Tierärztl. Hochsch., Diss., 2004--Hannover.

Social contact is an integral part of daily life. Its health-enhancing effects include reduced negative affective experiences of fear and anxiety, a phenomenon called social buffering. This dissertation studied different forms of social contact and their anxiety-buffering effects with diverse methodologies. The laboratory-based first study investigated minimal social contact in the context of pain relief learning. Results showed that the observed decreased autonomic and increased subjective fear responses following pain relief learning were independent of social influence. The minimalistic and controlled social setting may have prevented social buffering. Study 2 targeted social buffering in daily life using Ecological Momentary Assessment. We repeatedly assessed individuals’ state anxiety, related cardiovascular responses, and aspects of social interactions with smartphones and portable sensors on five days. Analyses of over 1,500 social contacts revealed gender-specific effects, e.g., heart rate-reducing effects of familiarity in women, but not men. Study 3 examined anxiety, loneliness, and related social factors in the absence of social contact due to social distancing. We constructed and validated a scale measuring state and trait loneliness and isolation, and analysed its link to mental health. Results include a social buffering-like relation of lower anxiety with more trait sociability and sense of belonging. In sum, the studies showed no fear reduction by minimal social contact, but buffering effects relating to social and personal factors in more complex social situations. Anxiety responses during daily social contacts were lower with more familiar or opposite-gender interaction partners. During limited social contact, lower anxiety related to inter-individual differences in sociability, social belonging, and loneliness. By taking research from lab to life, this dissertation underlined the diverse nature of social contact and its relevance to mental health. / Sozialer Kontakt ist ein wesentlicher Teil des Alltags. Zu seinen Effekten gehört die Minderung negativer affektiver Erfahrungen von Angst und Furcht („Social Buffering“). Diese Dissertation untersucht verschiedene Formen sozialen Kontakts und ihre angstmindernde Wirkung mit diversen Methoden. Studie 1 untersuchte minimalen sozialen Kontakt im Kontext von Pain Relief Learning im Labor. Die verringerten autonomen und erhöhten subjektiven Furchtreaktionen nach dem Pain Relief Learning waren unabhängig vom sozialen Einfluss. Das minimalistische und kontrollierte soziale Setting könnte Social Buffering verhindert haben. Studie 2 erfasste Social Buffering im Alltag mit Ecological Momentary Assessment. An fünf Tagen wurden wiederholt State Angst und kardiovaskuläre Reaktionen der ProbandInnen sowie Merkmale ihrer sozialen Interaktionen mit Smartphones und tragbaren Sensoren gemessen. Die Analyse der über 1500 sozialen Kontakte ergab geschlechtsspezifische Effekte, z. B. eine herzratenmindernde Wirkung von Vertrautheit bei Frauen, aber nicht bei Männern. Studie 3 untersuchte Angst, Einsamkeit und weitere soziale Faktoren bei abwesendem sozialen Kontakt durch Social Distancing. Wir konstruierten und validierten eine Skala zur Messung von State- und Trait-Einsamkeit und Isolation und prüften ihren Zusammenhang mit psychischer Gesundheit. Weniger Angst ging mit mehr Trait-Geselligkeit und Zugehörigkeitsgefühl einher. Somit zeigte sich keine Furchtminderung bei minimalem sozialen Kontakt, aber Social Buffering in komplexeren sozialen Situationen bedingt durch soziale und persönliche Faktoren. Angstreaktionen waren in Alltagsinteraktionen mit vertrauteren oder gegengeschlechtlichen Personen geringer. Bei begrenztem sozialen Kontakt ging geringere Angst mit Unterschieden in Geselligkeit, sozialer Zugehörigkeit und Einsamkeit einher. Durch Forschung in Labor und Leben unterstreicht diese Dissertation die Vielfältigkeit sozialer Kontakte und ihre Relevanz für psychische Gesundheit.

Inappropriate sinus tachycardia (IST) is a common disease of the autonomic nervous system in children and adults. Diagnosis and treatment of IST in adolescents is not well defined. In this retrospective study, we tested our hypothesis regarding autonomic dysfunction in childhood by analyzing 24-h heart rate variability (HRV) in 479 children, with a mean age of 13.7 ± 2.1 years, who were referred to the outpatient clinic in the Pediatrics Department within the last 15 years. Seventy-four adolescents with a mean 24-h heart rate ≥ 95 bpm (our cut-off for an IST based upon 66 healthy controls) were deemed to have IST. We found the risk of IST to be high in adolescents with attention deficit disorder (OR = 3.5,p<0.001), pre-hypertension (OR = 2.5, p = 0.043) and hypertension (OR = 2.1,p = 0.02); insignificantly enhanced in children with short stature (OR = 1.9,p = 0.19), surgically-treated congenital heart disease (OR = 1.4,p = 0.51) and obesity without hypertension (OR = 1.4;p = 0.25); and negligible in adolescents with anorexia nervosa (OR = 0.3, p = 0.26) and constitutional thinness (OR = 0.9,p = 0.89). IST was associated with a significant decrease in global HRV and elevated blood pressures, indicating an enhanced cardiovascular risk. Methylphenidate did not increase 24-h heart rates, whereas omega-3 fatty acid supplementation significantly decreased elevated heart rates and increased HRV in adolescents with IST. In this retrospective analysis, 15.4% of adolescents suffered from IST with a 24-h heart rate ≥ 95 bpm, predominately due to attention deficit disorder and hypertension. / Die Inadäquate Sinustachykardie (IST) ist eine häufige Erkrankung des autonomen Nervensystems bei Kindern und Erwachsenen. Die Diagnose und Therapie einer IST bei Jugendlichen ist bisher nicht genau definiert. In dieser retrospektiven Studie haben wir unsere Hypothese bezüglich autonomer Dysfunktion im Kindesalter durch die Analyse von 24-h Herzfrequenzvariabilität (HRV) bei 479 Kindern mit einem Durchschnittsalter von 13,7 ± 2,1 Jahren, die innerhalb der letzten 15 Jahre an die pädiatrische Ambulanz überwiesen wurden, untersucht. 74 Jugendliche hatten eine mittlere Herzfrequenz ≥95/min (Cut-off Werte für eine IST basieren auf der gesunden Kontrollgruppe) und hatten damit eine IST. Wir stellten fest, dass das Risiko einer IST bei Jugendlichen mit einer Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) (OR = 3,5, p < 0,001), Prä-Hypertonie (OR = 2,5, p = 0,043) und Hypertonie (OR = 2,1, p = 0,02) hoch ist; nicht signifikant erhöht bei Kindern mit Kleinwuchs (OR = 1,9, p = 0,19), chirurgisch behandelte angeborene Herzkrankheit (OR = 1,4). ,p = 0,51) und Adipositas ohne Bluthochdruck (OR = 1,4; p = 0,25); und unbedeutsam bei Jugendlichen mit Anorexia nervosa (OR = 0,3, p = 0,26) und konstitutioneller Dünnheit (OR = 0,9, p = 0,89). Eine IST war mit signifikant reduzierten HRV-Werten und erhöhten Blutdrücken assoziiert, was auf ein erhöhtes kardiovaskuläres Risiko hindeutet. In dieser retrospektiven Analyse litten 15,4 % der Jugendlichen an einer IST mit einer 24h HF ≥ 95 bpm hauptsächlich aufgrund einer ADHS und Hypertonie.

