Anatomical, histological and morphometric comparative study of the cardiovascular and the skeletal system of a male dual purpose and a broiler chicken line

Abstract

Cardiovascular and skeletal diseases of rapid growing chickens are likely to be associated with intensive genetic selection for growth and feed conversion efficiency. The objective of this thesis was to assess the integrity of both cardiovascular and skeletal systems of a new genetic line of dual-purpose chickens (Lohmann Dual, LD) which was bred as an alternative to avoid killing day-old male chicks of egg-laying chickens. It should be investigated whether the LD male chickens are physically able to withstand the intensive fattening conditions. Parameters of LD should be compared to those of a highly selected fast-growing conventional broiler line (Ross 308). Eighty one-day-old male chicks of each line were housed for 5 weeks (Ross) and 9 weeks (LD). Six birds of each line were sampled weekly and the body weight was recorded. Heart mass, relative heart mass, tibiotarsus weight, tibiotarsus length and tibiotarsus width were measured. Thickness of ventricular walls, cardiomyocyte size and blood capillary density as well as aortic diameter and thickness, number of elastic lamellae and elastic fiber percentage in the aortic wall were histologically determined. Mechanical properties of the tibiotarsus (rigidity, M-Max and the M-fracture) were evaluated using the three-point bending test. Additionally, bone mineral density of both trabecular and cortical bone, bone volume fraction, trabecular number, trabecular thickness and cortical thickness of both chicken lines were analyzed using microcomputed tomography. Results showed physiologcial growth of the heart, the aorta and the leg skeleton in the LD male chickens with increasing BW. Moreover, LD male chickens seem to have more stable circulatory systems compared to conventional broilers. The assessment of the heart and the aorta showed that the heart of the LD male chickens has a larger number of blood capillaries and the aortic wall has proportionally larger numbers of elastic lamellae and more elastic fibers. This means that LD male chickens have a better myocardial capillary supply and superior aortic mechanical properties, indicating better performance characteristics of the heart and the aorta. At the same body weight of both LD and Ross chicken lines, the mechanical properties and mineral density of both trabecular and cortical bone of the leg skeleton were similar. However, LD male chickens have longer, heavier and wider leg bones than those of Ross male chickens, which results in greater rigidity. This suggests that the leg skeleton of LD chickens had more bending resistance than those of Ross chickens of the same BW. Overall, these investigations have not lead to indications that fattening the LD male chickens under the described experiment conditions to the marketable weight of 2000 g will impair the anatomical integrity of the heart, the aorta and the lower leg bone as well as the mechanical properties of the lower leg bone.

Ca. 5 Millionen männlicher Küken werden jährlich alleine in Deutschland getötet, da sie nicht so gut Muskelfleisch ansetzen, wie das Küken tun, welche als schnell wachsende Masthühnchen gezüchtet wurden. Die bei letzteren auftretenden Herz-Kreislauf- und Skeletterkrankungen stehen vermutlich im Zusammenhang mit der intensiven genetischen Selektion für Wachstum und Futterverwertungseffizienz. Tiere der neuen Zweinutzungslinie Lohmann Dual (LD) sollen nun sowohl in befriedigendem Maße Eier legen (weibliche Tiere) als auch Fleisch ansetzen (männliche Tiere). Um herauszufinden, ob die männlichen Tiere der LD Linie den intensiven Mastbedingungen körperlich gewachsen sind, war das Ziel dieser Arbeit, ihr Herz-Kreislauf- und das Skelett zu untersuchen. Zum Vergleich wurden herkömmliche, schnell wachsende Masthähnchen (Ross 308) ausgewählt. Insgesamt wurden 80 männliche Ross 308 und 80 männliche LD herangezogen. Die Tiere der Ross–Gruppe wurden bis zur 5. Lebenswoche, die Tiere der LD-Gruppe bis zur 9. Lebenswoche gehalten. Von jeder Gruppe wurden 6 Tiere wöchentlich untersucht. Nachdem das Lebendgewicht der Tiere ermittelt worden war, wurden die Tiere getötet und ihre Organe vermessen. Es wurden die absolute und die relative Herzmasse gewogen, sowie die Wanddicke der Herzventrikel und der Aorta gemessen. Von der Aorta wurde auch der Durchmesser bestimmt. Darüber hinaus wurden das Gewicht, die Länge und die Breite des Tibiotarsus ermittelt. Histologisch wurde am Herz die Größe der Kardiomyozyten, sowie die Kapillardichte des Myokards untersucht. Bei der Aorta wurde die Anzahl der elastischen Lamellen und der Anteil der elastischen Fasern an der Wandstärke der Aorta bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften des Tibiotarsus (Biegesteifigkeit, Maximales Biegemoment und Bruchbiegemoment) wurden durch 3-Punkt-Biegeversuch ermittelt. Zusätzlich wurden die Dichte der Mineralien im trabekulären und im kortikalen Knochen analysiert. Es wurden der Knochenvolumenanteil, die Trabekelzahl und die Trabekeldicke mittels hochauflösendem Micro-CT gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich das Herz, die Aorta und der Tibiotarsus von LD-Tieren mit dem Körperwachstum physiologisch entwickelten. Darüber hinaus lassen die Ergebnisse vermuten, dass die LD-Broiler im Vergleich zu den herkömmlichen Ross Broilern ein robusteres Kreislaufsystem entwickeln. Bei der Untersuchung von Herz und Aorta stellte sich nämlich heraus, dass das Herz der LD-Broiler eine höhere Anzahl von Blutkapillaren besitzt und deren Aorta nicht nur eine höhere Anzahl an elastischen Lamellen sondern auch einen höheren Anteil an elastischen Fasern in der Wand der Aorta aufweist. Daraus kann geschlossen werden, dass das Herz der LD-Tiere stärker durchblutet ist, als das der Ross-Tiere und die Aorta der LD-Broiler günstigere elastische Eigenschaften als die Aorta der Ross-Broiler zeigt, was auf robustere Leistungsmerkmale des Herzens und der Aorta hinweist. Beim gleichen Körpergewicht waren sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Mineraldichte der trabekulären und kortikalen Knochen des Tibiotarsus der LD- und Ross-Broiler gleich. Allerdings zeigten die LD- im Vergleich zu den Ross-Broilern längere, schwerere und breitere Beinknochen in derselben Gewichtklasse, was auf eine größere Biegesteifigkeit des Beinskeletts bei den LD-Broilern hinweist. Das heißt, dass das Beinskelett der LD-Tiere im Vergleich zu den Ross-Tieren bei gleichem Körpergewicht eine größere Biegefestigkeit hat. Insgesamt ergaben diese Untersuchungen keine Hinweise darauf, dass die Mast der LD-Hähne zum marktfähigen Körpergewicht von 2000 g und unter den beschriebenen Versuchsbedingungen die anatomische Integrität des Herzens, der Aorta und des Unterschenkelknochens sowie die mechanischen Eigenschaften des Unterschenkelknochens beeinträchtigt.