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Vergleichende klinische und morphologische Untersuchungen zur spontanen und experimentellen Vergiftung durch Ipomoea fistulosa (Convolvulaceae) bei Ziegen

Armién M., Anibal Guillermo


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Abteilung für Veterinär-Pathologie, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA)/Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ) Rio de Janeiro, Brasilien und Institut für Veterinär-Pathologie
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 12.01.2000
Erstellungsjahr: 2000
Publikationsdatum: 23.02.2000
Kurzfassung auf Deutsch: In der Literaturübersicht wird der gegenwärtige Kenntnisstand über die spontane und experimentelle Vergiftung von Wiederkäuern mit Ipomoea fistulosa, die
im Nordosten Brasiliens unter den Namen 'Canudo' und 'Mata cabra' bekannt ist, und mit Ipomoea carnea in Afrika und Asien dargestellt. Die Toxine dieser
Pflanzen, Swainsonin und Calystegin B2 und C1, und ihr Wirkungsmechanismus werden erläutert. Weiterhin wird eine Übersicht über lysosomale
Speicherkrankheiten im allgemeinen, sowie über das Vorkommen bei Wiederkäuern gegeben.


Die eigenen Untersuchungen befaßten sich mit spontan erkrankten Ziegen und einer experimentell induzierten Vergiftung bei dieser Tierart. Die Untersuchung
der spontanen Erkrankung erfolgte an 23 Ziegen aus den im Nordosten Brasiliens gelegenen Gemeinden Petrolina/Pernambuco und Juazeiro/ Bahia sowie einer
Ziege aus Itaguaí/Rio de Janeiro. Drei der Tiere wurden obduziert, die übrigen nur klinisch untersucht. Experimentell wurde eine Vergiftung bei 12 adulten
Ziegen durch Verfütterung von Ipomoea fistulosa allein und mit Anteilen von 50% und 25% an der täglichen Futterration induziert. Die aufgenommene Menge
an Ipomoea fistulosa variierte zwischen 5,2 und 14,9 g Trockenmasse/kg KM/Tag. Zwei Ziegen, die nur mit Gras gefüttert wurden, dienten als Kontrollen für
die klinischen und morphologischen Untersuchungen. Elf Ziegen wurden nach einer Versuchsdauer zwischen 20 und 105 Tagen euthanasiert. Eine Ziege starb
spontan nach einer Versuchsdauer von 83 Tagen.


Alle Tiere wurden unmittelbar nach dem Tod obduziert. Für die histologischen, immunhistologischen und lektinhistochemischen Untersuchungen entnommene
Proben fast aller Organe wurden in gepuffertem Formalin fixiert und in Paraffin eingebettet oder für Gefrierschnitte verwendet. Neben einer Vielzahl
histologischer Färbungen wurden immunhistologische Untersuchungen zum Nachweis von Neurofilament, saurem Gliafaserprotein und
Glutaminsäuredecarboxylase (GAD) durchgeführt. Die lektinhistochemischen Untersuchungen erfolgten mit einem Panel von zehn biotinylierten Lektinen.
Proben für die elektronenmikroskopischen Untersuchungen wurden in Glutaraldehyd immersionsfixiert und in Epon eingebettet. Untersuchungen zur
Topographie der Hirnveränderungen erfolgten an Coronarschnitten beider Hirnhälften in 16 Schnittebenen.


Das klinische Bild der spontan erkrankten Ziegen war durch Abmagerung, bilaterale symmetrische Ataxie, Paresen und abnorme Stellreaktionen mit
Muskelhypertonie gekennzeichnet. Bei Tieren mit geringgradigen Störungen erwies sich die 'Aufsteh-Prüfung' als ein diagnostisch wichtiges Merkmal. Hierbei
zeigten die Tiere nach Verbringen in die Seitenlage beim Versuch wieder aufzustehen deutliche Koordinationsstörungen.


