Investigations on the effects of dietary insoluble and soluble non-starch polysaccharides (NSP) on host-parasite interactions in laying hen chicks infected with Heterakis gallinarum or Ascaridia galli | Untersuchungen zum Einfluß löslicher und unlöslicher Nicht-Stärke-Polysaccharide (NSP) im Futter auf Parasit-Wirt-Interaktionen bei wachsenden Junghennen

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Hypothese zu prüfen, ob leicht lösliche oder unlösliche Nicht-Stärke-Polysaccharide (NSP) einen Einfluss auf eine Heterakis gallinarum beziehungsweise Ascaridia galli Infektion bei Aufzuchthennen haben. Da Heterakis gallinarum als Vektor für Histomonas meleagridis, dem Erreger der Schwarzkopfkrankheit, fungiert, wurde weiterhin untersucht, ob ein NSP-angereichertes Futter Einfluss auf Wechselwirkungen dieser beiden Parasiten hat. Die Untersuchungen wurden zwischen 2007 und 2010 am Department für Nutztierwissenschaften der Universität Göttingen durchgeführt. Es kamen drei verschiedene Fütterungsvarianten zum Einsatz. Der Nährstoffgehalt und die umsetzbare Energie der Grundmischung (CON) entsprachen den Vorgaben und Empfehlungen für Aufzuchtlegehennen. Erbsenschalen und Zichorienwurzelmehl dienten als Komponenten für unlösliche bzw. lösliche NSP. In der Fütterungsvariante I-NSP wurden pro kg CON 100 g Erbsenschalen und in der Fütterungsvariante S-NSP pro kg CON 100 g Zichorienwurzelmehl zugesetzt. Die drei Versuchsmischungen CON, I-NSP und S-NSP wurden pelletiert. Im ersten Experiment sollte der Einfluss eines mit NSP angereicherten Futtermittels auf die Wechselwirkung zwischen H. gallinarum und H. meleagridis untersucht werden. Dieses Experiment beinhaltete eine prophylaktische, über das Tränkesystem applizierte Behandlung der Hälfte der Tiere mit Dimetridazol (0,05%) gegen H. meleagridis. Die durch diesen Versuch gewonnenen histomonadenfreien weiblichen H. gallinarum Würmer dienten als Infektionsmaterial für die anderen Versuchsdurchgänge mit H. gallinarum. Der Einfluss von NSP des Futters auf H. gallinarum beziehungsweise A. galli wurde in zwei aufeinanderfolgenden Versuchen mit jeweils 3 Wiederholungen pro Nematodenspecies, untersucht. In jedem Durchgang wurden 3 Fütterungsgruppen gebildet, die mit je einer der Versuchsmischungen bis zu einem Alter von 3 Wochen gefüttert wurden. Nach 3 Wochen wurden die Tiere individuell mit Flügelmarken gekennzeichnet und gewogen. Jede Fütterungsgruppe wurde nochmals in eine infizierte und eine nicht-infizierte Gruppe unterteilt. Die infizierten Versuchsgruppen wurden jeweils mit je 200 embryonierten H. gallinarum- beziehungsweise 250 embryonierten A. galli- Eiern künstlich infiziert. Während der folgenden 8-wöchigen Versuchsphase wurde der Futterverbrauch pro Gruppe täglich erfasst. In den letzten beiden Durchgängen mit H. gallinarum wurden zur Bestimmung der täglichen Kotmenge, der Parasiteneiausscheidung pro Gramm Kot (EPG) und der Anzahl ausgeschiedener Parasiteneier innerhalb eines Zeitraums von 24h (Eier pro Tag, EPD) Tiere in Einzelkäfigen gehalten. Im A. galli Experiment wurden die Tiere zur Bestimmung der Wurmzahl pro Tier 8 Wochen nach der Infektion geschlachtet. Zum Zeitpunkt der Schlachtung erfolgte darüber hinaus eine individuelle Kotprobenentnahme zur EPG-Bestimmung. Weiterhin wurden der pH-Wert sowie der Gehalt flüchtiger Fettsäuren in der Blinddarm-Digesta untersucht. Im ersten Versuch (Histomonas infizierte H. gallinarum, Kapitel 2) wurde festgestellt, dass unabhängig von der Fütterung - die Behandlung gegen Histomonas meleagridis sowohl das Auftreten von H. gallinarum als auch die durchschnittliche Länge der Würmer steigert. Es ergab sich eine Interaktion zwischen der Fütterung und der