drei Durchgänge; Gruppen: VAC + = geimpft; VAC – CF - = nicht geimpft, klinisch unauffällig; VAC – CF + = nicht geimpft, klinisch auffällig ... 94 Abbildung 8: Erläuterungen zur Auswertung der Gewebeschnitte aus Tabelle 13 ... 99 Abbildung 9: Körpermasse zu Versuchsbeginn und –ende bei beiden Versuchsgruppen im

Durchschnitt über drei Durchgänge (n = 36 pro Versuchsgruppe); Gruppen: VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 105 Abbildung 10: Tägliche Zunahmen der beiden Versuchsgruppen im Durchschnitt über drei

Durchgänge (n = 36 pro Versuchsgruppe); Gruppen: VAC + = geimpft, nicht

behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 105 Abbildung 11: Anzahl positiver Rektaltupfer im dem nach der Infektion folgenden 4-

wöchigen Beobachtungszeitraum bis zur Sektion. Dargestellt ist die Gesamtzahl positiver Proben pro Untersuchungszeitpunkt (n=12) in beiden Gruppen; Gruppen:

VAC + = geimpft, nicht behandelt; VAC - = nicht geimpft, behandelt ... 111 Abbildung 12: Nutritive und extranutritive Einflüsse auf die Kotqualität beim Schwein

(nach KAMPHUES ET AL. 2009) ... 126

1 E

Infektionen mit Lawsonia intracellularis beim Schwein führen weltweit zu wirtschaftlichen Verlusten, sowohl durch klinisch manifeste Verläufe als auch durch subklinische Infektionen (MCORIST ET AL. 1997a; LAWSON U. GEBHART 2000;MCORIST 2005;JACOBSON ET AL. 2010).

Leistungseinbußen ergeben sich durch verringerte Zunahmen und eine beeinträchtigte und ungünstige Futterverwertung (BRANDT ET AL.2010;PEDERSEN ET AL.2012;JOHANSEN ET AL. 2013; C^{OLLINS U}. B^ARCHIA 2014). Das Resultat ist häufig eine in ihrer Körpermassenentwicklung inhomogene Tiergruppe. Die damit verbundene insgesamt verlängerte Mastdauer ist ein typisches Kennzeichen von subklinischen Infektionen (MCORIST ET AL. 1997a;VEENHUIZEN ET AL. 1998;HARDGE ET AL.2004). Dieses ist ein häufiges Bild einer Lawsonieninfektion in der Praxis. Klinisch apparente Infektionen verlaufen klassischerweise als Durchfallerkrankung und gehen in der hämorrhagischen Verlaufsform (Porzine hämorrhagische Enteropathie; PHE) oftmals auch mit Tierverlusten einher (JACOBSON ET AL.2010). Diese können in einzelnen Beständen häufiger auftreten, spielen aber insgesamt eine weniger bedeutende Rolle (M^CO^{RIST U}.G^EBHART 2012).

Bezugnehmend auf die sich im Darm L .i.-infizierter Schweine ergebenden pathomorphologischen Veränderungen (VANNUCCI U.GEBHART 2014) ist zu vermuten, dass es infolge der verringerten Permeabilität der Darmwand zu einer verminderten Absorption bestimmter Nährstoffe kommt. Vor diesem Hintergrund sollten in der vorliegenden Arbeit in einem ersten Teil folgende Fragestellungen geprüft werden:

Themenkomplex 1: Verdaulichkeit

 Hat eine klinisch milde Erstinfektion mit Lawsonia intracellularis Auswirkungen auf die Verdaulichkeit des Futters? – bestehen quantitative Unterschiede hinsichtlich der Verdaulichkeit einzelner Nährstoffe bei mit Lawsonia intracellularis infizierten wachsenden Schweinen, die klinisch auffällig, klinisch unauffällig oder geimpft sind?

 Gibt es Unterschiede in zootechnischen Parametern, die mit den Ergebnissen aus der Verdaulichkeitsstudie erklärt werden können?

Die Therapie einer Lawsonieninfektion erfolgt im Feld üblicherweise mittels einer

22

antibiotischen Behandlung (MARSTELLER ET AL.2001;MCORIST ET AL.1997a). Diese kann die Erkrankung zwar eindämmen, die Erreger aber nicht aus dem Bestand eliminieren (CONRADSEN 2006).

Die Gabe antibiotischer Wirkstoffe, die im gram-positiven Spektrum wirksam sind, wie auch das gegen L. i. wirksame Tylosin, können zu einer Reduktion der gastrointestinalen Kommensalflora bzw. zu einer Verschiebung derselben hin zum gram-negativen Spektrum führen (GEDEK ET AL.1992). Salmonellen als gram-negative und ubiquitär vorkommende Erreger, teils mit erheblichem zoonotischen Potential, stellen in der Schweineproduktion ein großes Problem dar, sowohl für die dort tätigen Personen, als auch hinsichtlich ihrer möglichen Verschleppung entlang der Lebensmittelkette und damit für die Lebensmittelsicherheit (VISSCHER ET AL.2011;EVANGELOPOULOU ET AL.2014a;MUGHINI- GRAS ET AL.2014;BFR2014).

Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit stand daher folgende Frage im Vordergrund:

Themenkomplex 2: Salmonelleninfektion

 Welches Ausbreitungsverhalten einer experimentellen Salmonelleninfektion läßt sich in gegen Lawsonia intracellularis geimpften Tiergruppen und in nicht geimpften, Lawsonien-infizierten und zuvor antibiotisch therapierten Tiergruppen feststellen?

