Tierärztliche Hochschule Hannover Institut für Tierernährung

Transkript

1 Tierärztliche Hochschule Hannover Institut für Tierernährung Untersuchungen (Feldstudie) zur Salmonellenprävalenz bei Absetzferkeln unter dem Einfluss einer Kombination von gröberer Futtervermahlung und Futteradditiven (organische Säuren bzw. Kaliumdiformiat) Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae - (Dr. med. vet.) Vorgelegt von Sebastian Valentin Offenberg aus Ibbenbüren Hannover 2007

2 Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. J. Kamphues 1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. J. Kamphues 2. Gutachter: PD Dr. E. große Beilage Tag der mündlichen Prüfung: Diese Arbeit wurde dankenswerterweise durch Mittel der Ahrberg-Stiftung finanziert.

3 Meiner alten, großen Familie und meiner neuen, kleinen Familie

4 Wissenschaftliche Veröffentlichungen: VISSCHER, C., S. OFFENBERG, J. KAMPHUES (2007): Untersuchungen zu Auswirkungen einer gröberen Futtervermahlung auf die Salmonellenprävalenz (Feldstudie) sowie auf die Leistung (Einzeltier-Fütterungsversuche) von Absetzferkeln In: 7. Forum angewandte Forschung in der Rinder- und Schweinefütterung, Fulda, März 2007

5 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Schrifttum Morphologie der Salmonellen Mikrobiologische und biochemische Eigenschaften der Salmonellen Taxonomie der Salmonellen Epidemiologie der Salmonellen Pathogenität und Virulenz Salmonellen beim Menschen Salmonellen beim Schwein Wirtsadaptierte Serovare Nicht wirtsadaptierte Serovare Reduktion der Salmonellenprävalenz Management Fütterung Darmflora des Schweins Entwicklung der Darmflora des Ferkels Futterstruktur Futterkonfektionierung Fütterungstechniken Futteradditive Verminderung der Salmonellenbelastung des Futters Antimikrobielle Therapie/Metaphylaxe Immunprophylaxe Immunologische Grundlagen Impfung Material und Methoden Versuchsziel Beteiligte Betriebe Auswahl der Betriebe Bauliche Voraussetzungen...48

6 3.3 Tiere der Kontroll- und Versuchsgruppen Fütterung Fütterungskonzept Mischfutter in den einzelnen Betrieben Versuchsablauf und Probenentnahme Berechnung des benötigten Stichprobenumfanges Landwirtschaftliche Betriebe Sektion Futtermitteluntersuchung Rohnährstoffe Stärke Zucker Mengen- und Spurenelemente Säuregehalte Futtermittelstruktur Bestimmung der Trockensubstanzgehalte im Kot der Ferkel von Betrieb I Untersuchungen im Hinblick auf den Salmonellenstatus Mikrobiologische Untersuchung der Rektaltupfer, Sammelkot-, Umgebungs- und Mischfutterproben Mikrobiologische Untersuchung der Sektionsproben Serologische Untersuchungen Weiterführende Untersuchungen der positiven Proben Archivierung der Salmonella-Isolate Zootechnische Parameter/Mortalität Fütterungsversuch im institutseigenen Stall Tiere des Fütterungsversuchs Anfütterungsphase Versuchsstall Versuchsdurchführung Fütterung...76

7 Bestimmung der Trockensubstanz- und Stärkegehalte im Kot der Ferkel des Fütterungsversuchs Beurteilung der Kotkonsistenz Beurteilung der Kotqualität Bestimmung von Zunahmen und Futteraufwand Statistische Auswertung Ergebnisse Betriebsunabhängige Beobachtungen Mikrobiologischer Status der Mischfutter Mikrobiologischer Status der Wasserproben Salmonellenprävalenz bei Sauen im Abferkelstall (Untersuchung von Sammelkotproben) Salmonellenprävalenz bei Saugferkel (Untersuchung von Rektaltupfern und Sammelkotproben) Betriebsspezifische Beobachtungen Betrieb I Mikrobiologischer Status der Umgebungsproben Salmonellenprävalenz der Ferkel in dem Flatdeck Sektionsproben Serologischer Salmonellenstatus Betrieb I Betrieb II Mikrobiologischer Status der Umgebungsproben Salmonellenprävalenz der Ferkel in dem Flatdeck Sektionsproben Serologischer Salmonellenstatus Betrieb II Betrieb III Mikrobiologischer Status der Umgebungsproben Salmonellenprävalenz der Ferkel in dem Flatdeck Sektionsproben Serologischer Salmonellenstatus des Betriebes III Betrieb IV...107

8 Mikrobiologischer Status der Umgebungsproben Salmonellenprävalenz der beprobten Ferkel in dem Flatdeck Sektionsproben Epidemiologische Aspekte Isolierte Serovare in den vier Betrieben Untersuchungen auf die antimikrobielle Resistenz Mortalität Tierverluste in den Betrieben I-IV Zusammenfassende Darstellung Fütterungsversuch zur Auswirkung eines grob vermahlenen Mischfutters im Hinblick auf zootechnische Parameter TS- und Stärkegehalte, sowie Konsistenz von Kotproben Tageszunahmen und Futteraufwand Kotbeschaffenheit im Vergleich Diskussion Kritik der Methode Auswahl der Betriebe Zeitliche Parallelität/Gruppengröße der Durchgänge Eingesetzte Mischfutter Zeitpunkt der Probenentnahme Art der Probenentnahme Zootechnische Daten Das Salmonellengeschehen in den landwirtschaftlichen Betrieben Bedeutung der Salmonellenprävalenz von Sauen für den Salmonellenstatus im Flatdeck Einflüsse der Fütterung auf die Salmonellenprävalenz der Absetzferkel im Flatdeck Bedeutung der Salmonellenprävalenz von Absetzferkeln für den Salmonellenstatus im Mastbereich Einflüsse auf die Salmonellenbelastung...138

9 5.2.5 Effekte einer groben Vermahlung einzelner Futterkomponenten auf die Salmonellenprävalenz Effekte des Zusatzes von organischen Säuren und deren Salzen zum Futtermittel auf die Salmonellenprävalenz Effekte eines grob vermahlenen Alleinfutters für Absetzferkel und der Zusatz von organischen Säuren und deren Salzen auf die ph-werte der einzelnen Darmabschnitte von Absetzferkeln Diskussion der Ergebnisse aus dem Fütterungsversuch am Institut für Tierernährung der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Diskussion der mikrobiologischen Ergebnisse aus den Proben der Sektion sowie der serologischen Ergebnisse aus den Blutproben Zusammenfassung Summary Literaturverzeichnis Anhang Rohdaten Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis...212

