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Diet-dependent morphological changes of the rumen epithelium in sheep
Siddig Ahmed, Rasha

Main titleDiet-dependent morphological changes of the rumen epithelium in sheep
Title variationsFütterungs-abhängige morphologische Veränderungen des Pansenepithels von Schafen
Author(s)Siddig Ahmed, Rasha
Place of birth: Khartoum/Sudan
1. RefereeUniv.-Prof. Dr. H. Martens
Further Referee(s)Prof. Dr. C. Mülling
Univ.-Prof. Dr. K. Weyrauch
KeywordsSheep, rumen, epithelium, diets, morphology, morphometrics, electron microscopy, immunohistochemistry
Classification (DDC)630 Agriculture, Veterinary medicine
SummaryDie anpassungsbedingten Veränderungen der Pansenschleimhaut in Abhängigkeit von unterschiedlich lange verabreichten Kraftfuttergaben wurden an 24 Schafen untersucht. Neben einer mit Heu gefütterten Kontrollgruppe wurden die Tiere in 7 Gruppen unterteilt, denen unterschiedlich lange Kraftfutter angeboten wurde: 2 bzw. 4 Tage sowie 1, 2, 4, 6 bzw. 12 Wochen. Zur Charakterisierung des Pansenepithels in den verschiedenen Futtergruppen wurden makro- und mesoskopische Untersuchungen, lichtmikroskopische Routine-Färbemethoden und Immunhistochemie sowie raster- und transmissionselektronen¬mikroskopische Methoden angewandt. Eine morphometrische Analyse der Pansenschleimhaut wurde mit Hilfe eines Computer-gestützten Bildverarbeitungsprogramms (Lucia 32-G Corona 4.11, Nikom) erstellt, wobei die Dicke der verschieden Epithelschichten sowie die Länge des Papillarkörpers gemessen und die Gesamtoberfläche der Pansenzotten berechnet wurde. Die resorptive Oberfläche des Pansenepithels nahm mit länger andauernder Aufnahme des Kraftfutters zu und zeigte zusätzlich deutliche strukturelle Unterschiede zu der von Schafen, die nur mit Heu gefüttert wurden. Die durch die Kraftfuttergabe bedingten Anpassungen der Pansenmorphologie erfolgten bereits sehr schnell innerhalb von 2 Tagen. Die Tiere der Gruppe, denen 4 bzw. 6 Wochen Kraftfutter verabreicht wurde, zeigten jedoch die deutlichsten/signifikantesten strukturellen Veränderungen, welche wie folgt zusammengefasst werden können: 1. Die rasterelektronenmikroskopische (REM) Untersuchung zeigte kontinuierliche Veränderungen der Zottenform in Abhängigkeit von der Fütterungsdauer und der Futterart auf: von schmalen, zungenartig geformten Zotten im Pansen der heugefütterten Tiere bis hin zu großen, stark verhornten finger- bzw. blattartigen Zotten an der Pansenoberfläche der 4 bis 12 Wochen lang mit Kraftfutter versorgten Tiere. Einige geringfügige Vertiefungen an der Zottenoberfläche der zunächst mit Heu gefütterten Tiere wurden in Abhängigkeit von der Dauer der Kraftfuttergabe (4 bis 12 Wochen) tiefer und zahlreicher. Diese tiefen primären und sekundären Vertiefungen gestalteten die unregelmäßige Oberfläche der Papillen und Sekundärpapillen. Eine starke Vergrößerung der Papillarkörperoberfläche zeigte schuppenförmige, abgeflachte Zellen mit Zytoplasma-Protrusionen, welche bei Tieren aus den Kraftfuttergruppen (4 bis 12 Wochen) gut entwickelt waren und verschiedene Formen und Strukturen aufwiesen (entweder blattartige Struktur bzw. ein komplexes Arrangement von Cytoplasmaausläufern), während bei den Heu gefütterten Tieren wenig entwickelte warzenartige Zytoplasmaausläufer charakteristisch waren. 