Ergebnisse aus dieser Studie sollen zu quantitativen Vorstellungen führen, was die Nährstoffverwertung durch das einzelne Tier betrifft, welches entweder präventiv mittels einer Impfung mit einer Lawsonia intracellularis – Vakzine behandelt wurde oder aber nicht vakziniert und klinisch auffällig oder unauffällig war. Des Weiteren zielen die Untersuchungen darauf ab, die im Hinblick auf eine Ausbreitung von Salmonelleninfektionen bestmögliche Optimierung von Konzepten (Impfung vs. Antibiose) zur Vermeidung Lawsonien-bedingter Tiergesundheitsprobleme aufzuzeigen.

2 L

2.1 Der Magen-Darm-Trakt von Schweinen

Nachfolgend erfolgt eine kurze allgemeine Beschreibung des Magen-Darm-Traktes des Schweines. Weiterhin werden einige Aspekte hinsichtlich verdauungsphysiologischer Vorgänge im Bereich der auch von L .i.-Infektionen betroffenden Darmabschnitte näher erläutert, um die für diese Arbeit wichtigen Zusammenhänge erfassen zu können.

2.1.1 Anatomie

Das Schwein besitzt einen einhöhlig-zusammengesetzten Magen, ausgekleidet von Magenschleimhaut, die sich in eine Pars nonglandularis (Bereich drüsenloser, kutaner Schleimhaut) und eine Pars glandularis (Bereich mit Drüsenschleimhaut) aufteilt. Mit dem Dünndarm schließt sich der längste Abschnitt des Verdauungskanals an, bestehend aus Duodenum (0,7-1 m), Jejunum (15-20 m) und Ileum (1,5-2,5 m; SCHWARZE 1962;NICKEL ET AL. 1999). Den größten Anteil am Dünndarmgeschlinge nehmen mit 90 % die Jejunalschlingen ein (NICKEL et al. 1999). Das anschließende Ileum verfügt über die im gesamten Darmtrakt stärkste Muskelschicht und zudem über einen Teil des darmassoziierten Immunsystems, nämlich die beim Schwein deutlich ausgeprägten Peyer`schen Platten. Der aus Caecum, Colon und Rektum bestehende Dickdarm mit einer Gesamtlänge von 3,5 – 6 m bildet den Abschluss des Magen-Darm-Traktes (VOLLMERHAUS U.ROOS 1999).

2.1.2 Verdauungsphysiologie

Die Darmschleimhaut von Dünn- und Dickdarm weist morphologische Unterschiede auf. Das Oberflächenrelief, welches allgemein der Oberflächenvergrößerung dient, stellt sich im Dünndarm in Form von Zotten (Villi intestinales) und Krypten (Glandulae intestinales, Lieberkühn`sche Drüsen) dar. Im gesamten Dickdarm sind dagegen keine Zotten ausgebildet, die Schleimhaut weist allerdings Krypten auf (VOLLMERHAUS U.ROOS 1999). Aufgrund der Komplexität des Themas beschränken sich die Ausführungen im Folgenden schwerpunktmäßig auf die sekretorischen und absorptiven Leistungen von Dünn- und Dickdarm.

24 2.1.2.1 Dünndarm

Im Dünndarm findet der überwiegende Anteil der enzymatischen Verdauung und Absorption der Nährstoffe statt. Kohlenhydrate, Proteine und Fette werden hier zu niedermolekularen Stoffen gespalten, so dass diese (überwiegend durch Transportmechanismen) der Absorption zugänglich gemacht werden (WOLFFRAM U.SCHARRER 2010).

Die Gallenflüssigkeit gelangt über den Ductus choledochus, welcher auf der Papilla duodeni major mündet, in das Darmlumen. Der exokrine Anteil des Pankreas produziert zahlreiche Verdauungsenzyme, NaCl und NaHCO3, welche, über den Ductus pancreaticus accessorius, der auf der Papilla duodeni minor in das Lumen des Duodenums mündet, sezerniert werden (NICKEL ET. AL.1999;KÖNIG U.LIEBICH 2014). Das Alter der Tiere, die Sekretionsrate, die Zusammensetzung des Futters, die Fütterungsfrequenz und die Haltungsbedingungen üben hierbei einen Einfluss auf die Zusammensetzung und die Menge des Pankreassekretes aus (KIDDER U.MANNERS 1978;WOLFFRAM U.SCHARRER 2010).

In der Gruppe der Kohlenhydrate stellen Stärke, Saccharose und Laktose die wichtigsten beim Schwein zu verdauenden Nährstoffe dar. Die aus Glucoseeinheiten (Amylose und Amylopektin) bestehende Stärke wird vorwiegend im proximalen Drittel des Dünndarmes verdaut, da hier die Aktivität von pankreatischer Amylase und weiteren beteiligten Enzymen am größten ist (KIDDER U.MANNERS 1978;CORRING 1982;DROCHNER 1993;WOLFFRAM U. SCHARRER 2010). Im Vergleich zu anderen Tierarten weist das Schwein eine sehr effektive Stärkeverdauung auf. Wird die Verdauungskapazität im Dünndarm diesbezüglich dennoch überschritten, so findet eine (zumindest teilweise) Kompensation durch mikrobiellen Abbau von Kohlenhydraten (KH) im Dickdarm statt (CORRING 1982; WOLFFRAM U. SCHARRER 2010). Die Lactose wird durch die bürstensaummembranständige Lactase zu Glucose und Galactose hydrolysiert, während die Saccharose durch Saccharase zu Glucose und Fructose gespalten wird (CORRING 1982;DROCHNER 1993; WOLFFRAM U.SCHARRER 2010).