10

11 Abkürzungsverzeichnis AF I Alleinfutter für die Ferkelaufzucht I AF II Alleinfutter für die Ferkelaufzucht II AS Ameisensäure arith. arithmetisch BfR Bundesinstitut für Risikobewertung Bl Blutserum bzw. beziehungsweise CFU colony forming units (Kolonie-bildende Einheiten) DNS Desoxyribonukleinsäure EF Ergänzungsfuttermittel für AF I ES Essigsäure FFS flüchtige Fettsäuren h Stunde(n) ileocaec. ileocaecales K Kontrolle KDF Kaliumdiformiat (Formi ) KM Körpermasse Lnn. Lymphonodii Lys Lysin ME Umsetzbare Energie MEAN Mittelwert MHK minimale Hemmkonzentration mikrobiol. mikrobiologisch min. Minuten monophas. monophasisch MS n NSP OD OR p Milchsäure Anzahl Nicht-Stärke-Polysaccharide Optische Dichte Odds Ratio Wahrscheinlichkeit p. inf. post infectionem pos. Ra Rfa Rfe RKI Rp RV s S. Salmonella serolog. spp. TBG TS Typhim. us V var. ZS positiv Rohasche Rohfaser Rohfett Robert-Koch-Institut Rohprotein Rappaport-Vassiliadis- Anreicherungsmedium Standardabweichung serologisch Subspezies Tetrathionat-Brilliantgrün- Galle-Anreicherungsmedium Trockensubstanz Typhimurium ursprüngliche Substanz Versuch varietas Zitronensäure

12

13 Einleitung 1 Einleitung Im Verlauf der letzten Jahre kam es zu einer Sensibilisierung des Verbrauchers gegenüber der Herkunft, der Qualität und nicht zuletzt der Sicherheit von Lebensmitteln. STEINBACH und HARTUNG (1999) gehen davon aus, dass ca. 20 % der humanen Salmonellosen auf kontaminiertes Schweinefleisch zurückzuführen sind und schätzungsweise nur % der Infektionen gemeldet werden. Sie kommen zu dem Resultat, dass im Jahr 2004 ca bis Menschen in Deutschland an einer Salmonellose erkrankten. Auch das Robert-Koch-Institut stellt bei den gemeldeten, durch Lebensmittel bedingten Gastroenteritiden in den Jahren 2001 bis 2004 Salmonellen als Hauptursache fest (RKI 2005), von denen die Serovare S. Enteritidis und S. Typhimurium am häufigsten auftraten. Die durch Eier und Geflügelfleisch bedingten Salmonellen-Infektionsrisiken sind in der Öffentlichkeit allgemein bekannt, nicht in gleichem Maße ist man sich jedoch der Gefahr bewusst, die vom Verzehr von rohem Schweinefleisch ausgeht. Bei Rind und Huhn regeln die Rinder-Salmonellose-Verordnung (Fassung vom ) und die Hühner- Salmonellose-Verordnung (Fassung vom ) das tierseuchenrechtliche Vorgehen bei Salmonellenerkrankungen der jeweiligen Tierart. Im Bereich der Schweinehaltung fehlt jedoch heute noch immer eine gesetzliche Grundlage, die eine Bekämpfung der Salmonellen verbindlich regelt. Zwar existieren seit 1998 freiwillige Kontrollprogramme, die auf den Leitlinien zur Reduzierung des Eintrages von Salmonellen durch Schlachtschweine, herausgegeben vom damaligen Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (heute BMELV), basieren, aber eine Verordnung, die eine Beteiligung an diesen Kontrollprogrammen zwingend vorschreibt, gibt es nicht. Voraussichtlich soll jedoch noch in diesem Jahr (2007) das BMELV (Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz) den Entwurf einer nationalen Salmonellen-Verordnung in den Bundesrat einbringen. Nur durch geeignete Salmonellen-reduzierende Maßnahmen im gesamten Bereich der Lebensmittelkette ( from farm to fork-konzept ) lässt sich das Risiko einer durch Schweinefleisch übertragenen Salmonelleninfektion reduzieren. Am 1. Januar 2005 ist die EU-Verordnung 178/2002/EG in Kraft getreten, die eine Rückverfolgbarkeit der Lebensund Futtermittel von der Primärproduktion bis zum Vertrieb sicherstellen soll und nach 13

14 Einleitung welcher der Unternehmer die Verantwortung trägt. Diese Verordnung hat zur Folge, dass auch die Landwirte als Urproduzenten ihrer Verantwortung für die Erzeugung sicherer Lebensmittel gerecht werden müssen, und zwar sowohl die Schweinemäster als auch die Ferkelerzeuger. Vor diesem Hintergrund sind in den letzten Jahren am Institut für Tierernährung der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Modelle entwickelt worden, mit denen man bei Schweinen Einflüsse der Fütterung und der Mischfutterzusammensetzung auf die Haftung, Vermehrung und Ausscheidung von Salmonellen prüfen konnte. In den Versuchsmodellen erwies sich die Kombination einer groben Vermahlung der Getreidekomponenten und ein Zusatz von Kaliumdiformiat zum Mischfutter im Hinblick auf eine verminderte Haftung und Vermehrung im Caecum und Colon, sowie eine beschleunigte faekale Ausscheidung von Salmonellen als prophylaktisch günstig (PAPENBROCK 2004; KAMPHUES et al. 2006). Aufgrund dieser Erfahrungen wurde eine Feldstudie mit grob strukturiertem Mischfutter und Kaliumdiformiat/organischen Säuren in Schweinemastbetrieben durchgeführt (VISSCHER 2006). Auch hier führte die gröbere Futterstruktur zu einer verminderten Salmonellenbelastung. Zusätzlich konnte in dieser Feldstudie festgestellt werden, dass die in die Mast eingestallten Läufer bereits eine Salmonellenbelastung aufwiesen. Ziel dieser Feldstudie war es, diesen in der Mast erfolgreichen Ansatz, mit dem die Salmonellenprävalenz am Ende der Aufzucht durch eine grobe Futterstruktur und den Zusatz nichtantibiotischer Futteradditive (Säuren bzw. Salze organischer Säuren) wirksam reduziert werden kann, auch bei Absetzferkeln in der Praxis zu prüfen. Folgende Fragestellungen standen dabei im Fokus der Untersuchungen: 1. Welche Effekte ergeben sich aus der Kombination einer groben Vermahlung der Komponenten im Alleinfutter und dem Zusatz von Kaliumdiformiat und/oder organischer Säuren auf die Salmonellenprävalenz von Absetzferkeln? 2. Welche Salmonellen-Eintragsquellen lassen sich im Flatdeckbereich feststellen? 14

15 Schrifttum 2 Schrifttum Bereits 1880 entdeckten die Forscher Robert Koch und Karl Joseph Eberth die Erreger des Typhus abdominalis, die vier Jahre später von Theodor August Gaffky in Reinkultur gezüchtet werden konnten identifizierte der amerikanische Veterinärpathologe Daniel Elmer Salmon, nach dem die Gattung Salmonella benannt wurde, den Erreger der Schweinecholera (S. Choleraesuis). Salmonellen kommen weltweit in den unterschiedlichsten Tierarten in wechselnder Häufigkeit vor. Als Reservoir dienen neben Schlachttieren, Geflügel und frei lebenden Vögeln auch Heimtiere, Nager und zahlreiche andere Tierarten (KRAUSS et al. 2004). 2.1 Morphologie der Salmonellen Die 0,7-1,5 x 2,0-5,0 µm großen gramnegativen Stäbchenbakterien gehören der Familie der Enterobacteriaceae an. Die Salmonellen sind zum größten Teil peritrich begeißelt und aufgrund dessen beweglich. Es sind fakultativ anaerobe Bakterien, die keine Sporen bilden und morphologisch nicht von den anderen Enterobacteriaceae unterschieden werden können (ROLLE u. MAYR 2002, SELBITZ 2002). In der Zellwand der Salmonellen findet sich unmittelbar an die Zytoplasmamembran angrenzend eine Mureinschicht, die über Lipoproteine mit einer zweiten äußeren Lipiddoppelmembran verbunden ist. Murein ist ein langkettiges Polysaccharid bestehend aus N-Acetylglucosaminen und N-Acetylmuraminsäuren, die über eine glykosidische Bindung abwechselnd miteinander verbunden sind. Die benachbarten Ketten werden durch Peptide vernetzt. Die Innenseite der Lipiddoppelmembran wird aus Phospholipiden gebildet. Zwischen der äußeren Membran und der Mureinschicht ist ein Zwischenraum ausgebildet, der als periplasmatischer Raum bezeichnet wird. Bei gramnegativen Bakterien macht die Zellwand nur 10 % der Bakterienmasse aus (HOF u. DÖRRIES 2005). Fünf Antigenstrukturen lassen sich an der Wand der Enterobacteriaceae nachweisen. Die sogenannten O-Antigene (Oberflächenantigene) werden durch thermostabile, in der äußeren Membran verankerte, dreiteilige Lipopolysaccharide (LPS) gebildet. Nach dem Lipid A (Fettsäure und Glucosamin), welches in der äußeren Membran verankert ist, folgt eine mittlere Region, die aus Zuckerketten besteht. Den Abschluss bilden variable 15