Zur Ermittlung des Energieverbrauches bei Mensch und Tier stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Im Jahre 1780 nutzte Lavoisier die Schmelzwassermenge, um den Energieverlust eines Meerschweinchens zu berechnen. Das Tier saß in einem von Eis umgebenen Kalorimeter, die von ihm abgegebene Wärme brachte das Eis zum Schmelzen. Derzeit sind die indirekte Kalorimetrie, die den Energieumsatz über den im Respirationsversuch gemessenen Gaswechsel von O2 und CO2 sowie die im Harn ausgeschiedene Stickstoffmenge bestimmt, und die Isotopendilutionsmethode, die mit der unterschiedlichen Ausscheidungsrate von markierten Wasserstoff- (2H) und Sauerstoff- (18O) Atomen im Urin arbeitet, der „Goldstandard“ für die Bestimmung des Energieverbrauchs. Seit einigen Jahren bis heute steht die Herzfrequenzmethode in der Diskussion. Sie nutzt die Beziehung zwischen Herzfrequenz und Sauerstoffverbrauch zur Ermittlung des Energieumsatzes. Alle genannten Methoden haben Vor- und Nachteile, insbesondere für den einfachen und schnellen täglichen Einsatz sowie bei Langzeitstudien. Deshalb werden Alternativen gesucht. Diese Dissertation untersucht die Beziehung zwischen der akzelerometrisch erfassten dreidimensionalen Körperbeschleunigung und der Herzfrequenz beim Pferd in verschiedenen Gangarten. Dabei wird die Herzfrequenz als Vergleichs- und Bezugsgröße verwendet. Sie stellt das direkte Bindeglied zum Sauerstoffverbrauch und damit Energieaufwand dar. Es wurden drei Versuchsvarianten durchgeführt. Die Pferde gingen an der Hand, „geführt“, liefen frei in einem umzäunten Oval, „freilaufend“, oder wurden „geritten“. Bei den beiden Varianten „geführt“ und „freilaufend“ kamen jeweils dieselben vier Pferde zum Einsatz, die Variante „geritten“ absolvierten fünf andere Tiere. Die Versuche folgten verschiedenen Schemata mit den Gangarten Schritt, Trab und, zum Teil, Galopp. Bei allen Versuchen wurden parallel die dreidimensionale Körperbeschleunigung mit einer Frequenz von 32 Hz sowie die Herzfrequenz gemessen. Die Pulsuhr speicherte im kleinstmöglichen Intervall von fünf Sekunden. Nach Aufbereitung der Beschleunigungsrohdaten wurde letztendlich der dynamische Anteil der dreidimensionalen Beschleunigung in Form von „fünf-Sekunden-Mittelwerten“ berechnet. Anschließend wurden diese Beschleunigungswerte über die Regressionsanalyse mit den Originalwerten der Herzfrequenz in Beziehung gesetzt. Dabei wurden die Übergangsphasen zwischen den Gangarten ausgenommen, da die beiden Parameter hier ein sehr unterschiedliches und zeitversetztes Verhalten zeigen. Bei der Analyse der Gangarten Schritt und Trab konnte gut mit dem Modell der einfachen linearen Regression (y = a + bx) gearbeitet werden, mit Hinzukommen der dritten Gangart, Galopp, erwies sich das Modell der polynomialen Regression (y = a + bx + cx²) von Vorteil. Die Stärke des Zusammenhanges der beiden Größen wurde durch den Korrelationskoeffizienten r angezeigt. Bei differenzierter Betrachtung der Versuchsvarianten und der einzelnen Pferde erreichte r Werte von 0,86 bis 0,94, bei zusammenfassender Betrachtung aller Pferde einer Versuchsvariante Werte zwischen 0,82 und 0,87, stets bei signifikanter Korrelation (p < 0,05). Somit kann für die Parameter Herzfrequenz und Beschleunigung ein signifikanter und starker Zusammenhang beschrieben werden. Sie verhalten sich dabei nicht proportional zueinander. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass die Akzelerometrie für bestimmte Zielstellungen und unter bestimmten Voraussetzungen eine geeignete Methode ist, um den Energieaufwand von Pferden zu bestimmen. Sie ist schnell und meist störungsfrei durchzuführen und im Gegensatz zur Herzfrequenz nahezu unabhängig von emotionalen Einflüssen. Des Weiteren bietet die Akzelerometrie die Möglichkeit, die Ermittlung des Energieumsatzes mit einer Verhaltensanalyse zu kombinieren. Bedingungen für ihren Einsatz sind eine situationsspezifische und möglichst individuelle Kalibrierung, denn die Beschleunigungsmessung weist insofern Nachteile auf, als dass sie die Auswirkungen von zum Beispiel Bodenbeschaffenheit, Umwelteinflüssen oder das Tragen einer Last auf den Energieumsatz nicht berücksichtigt. Die parallele Erfassung von Herzfrequenz und Beschleunigung kann zum Beispiel zur Analyse und Kontrolle von Trainingserfolgen genutzt werden. Somit bringt die Kombination von Herzfrequenz- und Beschleunigungsmessung klare Vorteile. / There are different opportunities to determine the consumption of energy in humans and animals. In 1780 Lavoisier used the quantity of melt water to calculate the energy loss of a guinea pig. The guinea pig was located inside a calorimeter which was surrounded by ice. The emitted heat induced the melting of the ice. At present both, indirect calorimetry that estimates energy expenditure from respiratory measurements of oxygen consumption and carbon dioxide production plus the excretion of nitrogen with the urine and the DLW-method that uses the different urinary elimination rates of the isotopes 2H and 18O are the so called “golden standard” for the calculation of energy consumption. For several years until now there has been a discussion about the heart rate-method. This method uses the correlation between heart rate and oxygen consumption for the calculation of energy expenditure. All above mentioned methods have pros and cons, especially for simple and quick every day application and for long-term studies. Therefore alternatives are searched. This dissertation examines the relation between the accelerometricly measured three-dimensional body acceleration and the heart rate in horses at different gaits. The heart rate has been used for comparison and as a reference item. It directly relates the acceleration with the oxygen consumption and thus with the energy expenditure. There have been three