Die Proteinverdauung beginnt bereits im sauren Milieu des Magens mit der Denaturierung durch Peptidasen. Die weitere Verdauung der Proteine durch Peptidasen des Magen- und Pankreassekrets sowie der Bürstensaummembran findet vorwiegend im Dünndarm statt (WOLFFRAM U.SCHARRER 2010). Es entstehen kurzkettige Peptide und Aminosäuren die überwiegend durch aktiven Transport resorbiert werden (SAUER U.OZIMEK 1986).

Ein nicht unbedeutender Anteil der Proteinverdauung entfällt auf die Verdauung und

Resorption endogenen Proteins. Dieses besteht vor allem aus Muzinen, Enzymen und abgeschilferten Epithelzellen und entspricht quantitativ in etwa der pro Tag über das Futter zugeführten Proteinmenge (CORRING 1982;SAUER U.OZIMEK 1986;WOLFFRAM U.SCHARRER 2010). Ein wichtiger Umstand hierbei ist, dass die Muzine und Verdauungsenzyme vorwiegend im Ileum und Dickdarm durch bakterielle Peptidasen verdaut werden. Die Aufnahme der meisten Aminosäuren erfolgt auf der luminalen Seite der Enterozyten durch einen Na⁺-Cotransporter. Peptide, Iminosäuren und einige kurzkettige AS können zusätzlich über einen H⁺-Cotransporter aufgenommen werden, basische AS auch über erleichterte Diffusion. Auf der basolateralen Seite erfolgt der Übergang von Peptiden und AS dann über eine erleichterte Diffusion ins Blut (WOLFFRAM U.SCHARRER 2010).

Die wichtigsten aus der Nahrung aufgenommenen Fette sind Triacylglycerine (mengenmäßig größter Anteil), Phospholipide und Cholesterine (KIDDER U.MANNERS 1978; DOREAU U. CHILLIARD 1997). Eine Verdauung der Triacylglycerine beginnt bereits im Magen mittels gastraler und lingualer Lipase. Hierbei entstehen Diacylglycerine, Monoacylglycerine und Fettsäuren.

Die im Magen nicht vorverdauten Triacylglycerine werden im Dünndarm durch konjugierte Gallensäuren und Phospholipide emulgiert, so dass Komplexe aus aktivierten Lipasen/Colipasen die Fette weiter zu Monoacylglycerinen und Fettsäuren spalten können.

Als Mizellen, bestehend aus konjugierten Gallensäuren und Monoacylglycerinen/Fettsäuren, halten sich diese im Darmlumen zunächst in wässriger Lösung, bevor sie an der Bürstensaummembran des Dünndarmepithels diffundieren (DOREAU U. CHILLIARD 1997;

WOLFFRAM U.SCHARRER 2010).

Die Aufnahme der konjugierten Gallensäuren durch Diffusion ins Epithel des Dünndarms ist gering, ihre Aufnahme erfolgt erst im Ileum durch einen Na⁺-abhängigen, sekundär aktiven Transport (WOLFFRAM U.SCHARRER 2010).

2.1.2.2 Dickdarm

Die Verdauungsphysiologie des Dickdarms ist im Wesentlichen durch mikrobielle Stoffwechselleistungen geprägt. Zudem findet hier der epitheliale Transport von Wasser und Elektrolyten statt. Speziell beim Schwein findet sich ein großer Teil des gesamten Darminhalts im Dickdarm (5 % des KGW; HORST 1956).

26

Die von proximal nach distal im Darmtrakt ansteigenden Keimzahlen erreichen im Colon Werte von bis zu 10¹¹ Keimen/g Darminhalt (AMTSBERG 1984;GASKINS 2001; HUIJSDENS ET AL. 2002). Als Substrat für deren Wachstum dienen in erster Linie pflanzliche Zellwandbestandteile, die im Dünndarm nicht enzymatisch abgebaut werden konnten (ANGUITA ET AL. 2006). Hinzu kommen nicht vollständig enzymatisch verdaute Kohlenhydrate. Nach Fermentation der gesamten Kohlenydratfraktion entstehen Endprodukte wie Acetat, Propionat und Butyrat, also kurzkettige Fettsäuren (ANGUITA ET AL.2006). Im Hinblick auf die postileale Stärkeverdaulichkeit besitzt der Dickdarm eine herausragende Kapazität, so dass es beim Schwein kaum zu einer verringerten Gesamtverdaulichkeit der Stärke kommen kann (VAGT 2014).

Die Verdauung des Nahrungsproteins wird zumeist im Dünndarm abgeschlossen, so dass der N-Umsatz im Dickdarm vorwiegend durch die Aktivität der Bakterienpopulation bestimmt wird, die ihr Wachstum aus N-Quellen endogener oder exogener Herkunft bestreitet (YEN 2001;BREVES U.DIENER 2010).