16 Schrifttum Polysaccharid-Seitenketten (WANG et al. 2002). An den Salmonellen anhaftende Geißeln, die aus thermolabilen Proteinen (Flagellin) bestehen, bilden das H-Antigen (Geißelantigen). Oft liegt es in der Kultur als diphasisches Serovar vor und kann einen sehr hohen Antikörpertiter hervorrufen. F-Antigene (Fimbrienantigene) sind haarartige Zellwandanhänge, die aus Proteinen bestehen und für die Adhärenz an Zellen der befallenen Organe eine große Rolle spielen (ROLLE u. MAYR 2002). Einige Enterobacteriaceae sind von einer thermolabilen Schleimkapsel aus Polysacchariden umgeben, dem K-Antigen (Kapselantigen). OMP-Antigene (outer membran proteins) fungieren als Porine, die in der Lipiddoppelschicht sitzen und den Durchlass von Stoffen regulieren (HOF u. DÖRRIES 2005). 2.2 Mikrobiologische und biochemische Eigenschaften der Salmonellen Salmonellen sind sehr resistente Bakterien, die ubiquitär vorkommen. Sie können Monate bis Jahre in geeigneten organischen Substraten überleben und vermehren sich in einem Temperaturbereich von 5-45 C. Einfrieren, Austrocknen sowie ein ph-wert unter 5,0 führt nicht zu einem Abtöten der Bakterien. Eine Inaktivierung findet erst bei einer Temperatur von 55 C für eine Stunde, 60 C nach einer halben Stunde, durch direktes Sonnenlicht oder durch Desinfektionsmittel, die auf Phenolen, Jod oder Chlor basieren, statt (SCHWARTZ 1999). In trockenem Schweinekot überleben Salmonellen zehn Monate, in feuchter Erde zwölf Monate und in trockener Erde sogar 16 Monate (MEYER et al. 2004). Aufgrund der sehr geringen Ansprüche im Hinblick auf die Nährböden lassen sich Salmonellen in gebräuchlichen Nährboullions und Nährböden problemlos anzüchten. Nach einer Voranreicherung, die geschädigte Bakterien wieder aktiviert, lassen sich Salmonellen jedoch auf Universalböden nicht von anderen Enterobacteriaceae unterscheiden. Salmonellen sind gegenüber Thiosulfit, Gallensalzen und dem Farbstoff Brilliantgrün unempfindlich, zahlreiche Darm- und Umweltkeime zeigen jedoch bei Anwesenheit dieser Stoffe kein Wachstum. Indem man Anreicherungsmedien mit Selenit und Tetrathionat oder/und die Rappaport-Vassiliadis-Bouillon verwendet, werden diese Eigenschaften genutzt (ROLLE u. MAYR 2002). Es gibt weitere Merkmale, die ebenfalls zur Diagnose verwendet werden können: Der fehlende Laktoseabbau zum Beispiel wird auf einem Gassner-Agar durch den Indikator Metachromgelb sichtbar. Die Eigenschaft, 16

17 Schrifttum Propylenglykol abbauen zu können, wird auf einem Rambach-Agar durch die rötlichen Kolonien sehr deutlich. Die H 2 S-Bildung erkennt man auf dem Kligler-Agar durch eine Schwarzfärbung, und die Glucuronatfermentation verursacht pink farbene Kolonien auf SMID-Agar. Auch die Reduktion von Nitrat zu Nitrit, die Nutzung von Citrat als einzige Kohlenstoffquelle und die Lysin- und Ornithincarboxylasereaktionen ermöglichen weitere spezifische Untersuchungen (ROLLE u. MAYR 2002, SELBITZ 2002, HOF u. DÖRRIES 2005). 2.3 Taxonomie der Salmonellen Die Taxonomie der Salmonella-Arten ist sehr komplex. Zu Begin wurden die Salmonella- Arten anhand ihres klinischen Erscheinungsbildes benannt, wie zum Beispiel S. Abortusovis (Abort beim Schaf), S. Thyphimurium (Mäusetyphus), oder S. Choleraesuis (Cholera der Schweine). Als erkannt wurde, dass manche Arten nicht wirtspräferent waren, da auch der Mensch sich infizieren konnte, wurden neue Serovare als eigenständige Salmonella-Arten nach dem Ort der Entdeckung benannt. Aufgrund von Erkenntnissen aus Untersuchungen der serologischen Merkmale veröffentlichte White 1926 ein Schema zur Klassifikation von Salmonellen, das Fritz Kauffmann ausbaute und erweiterte und das heutige Kauffmann-White-Schema darstellt. Anhand der Kreuzreaktionen präadsorbierter Antiseren mit den Oberflächenantigenen H, O und K teilt man dort die unterschiedlichen Salmonellen ein. Viele Salmonella-Serovare haben zwei verschiedene H-Antigene, die auch Phasen genannt werden. Mit einer Frequenz von 10-3 bis 10-5 Zellteilungen findet ein Phasenwechsel statt. Der Phänotyp einer Einzelzelle ist immer monophasisch, der Genotyp und die Population jedoch biphasisch. Die H-Antigene der ersten Phase werden mit einem lateinischen Buchstaben gekennzeichnet, die der zweiten Phase mit arabischen Ziffern. Bei den O-Antigenen unterscheidet man zwischen den Haupt-O-Antigenen, die zur Gruppeneinteilung der Serovare verwendet werden, und den Minor-O-Antigenen, die aufgrund ihrer Häufigkeit bei vielen Salmonella-Stämmen von untergeordneter Bedeutung sind. Die K-Antigene kommen nur bei S. Typhi, S. Paratyphi C und S. Dublin vor und verhindern die Reaktion mit O-Antikörpern (KAUFFMANN 1978, POPOFF et. al. 2002). Das Kauffmann-White-Schema wird von dem WHO Collaborating Centre for Reference and Research on Salmonella am Pasteur-Institut regelmäßig 17

