Deposition of differently sized airborne microspheres in the respiratory tract of chickens

As a part of the development of an efficient dry powder aerosol vaccine for poultry, the objective of this study was to accurately determine the deposition pattern of nebulized microspheres in the airways of unanaesthetized chickens of different ages (1 day, 2 weeks and 4 weeks old). In the first part of the study, the aerosol administration method was characterized: the influence of different nebulizers and nebulizing protocols on the relative humidity in the exposure chamber, the particle size distributions, the microsphere output and single microsphere percentage were determined. In the second part, birds were exposed to nebulized fluorescently labelled polystyrene microspheres (1 to 20 µm). Respiratory and gastro-intestinal tract tissue samples were collected and the number of fluorescent microspheres per sample was determined. In 2-week-old and 4-week-old chickens, microspheres of 5 and 10 µm, respectively, were too large for deposition in the lungs and air sacs as less than 5% of these microspheres penetrated into the lower airways. The larger size of microspheres reaching the lower airways of 4-week-old birds was explained by increasing airway dimensions with age. For 1-day-old chickens, deposition in the lungs decreased from 17 to 3% with increasing particle size (1 to 20 µm), but increased in the air sacs from 6 to 20%. Consequently, the total deposition percentage in the lower airways was independent of microsphere size and even 20 µm particles were able to penetrate into the lower airways, which was attributed to mouth breathing of the 1-day-old chickens. Dans le cadre du développement d'un vaccin à base de poudre sèche, destiné au poulet et administré par aérosol, le but de cette étude a été de déterminer précisément les caractéristiques du dépôt des microsphères nébulisées dans les voies aériennes des poulets non anesthésiés de différents âges (1 jour, 2 semaines, et 4 semaines). Dans la première partie de l'étude, la méthode de l'administration de l'aérosol a été caractérisée : l'influence des différents appareils à nébuliser et les protocoles de nébulisation concernant l'humidité relative dans les salles d'expérimentation, les distributions de la taille des particules, de la production des microsphères et du pourcentage des microsphères simples ont été déterminés. Dans la seconde partie, les animaux ont été exposés à des microsphères (de 1 à 20 µm) en polystyrène marquées à la fluorescéine. Des échantillons de tissu des tractus respiratoire et gastro-intestinal ont été prélevés et le nombre de microsphères fluorescentes par échantillon a été déterminé. Chez les poulets âgés de 2 et 4 semaines des microsphères de respectivement 5 et 10 µm ont été trop grandes pour se déposer dans les poumons et les sacs aériens; en effet moins de 5% de ces microsphères ont pénétré dans les voies aériennes profondes. La taille la plus importante des microsphères qui ont atteint les voies aériennes profondes des poulets âgés de 4 semaines a été expliquée par l'augmentation des dimensions de ces voies avec l'âge. Pour les poussins d'un jour, le dépôt dans les poumons a diminué de 17 à 3% quand la taille des particules a augmenté (1-20 µm), mais ce dépôt a augmenté dans les sacs aériens de 6 à 20%. En conséquence, le pourcentage total de dépôt dans les voies aériennes profondes a été indépendant de la taille des microsphères et même des particules de 20 µm ont été capables de pénétrer dans les voies aériennes profondes, ce qui correspond à la respiration par le bec des poussins d'un jour. Als Teil der Entwicklung einer effizienten Trockenpulver-Aerosolvakzine für das Geflügel war es Gegenstand dieser Studie, in nicht narkotisierten Hühnern verschiedener Altersstufen (1 Tag, 2 Wochen, 4 Wochen) exakt das Ablagerungsmuster von vernebelten Mikropartikeln in den Luftwegen zu bestimmen. Im ersten Teil der Studie wurde die Aerosolverabreichungsmethode charakterisiert: der Einfluss der verschiedenen Vernebler und Vernebelungsanweisungen auf die relative Luftfeuchtigkeit in der Versuchskammer, die Verteilung der Partikelgröße, der Mikropartikelausstoß und Einzel-Mikropartikel-Prozentsätze wurden bestimmt. Im zweiten Teil wurden die Hühner vernebelten Fluoreszenz markierten Polystyren-Mikropartikeln (1-20 µm) ausgesetzt. Aus Respirations- und Gastrointestinaltrakt wurden Gewebeproben entnommen und die Zahl der fluoreszierenden Mikropartikel bestimmt. In den zwei- und vierwöchigen Hühnerküken erwiesen sich die 5 bzw. 10 µm großen Mikropartikel als zu groß für die Einbringung in Lunge und Luftsäcken, da nur weniger als 5 % dieser Partikel bis in die unteren Luftwege vordrangen. Dass größere Mikropartikel in die unteren Luftwege der vier Wochen alten Tiere gelangten, wurde mit der altersbedingten Größenzunahme der Luftwege erklärt. Bei den Eintagsküken nahm die Ablagerung in den Lungen mit ansteigender Partikelgröße (1-20 µm) von 17 auf 3 % ab, stieg aber in den Luftsäcken von 6 auf 20 % an. Demzufolge war die prozentuale Gesamtablagerung in den unteren Luftwegen unabhängig von der Mikropartikelgröße und sogar Partikel von 20 µm Durchmesser waren in der Lage, bis in die unteren Luftwege vorzudringen. Dies wurde auf die Schnabelatmung der Eintagsküken zurückgeführt. El objetivo de este estudio, dentro del desarrollo de una vacuna de aerosol de polvo seco para uso en avicultura, fue determinar concretamente el patrón de deposición de microesferas nebulizadas en las vías respiratorias de pollos no anestesiados de distintas edades (1 día, 2 semanas y 4 semanas de vida). En una primera fase del estudio, se caracterizó el método de administración del aerosol: se determinaron la influencia de diferentes nebulizadores y protocolos de nebulización en la humedad relativa de la cámara de exposición, la distribución de los tamaños de partículas, la producción de microesferas, y el porcentaje de microesferas únicas. En una segunda fase, las aves se expusieron a microesferas nebulizadas de poliestireno marcadas fluorescentemente (1 a 20 µm). Se obtuvieron muestras de tejidos respiratorio y gastrointestinal y se determinaron el número de microesferas fluorescentes por muestra. En pollos de 2 y 4 semanas de vida, las microesferas de 5 y 10 µm, respectivamente, eran demasiado grandes para su deposición en pulmones y sacos aéreos, ya que menos del 5% de estas microesferas penetraban en las vías respiratorias bajas. Que las microesferas de mayor tamaño alcanzasen las vías respiratorias bajas en aves de 4 semanas de vida se atribuyó al incremento de las dimensiones de las vías respiratorias con la edad. En pollos de un día de vida, la deposición en pulmones disminuía de 17 a 3% a medida que el tamaño de la partícula aumentaba (1-20 µm), pero en sacos aéreos incrementaba de 6 a 20%. Por lo tanto, el porcentaje de deposición total en las vías respiratorias bajas era independiente del tamaño de la microesfera e incluso partículas de 20 µm eran capaces de penetrar en las vías respiratorias bajas lo cual se atribuyó a la respiración a través de la boca de los pollos de un día de vida.