2.1.3 Mikroflora des MDT

Im MDT des Schweines kommen extrem viele Bakterienarten vor. Bezifferte man die Zahl vor einigen Jahren noch auf etwa 400 (SIMON 2007), so wird heute von über 800 Spezies ausgegangen (KIM ET AL. 2011; LOOFT ET AL. 2014; LE BON 2014). Abhängig von der Lokalisation im MDT wird die Gesamtzahl an Bakterien pro Gramm Darminhalt mit 10³ - 10¹² angegeben (E^{WING U}.C^OLE 1994;J^{ANSEN ET}. ^AL.1999;D^U T^{OIT ET AL}.2003), wobei die Zusammensetzung der Mikroflora in strenger Relation zur Futterzusammensetzung steht, die den pH-Wert des Darminhalts beeinflusst (GASKINS 2003). Ferner bestimmen Lokalisation und die dort jeweils herrschenden physiologischen Bedingungen wie die Passagerate, das Vorhandensein von Enzymen, Salzsäure und Gallenflüssigkeit die Zusammensetzung der Mikroflora. Im Magen und oberen Abschnitt des Dünndarms kommen relativ wenige Mikroorganismen aufgrund der physiologischen Bedingungen (niedriger pH-Wert, hohe Passagerate) vor. Die dominate Gruppe sind hier die Milchsäurebakterien der Gattung Lactobacillus sowie Streptokokken, während Enterobacteria, Clostridium, Eubacterium und Bifidobacterium eine geringere Prävalenz aufweisen (CONWAY 1994;JENSEN 2001;MELIN 2001). Ferner finden sich im MDT Bakterien der Gattung Bacteroides und Escherichia

(AMTSBERG 1984). Diese gehören alle der autochthonen Flora des MDT an und sind dessen ständige Bewohner. Sie vermehren sich dort in einem Maße, dass die Balance durch den natürlichen Verdauungsvorgang nicht deutlich beeinträchtigt wird. Bereits das Ileum bietet günstigere Lebensbedingungen für die Mikroflora als die vorhergehenden Abschnitte, was sich in einer größeren Vielfalt an Mikroorganismen zeigt. Es konnten dort Lactobacillus, Streptococcus, Clostridium, Enterobakterien, Bacillus und Bacteroides nachgewiesen werden (C^ONWAY 1994; J^ENSEN 2001; HILL ET AL. 2005). Der Dickdarm bietet die besten Bedingungen für die Darmflora, was sich sowohl in der Menge, der Vielfalt als auch der Stabilität der Mikroorganismenpopulation ausdrückt (JENSEN U.JORGENSEN 1994;EWING U. COLE 1994). Nach AMTSBERG (1984) kommen außerdem apathogene oder fakultativ pathogene Spezies wie z.B. Klebsiellen, Pseudomonaden und Staphylokokken in verhälnismäßig geringen Mengen im Darm vor, welche der transienten, also den Darmtrakt passierenden Flora angehören.

Physiologischerweise befindet sich die Magen-Darm-Flora im Zustand der Eubiose, d.h. die quantitativen Anteile liegen im Gleichgewicht vor (HAENEL 1960). Wird dieses Gleichgewicht durch Einflussfaktoren wie eine Fütterungsumstellung, eine antibiotische Behandlung (LOOFT ET AL. 2014) oder aber allgemein eine Funktionsstörung des MDT verändert, kann eine Dysbiose entstehen (H^AENEL 1982;K^AMPHUES 2010) in deren Folge es zu einer Besiedelung des Darmes mit pathogenen Mikroorganismen kommen kann. Auch GEDEK ET AL. (1992) konnten in einer Studie zum Einfluss verschiedener Wirkstoffe (Fumarsäure, Salzsäure, Natriumformiat, Tylosin und Toyocerin) auf die Mikroflora des Gastrointestinaltraktes feststellen, dass u.a. Tylosin die Summe der Repräsentanten der Hauptflora im Ileum gesichert reduzierte.

VAN DER WAAIJ ET AL. (1971) beschrieben ein „colonization resistance“ genanntes Phänomen, in dessen Zuge die stabile residente Flora die Ansiedlung pathogener Mikroorganismen verhindert.

2.2 Auswirkungen von Infektionen des Magen-Darm-Traktes auf Futteraufnahme und Wachstum

Klassischerweise sind bei Durchfallerkrankungen von Schweinen vier Grundmechanismen in der Pathogenese zu unterscheiden: Hypersekretion, Malabsorption, Hypermotilität und eine

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erhöhte Permeabilität der Darmwand/-schleimhaut (MOON 1978). Den meisten Durchfallerkrankungen des Schweines liegt allerdings eine Kombination dieser Mechanismen zu Grunde (MOESER U.BLIKSLAGER 2007). Hinzu kommt, dass sehr häufig die intestinale Barriere (erhöhte intestinale Permeabilität) auch bei sekretorischen und malabsorptiven Diarrhoeformen beeinträchtigt ist. Letztendlich kann auch die relative Erhöhung der sich im Darmlumen bzw. im Chymus befindenden Ionen (durch erhöhte Sekretion und reduzierte Absorption) dazu führen, dass eine Durchfallerkrankung durch das erhöhte osmotische Potential verstärkt wird. Diese Veränderungen in der Schleimhaut können nicht zuletzt dazu führen, dass inflammatorische Kaskaden aktiviert werden, die wiederum eine erhöhte Sekretion auslösen und insgesamt das Krankheitsgeschehen verschärfen (circulus vitiosus;

MOESER U.BLIKSLAGER 2007).

Entzündungssymptome führen aber auch über bestimmte Regulationsmechanismen zu Anpassungen im Organismus mit z.T. weitreichenden Auswirkungen – einer durch Entzündungsmediatoren provozierten reduzierten Futteraufnahme, einem vermehrten Katabolismus von Aminosäuren und weiteren für die immunologische Abwehr aufzubringenden Kosten, welche die Minderleistung der Tiere erklären (SPURLOCK 1997;

WILLIAMS ET AL.1997).