18 Schrifttum aktualisiert, sodass jährlich 10 bis 20 neue Serotypen erfasst werden (ROLLE u. MAYR 2002) entschied die Judicial Commission des International Committee on Systematics of Prokaryotes (ICSP), dass die Gattung Salmonella aus den Arten S. enterica und S. bongori besteht, wobei S. enterica in zahlreiche Unterarten untergliedert wurde. 2.4 Epidemiologie der Salmonellen Im Gegensatz zu S. Typhi und S. Paratyphi, deren bislang bedeutendster Wirt der Mensch ist, sind bei den übrigen Salmonellen-Serotypen auch Tiere wie Geflügel, Schweine, Rinder, Reptilien u.a. Träger der Erreger. Es gibt sehr viele Wechselbeziehungen hinsichtlich des Auftretens bzw. Übertragens von Salmonellen zwischen dem Menschen, dem Tier und der Umwelt (BÖHM 1993). Aus diesem Grund bezeichnet man sie auch als potentielle Zoonoseerreger. Eine Übertragung über belebte und unbelebte Vektoren spielt eine zentrale Rolle (siehe Abbildung 1). Auf Grund der hohen Tenazität können als unbelebte Vektoren sowohl Stallstaub, Kot/Gülle, Wasser, Weiden, Abwässer/Klärschlamm und Erdboden als auch Futtermittel dienen. In Untersuchungen wurde festgestellt, dass Salmonellen bis zu 49 Monate in Staub (MIURA et al. 1964), 10 Monate in Gülle, 11 Monate in Heu (HESS et al. 1974), 16 Tage in Schaben und 5 Tage in Fliegen (MITCHERLICH et al. 1984) überleben können. Während für die nicht speziesadaptierten, nur sporadisch vorkommenden Salmonella-Serovare (S. Agona, S. London, S. Manhatten, S. Thompson etc.) der Eintrag über Futtermittel als vorherrschend angesehen wird, misst man den Futtermitteln im Hinblick auf S. Typhimurium und S. Enteritidis keine oder nur geringe Bedeutung zu (BISPING 1993). Wenn Salmonellen in Futtermitteln nachgewiesen werden konnten, war dies häufig eine Folge von Kontamination bzw. Rekontamination, da in der Regel die Keime während der industriellen Bearbeitung der Futterkomponenten durch Dekontaminationsmaßnahmen abgetötet werden. Eine Rekontamination kann während des Transportes, der Lagerung oder der Herstellung von Mischfuttermitteln durch Staub, Nager, Insekten oder auch Menschen erfolgen (DAVIES et al. 2004). 18

19 Schrifttum Abbildung 1: Grundzüge der Epidemiologie der Salmonellose (ROLLE u. MAYR 2002) Bei den belebten Vektoren kann der direkte Kontakt zwischen Menschen, landwirtschaftlichen Nutztieren, Nagern, Insekten, Wildtieren, Heimtieren und Vögeln als Ursache einer Infektion in Frage kommen (siehe Abbildung 1). Untersuchungen in Norwegen haben jedoch ergeben, dass von 401 Proben von Wildvögeln, die zwischen 1980 und 1981 gesammelt worden waren, nur vier Proben Salmonellen aufwiesen (KAPPERUD u. ROSEF 1983). Von den Salmonellenisolaten, die zwischen 1969 und 2000 aus Wildvögeln in Norwegen isoliert wurden, konnte in nahezu 100 % der Salmonella-positiven Proben (469 Proben) S. Typhimurium nachgewiesen werden (REFSUM et al. 2002). Besonders Möwen und Krähen nehmen eine epidemiologische Sonderrolle ein, da ihre Futteraufnahme oft auf Mülldeponien und an Abwasseranlagen stattfindet und sie eine hohe Populationsdichte in menschlicher Nähe aufweisen. Als latente Ausscheider beherbergen sie ein breites Spektrum an Salmonellenserovaren (AALVIK u. ROSSEBØ 1969, KAPPERUD u. ROSEF 1983, WILLUMSEN u. HOLE 1987). Da der Darmtrakt von homoio- und poikilothermen Tieren den Salmonellen als Haupterregerreservoir dient, spielt die fäkal-orale Übertragung die bedeutendste Rolle 19

20 Schrifttum (SCHWARTZ 1999). Aber auch der aerogene oder konjunktivale Weg über den Nasen- Rachen-Raum und bei Vögeln der germinative Weg sind mögliche Infektionswege. Nicht alle Salmonellenserovare (bis heute hat man über 2400 nachweisen können) besitzen dieselben Eigenschaften im Hinblick auf die Anpassung an bestimmte Wirte. Aus diesem Grund werden sie in vier Gruppen eingeteilt (ROLLE u. MAYR 2002): - Gruppe der an Menschen angepassten Serovare (z.b. S. Thyphi) - Gruppe der an bestimmte Tierarten angepassten Serovare (z.b. S. Choleraesuis) - Gruppe der Serovare ohne Anpassung, jedoch z.t. mit Invasivität (z.b. S. Typhimurium) - Gruppe der Serovare ohne Anpassung und ohne Invasivität (der größte Teil der Serovare) Ein Großteil der Salmonellen wird über latent infizierte Tiere in den Bestand eingeschleppt (BLAHA 1993). Besonders bei Schweinen spielt das Serovar S. Thyphimurium eine wichtige Rolle. Die betroffenen Tiere sind zwar infiziert worden und scheiden den Erreger mit dem Kot aus, jedoch bleibt eine klinische Erkrankung bei einem Großteil der Schweine aus (ROLLE u. MAYR 2002). Es wird vermutet, dass unter Feldbedingungen häufig nur eine geringe initiale Infektionsdosis nötig ist, um auch die Buchtennachbarn zu infizieren, da es zu einer Potenzierung von Dosis und Virulenz kommen kann (SCHWARTZ 1999). 2.5 Pathogenität und Virulenz Für die Gefahr, die von Bakterien und anderen Erregern für die Gesundheit eines Individuums ausgeht, werden die Begriffe Pathogenität und Virulenz häufig verwendet. Pathogenität bezeichnet prinzipiell die Eigenschaft, krankhafte Zustände hervorzurufen, wohingegen die Virulenz das Ausmaß der Aggressivität von Mikroorganismen im Makroorganismus beschreibt. Die Bakteriengruppe der Salmonellen ist eine Gruppe ausgesprochen erfolgreicher Erreger von Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts bei Mensch und Tier. Laut der Gentechnik-Sicherheitsverordnung (GenTSV) wird S. Thyphimurium in die Risikogruppe 2 eingeordnet, was bedeutet, dass dieses Serovar ein geringes Risiko für den Menschen darstellt. Die Pathogenität der Salmonellen beruht 20

