Les endotoxines chez la vache Un risque sous-estimé? Simone Schaumberger DVM Chef Produit, Gestion du Risque Mycotoxines Nicole Reisinger Dr. vet. med. Chef Projet, Endotoxines
Les endotoxines chez la vache Un risque
Simone Schaumberger Chef Produit, Gestion du Risque Mycotoxines Nicole Reisinger Chef Projet, Endotoxines sous-estimé? Les endotoxines sont des substances véritablement fascinantes. En effet, elles stimulent le système immunitaire de manière positive mais peuvent également entraîner un choc endotoxinique allant jusqu à la mort de l'animal. Les toxines sont connues pour leurs effets négatifs sur la fermentation ruminale. Deux types de toxines retiennent généralement l'attention en matière de santé et de bien-être des animaux : les toxines issues des champignons (mycotoxines) et celles issues des bactéries (endotoxines, exotoxines). L'évolution de la concentration en endotoxines dans le rumen en cas d acidose ruminale suscite une attention grandissante. Les régimes alimentaires riches en sucres modifi ent la microfl ore ruminale, entraînant la destruction des bactéries Gram-négatives et l'augmentation du nombre de bactéries Gram-positives. Ce phénomène provoque une dysbiose, à l'origine d une inflammation du rumen. Ce dernier devient alors plus perméable, ce qui permet aux endotoxines de pénétrer dans l'organisme. Quelles en sont les conséquences pour la vache? À propos des endotoxines Les endotoxines sont connues depuis le début des années 1900 en raison de leur effet pyrogène (provoquant de la fièvre). Elles font généralement partie de la paroi cellulaire de toutes les bactéries Gramnégatives (fi gure 1) et revêtent un intérêt particulier car elles interviennent dans la réponse immunitaire. Les endotoxines sont produites par les bactéries Gram-négatives font partie de la paroi cellulaire des bactéries sont des macromolécules dont la taille varie de 300 000 à 1 000 000 daltons sont pyrogènes (elles peuvent entraîner de la fièvre) sont nombreuses dans le rumen et le tube digestif sont présentes dans l'air, l'eau et l'alimentation sont stables aux variations de température et de ph Photo: Eraxion_iStockphoto Figure 1. Comparaison de la paroi cellulaire d'une bactérie Gram-positive et d'une bactérie Gram-négative. La localisation des LPS dans la paroi cellulaire est indiquée en encadré sur le schéma. Bactérie Gram-positive Bactérie Gram-négative Membrane plasmatique Membrane externe Lipoprotéines Oligomères d ADN Superantigènes (Protéine) Endotoxine (Lipopolysaccharide) Chaîne polysaccharidique O spécifique n Sous-unité oligosaccharidique O spécifique Glycolipide central Lipide A (externe) (interne) Oligosaccharide principal Exotoxines (Protéine) Mort de la bactérie (par antibiotiques, température) Acide lipotéichoïque (Muréine) Peptidoglycane Source: BIOMIN
Simone Schaumberger Chef Produit, Gestion du Risque Mycotoxines Nicole Reisinger Chef Projet, Endotoxines Facteurs de risque de maladies liées aux endotoxines chez les ruminants Tableau 1. Synthèse de l'activité des endotoxines (unités d'endotoxines, UE/ml) dans différentes parties de l'organisme chez des vaches en bonne santé et des vaches présentant une acidose ruminale subaigüe induite expérimentalement au cours de différentes études. Vache en bonne santé* Acidose ruminale subaigüe* Sang < 0,05 UE/ml 0,05 1 UE/ml Rumen 3 700 30000 UE/ml 120000 210000 UE/ml Iléon 4 000 UE/ml 110 000 UE/ml Cæcum 18 000 UE/ml 130 000 UE/ml Bouses 14 000 UE/ml 100 000 UE/ml Les endotoxines sont également appelées lipopolysaccharides (LPS) car elles se composent d'un lipide (lipide A, responsable de la toxicité de la bactérie) et d'un polysaccharide (fragment propre à chaque espèce, longueur de chaîne très variable). La structure du LPS est essentielle à l'absorption et la détoxification de la 1 Source : adapté de Plaizier et al. 2013 molécule. Les endotoxines sont libérées en cas de destruction ou de prolifération très abondante des bactéries Gram-négatives. Certains types d antibiotiques (comme les béta-lactamines par exemple), du fait de leur action bactéricide, peuvent augmenter la libération d endotoxines. Ce phénomène doit être pris en compte lors de l'utilisation d'antibiotiques chez une vache. Modèle de simulation ruminale La simulation ruminale est un modèle in vitro important permettant d'analyser l'influence des additifs alimentaires sur la physiologie du rumen. Le modèle a été adapté au centre de recherche de BIOMIN (laboratoire d'analyse et de recherche) afin de déterminer, en utilisant du liquide ruminal naturel dans un réacteur (illustré ci-dessous), l'influence des additifs alimentaires sur le ph du rumen, le nombre de bactéries et la concentration en acides gras. Il est également possible d évaluer l'influence de la concentration en endotoxines dans le rumen. Effets chez les ruminants Les ruminants sont en