2.2.1 Auswirkungen von Infektionen auf die Futteraufnahme und das Wachstum 2.2.1.1 Futteraufnahme

Die bei nahezu allen Spezies erste Konsequenz einer Infektion ist eine Reduktion der Futteraufnahme. Diese kann je nach Spezies allein schon zu erheblichen Einbußen in der Leistung führen (KLASING 2006). Die Regulation der Futteraufnahme an sich ist ein sehr komplexes Geschehen. Es gibt kurzfristige (von Mahlzeit zu Mahlzeit) und langfristige Signalsysteme sowie periphere und zentrale Regulationsmechanismen (BUYSE U.DECUYPERE 2013). Zytokin-vermittelte Veränderungen im Nahrungsaufnahmeverhalten (reduzierter Appetit) können die Verfügbarkeit von Energie und Nährstoffen erheblich mindern (JOHNSON 1998). Selbst bei einer nur moderaten Immunstimulation scheint eine gewisse Einschränkung der Futteraufnahme aufzutreten (GANDRA U.SCRIMSHAW 1961). Wie bereits seit längerem bekannt, gibt es eine gewisse „appetitmindernde“ Wirkung (reduzierte Futteraufnahme) von endogenen Mediatoren der Akute-Phase-Antwort (IL-1β, TNF, Interferon-α, Interferon-γ;

LANGHANS 1992;LANGHANS ET AL.1993).

Der Einfluss von bakteriellen Darminfektionen auf die tägliche Futteraufnahme wird unterschiedlich eingeschätzt. In einer neueren Metaanalyse konnte für die bakteriellen Darminfektionen beim Schwein eine Reduktion der Futteraufnahme um etwa 15 % nachgewiesen werden (PASTORELLI ET AL.2012).

2.2.1.2 Wachstum

Die Entwicklung der KM-Zunahme ist bei jungen/wachsenden Tieren ein guter Indikator zur Beurteilung des Schweregrades eines Infektionsgeschehens. Die KM-Zunahme (als Maß für das Wachstum) ist von bakteriellen Infektionen des Magen-Darm-Traktes weitaus deutlicher beeinträchtigt, als dies beispielsweise unter respiratorischen Erkrankungen zu beobachten ist (PASTORELLI ET AL.2012). Die jeweilige Reduktion in der KM-Zunahme ist aber nicht nur eine Folge der reduzierten Futteraufnahme, sondern auch evtl. ein Resultat von veränderten Verdauungs- und Stoffwechselvorgängen und einer erhöhten Aktivität des Immunsystems (SANDBERG ET AL. 2007). Die bei Infektionen des Magen-Darm-Trakts besonders ausgeprägten Einbußen an Tageszunahmen im Erkrankungszeitraum (bis zu 40 %) verdienen besondere Erwähnung (PASTORELLI ET AL.2012).

Einerseits dürften entzündliche Reaktionen in der Magen-Darm-Schleimhaut die Effizienz der Verdauung und Absorption mindern, was die Folgen einer geringeren Futteraufnahme noch verschärft. Besondere Erwähnung verdient aber, dass in der Metaanalyse von PASTORELLI ET AL.(2012) die Einbußen in den Tageszunahmen zwei- bis dreifach stärker ausgeprägt waren, als aufgrund der Reduktion in der Futteraufnahme zu erwarten war. Bei bakteriellen Infektionen des Verdauungstraktes des Schweines bspw. waren die täglichen Zunahmen bei identischer Futteraufnahme um 29,6 % ± 8,5 % reduziert (PASTORELLI ET AL.2012).

Die Einbußen in den Zunahmen, die nicht auf die geringere Futteraufnahme (bzw. die auch allein damit verbundene ungünstigere Futterverwertung) zurückzuführen sind, dürften dem im Krankheitsfall erhöhten Erhaltungsbedarf, den Veränderungen in der Absorption und Verwertung von Energie und Nährstoffen sowie dem veränderten Metabolismus geschuldet sein (PASTORELLI 2012).

2.2.2 Einfluss von Infektionen auf Nährstoff-Verdaulichkeit und -Metabolismus Schädigungen an der Darmschleimhaut beeinflussen immer auch die Verdauung (Vorgänge

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der enzymatischen Zerlegung) und die Nährstoffresorption (Übergang in den Körper) negativ, wodurch die Verfügbarkeit von Aminosäuren und anderen Nährstoffen reduziert ist (TURK 1972). Eine erhöhte intestinale Sekretion kann ebenfalls durch Gewebeschäden verursacht werden, wodurch dann beispielsweise die Proteinverdaulichkeit reduziert sein kann (H^{ALE ET} AL.1985).

Im Hinblick auf infektiöse Erkrankungen des Magen-Darm-Traktes ist auch zu beachten, dass im Intestinum mitunter beträchtliche Proteinmengen umgesetzt werden (Aufbau/Abbau) (STANGL 2010). Generell findet eine Proteinsynthese in allen Geweben des Organismus statt, wobei sich die Syntheseleistung der einzelnen Organe und Gewebe (bezogen auf die Gesamt- Proteinsynthese des Organismus) unterscheidet (STANGL 2010). Nur annähend 8 % des Gesamtkörperproteins befinden sich im Darmgewebe (SUSENBETH U.KEITEL 1988). In der Muskulatur hingegen befinden sich etwa 55 % des Gesamtkörperproteins (SUSENBETH U. KEITEL 1988), welches aber in deutlich geringerem Umfang täglich erneuert wird (HALAS ET AL.2003). Während in der Muskulatur 2,4 bis 17,4 % des Proteins täglich umgesetzt werden, sind es im Intestinum zwischen 16,2 und 79,4 % (HALAS ET AL.2003).