21 Schrifttum auf einer Vielzahl von Mechanismen, die in der Lage sind, körpereigene Abwehrmechanismen zu umgehen. Das klinische bzw. pathologische Erscheinungsbild einer Salmonelleninfektion wird jedoch vom Serotypen, der Virulenz, dem Immunstatus des Wirts, dem Infektionsweg und der Infektionsdosis beeinflusst (SCHWARTZ 1999). Die Virulenz, welche durch die Fähigkeit der Adhärenz an Epithelzellen, der Invasivität in z.b. Darmepithelzellen, der Phagozytoseresistenz gegenüber Makrophagen und der Bildung von Toxinen bestimmt wird, korreliert mit dem Vorhandensein von Pathogenitätsinseln und sogenannter Virulenzplasmide. Die Pathogenitätsinseln sind Segmente auf einem Genom, auf dem dicht gepackt die Virulenzgene zu finden sind. Möglicherweise werden solche Gen-Pakete zwischen den Salmonellen weitergereicht. Virulenzplasmide sind relativ große, doppelsträngige, zirkuläre DNS-Moleküle, die bei bestimmten Salmonella- Serovaren vorkommen und eine Größe zwischen 50 und 140 kbp besitzen (BARTH 2003). Auffällig ist, dass die Virulenzplasmide bis auf wenige Ausnahmen (S. Typhisuis, S. Typhi, S. Paratyphi A und S. Paratyphi B) bei den veterinärmedizinisch relevanten wirtsadaptierten Serovaren nachgewiesen werden konnten. S. Typhimurium, S. Enteritidis und S. Bovismorbificans sind nach derzeitigem Kenntnisstand die einzigen nicht wirtsadaptierten Salmonella-Serovare, bei denen sich Salmonella-Virulenzplasmide ebenfalls finden lassen (BARTH 2003). Die Adhärenz der Salmonellen an M-Zellen und Enterozyten des Darms findet mit Hilfe von Typ 1-Fimbrien, Flagellen und nach Mutation im Phaenotyp der Salmonellen auch durch Pili statt. Nachdem die Salmonellen sich an Enterozyten geheftet haben, findet eine morphologische Veränderung der Mikrovilli und tight junctions statt. Anschließend gelangen die Salmonellen an der veränderten Stelle in eine membrangebundene Vakuole, wandern zur Basis des Enterozyten und zerstören dabei die Morphologie der Zelle. Diese Invasion der Darmzellen ruft eine starke inflammatorische Immunantwort hervor, charakterisiert durch ein massives Einwandern von polymorphkernigen Lymphozyten. Die Zellinvasion der Salmonellen und die darauf folgende inflammatorische Antwort ermöglichen den Bakterien ein Eindringen in die Submucosa (LIBBY et al. 2004). Indem bis zu 30 verschiedene Oberflächenproteine synthetisiert werden, überleben die Salmonellen in den Vakuolen der Makrophagen und neutrophilen Granulozyten und führen zu einer extraintestinalen Kolonisation von Organen des Körpers (SCHWARTZ 1999). Salmonellen können auch Endotoxine bilden, welche 21

22 Schrifttum beim Absterben des Bakteriums freigesetzt werden. Das Lipid A, auf welches bereits in Punkt 2.1 eingegangen wurde, wird als Träger dieser Endotoxinwirkung betrachtet. Jedoch führen Verluste oder Defekte in der LPS-Region I bis II zur so genannten R-Form (Verlust oder Defekte von Zuckerketten) und können Virulenzverluste als Folge haben (SELBITZ 1991). 2.6 Salmonellen beim Menschen Im Laufe der Zeit konnten deutliche Verbindungen zwischen S. enterica Serovar Thyphi, Parathypi A, Sendai und dem Menschen nachgewiesen werden. Es ist interessant, dass das Genom der drei Serovare große Ähnlichkeiten aufweist. Man vermutet aus diesem Grund gleiche genetische Eigenschaften (CHAN et al. 2003). Bis zum jetzigen Zeitpunkt scheint S. Thypi seine Wirtspräferenz nur auf den Menschen entwickelt zu haben, andere Serotypen jedoch können Erkrankungen in anderen Wirten hervorrufen, an die sie nicht adaptiert sind. So kann z.b. S. Gallinarum Erkrankungen in Säugetieren verursachen, und S. Arizona, S. Cholerasuis und S. Dublin können zu Erkrankungen bei Menschen und Tieren führen, an die der Serotyp nicht adaptiert ist (LIBBY et al. 2004). Gefährdet sind Personen, die häufig Kontakt mit Tieren sowie tierischen Produkten haben, wie z.b. landwirtschaftliches Personal, Schlachter, Abwasser- und Kanalarbeiter, Bedienstete in Gaststätten und Angestellte in lebensmittelverarbeitenden Betrieben. In erster Linie findet eine Infektion des Menschen mit Salmonellen auf dem oralen Weg statt. Die Erreger können direkt durch den Verzehr oder indirekt durch den Kontakt (Schmutz- und Schmierinfektion) mit kontaminierten Nahrungsmitteln aufgenommen werden. Milch, Käse, Hühnereier und daraus hergestellte Produkte (Salat, Dessert, Speiseeis) und Fleischprodukte wie Schlachtgeflügel, Fleischsalate und Hackfleisch spielen eine große Rolle (KRAUSS et al. 2004; siehe Abbildung 2). 22

23 Schrifttum Andere Infektionsquellen 15 % Eier, Eiprodukte, Geflügelfleisch 60 % Schweinefleisch und Schweinefleischprodukte 25 % Abbildung 2: Infektionsquellen für lebensmittelbedingte Salmonellosen in Deutschland (CONRATHS 2004) Salmonellen können bei der Schlachtung und Verarbeitung durch mangelhafte Hygiene und durch Salmonellenausscheider im Personal auf Lebensmittel übertragen werden. Untersuchungen haben ergeben, dass nur in seltenen Fällen Menschen Träger von nichttyphoiden Salmonellen sind. Jedoch scheiden 1-4 % der Menschen, die eine typhöse Salmonellose überstanden haben, für den Rest ihres Lebens die Erreger weiter aus (LIBBY et al. 2004). 23

24 Schrifttum Andere Serovare * 15 % Salmonella- Enteritidis 57 % Salmonella Typhimurium 28 % *: Keines der anderen Serovare erreichte einen Anteil von mehr als 1% Abbildung 3: Nachgewiesene Serovare bei lebensmittelbedingten Salmonellosen in Deutschland (CONRATHS 2004) Wirtspräferente Serovare rufen schwere systemische Erkrankungen hervor, sowohl in älteren als auch in jüngeren Wirten, wohingegen nicht wirtsadaptierte Serovare vornehmlich bei jüngeren Individuen Durchfälle verursachen können (LIBBY et al. 2004). Bei den durch Salmonellen verursachten Infektionskrankheiten der Menschen unterscheidet man unter medizinischen Gesichtspunkten zwischen der typhösen und enteritischen Salmonellose. Die Erreger der typhösen Salmonellose sind S. Thyphi, S. Paratyphi A-C und andere Varietäten (S. Enteritidis, S. Typhimurium, S. Hadar), die bei älteren und geschwächten Menschen auftreten (siehe Abbildung 3). Die nötige Infektionsdosis ist klein ( Bakterien), aber auch abhängig von der Empfänglichkeit des Patienten (Alter, Immunitätslage, Grundleiden, ph-wert des Magens) und vom Vehikel der Übertragung (Wasser oder Lebensmittel; RKI 2006b). Nach einer Inkubationszeit von ca. zwei Wochen kommt es zu einem hochfieberhaften Krankheitsbild (39-41 C) mit deutlichen Beschwerden (Kopf-, Abdominal- und Gliederschmerzen), da der Erreger praktisch alle Organe des Körpers besiedeln kann. Komplikationen können in Form von Darmblutungen, Darmperforationen, Peritonitis, Endokarditis oder Meningitis auftreten. Eine 24