variants of trials. Horses were led by the hand (HD), moved freely (MF) in an enclosed oval or were ridden (R). In the HD- and MF-trials the same four horses were used, for the R-trials five other horses came into action. The trials followed different schemes with the gaits of walk, trot and gallop. At every trial three-dimensional body-acceleration with a logging frequency of 32 Hz and heart rate were measured simultaneously. The heart rate meter stored the heart rate in the smallest possible intervals of five seconds. After processing the crude data the dynamic part of the three-dimensional acceleration was calculated in form of “five-second-means”. After that the regression analysis was used to relate these acceleration data to the original heart rate data. In this process the transitional phases between the gaits were excluded because there both parameters have a highly varying and time-shifted relation. The model of simple linear regression (y = a + bx) suited well for analysing walking and trotting. With adding the third gait gallop the model of polynomial regression (y = a + bx + cx²) became more favourable. The correlation coefficient r showed the strength of the correlation between both parameters. By the separate inspection of the variants of trials and the individual horses r reached values from 0,86 to 0,94; pooling all horses of each variant of trials yields r-values from 0,82 to 0,87, always with a significant correlation (p < 0,05). Hence a significant and strong correlation can be attributed to the parameters heart rate and acceleration. They are not proportional to each other. In conclusion one can say: for specific aims and under certain conditions the accelerometry is an appropriate method to assess energy expenditure in horses. You can implement it quickly and mostly disturbance-free and in contrast to the heart rate it is nearly independent of emotional influence. Furthermore accelerometry gives the opportunity to combine the determination of the energy expenditure with the analysis of behaviour. A possibly individual and situation-specific calibration are the preconditions for its application. A setback of the accelerometry is that the effects of such factors like the condition of the ground, environmental influences or carrying weights are not taken into consideration. Simultaneous measurement of heart rate and body-acceleration can for example be used for analysing and controlling the success of training. Consequently there are clear advantages of combining the measurement of heart rate and acceleration.

Die aerobe Leistungsfaehigkeit von Kindern und Jugendlichen hat grosse Bedeutung fuer die Gesundheit. Die aeroben Leistungen der Jungen sind in allen Altersstufen groesser als die der Maedchen. Dabei weisen die uebenden Jungen und Maedchen in allen Altersvorgaengen die hoeheren Werte als die nichtuebenden Jungen und Maedchen auf. Unter anderem ist die aerobe Leistungsfaehigkeit zur Beurteilung der Trainierbarkeit und Belastbarkeit des kardiopulmonalen Systems interessant.

In der Literatur steht die Herzfrequenz (HF) in engem Zusammenhang mit dem Sauerstoffverbrauch und dem Energieumsatz sowohl von Menschen als auch von verschiedenen Tierarten. In der vorliegenden Arbeit sollte die Hypothese überprüft werden, ob Kühe mit einer hohen Milchleistung und einer hohen Energieaufnahme eine höhere HF infolge eines leistungsabhängig höheren Sauerstoffverbrauchs als niedriglaktierende Tiere haben. So könnte die HF als Indikator für quantitative Veränderungen des Energieumsatzes sowohl für die Einzelkuh als auch auf Bestandsebene genutzt werden. Material und Methoden In vorliegender Untersuchung wurde die HF von 32 Milchkühen der Rasse Deutsche Holstein gemessen. Die Herde erhielt während der Versuche betriebseigenes Grundfutter sowie Maisschrot, Sojaextraktionsschrot und Milchleistungsfutter II. Die tägliche Futter-, Energie- und Proteinaufnahme wurde bestimmt. Die HF-Messung der Kühe erfolgte in zwei Abschnitten. Abschnitt A: Bei 23 Kühen, unterteilt in unterschiedliche Reproduktions- und Leistungsstadien, wurde an fünf aufeinanderfolgenden Tagen die HF erfasst. Abschnitt B: Bei elf Einzeltieren wurde vom 6. bis 101. Laktationstag (LT) die HF in regelmäßigen Abständen alle 14 Tage und an drei aufeinanderfolgenden Tagen gemessen. Den Tieren wurde hierzu ein Polar Equine RSCX800 Science® Gurt mit integrierten Elektroden, ein dazugehöriger Sender und ein Empfänger (Polar Uhr RS800®) angelegt. Die HF wurde einmal pro Minute gespeichert und alle 24 h in das Computerprogramm Polar Pro Trainer Equine Edition 5® übertragen. Folgende weitere Daten wurden erhoben: Stalltemperatur, relative Luftfeuchtigkeit des Stalles, Body Condition Score, Körpermasse, Körperinnentemperatur, tägliche Milchmenge, Milchfett-, Milcheiweiß- und Milchharnstoffgehalt. Ergebnisse Abschnitt A: Die trockenstehenden Kühe hatten eine HF von 83±8 Schlägen/min, die laktierenden Kühe wiesen mit steigender Milchleistung (24,0; 37,1 und 47,7 kg fett- und eiweißkorrigierte Milch) HF-Werte von 84±3, 85±6 und 87±2 Schlägen/min auf. Abschnitt B: In den ersten 100 Tagen der Laktation verhielt sich die HF mit steigendem LT wie folgt: LT 8: 86±9 Schläge/min, LT 22: 86±11 Schläge/min, LT 36: 87±11 Schläge/min, LT 52: 83±10 Schläge/min, LT 66: 83±10 Schläge/min, LT 81: 83±10 Schläge/min, LT 95: 85±8 Schläge/min. Weder in Abhängigkeit von der Leistung (p=0,75) noch in Abhängigkeit vom LT (p=0,81) waren signifikante Unterschiede der HF zu verzeichnen. Die HF der trockenstehenden Kühe variierte im Vergleich zur HF der laktierenden Tiere nicht. Während ihres 24 h-Verlaufs unterlag die HF aller Gruppen einer großen Variation. Es war zu Ruhezeiten der Tiere eine leistungsabhängige Abstufung der HF zu erkennen. Die Umgebungstemperatur hatte in dieser Untersuchung keinen Einfluss