Dimetridazol-Behandlung. S-NSP führte bei unbehandelten Tieren zu den niedrigsten Wurmzahlen, während die behandelten Tiere die höchste Befallsintensität aufwiesen. Innerhalb aller Fütterungsvarianten hatten behandelte Tiere jeweils höhere Wurmzahlen als unbehandelte. Die Infektion mit H. gallinarum beeinträchtigte das Körpergewicht (BW) der Tiere, und die gleichzeitige Infektion mit Histomonas meleagridis verstärkte diese Wirkung. Die Behandlung mit Dimetridazol wirkte sich nicht auf die Körpergewichtsentwicklung aus. Beide NSP-Futtermischungen, insbesondere S-NSP, führten zu geringerem Körpergewicht der Tiere. Im Versuch mit H. gallinarum ohne Histomonas meleagridis Infektion (Kapitel 3) steigerte die NSP-Fütterung im Vergleich zur Kontrolle sowohl die Befallhäufigkeit als auch die Befallsstärke. Ein Einfluss des Futters auf die durchschnittliche Wurmlänge konnte hingegen nicht beobachtet werden. Die NSP-Fütterung führte zu gesteigerter täglicher Kotmenge. EPG, EPD und die Fruchtbarkeit der weiblichen Würmer (EPD: Anzahl weiblicher Würmer) stiegen unter dem Einfluß von S-NSP, während I-NSP das Verhältnis von EPG : weiblichen Würmern verringerte. Die Anzahl ausgeschiedener Parasiteneier pro Tag stieg in der Reihenfolge CON < I-NSP < S-NSP. Sowohl die NSP-Fütterung als auch die Infektion führten zu geringerer Körpergewichtsentwicklung. Die Infektion beeinträchtigte zusätzlich die Futterverwertung. Die Blinddärme der mit NSP, insbesondere der mit S-NSP gefütterten Tiere waren durchschnittlich länger als die der Kontrolltiere. Die Fütterung und die Infektion beeinflussten das Gewicht der Blinddärme. S-NSP und die Infektion führten zu schwereren Blinddärmen. Die Infektion steigerte sowohl das Gesamt- (inklusive Darminhalt) als auch das Nettogewicht (ausgewaschen/gespült) der Blinddärme. Im Vergleich zu CON und I-NSP führte S-NSP zu niedrigeren pH-Werten, zu niedrigerer Acetat- und höherer Butyratkonzentration sowie zu größerem Pool an flüchtigen Fettsäuren (VFA) im Blinddarm. Die Infektion erhöhte die pH Werte und verminderte die Butyratkonzentration sowie den VFA Pool im Blinddarm. Im Versuch mit Ascaridia galli (Kapitel 4) erhöhte die NSP-Fütterung und insbesondere die mit S-NSP die Befallshäufigkeit. Im Gegensatz zum Versuch mit H. gallinarum wurde kein Einfluss auf die Wurmlänge und die Wurmfruchtbarkeit festgestellt. Die mit A. galli infizierten Tiere wiesen unabhängig von der Fütterung, eine verminderte Körpergewichtsentwicklung und eine ungünstigere Futterverwertung auf. Auch die NSP-Fütterung, und wiederum vor allem S-NSP, beeinträchtigte die Körpergewichtsentwicklung der Tiere. S-NSP bewirkte außerdem niedrigere pH Werte im Blinddarm, während die Infektion mit Ascaridia galli diesbezüglich keinen Einfluss hatte. Die Infektion und die Fütterung erhöhten die Mengen an VFA im Blinddarm. S-NSP steigerte die Mengen an VFA am stärksten. Im Vergleich zu CON führte die NSP-Fütterung, insbesondere S-NSP, zur Verdickung zur Gewichtserhöhung des Dünndarmgewebes. Die Ergebnisse zeigen, dass H. meleagridis nicht nur den Endwirt schädigt, sondern auch den Vektor H. gallinarum. Sowohl unlösliche als auch lösliche NSP fördern die Etablierung einer H. gallinarum Infektion. Lösliche NSP fördern und intensivieren zusätzlich das Auftreten von Histomonas meleagridis. Dies hat wiederum nachteilige Auswirkungen auf die Etablierung und Entwicklung von Heterakis gallinarum. Sowohl Erbsenschalen als auch Zichorienwurzelmehl als Quellen unlöslicher bzw. löslicher NSP fördern die Infektion mit Histomonas freien H. gallinarum und mit A. galli. Zichorienwurzelmehl steigert zusätzlich die Fruchtbarkeit von H. gallinarum. Die verwendeten unlöslichen und löslichen NSP beeinträchtigen das Wachstum