Abstract :
[en] Whiteleg shrimp (Penaeus vannamei) farming has developed rapidly in Vietnam during the last decades, especially in the Mekong Delta, where shrimp production has significantly contributed to the aquaculture sector. However, intensive shrimp aquaculture is often associated with the use of different chemicals and antibiotics for disease control and farm management. The improper use of antibiotics, including high doses and non-compliance with antibiotic withdrawal times, may lead to antibiotic residues in shrimp products and an increase in antimicrobial resistance, raising concerns about food safety and public health. In this context, the present thesis aimed to investigate antibiotic use in shrimp aquaculture and to determine the pharmacokinetics (PK) and depletion of selected antibiotics in whiteleg shrimp.
The first part of this research examined the use of chemicals and antibiotics in super-intensive whiteleg shrimp farming systems in the Mekong Delta, Vietnam. Based on sample-size calculation, a survey involving 210 randomly selected shrimp farming households across seven Mekong Delta provinces was conducted to investigate farming practices, chemical use, and disease occurrence. The results showed that a wide range of chemicals were used during both pond preparation and grow-out stages, mainly for disinfection purposes. Probiotic products were also mostly applied by farmers to improve water quality and feed digestibility. The acute hepatopancreatic necrosis disease and white feces disease were the most frequent diseases reported by farmers. Farmers used several antibiotics, mainly cefotaxime (CFT), doxycycline (DOX), oxytetracycline and florfenicol (FF) to control bacterial infections. It is worth noting that a small number of farmers still reported the use of antibiotics such as enrofloxacin and ciprofloxacin, which are prohibited for use in aquaculture production in Vietnam. These findings suggest that antibiotic use in shrimp farming remains an important issue and that better guidance and management practices are needed to ensure responsible use and food safety.
Based on the survey findings, several commonly used antibiotics in shrimp farming were selected for subsequent PK and withdrawal time investigations. For the PK studies, shrimp were fed antibiotic-medicated feed as a single oral dose, and tissue samples were collected at different time points up to 24 h after administration. For residue depletion studies, shrimp were fed medicated feed once or twice daily for three consecutive days before withdrawal time determination. Doxycycline was investigated at a dose of 20 mg/kg body weight. The DOX concentrations were measured in hemolymph, hepatopancreas and muscle tissues. The results showed that DOX was rapidly absorbed and distributed in shrimp tissues, with the highest concentrations observed in the hepatopancreas, where the maximum concentration (Cmax) reached 2.37 µg/g at the time to reach maximum concentration (Tmax) of 0.23 h. Based on the obtained exposure in shrimp tissues, DOX showed limited potential to achieve effective antibacterial activity against Vibrio parahaemolyticus (V. parahaemolyticus) at the investigated dose. The withdrawal time in shrimp muscle ranged from 8 to 10 days at the maximum residue limit (MRL) of 50 µg/kg, depending on the dosing regimen. Histological examination indicated that DOX administration caused temporary changes in hepatopancreatic tissue during treatment, but the hepatopancreas structure recovered within seven days after stopping medication.
Florfenicol was also investigated under similar experimental conditions at a dose of 10 mg/kg body weight. As observed for DOX, FF showed rapid absorption and higher concentrations in the hepatopancreas. Residues in shrimp muscle declined quickly and fell below the quantification limit within 24 hours after stopping medication. Based on the MRL of 100 µg/kg, the withdrawal time was estimated to be approximately two days at a water temperature of 26.5°C. However, the concentrations measured in plasma and hepatopancreas of whiteleg shrimp were lower than those required to effectively inhibit V. parahaemolyticus, suggesting that the investigated dose may not be sufficient for treatment. In plasma, Cmax reached 60.56 µg/L at 1.77 h (Tmax), while in the hepatopancreas, a higher Cmax of 386.92 µg/kg was observed at 0.19 h. Histological observations indicated that no negative effects on the shrimp hepatopancreas occurred after cessation of medication.
The PK and residue depletion of CFT were also studied in whiteleg shrimp following oral administration at a dose of 25 mg/kg body weight. Similar to the other antibiotics (DOX and FF), CFT was rapidly distributed in shrimp tissues, with higher concentrations observed in the hepatopancreas (Cmax of 19.45 ± 2.10 mg/kg at Tmax of 1.00 ± 0.20 h). Based on the minimum inhibitory concentration of V. parahaemolyticus, the obtained exposure suggested that CFT administered once daily could potentially be effective for bacterial disease control in shrimp. The withdrawal time was estimated to range from approximately 2.0 hours to 77.7 hours depending on the applicable MRL and the dosing regimen when shrimp were fed medicated feed for three consecutive days. Histological analysis indicated that CFT administration did not cause detectable damage to shrimp hepatopancreas.