auf die HF (r=0,01; p=0,95). Einen signifikanten negativen Zusammenhang gab es zwischen der HF und dem Alter der Tiere (r=-0,44; p<0,01). Dieser führte am 22. LT zu einem signifikanten Unterschied der HF der erstlaktierenden Kühe im Vergleich mit der HF der älteren Tiere (p=0,04). Ein hoher und signifikanter Zusammenhang konnte zwischen der HF und dem Graviditätstag der trockenstehenden Kühe gezeigt werden (r=0,83; p=0,04). Die Tiere, die sich in einer negativen Energiebilanz befanden, neigten in dieser Untersuchung zu einer niedrigeren HF als die Kühe mit einer positiven Energiebilanz. Schlussfolgerung Telemetrische Systeme gewinnen beim Monitoring von Gesundheitsproblemen und Stoffwechselparametern eines Milchviehbestandes zunehmend an Bedeutung. Die HF kann hier jedoch nicht eingesetzt werden, da sie als Indikator für quantitative Veränderungen des Energieumsatzes weder für die Einzelkuh noch auf Bestandsebene geeignet ist. Nach vorliegenden Ergebnissen haben Kühe mit einer höheren Milchleistung und einer höheren Energieaufnahme keine höhere HF. / Previous studies have revealed a close relationship between heart rate (HR) and energy expenditure in humans and some other animal species. The present study examined whether dairy cows with a higher milk yield and greater energy intake have a higher HR due to greater oxygen consumption. HR might serve as an indicator of quantitative changes of energy expenditure in an individual or in a group of dairy cows at the herd level. Materials and methods The HRs of 32 dairy cows of the German Holstein breed were measured. The cows received forages and fresh beet pulp in combination with ground corn, soybean extracts, and a concentrate during the study. Daily feed, energy, and protein intake were determined. HR measurement was performed in two blocks. In Block A, cows were divided into four groups that differed in reproductive state and milk yield, and HR was measured for five consecutive days. In Block B, every 14 days, HR was recorded for three consecutive days in 11 cows from 6 to 101 days in milk (DIM). A Polar Equine RSCX800 Science® belt with integrated electrodes, a transmitter, and a receiver (Polar RS800®) was applied to the animals. HR was recorded once a minute and transferred every 24 h to the software Polar Pro Trainer Equine Edition 5®. The following data were also collected: stable temperature, stable relative humidity, body condition score, body weight, body temperature, daily milk yield, milk fat, milk protein, and milk urea. Results In Block A, dry cows had a HR of 83±8 beats/min, and lactating cows with increasing milk yield (24.0, 37.1, and 47.7 kg energy-corrected milk) showed HRs of 84±3, 85±6, and 87±2 beats/min, respectively. In Block B, the HRs were as follows: 8 DIM: 86±9 beats/min, 22 DIM: 86±11 beats/min, 36 DIM: 87±11 beats/min, 52 DIM: 83±10 beats/min, 66 DIM: 83±10 beats/min, 81 DIM: 83±10 beats/min, 95 DIM: 85±8 beats/min. There was not a significant difference in the HR according to milk yield (p=0.75) or days of lactation (p=0.81). The HR of dry cows did not differ from that of lactating cows. There was a large variation of HR in all groups during the day. During resting times, HR of the high-yielding cows tended to be higher and HR of the dry cows tended to be lower than the HR of the other groups. The ambient temperature had no influence on HR in this study (r=0.01, p=0.95). There was a significant negative correlation between HR and a cow’s age (r=–0.44, p<0.01). The HR of primiparous cows was higher than that of multiparous cows, but the difference was only significant when cows were 22 DIM (p=0.04). A high and significant correlation was found between HR and pregnancy status (r=0.83, p=0.04), with HR increasing during pregnancy. Dairy cows with a negative energy balance tended to have a lower HR than cows with a positive energy balance. Conclusion Telemetry systems have become increasingly important in monitoring health problems and the parameters of energy metabolism in dairy herds. The results of this study indicate that HR cannot be used as a monitoring tool, because HR is not a suitable indicator of quantitative changes of energy expenditure either at the individual or herd level. According to the results of this study, dairy cows with a higher milk yield and greater energy uptake do not have a higher HR.

Das EKG ist ein etabliertes und einfach durchzuführendes diagnostisches Routineverfahren. Belastungsuntersuchungen in denen das EKG beispielsweise Aufschluss über myokardiale Ischämien und Rhythmusstörungen geben kann, belegen den hohen diagnostischen Stellenwert des EKGs. Die Veränderungen der Parameter des EKGs sind charakteristisch und unterliegen dabei den unterschiedlichen physiologischen Bedingungen. Die vorliegende prospektive klinische Untersuchung beschäftigt sich mit der Fragestellung, welche physiologischen Bedingungen für diese Veränderungen ursächlich verantwortlich sind. Dazu wurden 10 männliche Probanden in 2 doppelten Stufen- und 2 Dauertests mit und ohne ß-Blockade untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass in Ruhe und bei intensiver Belastung die ß-Blockade eine Wirkung hatte, was auf einen relevanten Einfluss des Sympathikus schließen lässt. Bei leichter und mittlerer Belastung und in der unmittelbaren Nachbelastungsphase waren hingegen keine Unterschiede in den Tests ohne und mit ß-Blockade festzustellen. Deshalb ist die Annahme plausibel, dass die Regulation der Herzfunktionen durch den Parasympathikus stattfindet, während der Sympathikus hier lediglich eine ergänzende Modulationsfunktion hat. Grundsätzlich unterstützt dies insgesamt die Theorie der zentralen Mitinnervation, die nach den vorliegenden Ergebnissen allerdings vorrangig in der Bedeutung des Parasympathikus und nachrangig in der des Sympathikus liegt.

