Les endotoxines chez la vache

Simone Schaumberger DVM
Chef Produit, Gestion du Risque Mycotoxines
Nicole Reisinger Dr. vet. med.
Chef Projet, Endotoxines
Les endotoxines
chez la vache
Un risque sous-estimé ?

Les endotoxines
Un risque sous-estimé ?
chez la vache

Simone Schaumberger Chef Produit, Gestion du Risque Mycotoxines
Nicole Reisinger Chef Projet, Endotoxines
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 modi ent la micro 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 in ammation 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
eff et pyrogène (provoquant de la  èvre).
Elles font généralement partie de la paroi
cellulaire de toutes les bactéries Gram-
négatives ( 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 fi èvre)
• 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
Source:
BIOMIN
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.
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.
Bactérie
Gram-positive
Membrane plasmatique Membrane externe
Endotoxine
(Lipopoly-
saccharide)
Oligomères
d’ADN
Mort de la bactérie
(par antibiotiques,
température)
Acide
lipotéichoïque
(Muréine)
–Peptidoglycane
Exotoxines
(Protéine)
Bactérie
Gram-négative
Lipoprotéines
Superantigènes
(Protéine)
Les endotoxines …
Un risque sous-estimé ?
Glycolipide central
Chaîne polysaccharidique O spécifique
Sous-unité oligo-
saccharidique O
spécifique Oligosaccharide principal
Lipide A
n(externe) (interne)
Photo: Eraxion_iStockphoto

Simone Schaumberger Chef Produit, Gestion du Risque Mycotoxines
Nicole Reisinger Chef Projet, Endotoxines
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 détoxication de la
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.
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
détoxiées 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 décit
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 dicile d'induire une
exposition contrôlée aux endotoxines par
voie orale in vivo. Par conséquent, des
expériences menées in vitro sont utilisées
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
Source : adapté de Plaizier et al. 2013
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.
Facteurs de risque de maladies liées aux
endotoxines chez les ruminants
1

Les endotoxines chez la vache
Un risque sous-estimé ?
pour expliquer les mécanismes induits par
les endotoxines. Le modèle de simulation
ruminale permet ainsi de tester les eff ets
des additifs alimentaires (encadré 1).
Les résultats préliminaires obtenus
avec ce modèle ont con rmé l'eff et négatif
des antibiotiques sur l'évolution de la
concentration en endotoxines dans le
rumen. Après une incubation de deux
semaines, une augmentation signi cative
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 in uence 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'eff et négatif des
endotoxines sur le tissu de l'onglon. En
eff et, il est apparu que les endotoxines
diminuaient considérablement la force
requise pour séparer le tissu conjonctif des
lamelles ( gure 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
détoxi cation de ces substances dans le
foie ou la lymphe.
Néanmoins, en cas d'augmentation de
cette charge ou d’insu sance 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
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.
Activité des endotoxines [UE/ml]
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
0Réacteurs ne
contenant pas
d'antibiotique
Réacteurs
contenant un
antibiotique
**
Source:
BIOMIN
, 2014
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).
Figure 3. Diminution signifi cative 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
Source:
BIOMIN
, 2014
Témoin LPS 1
mg/l
LPS 10
mg/l
*
LPS 100
mg/l
*
Vaches en début de lactation
Vaches primipares
Vaches au pâturage ou nourries avec un ensilage d’herbe à fermentation rapide
et pauvre en  bres
Quantité élevée de concentrés
Acidose subaigüe
Gestion des bâtiments
Modèle de boiterie
ex vivo
2
(C) Analyse de la force de séparation
(B) Mise en culture des explants
Explants de tissu conjonctif, de
lamelle et de paroi de l’onglon.
• 24 heures
• 37 °C, 5 % de CO2
• 0 – 100 µg/ml de LPS
(A) Dissection de l’onglon