der Tiere, reichern sich im Gastrointestinaltrakt an und fördern so möglicherweise die Empfänglichkeit gegenüber Infektionen mit Nematoden. Die Ergebnisse lassen schließen, dass Erbsenschalen und Zichorienwurzelmehl als Quellen unlöslicher bzw. löslicher NSP ungeeignet sind, der Etablierung und Entwicklung von Nematodeninfektionen entgegenzuwirken. Insbesondere in alternativen Haltungssystemen, in denen Tiere einen erhöhten Infektionsdruck ausgesetzt sind und vermehrt NSP aufnehmen (können/), muss nach anderen Bekämpfungsmöglichkeiten gesucht werden.

The objective of this study was to test the hypothesis that low or highly soluble dietary non starch polysaccharides (NSP) differently affect infections with Heterakis gallinarum or Ascaridia galli in grower layers. Because H. gallinarum acts as a vector for transmission of Histomonas meleagridis, the agent of Blackhead disease , effects of NSP-supplemented diets on interactions between these two parasites were also investigated. The experiments were conducted between 2007 and 2010 at the Department of Animal Sciences of the Göttingen University. Three experimental diets were used: basal diet (CON), supplying metabolizable energy and nutrients for grower layers according to recommended feeding standards. One hundred gram of pea bran or chicory root meal were added to each kg of CON in diets I-NSP and S-NSP supplying insoluble (I-) or soluble (S-) NSP, respectively. The first study aimed at investigating effects of NSP supplemented diets on interactions between H. gallinarum and H. meleagridis, including a prophylactic treatment with dimetridazole (0.05%, w/v) via drinking water against H. meleagridis for half of the birds. Histomonas free H. gallinarum female worms obtained from this study were used for the preparation of infection material applied in the experiment that investigated effects of NSP-supplemented diets on H. gallinarum infection. Effects of dietary NSP on either H. gallinarum- or A. gall-infections were separately investigated in two consecutive experiments, each comprising three identical runs for each nematode species. In each run, three feeding groups of one-day-old female layer chicks were built, each being fed until an age of wk 3 with one of the three experimental diets. At the end of wk 3, the birds were marked with wing tags and weighed. Each feeding group was subdivided into an uninfected control and an infected group of birds, the latter being inoculated with 200 embryonated eggs of H. gallinarum or 250 embryonated eggs of A. galli, respectively. Daily feed consumption was determined per group throughout the experiment until wk 11. In the last two runs of the H. gallinarum-experiment, the infected birds were placed into individual cages and their daily total amounts of faeces, number of eggs per gram of faeces (EPG) and total number of eggs excreted within 24 h (eggs per day, EPD) were determined. In the A. galli-experiment, the faeces were collected at the time of slaughter and EPG was determined. The birds were slaughtered 8 wk post infection (p.i.) and their worm burdens were determined. Volatile fatty acids (VFA) and pH were measured in caeca contents. In the first experiment that dealt with histomonas contaminated H. gallinarum (Chapter-II), treatment against H. meleagridis significantly increased the incidence of H. gallinarum infection and the average worm length in all infected groups irrespective of the type of experimental diet consumed by the birds. An interaction between effects of diet and dimetridazole treatment indicated that S-NSP resulted in lowest worm burden in dimetridazole-untreated birds, whereas it caused highest worm burden in treated birds. Within each feeding