In der Literatur steht die Herzfrequenz (HF) in engem Zusammenhang mit dem Sauerstoffverbrauch und dem Energieumsatz sowohl von Menschen als auch von verschiedenen Tierarten. In der vorliegenden Arbeit sollte die Hypothese überprüft werden, ob Kühe mit einer hohen Milchleistung und einer hohen Energieaufnahme eine höhere HF infolge eines leistungsabhängig höheren Sauerstoffverbrauchs als niedriglaktierende Tiere haben. So könnte die HF als Indikator für quantitative Veränderungen des Energieumsatzes sowohl für die Einzelkuh als auch auf Bestandsebene genutzt werden. Material und Methoden In vorliegender Untersuchung wurde die HF von 32 Milchkühen der Rasse Deutsche Holstein gemessen. Die Herde erhielt während der Versuche betriebseigenes Grundfutter sowie Maisschrot, Sojaextraktionsschrot und Milchleistungsfutter II. Die tägliche Futter-, Energie- und Proteinaufnahme wurde bestimmt. Die HF-Messung der Kühe erfolgte in zwei Abschnitten. Abschnitt A: Bei 23 Kühen, unterteilt in unterschiedliche Reproduktions- und Leistungsstadien, wurde an fünf aufeinanderfolgenden Tagen die HF erfasst. Abschnitt B: Bei elf Einzeltieren wurde vom 6. bis 101. Laktationstag (LT) die HF in regelmäßigen Abständen alle 14 Tage und an drei aufeinanderfolgenden Tagen gemessen. Den Tieren wurde hierzu ein Polar Equine RSCX800 Science® Gurt mit integrierten Elektroden, ein dazugehöriger Sender und ein Empfänger (Polar Uhr RS800®) angelegt. Die HF wurde einmal pro Minute gespeichert und alle 24 h in das Computerprogramm Polar Pro Trainer Equine Edition 5® übertragen. Folgende weitere Daten wurden erhoben: Stalltemperatur, relative Luftfeuchtigkeit des Stalles, Body Condition Score, Körpermasse, Körperinnentemperatur, tägliche Milchmenge, Milchfett-, Milcheiweiß- und Milchharnstoffgehalt. Ergebnisse Abschnitt A: Die trockenstehenden Kühe hatten eine HF von 83±8 Schlägen/min, die laktierenden Kühe wiesen mit steigender Milchleistung (24,0; 37,1 und 47,7 kg fett- und eiweißkorrigierte Milch) HF-Werte von 84±3, 85±6 und 87±2 Schlägen/min auf. Abschnitt B: In den ersten 100 Tagen der Laktation verhielt sich die HF mit steigendem LT wie folgt: LT 8: 86±9 Schläge/min, LT 22: 86±11 Schläge/min, LT 36: 87±11 Schläge/min, LT 52: 83±10 Schläge/min, LT 66: 83±10 Schläge/min, LT 81: 83±10 Schläge/min, LT 95: 85±8 Schläge/min. Weder in Abhängigkeit von der Leistung (p=0,75) noch in Abhängigkeit vom LT (p=0,81) waren signifikante Unterschiede der HF zu verzeichnen. Die HF der trockenstehenden Kühe variierte im Vergleich zur HF der laktierenden Tiere nicht. Während ihres 24 h-Verlaufs unterlag die HF aller Gruppen einer großen Variation. Es war zu Ruhezeiten der Tiere eine leistungsabhängige Abstufung der HF zu erkennen. Die Umgebungstemperatur hatte in dieser Untersuchung keinen Einfluss auf die HF (r=0,01; p=0,95). Einen signifikanten negativen Zusammenhang gab es zwischen der HF und dem Alter der Tiere (r=-0,44; p<0,01). Dieser führte am 22. LT zu einem signifikanten Unterschied der HF der erstlaktierenden Kühe im Vergleich mit der HF der älteren Tiere (p=0,04). Ein hoher und signifikanter Zusammenhang konnte zwischen der HF und dem Graviditätstag der trockenstehenden Kühe gezeigt werden (r=0,83; p=0,04). Die Tiere, die sich in einer negativen Energiebilanz befanden, neigten in dieser Untersuchung zu einer niedrigeren HF als die Kühe mit einer positiven Energiebilanz. Schlussfolgerung Telemetrische Systeme gewinnen beim Monitoring von Gesundheitsproblemen und Stoffwechselparametern eines Milchviehbestandes zunehmend an Bedeutung. Die HF kann hier jedoch nicht eingesetzt werden, da sie als Indikator für quantitative Veränderungen des Energieumsatzes weder für die Einzelkuh noch auf Bestandsebene geeignet ist. Nach vorliegenden Ergebnissen haben Kühe mit einer höheren Milchleistung und einer höheren Energieaufnahme keine höhere HF. / Previous studies have revealed a close relationship between heart rate (HR) and energy expenditure in humans and some other animal species. The present study examined whether dairy cows with a higher milk yield and greater energy intake have a higher HR due to greater oxygen consumption. HR might serve as an indicator of quantitative changes of energy expenditure in an individual or in a group of dairy cows at the herd level. Materials and methods The HRs of 32 dairy cows of the German Holstein breed were measured. The cows received forages and fresh beet pulp in combination with ground corn, soybean extracts, and a concentrate during the study. Daily feed, energy, and protein intake were determined. HR measurement was performed in two blocks. In Block A, cows were divided into four groups that differed in reproductive state and milk yield, and HR was measured for five consecutive days. In Block B, every 14 days, HR was recorded for three consecutive days in 11 cows from 6 to 101 days in milk (DIM). A Polar Equine RSCX800 Science® belt with integrated electrodes, a transmitter, and a receiver (Polar RS800®) was applied to the animals. HR was recorded once a minute and transferred every 24 h to the software Polar Pro Trainer Equine Edition 5®. The following data were also collected: stable temperature, stable relative humidity, body condition score, body weight, body temperature, daily milk yield, milk fat, milk protein, and milk urea. Results In Block A, dry cows had a HR of 83±8 beats/min, and lactating cows with increasing milk yield (24.0, 37.1, and 47.7 kg energy-corrected milk) showed HRs of 84±3, 85±6, and 87±2 beats/min, respectively. In Block B, the HRs were as follows: 8 DIM: 86±9 beats/min, 22 DIM: 86±11 beats/min, 36 DIM: 87±11 beats/min, 52 DIM: 83±10 beats/min, 66 DIM: 83±10 beats/min, 81 DIM: 83±10 beats/min, 95 DIM: 85±8 beats/min. There was not a significant difference in the HR according to milk yield (p=0.75) or days of lactation (p=0.81). The HR of dry cows did not differ from that of lactating cows. There was a large variation of HR in all groups during the day. During resting times, HR of the high-yielding cows tended to be higher and HR of the dry cows tended to be lower than the HR of the other groups. The ambient temperature had no influence on HR in this study (r=0.01, p=0.95). There was a significant negative correlation between HR and a cow’s age (r=–0.44, p<0.01). The HR of primiparous cows was higher than that of multiparous cows, but the difference was only significant when cows were 22 DIM (p=0.04). A high and significant correlation was found between HR and pregnancy status (r=0.83, p=0.04), with HR increasing during pregnancy. Dairy cows with a negative energy balance tended to have a lower HR than cows with a positive energy balance. Conclusion Telemetry systems have become increasingly important in monitoring health problems and the parameters of energy metabolism in dairy herds. The results of this study indicate that HR cannot be used as a monitoring tool, because HR is not a suitable indicator of quantitative changes of energy expenditure either at the individual or herd level. According to the results of this study, dairy cows with a higher milk yield and greater energy uptake do not have a higher HR.