Alle mit Ipomoea fistulosa gefütterten Ziegen entwickelten neurologische Krankheitserscheinungen und in späteren Stadien Abmagerung. Die neurologischen
Symptome ähnelten denjenigen bei spontaner Vergiftung. Alle Tiere zeigten Verhaltens- und Bewußtseinsstörungen, sowie Anomalien des Bewegungsablaufes
und der Haltungs- und Stellreaktionen. Störungen der spinalen Reflexe und der Kopfnervenfunktionen waren nicht regelmäßig vorhanden. Die ersten
Krankheitssymptome wurden, unabhängig von dem Anteil an Ipomoea fistulosa im Futter, zwischen dem 22. und 42. Versuchstag beobachtet.


Sowohl bei spontaner als auch bei experimentell induzierter Erkrankung konnten bei der Sektion außer einer Abmagerung und einer inkonstanten Anämie keine
besonderen Befunde erhoben werden.


Die histopathologischen Veränderungen, besonders im Gehirn, waren bei spontanen und experimentellen Vergiftungen qualitativ weitgehend identisch.


Der auffälligste histopathologische Befund war eine zytoplasmatische Vakuolisierung in Neuronen des zentralen und autonomen Nervensystems, weniger
deutlich auch in Astrozyten, Oligodendrozyten und Schwannzellen peripherer Nerven. Sie fand sich auch in Parenchymzellen von Organen, vor allem in
Azinuszellen des Pankreas, Hepatozyten, Kupfferzellen, Follikelepithelien der Schilddrüse, Makrophagen des lymphatischen Gewebes und im Keimepithel des
Hodens. Besonders deutlich konnten die Vakuolen lektinhistochemisch mit Con-A und WGA dargestellt werden. Ultrastrukturell waren die 0,3 bis 3,3 mm
großen lysosomalen Vakuolen von einer einschichtigen Membran umgeben und bis auf gelegentlich nachweisbare Membranfragmente, Vesikel,
granulär-retikuläre Strukturen oder amorphe, dichte Substanzen und osmiophiles Material elektronenoptisch leer.


Im Gehirn wurden darüber hinaus eine axonale Degeneration mit Sphäroidbildung, Ganglienzellnekrosen und eine Astrogliose festgestellt. Der
immunhistochemische Nachweis von GAD in der Mehrzahl der Sphäroide ergab, daß von der axonalen Dystrophie vor allem GABA-erge Neuronen betroffen
waren. Ultrastrukturell enthielten die Sphäroide vor allem dichte Körperchen, daneben Mitochondrien, Mikrotubuli und Neurofilamente, während lysosomale
Vakuolen nur selten vorhanden waren.


Während die neuronale Vakuolisierung disseminiert in allen Hirnregionen auftrat, fanden sich Sphäroide vor allem im Kleinhirn, besonders im Kleinhirnwurm
und in den Kleinhirnkernen. Daneben waren sie im Nucleus vestibularis lateralis, im Nucleus cuneatus lateralis und im Nucleus olivaris der Medulla oblongata,
sowie in der Substantia nigra des Mittelhirns und im Globus pallidus deutlich erkennbar. Korrespondierend hierzu fand sich in diesen Gebieten auch eine
deutliche reaktive Astrogliose, welche in der Kleinhirnrinde besonders die Bergmannglia betraf. Ultrastrukturell lag eine deutliche Vermehrung
gliafilamentreicher Fortsätze vor. Die Astrozytenperikarya und besonders ihre Fußfortsätze waren oft ödematisiert.


Die zytoplasmatische Vakuolisierung war 20 Tage nach Versuchsbeginn in Purkinjezellen des Kleinhirnes und Neuronen des Thalamus sowie in Azinuszellen
des Pankreas, in Follikelepithelien der Schilddrüse und in Makrophagen der Lymphknotensinus erstmals nachweisbar. Ab dem 40. Versuchstag war sie in allen
Hirnregionen erkennbar. Ab diesem Zeitpunkt waren auch axonale Sphäroide ausgeprägt nachweisbar, während ein Verlust an Purkinjezellen und eine
Astrogliose erst bei Ziegen nach mehr als 50-tägiger Versuchsdauer massiver ausgeprägt waren.