group, higher worm burdens were determined in treated than in untreated birds. Infection with H. gallinarum reduced the body weight (BW) of the chicks, and H. meleagridis aggravated this effect. Dimetridazole-treated and untreated uninfected birds developed similar BW. Both NSP-supplemented diets, with S-NSP being inferior to I-NSP, led to lower BW of the birds. In the histomonas free H. gallinarum-experiment (Chapter-III), the NSP-supplemented diets elevated the incidence of infection, the average number of larvae and the total worm burden compared to CON. The worm length was not influenced by the type of diet. The daily amount of faeces increased in NSP-fed birds. The EPG, EPD and female worm fecundity (EPD/female worm) were elevated after feeding S-NSP, whereas I-NSP led to lower EPG/female worm. The EPD increased in the sequence of CON < I-NSP < S-NSP. Both, the NSP-supplemented diets and infection led to reduced BW of birds and infection additionally impaired the feed conversion rate. The NSP-supplemented diets increased average length of caecum with S-NSP exerting a stronger effect than I-NSP. Filled caeca weight was increased by S-NSP. The infection increased the weight of filled and emptied (washed) caeca. Feeding S-NSP lowered intracaecal pH and molar proportion of acetate and increased that of butyrate compared to CON and I-NSP. Caecal pool of VFA was increased with S-NSP. Infection increased intracaecal pH, accompanied by lower molar proportion of butyrate and reduced caecal pools of VFA. In the A. galli-experiment (Chapter-IV) both NSP-diets, particularly S-NSP, increased incidence of infection and worm burden of the birds, but the development (length) and fecundity of the nematode remained unaffected. A. galli-infection caused a less efficient feed utilization for body weight gain (BWG) resulting in lower BW irrespective of type of diet consumed. NSP-fed birds, particularly those on S-NSP, showed retarded BW development compared to birds receiving CON. Intracaecal pH was lowered by feeding S-NSP but was unaffected by A. galli-infection. Both NSP-diets increased caecal VFA pool size, S-NSP exerting a greater effect than I-NSP. Infected birds had smaller caecal VFA pool size than their uninfected counterparts consuming the corresponding diets. S-NSP also led to higher weights of splanchnic tissues and intestinal tract. These effects were less pronounced in I-NSP fed chicken. The results show that H. meleagridis does not only harm the definitive host, but also its vector, H. gallinarum. Both, insoluble and soluble dietary NSP favor H. gallinarum infection while S-NSP additionally intensifies histomonas-infection, which then impairs establishment and development of H. gallinarum. The pea bran and chicory root meal used as sources of insoluble and soluble dietary NSP, respectively, favored the establishment of histomonas-free H. gallinarum in grower layers. Inulin rich chicory root meal additionally enhanced fecundity of this nematode. Insoluble and soluble dietary NSP retard growth performance, alter gastrointestinal environment and lead to higher weights of splanchnic tissues associated with an elevated establishment of A. galli in grower layers. The NSP supplemented diets, and S-NSP in particular, may have altered the gastrointestinal environment, which in turn enhanced nematode infections. It is concluded that the two natural sources of insoluble and soluble NSP offer no potential as protecting agents against the parasitic infections in chicken. Therefore, suitable measures of precaution should be applied to production systems particularly prone to gastrointestinal parasitic infections and where diets with relatively high NSP-contents are fed.