Wir untersuchten den Einfluss eines 100 Meilen Ultramarathonlaufes auf die Herzfrequenz und die Herzratenvariabilität. Zusätzlich evaluierten wir den Gebrauch dieser Parameter als nicht invasive Methode zur Beurteilung des Erholungszustandes des Sportlers. Dafür untersuchten wir freiwillige Läufer sieben Tage vor, unmittelbar danach und nach siebentägiger Erholung mithilfe eines Langzeit- EKGs. Es zeigte sich in unserer Untersuchung ein Anstieg der Ruheherzfrequenz und ein Abfall der Herzratenvariabilität unmittelbar nach dem Lauf. Nach siebentägiger Erholung ist die Ruheherzfrequenz nahezu zu den Ausgangswerten zurückgekehrt, wohin gegen eine siebentägige Erholung nicht ausreichte, um eine Rückkehr der Herzratenvariabilitätsparameter zu verzeichnen. Dies lässt uns schlussfolgern, dass der Einsatz der Parameter zur Beurteilung des Erholungszustandes der Athleten geeignet ist, jedoch keine Vorhersagen zur Wahrscheinlichkeit der Absolvierung eines solchen Laufes, oder der Laufzeit machbar sind.:1. Einleitung 1.1 Adaptation des Körpers an den Ausdauersport 1.2 Adaptation des Herzens an den Ausdauersports 1.3 Leistungsdiagnostik und Trainingsüberwachung durch Messung der Herzratenvariabilität 1.4 Durchführung 2. Puplikationsmanuskript 2.1 Abstract 2.2 Background 2.3 Methods 2.4 Results 2.5 Discussion 2.6 Study Limitations, Conclusion, Acknowledgments, Fundings 2.7 Abbreviations 2.8 References 2.9 Tables and Graphs 3. Zusammenfassung 4. Literaturverzeichnis 5. Anlagen Spezifizierung des eigenen wissenschaftlichen Beitrags Danksagung

Zur Ermittlung des Energieverbrauches bei Mensch und Tier stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Im Jahre 1780 nutzte Lavoisier die Schmelzwassermenge, um den Energieverlust eines Meerschweinchens zu berechnen. Das Tier saß in einem von Eis umgebenen Kalorimeter, die von ihm abgegebene Wärme brachte das Eis zum Schmelzen. Derzeit sind die indirekte Kalorimetrie, die den Energieumsatz über den im Respirationsversuch gemessenen Gaswechsel von O2 und CO2 sowie die im Harn ausgeschiedene Stickstoffmenge bestimmt, und die Isotopendilutionsmethode, die mit der unterschiedlichen Ausscheidungsrate von markierten Wasserstoff- (2H) und Sauerstoff- (18O) Atomen im Urin arbeitet, der „Goldstandard“ für die Bestimmung des Energieverbrauchs. Seit einigen Jahren bis heute steht die Herzfrequenzmethode in der Diskussion. Sie nutzt die Beziehung zwischen Herzfrequenz und Sauerstoffverbrauch zur Ermittlung des Energieumsatzes. Alle genannten Methoden haben Vor- und Nachteile, insbesondere für den einfachen und schnellen täglichen Einsatz sowie bei Langzeitstudien. Deshalb werden Alternativen gesucht. Diese Dissertation untersucht die Beziehung zwischen der akzelerometrisch erfassten dreidimensionalen Körperbeschleunigung und der Herzfrequenz beim Pferd in verschiedenen Gangarten. Dabei wird die Herzfrequenz als Vergleichs- und Bezugsgröße verwendet. Sie stellt das direkte Bindeglied zum Sauerstoffverbrauch und damit Energieaufwand dar. Es wurden drei Versuchsvarianten durchgeführt. Die Pferde gingen an der Hand, „geführt“, liefen frei in einem umzäunten Oval, „freilaufend“, oder wurden „geritten“. Bei den beiden Varianten „geführt“ und „freilaufend“ kamen jeweils dieselben vier Pferde zum Einsatz, die Variante „geritten“ absolvierten fünf andere Tiere. Die Versuche folgten verschiedenen Schemata mit den Gangarten Schritt, Trab und, zum Teil, Galopp. Bei allen Versuchen wurden parallel die dreidimensionale Körperbeschleunigung mit einer Frequenz von 32 Hz sowie die Herzfrequenz gemessen. Die Pulsuhr speicherte im kleinstmöglichen Intervall von fünf Sekunden. Nach Aufbereitung der Beschleunigungsrohdaten wurde letztendlich der dynamische Anteil der dreidimensionalen Beschleunigung in Form von „fünf-Sekunden-Mittelwerten“ berechnet. Anschließend wurden diese Beschleunigungswerte über die Regressionsanalyse mit den Originalwerten der Herzfrequenz in Beziehung gesetzt. Dabei wurden die Übergangsphasen zwischen den Gangarten ausgenommen, da die beiden Parameter hier ein sehr unterschiedliches und zeitversetztes Verhalten zeigen. Bei der Analyse der Gangarten Schritt und Trab konnte gut mit dem Modell der einfachen linearen Regression (y = a + bx) gearbeitet werden, mit Hinzukommen der dritten Gangart, Galopp, erwies sich das Modell der polynomialen Regression (y = a + bx + cx²) von Vorteil. Die Stärke des Zusammenhanges der beiden Größen wurde durch den Korrelationskoeffizienten r angezeigt. Bei differenzierter Betrachtung der Versuchsvarianten und der einzelnen Pferde erreichte r Werte von 0,86 bis 0,94, bei zusammenfassender Betrachtung aller Pferde einer Versuchsvariante Werte zwischen 0,82 und 0,87, stets bei signifikanter Korrelation (p < 0,05). Somit kann für die Parameter Herzfrequenz und Beschleunigung ein signifikanter und starker Zusammenhang beschrieben werden. Sie verhalten sich dabei nicht proportional zueinander. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass die Akzelerometrie für bestimmte Zielstellungen und unter bestimmten Voraussetzungen eine geeignete Methode ist, um den Energieaufwand von Pferden zu bestimmen. Sie ist schnell und meist störungsfrei durchzuführen und im Gegensatz zur Herzfrequenz nahezu unabhängig von emotionalen Einflüssen. Des Weiteren bietet die Akzelerometrie die Möglichkeit, die Ermittlung des Energieumsatzes mit einer Verhaltensanalyse zu kombinieren. Bedingungen für ihren Einsatz sind eine situationsspezifische und möglichst individuelle Kalibrierung, denn die Beschleunigungsmessung weist insofern Nachteile auf, als dass sie die Auswirkungen von zum Beispiel Bodenbeschaffenheit, Umwelteinflüssen oder das Tragen einer Last auf den Energieumsatz nicht berücksichtigt. Die parallele Erfassung von Herzfrequenz und Beschleunigung kann zum Beispiel zur Analyse und Kontrolle von Trainingserfolgen genutzt werden. Somit bringt die Kombination von Herzfrequenz- und Beschleunigungsmessung klare Vorteile.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Energiebewertung – Energiestufen 3 2.2 Nährstoffe und Verdaulichkeit 5 2.3 Energiebedarf 5 2.3.1 Erhaltungsbedarf 5 2.3.2 Leistungsbedarf 7 2.4 Ermittlung des Energieumsatzes 8 2.5 Sauerstoffpuls 12 2.6 Herzfrequenz – Sauerstoffverbrauch – Energieumsatz 14 2.7 Beschleunigungsmessung – Verhaltensanalyse bis hin zur Bestimmung des Energieumsatzes 29 3 Tiere, Material und Methoden 44 3.1 Versuchsvarianten 44 3.2 Tiere, Haltungsbedingungen, Trainingszustand 44 3.3 Versuchsorte 45 3.4 ergänzende Bemerkungen 45 3.5 Material und Technik 45 3.6 Versuchsdurchführung 46 3.7 Versuchsdesign 48 3.8 Versuchsauswertung 48 3.8.1 Zuordnung der Achsen x, y und z zu den Aufzeichnungskanälen des „Goldfinger“ 48 3.8.2 Messwerte – Herzfrequenz und Beschleunigung 49 3.8.2.1 Aufbereitung der Rohdaten 49 3.8.2.2 Vereinfachung des Datensatzes 50 3.8.2.3 Analyse der Teilbeschleunigungen 50 3.8.3 Bestimmung der Übergangsphasen 50 3.9 Statistik 51 4 Ergebnisse 54 4.1 Herzfrequenz- und Beschleunigungsmessung 54 4.1.1 Herzfrequenz während der Versuchsvorbereitung 54 4.1.2 Herzfrequenz und Beschleunigung bei Bewegung der Pferde an der Hand („geführt“) 55 4.1.3 Herzfrequenz und Beschleunigung bei freier Bewegung der Pferde („freilaufend“) 59 4.1.4 Herzfrequenz und Beschleunigung bei Bewegung der Pferde unter dem Reiter („geritten“) 60 4.1.5 Herzfrequenz und Beschleunigung im Vergleich zwischen den Versuchsvarianten 62 4.2 Beziehung zwischen Herzfrequenz und Beschleunigung 64 4.2.1 Besonderheit der Schrittphase2 71 4.3 Analyse der Übergangsphasen 74 4.4 Analyse der dreidimensionalen Beschleunigung 78 5 Diskussion 81 5.1 Diskussion der Fragestellung 81 5.2 Kritik der Methodik 82 5.2.1 Tiere und Versuchsdesign 82 5.2.2 Messtechnik 84 5.2.2.1 Herzfrequenzmessung 84 5.2.2.2 Beschleunigungsmessung 85 5.2.3 Herzfrequenz vor Versuchsbeginn 86 5.2.4 Herzfrequenz als Bezugsgröße 86 5.2.5 Datenreduktion 88 5.3 Herzfrequenz und Beschleunigung – Parameter zur Abbildung des Energieumsatzes 88 5.3.1 Vor- und Nachteile der Akzelerometrie 89 5.3.2 Charakteristika und Grenzen der Akzelerometrie 89 5.3.3 Übergangsphasen zwischen verschiedenen Leistungsanforderungen 90 5.4 Diskussion der Ergebnisse 92 5.4.1 Beziehung zwischen Herzfrequenz und Beschleunigung 94 5.4.1.1 Güte des Zusammenhangs von Herzfrequenz und Beschleunigung 94 5.4.1.2 Modell zur Beschreibung der Beziehung von Herzfrequenz und Beschleunigung 95 5.4.2 Die drei Dimensionen der Beschleunigung 97 5.5 Fazit 99 6 Zusammenfassung 101 7 Summary 103 8 Literaturverzeichnis 105 9 Anhang 118 10 Danksagung 130 / There are different opportunities to determine the consumption of energy in humans and animals. In 1780 Lavoisier used the quantity of melt water to calculate the energy loss of a guinea pig. The guinea pig was located inside a calorimeter which was surrounded by ice. The emitted heat induced the melting of the ice. At present both, indirect calorimetry that estimates energy expenditure from respiratory measurements of oxygen consumption and carbon dioxide production plus the excretion of nitrogen with the urine and the DLW-method that uses the different urinary elimination rates of the isotopes 2H and 18O are the so called “golden standard” for the calculation of energy consumption. For several years until now there has been a discussion about the heart rate-method. This method uses the correlation between heart rate and oxygen consumption for the calculation of energy expenditure. All above mentioned methods have pros and cons, especially for simple and quick every day application and for long-term studies. Therefore alternatives are searched. This dissertation examines the relation between the accelerometricly measured three-dimensional body acceleration and the heart rate in horses at different gaits. The heart rate has been used for comparison and as a reference item. It directly relates the acceleration with the oxygen consumption and thus with the energy expenditure. There have been three variants of trials. Horses were led by the hand (HD), moved freely (MF) in an enclosed oval or were ridden (R). In the