25 Schrifttum erbsenbreiartige Stuhlqualität ist typisch. Nach der fünften Krankheitswoche stabilisiert sich das Allgemeinbefinden (HOF u. DÖRRIES 2005). Eine enteritische Salmonellose können alle Erreger, außer den zuvor beschriebenen Typhuserregern, auslösen. Die Inkubationszeit variiert von 5 h bis zu 72 h, wobei die Infektionsdosis größer als bei der typhösen Salmonellose ist (>10 5 ). In der Regel bleibt die Infektion auf den Darm lokalisiert, was zu übelriechendem, blutig-wässrigem Kot, Leibschmerzen, Übelkeit und Erbrechen führt (RKI 2006a). Bei abwehrgeschwächten Personen kann es aber auch aufgrund einer Generalisierung der Erkrankung zu Schüttelfrost, hohem Fieber und weiteren systemischen Krankheitsbildern mit typhoidem Verlauf kommen. Nach einer Woche stellt sich bei unkompliziertem Verlauf Beschwerdefreiheit ein (HOF u. DÖRRIES 2005). 2.7 Salmonellen beim Schwein Wirtsadaptierte Serovare Es existieren drei Serovare, die sich an das Schwein adaptiert haben: S. Cholerasuis, S. Cholerasuis var. kunzendorf und S. Typhisuis (WALDMANN u. WENDT 2004, BLAHA 1996, ROLLE u. MAYR 2002). Neben den eben erwähnten pathogenen Serotypen sind aber auch große Erregermengen (>10 6 ) und eine geschwächte Resistenz erforderlich, um eine Erkrankung hervorzurufen. Hauptsächlich sind abgesetzte Ferkel und Jungschweine bis zu einem Gewicht von 60 kg betroffen. Zuchtsauen, Saugferkel und Schweine in der Endmast stellen dagegen das Erregerreservoir dar (EICH 1991, SCHWARTZ 1999). Nach einer vornehmlich oralen Aufnahme von erregerhaltigen Substanzen (Kot, Futter etc.) und einer Inkubationszeit von Stunden kommt es bei den betroffenen Tieren zu hohem Fieber (40,5-41,6 C), Mattigkeit und Fressunlust. Eine Monoinfektion mit S. Cholerasuis tritt in Form einer septikämischen Allgemeinerkrankung mit perakuten, akuten, subakuten und chronischen Verlaufsformen auf (ROLLE u. MAYR 2002). Es entstehen blaurote Verfärbungen an den Ohrmuscheln, die sich auf die Rüsselscheibe, den Unterbauch und die Gliedmaßen ausdehnen. Nach 3-4 Tagen setzt wässriger, gelbgrauer Durchfall ein, der bis zu 10 6 S. Cholerasuis pro 25

26 Schrifttum Gramm Kot enthalten kann (SCHWARTZ 1999). Plötzliche Todesfälle mit einer Sterblichkeitsrate bis zu 10 % sind ebenso möglich wie Pneumonien oder Aborte bei tragenden Sauen. Nach überstandener Infektion können erneute Krankheitssymptome auftreten sowie eine lebenslange Erregerausscheidung und Stenosen im Bereich des Dickdarms als Spätfolgen der abgeheilten Darmentzündungen (WALDMANN u. WENDT 2004). Bei einer Infektion mit S. Typhisuis findet ein schleichender Krankheitsprozess statt. Intermittierende Durchfälle und darauf folgende geschwürartige Veränderungen im Dickdarm, Abmagerung, verkäsende Lymphadenitis der Mediastinal- und Pharyngeallymphknoten sowie vereinzelt auftretende, herdförmige Pneumonien sind das Erscheinungsbild. Betroffen sind zum größten Teil Absetzferkel (EICH 1991). Eine Salmonellenerkrankung bei Schweinen, hervorgerufen durch S. Cholerasuis, S. Cholerasuis var. Kunzendorf oder S. Typhisuis, hat jedoch in Westeuropa aufgrund des äußerst seltenen Auftretens eine geringe Bedeutung (ROLLE u. MAYR 2002) Nicht wirtsadaptierte Serovare Eine symptomlose Infektion von Schweinen mit Salmonellen nicht wirtsadaptierter Serovare stellt ein ernstes lebensmittelhygienisches Problem dar. Im Gegensatz zu den wirtsadaptierten führen nicht wirtsadaptierte Serovaren, außer z.t. S. Typhimurium, in den wenigsten Fällen zu klinischen Erscheinungsbildern, sodass eine Infektion nicht festgestellt wird und die Tiere bzw. die daraus gewonnenen Produkte in die Lebensmittelkette gelangen. Zu den beim Schwein festgestellten nicht wirtsadaptierten Salmonellenserovaren gehört in Europa allen voran S. Typhimurium, aber auch S. Derby wird häufig angetroffen (LIBBY et al. 2004). Das Nationalen Referenzlabor für Salmonellen in Berlin hat in den Jahren 1998 bis 2002 zusätzlich noch S. Agona, S. Infantis, S. London und S. Enteritidis in Produkten aus Schweinefleisch nachweisen können. Diese Serovare unterliegen jedoch im Hinblick auf ihre Häufigkeit des Auftretens und des Nachweises zeitlichen und räumlichen Schwankungen (ROLLE u. MAYR 2002). Experimentelle Infektionen mit S. Typhimurium konnten beim Schwein eine Durchfallerkrankung erzeugen (SCHWARTZ 1999). Nach einer Inkubationszeit von Stunden setzt Mattigkeit, Fressunlust, wässriger, gelbgrauer Durchfall und Fieber zwischen 40,5 und 42 C für

27 Schrifttum Tage ein. Eine Septikämie, so wie es bei S. Cholerasuis der Fall ist, bleibt in den meisten Fällen aus, da S. Typhimurium selten ins Blut oder in Organe wandert. Häufig erkranken Absetzferkel und Schweine bis zu einem Gewicht von 60 kg. Nach einem Abschwächen bzw. Verschwinden der Krankheitssymptome ist eine Erregerausscheidung nicht ausgeschlossen (WALDMANN u. WENDT 2004). So wurde nach einer experimentellen Infektion mit S. Typhimurium in den ersten 10 Tagen in einem Gramm Kot eine Belastung von bis zu 10 7 Salmonellen nachgewiesen. Während der darauf folgenden 4-5 Monate wurde der Erreger immer noch intermittierend ausgeschieden (SCHWARTZ 1999). Andere Untersuchungen konnten sogar eine fäkale Erregerausscheidung bis zu sieben Monate nach der Infektion feststellen (WOOD et al. 1989). Solche latent infizierten Schweine können über Monate hinweg andere Schweine des Bestandes über die Ausscheidung von erregerhaltigem Kot infizieren und werden als Carriertiere bezeichnet. Diese infizierten Carrier-Schweine, die einen Bestand verlassen, sind die eigentliche Quelle für Infektionen (BLAHA 1993). Nach WINGSTRAND et al. (1996a) ist ein Großteil der salmonelleninfizierten Schweinebestände subklinisch erkrankt (60 % davon an S. Typhimurium), was durch intermittierende Ausscheidungen von relativ geringen Mengen an Salmonellen charakterisiert ist. Aus diesem Grund wurde folgende Untersuchung durchgeführt: Nachdem man 5 x 10 6 CFU/Tier S. Typhimurium verabreicht hatte, fielen bei den betroffenen Schweinen eine geringe Veränderung im Allgemeinbefinden, Fieber und leichte Durchfälle auf. In allen Tieren wurden nach erfolgter Infektion im Kot sowie bei einigen in den Mesenteriallymphknoten, Tonsillen und der Leber Salmonellen nachgewiesen. Schweine, die mit einer geringeren Dosis (5 x 10 2 CFU/Tier) infiziert wurden, zeigten nur leichten Durchfall ohne eine generalisierte Erkrankung oder Fieber. Aber auch bei diesen Tieren konnten Salmonellen im Kot nachgewiesen werden. 27