contact permanent avec les endotoxines, via l'alimentation, l'air et l'environnement. Chez un animal en bonne santé, seul un nombre réduit d'endotoxines passe dans le sang via la paroi intestinale. Les endotoxines sont alors transportées et détoxifiées dans le foie. Leur structure leur permet également d être stockées dans le tissu adipeux. Chez les ruminants en bonne santé, le rumen, le tube digestif et les bouses contiennent une quantité limitée d endotoxines. En cas de déficit énergétique ou de déséquilibre alimentaire, la perméabilité de la paroi ruminale et/ou intestinale augmente, ce qui provoque une exportation plus importante d'endotoxines vers la circulation sanguine. De plus, si les réserves énergétiques de l'animal sont insuffisantes, le tissu adipeux est dégradé, ce qui entraîne un relargage supplémentaire endotoxines dans l'organisme. Les concentrations en endotoxines peuvent être mesurées dans le sang (tableau 1). Une augmentation des LPS dans le sang peut entraîner l'apparition de diverses pathologies comme des mammites, des boiteries, des dermatites ou encore des chocs endotoxiniques. Lorsque le modèle in vivo rencontre le modèle in vitro Les endotoxines sont des agents produits suite à la stimulation de récepteurs; la prévision de leur concentration chez l'animal est par conséquent incertaine, notamment lorsque l'exposition se fait par voie orale. Il est difficile d'induire une exposition contrôlée aux endotoxines par voie orale in vivo. Par conséquent, des expériences menées in vitro sont utilisées
Les endotoxines chez la vache Un risque sous-estimé? Vaches en début de lactation Vaches primipares Vaches au pâturage ou nourries avec un ensilage d herbe à fermentation rapide et pauvre en fibres Quantité élevée de concentrés Acidose subaigüe Gestion des bâtiments Figure 2. Comparaison des concentrations moyennes d endotoxines dans les réacteurs à partir du modèle de simulation ruminale. La concentration d'endotoxines après une longue incubation était nettement plus élevée dans les réacteurs contenant un antibiotique (en vert). Activité des endotoxines [UE/ml] 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0 Réacteurs ne contenant pas d'antibiotique Source: BIOMIN, 2014 ** Réacteurs contenant un antibiotique Figure 3. Diminution significative de la force de séparation [%] des explants tissulaires traités avec 10 et 100 µg/ml de LPS par rapport au témoin négatif (en vert). Force de séparation [%] 100 80 60 40 20 0 Témoin LPS 1 mg/l Source: BIOMIN, 2014 * LPS 10 mg/l * LPS 100 mg/l 2 Modèle de boiterie ex vivo (A) Dissection de l onglon (B) Mise en culture des explants pour expliquer les mécanismes induits par les endotoxines. Le modèle de simulation ruminale permet ainsi de tester les effets des additifs alimentaires (encadré 1). Les résultats préliminaires obtenus avec ce modèle ont confirmé l'effet négatif des antibiotiques sur l'évolution de la concentration en endotoxines dans le rumen. Après une incubation de deux semaines, une augmentation significative de la concentration en endotoxines a été observée dans les réacteurs contenant un antibiotique, par rapport à ceux n en contenant pas (figure 2). Cela montre clairement qu'il est nécessaire d'élaborer des stratégies alternatives à l'utilisation des antibiotiques, ayant une influence positive sur la physiologie du rumen et permettant de contrôler la charge endotoxinique. Le modèle de boiterie ex vivo, basé sur l'utilisation de tissu d'onglon pour analyser les effets des endotoxines, constitue un autre modèle in vitro (encadré 2). Ce modèle montre l'effet négatif des endotoxines sur le tissu de l'onglon. En effet, il est apparu que les endotoxines diminuaient considérablement la force requise pour séparer le tissu conjonctif des lamelles (figure 3). Conclusion Les lésions dues aux endotoxines sont bien réelles. Ces agents sont omniprésents dans l'environnement et leur libération est permanente. Une vache en bonne santé peut se défendre contre une charge normale d'endotoxines grâce à la détoxifi cation de ces substances dans le foie ou la lymphe. Néanmoins, en cas d'augmentation de cette charge ou d insuffisance hépatique, les endotoxines peuvent submerger les fonctions biologiques de l'animal. Une cascade de réactions inflammatoires se déclenche alors, entraînant différentes maladies qui peuvent aller jusqu'à provoquer un choc, et induire la mort de l'animal. En raison de l'omniprésence des endotoxines dans l'environnement, il est Explants de tissu conjonctif, de lamelle et de paroi de l onglon. 24 heures 37 C, 5 % de CO 2 0 100 µg/ml de LPS (C) Analyse de la force de séparation essentiel d établir des stratégies de contrôle permettant d'éviter l'apparition de pathologies liées à ces agents potentiellement néfastes pour la santé de l'animal.
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