HD- and MF-trials the same four horses were used, for the R-trials five other horses came into action. The trials followed different schemes with the gaits of walk, trot and gallop. At every trial three-dimensional body-acceleration with a logging frequency of 32 Hz and heart rate were measured simultaneously. The heart rate meter stored the heart rate in the smallest possible intervals of five seconds. After processing the crude data the dynamic part of the three-dimensional acceleration was calculated in form of “five-second-means”. After that the regression analysis was used to relate these acceleration data to the original heart rate data. In this process the transitional phases between the gaits were excluded because there both parameters have a highly varying and time-shifted relation. The model of simple linear regression (y = a + bx) suited well for analysing walking and trotting. With adding the third gait gallop the model of polynomial regression (y = a + bx + cx²) became more favourable. The correlation coefficient r showed the strength of the correlation between both parameters. By the separate inspection of the variants of trials and the individual horses r reached values from 0,86 to 0,94; pooling all horses of each variant of trials yields r-values from 0,82 to 0,87, always with a significant correlation (p < 0,05). Hence a significant and strong correlation can be attributed to the parameters heart rate and acceleration. They are not proportional to each other. In conclusion one can say: for specific aims and under certain conditions the accelerometry is an appropriate method to assess energy expenditure in horses. You can implement it quickly and mostly disturbance-free and in contrast to the heart rate it is nearly independent of emotional influence. Furthermore accelerometry gives the opportunity to combine the determination of the energy expenditure with the analysis of behaviour. A possibly individual and situation-specific calibration are the preconditions for its application. A setback of the accelerometry is that the effects of such factors like the condition of the ground, environmental influences or carrying weights are not taken into consideration. Simultaneous measurement of heart rate and body-acceleration can for example be used for analysing and controlling the success of training. Consequently there are clear advantages of combining the measurement of heart rate and acceleration.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Energiebewertung – Energiestufen 3 2.2 Nährstoffe und Verdaulichkeit 5 2.3 Energiebedarf 5 2.3.1 Erhaltungsbedarf 5 2.3.2 Leistungsbedarf 7 2.4 Ermittlung des Energieumsatzes 8 2.5 Sauerstoffpuls 12 2.6 Herzfrequenz – Sauerstoffverbrauch – Energieumsatz 14 2.7 Beschleunigungsmessung – Verhaltensanalyse bis hin zur Bestimmung des Energieumsatzes 29 3 Tiere, Material und Methoden 44 3.1 Versuchsvarianten 44 3.2 Tiere, Haltungsbedingungen, Trainingszustand 44 3.3 Versuchsorte 45 3.4 ergänzende Bemerkungen 45 3.5 Material und Technik 45 3.6 Versuchsdurchführung 46 3.7 Versuchsdesign 48 3.8 Versuchsauswertung 48 3.8.1 Zuordnung der Achsen x, y und z zu den Aufzeichnungskanälen des „Goldfinger“ 48 3.8.2 Messwerte – Herzfrequenz und Beschleunigung 49 3.8.2.1 Aufbereitung der Rohdaten 49 3.8.2.2 Vereinfachung des Datensatzes 50 3.8.2.3 Analyse der Teilbeschleunigungen 50 3.8.3 Bestimmung der Übergangsphasen 50 3.9 Statistik 51 4 Ergebnisse 54 4.1 Herzfrequenz- und Beschleunigungsmessung 54 4.1.1 Herzfrequenz während der Versuchsvorbereitung 54 4.1.2 Herzfrequenz und Beschleunigung bei Bewegung der Pferde an der Hand („geführt“) 55 4.1.3 Herzfrequenz und Beschleunigung bei freier Bewegung der Pferde („freilaufend“) 59 4.1.4 Herzfrequenz und Beschleunigung bei Bewegung der Pferde unter dem Reiter („geritten“) 60 4.1.5 Herzfrequenz und Beschleunigung im Vergleich zwischen den Versuchsvarianten 62 4.2 Beziehung zwischen Herzfrequenz und Beschleunigung 64 4.2.1 Besonderheit der Schrittphase2 71 4.3 Analyse der Übergangsphasen 74 4.4 Analyse der dreidimensionalen Beschleunigung 78 5 Diskussion 81 5.1 Diskussion der Fragestellung 81 5.2 Kritik der Methodik 82 5.2.1 Tiere und Versuchsdesign 82 5.2.2 Messtechnik 84 5.2.2.1 Herzfrequenzmessung 84 5.2.2.2 Beschleunigungsmessung 85 5.2.3 Herzfrequenz vor Versuchsbeginn 86 5.2.4 Herzfrequenz als Bezugsgröße 86 5.2.5 Datenreduktion 88 5.3 Herzfrequenz und Beschleunigung – Parameter zur Abbildung des Energieumsatzes 88 5.3.1 Vor- und Nachteile der Akzelerometrie 89 5.3.2 Charakteristika und Grenzen der Akzelerometrie 89 5.3.3 Übergangsphasen zwischen verschiedenen Leistungsanforderungen 90 5.4 Diskussion der Ergebnisse 92 5.4.1 Beziehung zwischen Herzfrequenz und Beschleunigung 94 5.4.1.1 Güte des Zusammenhangs von Herzfrequenz und Beschleunigung 94 5.4.1.2 Modell zur Beschreibung der Beziehung von Herzfrequenz und Beschleunigung 95 5.4.2 Die drei Dimensionen der Beschleunigung 97 5.5 Fazit 99 6 Zusammenfassung 101 7 Summary 103 8 Literaturverzeichnis 105 9 Anhang 118 10 Danksagung 130