2. Die quantitative morphologische Analyse zeigte einen beachtlichen Einfluss der Kraftfuttergabe sowie der Fütterungsdauer auf die Entwicklung der Pansenzotten. In der Gruppe der mit Kraftfutter versorgten Tiere vergrößerten sich die Mittelwerte der Länge und Breite der Zotten nach 4 Wochen langer Kraftfuttergabe deutlich auf 4,67 mm, 2,75 mm im Vergleich zu den nur mit Heu gefütterten Tieren (2,21 mm, 1,77 mm). Die Mittelwerte der Zottenlänge bzw. -breite erreicht im Vergleich zu den mit Heu gefütterten Tieren das 1,5- bzw. 2fache. Die Pappillendichte war bei Tieren aus den Kraftfuttergruppen nach 4 Wochen ebenfalls größer (48 Zotten / cm2 Schleimhaut) als bei den Heu-gefütterten Tieren (38 Zotten / cm2 Schleimhaut); allerdings waren diese Unterschiede nicht signifikant. Die Zunahme der Zottenanzahl und -größe verursachte eine signifikante Vergrößerung der Gesamtzottenoberfläche und erreichte mit 1248,44 mm2 / cm2 die größte Ausdehnung bei den Tieren, welchen 4 Wochen Kraftfutter verabreicht wurde. Dieser Wert stellt etwa das 4fache des entsprechenden Wertes der nur mit Heu gefütterten Tiere dar. 3. In den Gruppen der 4 bzw. 6 Wochen lang mit Kraftfutter versorgten Tiere zeigten sich hypertrophe Veränderungen in den Pansenzotten sowie gut entwickelte Epithelzapfen mit entsprechendem Papillarkörper. Auch das Bindgewebe der Lamina propria war gut entwickelt, vergesellschaftet mit einer zunehmenden Dichte von Kapillaren, die innerhalb des Papillarkörpers in Form von sinusoidalen Austauschgefäßen bis tief zwischen die Epithelzapfen zogen. 4. Die qualitative morphologische Analyse zeigte, dass die Kraftfuttergabe über die verschiedenen Zeiträume die Größe der Epithelzellen stärker beeinflusst als deren Anzahl. Die Anzahl der Epithelschichten vergrößerte sich leicht von 6 bis 8 Schichten bei mit Heu gefütterten Tieren zu 7 bis 10 bei Tieren aus den 4 bis 12 Wochen mit Kraftfutter versorgten Gruppen. Der Mittelwert der Epitheldicke erhöhte sich jedoch signifikant (109 µm Dicke) bei Kraftfuttergabe nach 4 Wochen und erreichte einen Maximalwert (129 µm) nach 6 Wochen im Vergleich zu den nur mit Heu gefütterten Tieren (74 µm). 5. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zeigte, dass bei Tieren, die für 4 bis 6 Wochen mit Kraftfutter versorgt wurden, die Interzellularräume in allen Epithelschichten größer wurden, und zwar insbesondere im Stratum basale und Str. spinosum. Zusätzlich konnten ein gut entwickeltes, desmosomenreiches Str. spinosum, ein mitochondrienreiches Str. basale und Str. spinosum, das Auftreten von Membrane Coating Granules (MCGs) - diese besonders konzentriert in der obersten Lage der Spinosazellen und der tiefen Lage der Granulosazellen - und das Auftreten dicker Tonofilamente im Str. basale und Str. spinosum (Gruppe der 6 Wochen lang mit Kraftfutter versorgten Tiere) demonstriert werden. Außerdem konnte dargestellt werden, dass die Basalzellen weitreichende, proximal ausgerichtete Ausläufer bilden, begleitet von einer tief eingefalteten Basallamina mit dazwischen liegenden kurzen Kapillarschleifen (vor allem in den 4 bzw. 6 Wochen lang mit Kraftfutter versorgten Gruppen). Diese Veränderungen sorgen für eine vergrößerte Kontaktfläche im unteren Basalzellbereich und ermöglichen so einen verbesserten Nährstoffaustausch zwischen Epithelgewebe und dem Blutkreislauf. 