28 Schrifttum Man kann die Salmonellose beim Schwein nach folgenden Kriterien differenzieren (WALDMANN u. VON ALTROCK 2005): 1. Salmonellose mit klinisch manifestiertem Krankheitsbild 2. Salmonelleninfektion ohne klinische Krankheitsanzeichen - Infektion ohne Erregerausscheidung latente Erregerträger - Infektion mit Erregerausscheidung Salmonellenausscheider - Aufnahme u. Ausscheidung des Erregers ohne Invasion des Wirtsorganismus passive Carrier Eine ähnliche Unterteilung wurde auch schon von WRAY u. SOJKA (1977) vorgenommen, nur unterließen sie die spezielle Differenzierung zwischen Salmonellose mit und ohne Krankheitsbild. 2.8 Reduktion der Salmonellenprävalenz Management Leider gibt es kein mustergültiges Managementkonzept, das bei einer erhöhten Salmonellenbelastung in allen Schweinebeständen angewendet werden kann. Vielmehr muss man für jeden einzelnen Betrieb das dort vorliegende Salmonellenproblem erörtern und betriebsspezifisch bekämpfen. Aus diesem Grund sollte vor dem Erstellen eines Maßnahmenkatalogs die Eintragsquelle gesucht und der Bestand im Hinblick auf Hygiene und generelle Arbeitsabläufe kontrolliert werden. Zur Ermittlung der Eintragsquelle eignen sich Sammelkotproben, Umgebungsproben (Stiefel, Staub, Nagerkot, Futter, Wasser, Vögel etc.) und Rektaltupfer, die mikrobiologisch auf Salmonellen untersucht werden. In Ferkelerzeugerbetrieben ist eine sich wiederholende Kotprobennahme von den Jungsauen, den Sauen im Abferkelstall und den aufgestallten Ferkeln im Flatdeck sinnvoll (BLAHA 2005). 28

29 Schrifttum Ein auf den in vorausgegangenen Untersuchungen im betroffenen Betrieb ermittelten Salmonelleneintragsquellen basierender Maßnahmenkatalog sollte folgende Aspekte beinhalten (ROLLE u. MAYR 2002, SCHWARTZ 1999, SELBITZ 2001a): 1. Verhinderung der Erregereinschleppung durch neu eingestallte, belastete Tiere (Jungsauen, Ferkel) 2. Minimierung von Stress: Oft ist die Ursache einer erhöhten Salmonellenausscheidung Stress. Trockene, komfortable Ställe sowie optimale Temperaturen und eine adäquate Belüftung beugen dem vor. 3. Vermeidung des Kontaktes zu Vögeln, Haus- und anderen Nutztieren, die Salmonellen ausscheiden könnten. 4. Gründliche, regelmäßige Reinigung und Desinfektion von Buchten, Buchtenwänden, Spielzeug, Tränken, Futterleitungen und Lüftungsanlagen, um einer Salmonelleninfektion neu eingestallter Tiere vorzubeugen. 5. Aufstallung der Tiere im Rein-Raus-Prinzip, sodass keine Ansteckung durch ältere Tiere möglich ist. 6. Etablierung des Schwarz-Weiss-Prinzips (Kleidungs- und Schuhwechsel, gesonderte Zufahrten, kein Kreuzen von Wegen), um den Salmonelleneintrag von außen zu minimieren. 7. Wirkungsvolle Schadnagerbekämpfung 8. Geschlossene Futtersilos, die eine Kontamination der Futtermittel durch Schadnager und Vögel verhindern. 9. Isolierung von kranken Tieren, da sie bei einer Salmonellenerkrankung massiv Erreger ausscheiden und somit die anderen Buchtenmitglieder anstecken können. 10. Verminderung der antibiotischen Metaphylaxe: Eine antibiotische Metaphylaxe verhindert nicht die Infektion und kann zu Resistenzen führen. Natürlich ist das Ziel einer deutlichen Reduzierung der Salmonellenbelastung anhand eines Maßnahmenkatalogs nur schrittweise zu erreichen, und Erfolgsaussichten bestehen nur, wenn der Landwirt und alle Beteiligten langfristig bereit sind, die Maßnahmen einzuhalten (BLAHA 2005). 29

30 Schrifttum Fütterung Häufig werden Futtermittel im Salmonellengeschehen nur als mögliche Eintragsquelle betrachtet. Aber durch geeignete Veränderungen an den Mischfuttermitteln kann man das Salmonellenvorkommen in Schweinen auch stark vermindern. Fütterungsstrategien und -methoden können den Verdauungstrakt der Ferkel so beeinflussen, dass ein Anhaften von Salmonellen im Darm reduziert, wenn nicht sogar verhindert werden kann. Jedoch sollte man beachten, dass Futter und Fütterung weder Mängel im Stallmanagement noch in der Hygiene oder Klimagestaltung ausgleichen können Darmflora des Schweins Die komplex zusammengesetzte Magen-Darm-Flora des Schweins besteht aus einer von Mikroorganismen gebildeten Lebensgemeinschaft. Bei gesunden Schweinen befinden sich die den Darm besiedelnden Bakterienarten in einem ausgewogenen Gleichgewicht und stellen ein stabiles Ökosystem dar. In den einzelnen Darmabschnitten liegt eine spezifische Flora vor, die an das lokale Mikromilieu angepasst ist (KELLY u. KING 2001). Das Schwein lebt mit der Mikroflora seines Darms in Symbiose, indem es den Speisebrei zur Verfügung stellt und seinerseits von den bakteriellen Stoffwechselprodukten wie z.b. flüchtigen Fettsäuren profitiert. Diese Symbiose wird durch komplizierte Regulationsmechanismen aufrecht gehalten, die entweder vom Wirtsorganismus ausgehen (allogene Faktoren) oder von den Mikroorganismen selbst (autogene Faktoren; RÜFFER et al. 2003, AMTSBERG 1984). Durch verschiedene Mechanismen wird der Körper in unterschiedlichen Bereichen des Magen-Darm-Trakts vor artfremden Krankheitserregern wie z.b. Salmonellen, Clostridien, und pathogenen E. coli-keimen, die oral aufgenommen werden, geschützt und so die Zusammensetzung der Darmflora reguliert (KAMPHUES 2005): Magen - Salzsäureproduktion im Magen und folglich ein Absinken des ph-wertes 30