Von besonderer Bedeutung sind die Aufwendungen, die der intermediäre Stoffwechsel im Erkrankungsfall benötigt (nach dem Primat: Abwehr vor Ansatz). Nahezu jeder immunologische Abwehrprozess benötigt auch gewisse Mengen an Aminosäuren zur Proteinsynthese und Gluconeogenese (BEISEL 1992). Ein Teil der durch die Nahrungsaufnahme und durch den Muskelabbau zur Verfügung stehenden Aminosäuren wird von der Leber für die Gluconeogenese und die Synthese der Akute-Phase-Proteine verwendet (KLASING 1998;LE FLOCH ET AL.2004). Ein weiterer Anteil wird von den Immunzellen für die Immunglobulinsynthese und die Zellvermehrung des Immunsystems sowie generell für alle wichtigen Prozesse der immunologischen Abwehr benötigt (KLASING 1998;LE FLOCH ET AL.2004). Das für diese Prozesse notwendige Aminosäuren-Muster entspricht allerdings nicht demjenigen, welches durch die Muskelproteolyse zur Verfügung steht (SANDBERG ET AL. 2007). Eine negative Stickstoffbilanz kann das Ergebnis einer klassischen Immunreaktion sein. Das Ausmaß steigt proportional zum Schweregrad der Infektion an (BURCIAGA-ROBLES ET AL.2010).

2.3 Lawsonia intracellularis

2.3.1 Erreger

Die zur Familie der Desulfovibrionaceae, Klasse Delta-Proteobacteria gehörende Gattung Lawsonia enthält nur eine Art, Lawsonia intracellularis. Bei L .i. handelt es sich um gram- negative, gebogene 0,25 – 0,50 x 1,25 – 1,75 µm große Stäbchen. Diese sind säurefest, kapsellos und nicht sporenbildend. S^{MITH UND} L^AWSON (2001) fanden zudem heraus, dass L. i. ein unipolares langes Flagellum besitzt, welches eine Eigenmotilität besitzt und somit eine aktive Bewegung zu den Zielzellen ermöglicht. Dieses scheint aber nur im extrazellulären Raum von Bedeutung zu sein, intrazellulär konnte das Flagellum nicht mehr nachgewiesen werden.

Von besonderer Bedeutung ist zudem das streng intrazelluläre Wachstum unter mikroaerophiler Atmosphäre, was die Kultivierung des Erregers aufwendig gestaltet (VANNUCCI U.GEBHART 2014).

Bisher konnte nicht endgültig geklärt werden, ob noch weitere Varianten dieses Erregers vorkommen. Die bisher bekannten Isolate von L. i. zeigen allerdings eine hohe genetische Übereinstimmung (COOPER ET AL.1997;KOYAMA ET AL.2006;VANNUCCI U.GEBHART 2014).

Auch sind mögliche Virulenzfaktoren noch nicht abschließend entschlüsselt (GEBHART U. GUEDES 2010), da die doch verhältnismäßig geringe Anzahl verfügbarer Isolate die Forschung stark einschränkt (KOYAMA ET AL. 2006).

2.3.2 Ätiologie und Pathogenese

L. i. besiedelt den Darmkanal und hier insbesondere das Ileum von Schweinen. Die fortschreitende Infektion kann sich zudem auf das Jejunum, das Caecum und das Colon ausweiten (SMITH U.LAWSON 2001). Die Aufnahme erfolgt in erster Linie oral über Faeces (POHLENZ 2005), als vorrangig natürliche Zielzellen fungieren unreife Enterozyten. Diese reifen nicht mehr vollständig aus, teilen sich jedoch weiterhin, es kommt zu einer Proliferation unreifer Enterozyten mit dem Bild der porzinen intestinalen Adenomatose (PIA).

Dies kann mit einer Reduktion der Becherzellen einhergehen, wodurch die Schleimproduktion reduziert und somit die mechanische Schleimbarriere vermindert ist (LOMAX U. GLOCK 1982). Folglich gehen Nährstoffe verloren, auch treten Resorptionsstörungen auf. Im Rahmen der Infektion kommt es auf der apikalen Membran

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(zum intestinalen Lumen hin) zu einer Down-Regulation von diversen Genen in den Enterozyten der infizierten Zellen (VANNUCCI ET AL.2013). Diese Gene sind u.a. essentiell für Mechanismen der Nährstoffaufnahme. Die Membrantransporter sind für die Aufnahme von Kohlenhydraten, Aminosäuren, Gallensäuren, Fetten und Vitamin B12 von Bedeutung.

Während die apikale Elektrolytsekretion reduziert wird, indem die Expression von Chloridkanalgenen herunterreguliert wird, kommt es in der apikalen Membran gleichzeitig zu einer Hochregulation des Cu-Aufnahme-Proteins (CTR1) und auf der basolateralen Membran der Enterozyten zu einer massiven Hochregulation der Gene für den Glucosetransport in infizierten Zellen (VANNUCCI ET AL.2013). MCORIST ET AL.(2003) nehmen an, dass L. i. mit der Zyklin-Kinase-p27 interagiert, welche für die Differenzierung der Zellen eine wichtige Rolle spielt, wodurch die Zellen der Proliferationen ein unreifes Erscheinungsbild aufweisen.

Nach überstandener Infektion kann es zu einer Regeneration der Darmschleimhaut oder aber zu einer fibrinösen Entzündung kommen, beschrieben als Nekrotische Enteritis (MC ORIST ET AL.1996;DÜNSER 1998;POHLENZ 2005).