6. α-Smooth-Muscle-Aktin-immunoreaktive Zellen konnten innerhalb der Pansenschleimhaut als verdichtete Schicht als Äquivalent der Lamina muscularis mucosae nachgewiesen werden. Eine sehr starke Reaktion auf den Antikörper (dicke reaktive Schicht) wurde vor allem bei Tieren nachgewiesen, die 2 bzw. 4 Wochen mit Kraftfutter versorgt wurden. Eine Immunreaktion auf das Plasmamembran-ständige Connexin 43 wurde insbesondere im Stratum basale und Str. spinosum (tiefe Schichten) nachgewiesen, eine schwächere Reaktion fand sich innerhalb der oberflächlichen Schichten des Str. spinosum sowie des Str. granulosum. Die Hornzellschicht blieb jedoch immun-negativ hinsichtlich des Connexin 43. In Bereichen mit positivem Immunnachweis ergab die Reaktion rund um die Zellen ein synzytielles Muster mit verstärkter Färbung im apikalen Bereich. Die Immunoreaktivität war insgesamt bei mit Heu gefütterten sowie bei nur 2 Tage mit Kraftfutter versorgten Tieren schwach, bei 4 Tage bzw. 1 Woche mit Kraftfutter versorgten Tieren mittel, bei 2 Wochen mit Kraftfutter versorgten Tieren stark, und sehr stark in den Gruppen, die 4 bis 12 Wochen mit Kraftfutter versorgt wurden. Eine Immunoreaktivität für NHE3 konnte in allen Epithelschichten außer dem Stratum corneum nachgewiesen werden, wobei die intensivste Reaktion sowohl im Str. granulosum (tiefe Schicht) als auch im Str. spinosum (oberflächliche Schicht) vorlag, mit besonderer Intensität an der apikalen Zelloberfläche. Die Reaktion war schwach bei allen Tieren, die nur mit Heu gefüttert wurden sowie in allen Kraftfutter-versorgten Tieren außer derjenigen der Gruppen, die für 2 bzw. 4 Wochen mit Kraftfutter versorgt waren: hier war die Antikörper-Reaktion stark. Tiere, die für 12 Wochen mit Kraftfutter versorgt wurden, zeigten einige Auffälligkeiten der Pansenmuscosa, die wie folgt zusammengefasst werden können: (a) Verzweigungen der Lamina propria, die zur Entwicklung von dunkelbraun gefärbten, pilzartig-geformten Zotten führten (b) missgestaltete Epithelzapfen (c) Hinweise auf Entzündungen und Parakeratose im Stratum corneum; die Hornzellen formierten sich zu einer Art Kappe über der Zottenspitze, während das Str. spinosum Ansammlungen von lymphozytären Zellen begleitet von Fremdkörperreaktion und Leukozyteninfiltration zeigte (d) sehr stark erweiterte Interzellularräume (e) Auftreten von sehr dicken Tonofilamentbündeln sowohl im Str. basale als auch im Str. spinosum (f) Auftreten von Keratohyalingranula im Str. spinosum, Lipidinfiltration im Zytoplasam aller Epithelschichten.
Documents
FUDISS_derivate_000000003224
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FU DepartmentDepartment of Veterinary Medicine
Year of publication2007
Document typeDoctoral thesis
Media type/FormatText
LanguageEnglish
Terms of use/RightsNutzungsbedingungen
Authors commentsGleichzeitig erschienen im Verlag Dr. Köster, ISBN 978-3-89574-643-7
Date of defense2007-10-16
Created at2007-10-30 : 12:00:00
Last changed2010-02-19 : 02:19:08
 
Old Darwin URLhttp://www.diss.fu-berlin.de/2007/696/
Static URLhttp://160.45.152.199/diss/receive/FUDISS_thesis_000000003224
NBNurn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000003224-4
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