31 Schrifttum Dünndarm - Milieubedingungen (TS-Gehalt, Viskosität, ph-wert) - Flüssigkeitssekretion ( Fortspülen der Erreger) - Nahrungskonkurrenz innerhalb der Flora - Substratbedingungen (Art + Konzentration der zugeführten Nährstoffe) - Produkte des mikrobiellen Stoffwechsels (flüchtige FS, Milchsäure, Bacteriocine/Lactocidine) - Rezeptorbesetzung an der Darmschleimhaut - Schleimhaut (Mukosa, zelluläre Abwehr, Antikörper) Dickdarm - Produkte des mikrobiellen Stoffwechsels (s.o.) - Substrat- und Milieubedingungen (s.o.) - Chymuspassagezeit (forcierte Elimination der Erreger) - Häufigkeit der Ausscheidung von Faeces Die Keimflora des Intestinaltrakts umfasst u.a. aerobe und anaerobe Bakterien, die sowohl pathogene als auch nützliche Effekte haben. Die am häufigsten vorkommenden Bakteriengattungen sind Lactobacillus, Streptococcus, Escherichia, Bacteroides und Clostridium. Im Magen dominieren Lactobazillen. Das Duodenum und das proximale Jejunum sind relativ keimarm. Dann steigen die Keimzahlen im Chymus an und erreichen im Caecum und Colon Werte von Keimen pro Gramm Darminhalt. Die hauptsächlich im Dickdarm vorkommenden Bakterien sind E. coli und Bacteroides. Aufgrund der wechselnden Besiedlung der unterschiedlichen Darmabschnitte bezeichnet man den Dünndarm als Fermentverdauungsraum und den Dickdarm als Bakterienverdauungsraum (AMTSBERG 1984). Unter dem Einfluss von Risikofaktoren wie plötzlichem Futterwechsel, Stress, dem Einsatz von Medikamenten und chronischen Krankheiten kann das Gleichgewicht der Darmflora jedoch gestört werden. 31

32 Schrifttum Entwicklung der Darmflora des Ferkels Nach der Geburt hat der Gastrointestinaltrakt der Ferkel den Wechsel von einer hauptsächlich parenteralen Ernährung im Uterus zu einer enteralen Ernährung mit absorptiven Funktionen zu gewährleisten (KELLY u. KING 2001). Der Darm des Fetus ist zunächst noch steril. Beim Geburtsvorgang erfolgt durch das Aufnehmen und Verschlucken von Fruchtwasser und Vaginalsekreten eine erste Schluckimpfung mit der zum entsprechenden Zeitpunkt vorhandenen Scheidenflora der Sau. Gleichzeitig findet eine fäkale Kontamination durch die in der Umgebung (Buchtenroste, Buchtenwände, etc.) und der perianalen Region der Sau vorhandene übliche Flora statt (BECKMANN u. RÜFFER 2000). Hier spielen besonders Vertreter der Gattung Enterobacteriaceae (E. coli, Enterobacter spp.), Mikro- und Streptokokken sowie Clostridien eine Rolle (SCHULZE 1987). Aufgrund der erst langsam anlaufenden Magensäureproduktion und dem daraus resultierenden relativ hohen ph-wert von 4,7-5,1 passieren die Mikroorganismen weitestgehend unbeschadet den Magen und gelangen in den sterilen, sehr sauerstoffreichen Darmtrakt. Der Gehalt an aeroben und mikroaeroben Keime, also E. coli, Streptokokken, Clostridien und Laktobazillen, nimmt zunächst stark zu. Durch den massiven Sauerstoffverbrauch dieser Bakterien wird zunehmend ein anaerobes Milieu geschaffen, welches Bifidobakterien und auch strikteren Anaerobiern wie Eubakterien das Wachstum ermöglicht (BECKMANN u. RÜFFER 2000). MASARIKOVA (2006) konnte bereits 24 Stunden nach der Geburt von den zu untersuchenden Ferkeln Clostridium perfringens Typ A im Ileum und Colon nachweisen. Die Kolonisation des Darms mit Enterokokken und Streptokokken erfolgte fast zeitgleich mit dem Wachstum der coliformen Bakterien, welches zwischen dem 2. und 4. Tag beobachtet wurde. Außergewöhnlich war die Feststellung, dass die Laktobazillen weniger stark und erst fünf bis sieben Tage nach der Geburt nachzuweisen waren. Die Entwicklung einer stabilen Darmflora ist bei den Saugferkeln in der Regel nach vier Tagen abgeschlossen (SCHULZE 1987). Im Magen und Dünndarm dominieren Streptokokken und Laktobazillen. Beim Abbau von Kohlenhydraten, beim Saugferkel bevorzugt Milchzucker, produzieren sie im wesentlichen Milchsäure. Diese hat die wichtige Funktion der Azidierung des Mageninhalts und ist zusätzlich für die Gerinnung der Milch verantwortlich, da - wie bereits erwähnt - die Magensäureproduktion erst langsam anläuft. Die ebenfalls in jedoch viel geringerer 32

33 Schrifttum Keimzahl vorkommenden Clostridien und coliformen Keime bilden als hauptsächliches Fermentationsprodukt flüchtige Fettsäuren. Im Dickdarm verändert sich die Keimflora. Hier gewinnen die gramnegativen Bakterien, allen voran die Vertreter der Gattungen Bacteroides, Selenomonas, Butyrivibrio und E. coli, stark an Bedeutung. So ist es nicht verwunderlich, dass dort sehr hohe Gehalte an flüchtigen Fettsäuren und nur geringe Konzentrationen an Milchsäure nachweisbar sind (KAMPHUES 1987). Die Zeit des Absetzens ist für Ferkel eine große Belastung. Diese Phase ist einerseits durch ungünstige morphologische Veränderungen im Darm einschließlich verkürzter Zotten, zunehmender Zottenbreite, vergrößerten Kryptentiefen und verringerter Absorption und andererseits durch eine wechselnde Aktivität einiger Enzyme begleitet (MC CRACKEN et al. 1999). Es ist wahrscheinlich, dass die Zottenatrophie der Absetzferkel direkt durch den beim Absetzen und Einstallen in eine neue Umgebung verursachten Stress ensteht. Aber auch durch eine verringerte Futteraufnahme während der ersten Tage auf dem Flatdeck, bedingt durch einen Futterwechsel, kann eine Zottenzerstörung hervorgerufen werden. Die wechselnde Aktivität einiger Enzyme lässt sich durch die Weiterentwicklung des Ferkelverdauungstraktes und durch den Futterwechsel erklären. So wird zum Beispiel die Synthese der Lactase-Phlorizin-Hydrolase (LPH), welche bei der Verdauung die hydrolytische Spaltung des Milchzuckers (Lactose) in Glucose und Galactose katalysiert und im Bürstensaum des Dünndarms lokalisiert ist, nach dem Ende der Laktationsphase sehr stark gesenkt bzw. in Teilabschnitten des Darms eingestellt. Das Maximum erreicht die Aktivität der Lactase-Phlorizin-Hydrolase in 3 Wochen alten Ferkeln, fällt dann aber sehr stark während der Absetzphase ab. Saccharase und Maltase bauen Kohlenhydrate, die unter anderem in Getreide vorkommen, ab. Diese beiden Enzyme sind zum Zeitpunkt der Geburt noch in einer sehr geringen Konzentration vorhanden, nehmen aber stetig mit dem Alter zu (KELLY u. KING 2001). Folgen von den genannten Veränderungen im Darmtrakt der Absetzferkel können Erkrankungen und/oder Verdauungsstörungen bis hin zu Todesfällen sein. Obwohl man sehr oft direkt nach dem Absetzen von Ferkeln einen Futteraufnahmerückgang beobachten kann, erhöht sich ihre Futteraufnahmekapazität nach einer Adaptionsphase jedoch auf sehr große Mengen. So nehmen nach KAMPHUES (1987) Absetzferkel bei freiem Zugang zum Futter 60 bis 70 g TS je Kilogramm 33