Eine schwere Verlaufsform, die proliferative hämorrhagische Enteropathie (PHE), tritt vor allem akut bei älteren Tieren auf und äußert sich durch Epitheldegenerationen und – desquamationen, die zu massiven Blutungen führen können (KROLL ET AL.2005;JACOBSON ET AL.2010;M^CO^{RIST U}.G^EBHART 2012).

2.3.3 Epidemiologie und Infektionsdynamik

Die Infektion mit L. i. ist eine weltweit vorkommende Erkrankung in allen schweineproduzierenden Ländern und in allen Haltungssystemen (MARSTELLER ET AL.2003;

MCORIST ET AL.2003;BRANDT ET AL.2010;JACOBSON ET AL.2012;PEDERSEN ET AL.2012;

JOHANSEN ET AL. 2013;C^{OLLINS U}. B^ARCHIA 2014). M^CORIST ET AL.(2003) schätzen die Herdenprävalenz weltweit auf etwa 96 %, wovon etwa 30 % der Mastschweine zu einem Zeitpunkt nachweisbar Läsionen zeigen, die zu wirtschaftlichen Einbußen führen.

In einer europaweit angelegten Studie von HARDGE ET AL.(2006) zeigten sich für Europa insgesamt 93 % aller untersuchten Mastbetriebe und 97 % aller Zuchtbetriebe positiv, für Deutschland ergaben sich sogar noch höhere Prävalenzen mit 94 % aller Mastbetriebe und 99 % der untersuchten Zuchtbetriebe. Auch in einer Studie von WENDT ET AL.(2006), die insgesamt 694 Betriebe in Deutschland untersuchte, zeigten sich ähnlich hohe Prävalenzen

mit im Schnitt 81,3 % positiven Betrieben. Es gibt Hinweise, dass sich die Prävalenzen aktuell in jüngeren wachsenden Tieren (bis einschließlich Ferkelaufzucht) auf sehr geringem Niveau befinden. So zeigte WENTING (2012)in einer neuen deutschen Untersuchung zur Prävalenz auf Ebene der Ferkelerzeugung, dass insgesamt nur bei 5,2 % der Absetzferkel L. i.

spezifische AK im Serum nachgewiesen werden konnten. Auf Herdenebene konnte 39,2 % der Betriebe (entspricht 40 Betrieben) mindestens ein serologisch positives Tier zugeordnet werden. In vielen Fällen (n=26) war jeweils nur ein Seroreagent nachzuweisen. Die Prävalenz bei Saugferkeln war ausgesprochen gering. Bei je einer Saugferkelkotprobe von vier Betrieben (entspricht 0,7 %) waren Lawsonien direkt nachzuweisen (WENTING 2012).

Aus einer von GUEDES ET AL. (2003) durchgeführten Studie, die die Korrelation von Infektionsdosis und Schwere der klinischen Symptomatik behandelt, geht hervor, dass die Schwere der Klinik mit erhöhter Erregerkonzentration zuzunehmen scheint. Nach PEDERSEN ET AL.(2012) sind steigende Erregerkonzentrationen im Kot ebenfalls signifikant assoziiert mit reduzierten täglichen Zunahmen (p<0.001). Das Ausmaß dieser Abhängigkeit wurde allerdings mit steigendem Trockensubstanzgehalt im Kot geringer (p<0.01). Auch JOHANSEN ET AL. (2013) bestätigen, dass Diarrhoe ein signifikanter Risikofaktor für eine geringere Wachstumsrate ist. Ein Anstieg der L. i. Erregeranzahl um eine Zehnerpotenz erhöht die Chance eines Schweines auf eine unterdurchschnittliche Wachstumrate um den Faktor 1,97.

Waren mehr als 10⁶ L. i. Erreger pro Gramm Kot nachzuweisen, war dies ebenfalls ein signifikanter Risikofaktor für eine geringere Körpermassenzunahme (JOHANSEN ET AL.2013).

COLLINS U.BARCHIA (2014) sehen die kritische Grenze bzgl. einer signifikant reduzierten Körpermassenzunahme infolge einer L. i. Infektion bei einer Konzentration von mehr 10⁷ L. i.

Erreger pro Gramm Kot. Eine Ausscheidung nur sehr geringer Anzahlen an L. i. muss die täglichen Zunahmen nicht weiter beeinträchtigen (PEDERSEN ET AL.2012).

Nach SMITH UND MCORIST (1997) kommt es bei infizierten Tieren zu einer verhältnismäßig hohen Ausscheidung von ca. 7 x 10⁸ Erregern pro g Kot. Bedenkt man zudem, dass schon einzelne Ausscheider genügen können, um ganze, bisher erregerfreie, Gruppen zu infizieren (JORDAN ET AL.1997;SMITH U.MCORIST 1997), so wird klar, dass sich eine Infektion mit L. i.

sehr rasch im ungeschützten Bestand ausbreiten kann. Eine besondere Gefahr stellen hierbei sogenannte Carrier (symptomlose Ausscheider) dar, die als Träger unerkannt zu empfänglichen Tiergruppen gegeben werden.

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Es ist davon auszugehen, dass die Infektionsdynamik betriebsspezifisch verläuft. Ein Beispiel dafür erbrachten STEGE ET AL.(2004) in einer Feldstudie. In dieser schieden Tiere von zwei Betrieben bereits im Absetzalter Lawsonien aus. Es folgte eine ausscheidungsfreie Phase und sechs bzw. acht Wochen nach dem Absetzen schieden diese Schweine den Erreger erneut aus.