Die Vakuolenmembranen von neuronalen und extraneuronalen Zellen wurden durch die Lektine Con-A und WGA sehr stark markiert. LCA und S-WGA
reagierten selektiv mit Vakuolenmembranen in neuronalen Vakuolen. Das lektinhistochemische Muster zeigt, daß die identifizierten nicht reduzierten Reste von
[alpha]-Man, [alpha]-Glc, [beta]-1-4GlcNAc und NeuNAc oder ihre Sequenz zu den N-glykosidisch gebundenen Oligosaccharideinheiten vom
mannosereichen, hybriden und komplexen Typ gehören.


Der Vergleich der Kinetik der histopathologischen Veränderungen mit der des neurologischen Symptomenkomplexes bei der experimentellen Vergiftung ergab,
daß letzterer erst in vollem Umfang manifest wurde, wenn neuropathologisch ausgeprägte degenerative Veränderungen in Gestalt von Sphäroidbildung und
Ganglienzellnekrosen bzw. Ganglienzellschwund in der Purkinjezellschicht vorhanden waren.


Die Untersuchungen zeigen, daß das nach Verfütterung von Ipomoea fistulosa experimentell induzierte Krankheitsbild sich nicht von demjenigen der spontanen
Vergiftung unterscheidet. Die Aufnahme von Ipomoea fistulosa löst eine systemische Glykoproteinspeicherkrankheit aus, die mit einer lysosomalen
Speicherung von Oligosacchariden des mannosereichen, hybriden und komplexen Typs einhergeht. Diese beruht auf der Inhibierung der lysosomalen
[alpha]-Mannosidase durch das Alkaloid Swainsonin. Im Gehirn entwickeln sich darüberhinaus degenerative Veränderungen vor allem in GABA-ergen
Neuronen des Kleinhirns, welche für die auf eine zerebelläre Dysfunktion hinweisenden Krankheitserscheinungen verantwortlich sind.
Kurzfassung auf Englisch: In the literature section, the actual knowledge about the spontaneous and experimental intoxication of ruminants with Ipomoea fistulosa, known as 'Canudo'
and 'Mata cabra' in the Northeast of Brazil, and related to Ipomoea carnea in Africa and Asia, is reviewed. The toxins identified from these plants,
Swainsonine and Calystegine B2 and C1, and their mechanism of action are described. Furthermore, an overview of lysosomal storage diseases in general and
with special emphasis on ruminants is given.


The present investigations included studies on spontaneously and experimentally occurring intoxications in goats. 23 goats with spontaneous disease originating
from Petrolina/Pernambuco and Juazeiro/Bahia in Northeast Brazil as well as one animal from Itaguai/Rio de Janeiro were included in the study. Three goats
from this group were necropsied and the remaining animals were studied clinically only. For the experimental study, 12 adult goats were intoxicated by feeding
them Ipomoea fistulosa alone or replacing 50% or 25% of the daily diet by this plant. The ingested amount of Ipomoea fistulosa varied between 5,2 and
14,9g dry matter/kg body weight/day. Two goats, that were fed with grass only, served as controls for the clinical and morphological investigations. Eleven
goats were euthanized after 20 and 105 days. One goat died spontaneously after 83 days.


All animals were necropsied immediately after death. For the histological, immunohistological and lectin-histochemical studies specimen from almost all organs
were fixed in buffered formalin, embedded in paraffin and used for frozen sections. Besides a large variety of histological staining techniques, immunohistological
studies for the detection of neurofilament, glial fibrillary acidic protein and glutamic acid decarboxylase (GAD) were performed. For the lectin-histochemical
experiments, a panel of ten biotinylated lectins was used. In addition, tissues were immersion fixed in glutaraldehyde and embedded in Epon for the electron
microscopical studies. To specify the topography of the brain lesions, 16 coronal sections of both hemispheres were used.


Clinically, spontaneously intoxicated goats showed emaciation, bilateral symmetrical ataxia, paresis and abnormal postural reactions with muscle hypertonia. In
animals with minor changes, the 'stand up-test' proved to be of diagnostic value. Accordingly, animals that were put into a lateral position showed striking
coordination problems.