Finally, the occurrence of antibiotic residues in commercial whiteleg shrimp products and the potential risk for consumers were evaluated. Thirty shrimp samples were collected from markets and supermarkets in Can Tho City and analyzed for antibiotic residues. Five antibiotics were detected by liquid chromatography-tandem mass spectrometry, including DOX, oxytetracycline, enrofloxacin, ciprofloxacin and sulfamethoxazole. Among them, DOX showed the highest concentration in shrimp samples. Based on shrimp consumption data collected from local consumers, the estimated daily intake values under high-consumption conditions corresponding to the 95th percentile consumption ranged from 0.002 to 0.241 µg/kg body weight per day. These exposure values were much lower than the acceptable daily intake values established for these antibiotics, indicating negligible health risks for consumers. However, the detection of antibiotic residues in some shrimp samples emphasizes the importance of continued monitoring and responsible antibiotic use in shrimp production.
In general, this thesis provides additional information on antibiotic use practices in shrimp culture in the Mekong Delta, as well as on the PK, residue depletion and histological effects of selected antibiotics in whiteleg shrimp. In addition, the occurrence and dietary exposure assessment of antibiotic residues in shrimp products were evaluated. These findings may be useful for improving antibiotic management and food safety in shrimp production.
[fr] L’élevage de crevettes blanches du Pacifique (Penaeus vannamei), également appelées crevettes à pattes blanches, s’est fortement développé au Vietnam au cours des dernières décennies, en particulier dans le delta du Mékong, où la production de crevettes contribue de manière significative au secteur aquacole. Cependant, l’aquaculture intensive de crevettes est souvent associée à l’utilisation de divers produits chimiques et antibiotiques pour le contrôle des maladies et la gestion des élevages. L’utilisation inappropriée des antibiotiques, notamment l’administration de doses élevées et le non-respect des temps d’attente, peut entraîner la présence de résidus d’antibiotiques dans les produits de crevettes ainsi qu’une augmentation de l’antibiorésistance, soulevant des préoccupations en matière de sécurité des aliments et de santé publique. Dans ce contexte, la présente thèse visait à étudier l’utilisation des antibiotiques en aquaculture de crevettes et à déterminer la pharmacocinétique ainsi que la déplétion de certains antibiotiques chez la crevette à pattes blanches.
La première partie de ce travail a examiné l’utilisation des produits chimiques et des antibiotiques dans les systèmes d’élevage super-intensifs de crevettes blanches dans le delta du Mékong, au Vietnam. Une enquête auprès de 210 exploitations a été réalisée afin d’étudier les pratiques d’élevage, l’utilisation des produits chimiques et l’occurrence des maladies. Les résultats ont montré qu’un large éventail de produits chimiques était utilisé pendant les phases de préparation des bassins et de grossissement, principalement à des fins de désinfection. Les probiotiques étaient également largement appliqués par les éleveurs pour améliorer la qualité de l’eau et la digestibilité des aliments. La nécrose aiguë hépatopancréatique et la maladie des fèces blanches étaient les maladies les plus fréquemment rapportées. Les éleveurs utilisaient plusieurs antibiotiques, principalement le céfotaxime, la DOX et l’oxytétracycline, pour contrôler les infections bactériennes. Il est à noter qu’un petit nombre d’éleveurs a également signalé l’utilisation d’antibiotiques interdits au Vietnam tels que l’énrofloxacine et la ciprofloxacine. Ces résultats suggèrent que l’utilisation des antibiotiques en aquaculture de crevettes reste une problématique importante et que de meilleures pratiques de gestion sont nécessaires afin d’assurer un usage responsable et la sécurité des aliments.