Weitere Untersuchungen zur Infektionsdynamik haben gezeigt, dass eine Serokonversion in der Regel zwei Wochen nach der ersten Erregerausscheidung stattfinden kann (VESTERGAARD ET AL.2004). Die Ausscheidungsdauer variiert hingegen zwischen vier Wochen (J^{ONES ET AL}. 1993a) und bis zu zwölf Wochen. Die Ausscheidung des Erregers an sich erfolgt dabei intermittierend (GUEDES U.GEBHART 2003), so dass es in Folge zu rezyklierenden Infektionen im Bestand kommen kann.

Untersuchungen zur Reinfektion mit L. i. zeigen, dass für einen Zeitraum von 70 Tagen (COLLINS U. LOVE 2007) bzw. etwa 40 Tagen (RIBER ET AL. 2011) ein bereits einmal infiziertes Tier vor einer Reinfektion geschützt ist. Diese Tiere schieden nach einer Reinfektion in der PCR messbar keine Lawsonien mehr mit dem Kot aus (COLLINS U.LOVE 2007;RIBER ET AL.2011). CORDES ET AL.(2012) fanden auch nur sehr moderate Hinweise einer Lawsonieninfektion mittels immunhistologischer Untersuchungen bei reinfizierten Tieren. Eine Akute-Phase-Protein Antwort selbst blieb aus.

2.3.4 Symptomatik

Das klinische Bild einer Infektion mit L. i. ist sehr vielgestaltig, häufig auch unspezifisch.

Grob unterteilen lässt es sich in eine akute, eine chronische und eine subakute Verlaufsform (WENDT ET AL.2013). Diese sind jedoch in ihrer Ausprägung nicht pathognomonisch, da es aufgrund verschiedener Faktoren (Immmunstatus, Alter der Tiere, Erregerdosis) zu entsprechend milderen/intensiveren Verläufen oder aber Mischformen kommen kann (K^ROLL ET AL.2005;GEBHART U.GUEDES 2010;JACOBSON ET AL.2010;MCORIST U.GEBHART 2012).

2.3.4.1 Akuter Verlauf

Ein akuter Verlauf der Infektion mit L. i. tritt vor allem bei älteren Mastschweinen oder Jungsauen auf (JACOBSON ET AL. 2010). Auffällig ist, dass relativ häufig auch Hochgesundheitsherden betroffen sind (JACOBSON ET AL.2010). Es besteht die Vermutung, dass die betroffenden Tiere bisher ohne Erregerkontakt waren, zu einem frühen Zeitpunkt antibiotisch behandelt wurden und somit ohne Immunitätsaufbau blieben (WENDT ET AL.

2013), mit einer sehr hohen Infektionsdosis konfrontiert wurden oder aber doch Virulenzunterschiede zwischen verschiedenen Stämmen bestehen (JACOBSON ET AL.2010).

Einige Autoren sind jedoch der Meinung, dass sich die bekannten Isolate von L. i. nicht oder nur geringgradig unterscheiden, sodass ein ausgeprägter Virulenzunterschied nicht zu erwarten ist (KOYAMA ET AL.2006). Typischerweise tritt bei der Porzinen Hämorrhagischen Enteritis schwarzer, teerartiger Kot auf, betroffene Schweine erscheinen zudem blass, bedingt durch eine hämorrhagische Anämie (WENDT ET AL. 2013). Bei Tieren mit typischen Krankheitssymptomen sind Mortalitätsraten bis an die 50 % üblich. Überstehen die Tiere die Erkrankung nach erfolgter wirksamer Medikation, tritt in der Regel eine schnelle Genesung innerhalb weniger Tage ein (MCORIST U.GEBHART 2012).

2.3.4.2 Chronischer Verlauf

Die typische Form einer chronischen Infektion mit L. i. stellt die Porzine Intestinale Adenomatose dar. Zumeist sind Absetzferkel und Mastschweine im Alter von 6 bis 20 Wochen betroffen (MCORIST U.GEBHART 2012).

Häufig treten mehr oder minder schwere intermittierende Durchfälle auf, die Tiergruppen erscheinen inhomogen, vereinzelte Schweine kümmern und die Zunahmen sind vermindert (MCORIST U.GEBHART 2012).Die zur Schlachtung angestrebte Körpermasse wird erst zu einem späteren Zeitpunkt erreicht, sodass sich die Mastdauer verlängert (MCORIST U. GEBHART 2012). Untersucht man das Darmkonvolut von Schlachtschweinen auf entsprechende makroskopische Veränderungen im Ileumbereich, findet man allerdings bei auffälligen Tieren seltener einen positiven Lawsonien-Nachweis in der PCR, als man das erwarten würde (JENSEN ET AL. 1999). JENSEN ET AL. (1999) schließen aus ihren Untersuchungen, dass eine makroskopische Untersuchung entsprechender Darmabschnitte Sinn macht. Werden entsprechende Verdickungen im Ileumbereich festgestellt, kann dies in den meisten Fällen mit einer Erregerbeteiligung (PCR, Histologie) korreliert werden (JENSEN ET AL.1999). In seropositiven, gesunden Schweinen findet man zum Schlachtzeitpunkt mittels erweiterter Analysemethoden Lawsonien nicht nur im apikalen Cytoplasma von prolifierenden Epithelzellen, sondern auch supranuklear oder in freier Form nach Extrusion und Lyse von infizierten Epithelzellen. Diese klinisch gesunden Schweine sind schwierig in Kategorien einzuteilen. Sie können als sich in der Rekonvaleszenz befindend, als subklinisch