Sur la base des résultats de l’enquête, plusieurs antibiotiques couramment utilisés en élevage de crevettes ont été étudiés plus en détail afin de déterminer leur pharmacocinétique et leur temps d’attente. La DOX a été administrée par voie orale à une dose de 20 mg/kg de poids corporel. Les concentrations ont été mesurées dans l’hémolymphe, l’hépatopancréas et le muscle. Les résultats ont montré une absorption et une distribution rapides, avec des concentrations les plus élevées observées dans l’hépatopancréas (Cmax de 2,37 µg/g à un Tmax de 0,23 h). Sur la base de l’exposition observée dans les tissus, la DOX a montré un potentiel limité pour atteindre une efficacité antibactérienne contre V. parahaemolyticus à la dose étudiée. Le temps d’attente dans le muscle variait de 8 à 10 jours selon le schéma d’administration. L’analyse histologique a indiqué que l’administration de DOX provoquait des modifications temporaires de l’hépatopancréas, mais que sa structure se rétablissait dans les sept jours suivant l’arrêt du traitement.
Le florfénicol a également été étudié dans des conditions expérimentales similaires à une dose de 10 mg/kg de poids corporel. Comme pour la DOX, il a montré une absorption rapide et des concentrations plus élevées dans l’hépatopancréas. Les résidus dans le muscle ont diminué rapidement et sont passés sous la limite de quantification dans les 24 heures suivant l’arrêt du traitement. Sur la base de la limite maximale de résidus de 100 µg/kg, le temps d’attente a été estimé à environ deux jours à une température de l’eau de 26,5°C. Cependant, les concentrations mesurées dans le plasma et l’hépatopancréas étaient inférieures à celles nécessaires pour inhiber efficacement Vibrio parahaemolyticus, suggérant que la dose étudiée pourrait être insuffisante pour le traitement. Dans le plasma, la Cmax atteignait 60,56 µg/L à 1,77 h, tandis que dans l’hépatopancréas, une Cmax plus élevée de 386,92 µg/kg était observée à 0,19 h. Les observations histologiques n’ont révélé aucun effet négatif après l’arrêt du traitement.
La pharmacocinétique et la déplétion des résidus de céfotaxime ont également été étudiées après administration orale à une dose de 25 mg/kg de poids corporel. Comme pour les autres antibiotiques, la distribution dans les tissus était rapide, avec des concentrations plus élevées dans l’hépatopancréas (Cmax de 19,45 ± 2,10 mg/kg à un Tmax de 1,00 ± 0,20 h). Sur la base de la concentration minimale inhibitrice de Vibrio parahaemolyticus, les résultats suggèrent qu’une administration quotidienne pourrait être efficace pour le contrôle des maladies bactériennes. Le temps d’attente a été estimé entre environ 2,0 et 77,7 heures, en fonction de la limite maximale de résidus (LMR) applicable et du schéma d’administration, lorsque les crevettes recevaient un aliment médicamenteux pendant trois jours consécutifs. L’analyse histologique n’a montré aucun dommage détectable au niveau de l’hépatopancréas.
Enfin, la présence de résidus d’antibiotiques dans des produits commerciaux de crevettes ainsi que le risque potentiel pour les consommateurs ont été évalués. Trente échantillons ont été collectés sur des marchés et supermarchés à Cần Thơ et analysés par LC-MS/MS. Cinq antibiotiques ont été détectés, notamment la DOX, l’oxytétracycline, l’énrofloxacine, la ciprofloxacine et le sulfaméthoxazole. Parmi eux, la DOX présentait les concentrations les plus élevées. Sur la base des données de consommation de crevettes collectées auprès des consommateurs locaux, l’apport quotidien estimé, dans des conditions de forte consommation (P95), variait de 0,002 à 0,241 µg/kg de poids corporel par jour. Ces valeurs étaient nettement inférieures aux doses journalières admissibles, indiquant un risque négligeable pour les consommateurs. Néanmoins, la présence de résidus dans certains échantillons souligne la nécessité de poursuivre la surveillance de l’utilisation des antibiotiques et des résidus dans les produits de crevettes.
Dans l’ensemble, cette thèse apporte des informations complémentaires sur les pratiques d’utilisation des antibiotiques en élevage de crevettes dans le delta du Mékong, ainsi que sur la pharmacocinétique, la déplétion des résidus et les effets potentiels de certains antibiotiques chez la crevette à pattes blanches. Elle évalue également la présence de résidus d’antibiotiques dans les produits de crevettes et l’exposition alimentaire associée. Ces résultats peuvent contribuer à améliorer la gestion des antibiotiques et la sécurité des aliments dans la production de crevette.