Zielstellung: Die Verwendung von Computertomographie und Magnetresonanzto-mographie zur Diagnostik von pathologischen Weichteilveränderungen, wie Läsionen der Speicheldrüsen, wird empfohlen. Diese begründet sich in Ihrer hohen Bildauflö-sung und dem guten Bildkontrast. Nach unserem Wissen gibt es aktuell keine publi-zierte Literatur, welche sich mit der CT- oder MRT-Anatomie der Speicheldrüsen der Katze beschäftigt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Schnittbildmerkmale der Speicheldrüsen zu definieren und Landmarken für eine sichere Identifikation zu be-schreiben. Material und Methoden: Es wurden zwei Gruppen von Katzen untersucht. Die pros-pektiv untersuchten Tiere bestanden aus 16 Katzen, welche aus Gründen euthana-siert wurden, die nicht in Zusammenhang mit der Studie standen. Diese erfuhren ein CT (1 mm Schichtdicke) und 0,5 Tesla MRT (T2W, T2W SPIR, PDW, T1W) des Kop-fes. Im retrospektiven Anteil der Studie wurden CT-Untersuchungen (0,8-1 mm Schichtdicke) von 25 Katzen und MRT-Untersuchungen (T2W, T1W vor und nach Kontrastmittelgabe) von 21 Katzen verwendet. Diese Untersuchungen wurden zwi-schen 2005 und 2013 in unserer Klinik angefertigt. Dabei konnten keine Pathologien in Zusammenhang mit den Speicheldrüsen festgestellt werden. Alle Speicheldrüsen wurden bezüglich Identifizierbarkeit, Abgrenzbarkeit, Größe und Signalverhalten un-tersucht. Wenn vorhanden, wurden anatomische Landmarken die Speicheldrüsen umgebend notiert. Zusammenfassung 80 Ergebnisse: 94,3% der Glandulae parotidae, 90,7% der Glandulae mandibulares und 96,8% der Glandulae zygomaticae konnten mit dem CT identifiziert werden. Beim MRT waren es 94,1% der Glandulae parotidae, 99,2 % der Glandulae mandibulares, 88,9% der Glandulae zygomaticae und 51,4 % der Glandulae buccalis ventralis. In beiden Gruppen konnten keine der restlichen kleinen Speicheldrüsen identifiziert werden, dies galt für beide Schnittbildverfahren. Als hilfreiche anatomi-sche Landmarken konnten der äußere Gehörgang, der M. masseter, der M. pterygo-ideus medialis und der Bulbus oculi herangezogen werden. Die medianen Dichtewer-te lagen für die Glandula parotis, die Glandula mandibularis und die Glandula zygo-matica bei 65 HU, 62 HU und 57 HU. Die Parotis war überwiegend dezent hyperin-tens zur Muskulatur und hypointens zum Fett. Die Mandibularis, Zygomatica, und Glandula buccalis ventralis stellten sich hauptsächlich hyperintens zur Muskulatur und hypointens zu Fettgewebe dar. Dieses Signalverhalten war für T1W, T2W und T2W SPIR (fettunterdrückt) gewichtete Sequenzen gleich. Die Größe war für beide Gruppen und Modalitäten vergleichbar und lag bei circa 17 x 6 mm (gemessen von lateral nach medial und von dorsal nach ventral) bei der Glandula parotis, 8 x 17 mm bei der Glandula mandibularis, 10 x 7 mm bei der Glandula zygomatica und bei der Glandula buccalis ventralis 3 x 10 mm. Schlussfolgerungen: Landmarken und Aussagen über die Signalintensität bezie-hungsweise Dichte und die Größe der Glandula parotis, Glandula mandibularis, Glandula zygomatica und der Glandula buccalis ventralis konnten erhoben werden. Die mangelhafte Identifizierbarkeit der restlichen kleinen Speicheldrüsen, im Ver-gleich zu den oben genannten, kann vor allem mit dem unzureichenden Weichteil-kontrast zum umliegenden Gewebe im CT und der niedrigen Auflösung des Nieder-feld-MRTs erklärt werden. Neuere MRT-Techniken können detailliertere Bilder er-zeugen und so eine Beschreibung der kleinen Speicheldrüsen ermöglichen. / Objective: Due to their high resolution and useful contrast resolution, CT and MRI are recommended methods for diagnosing pathological changes of soft tissues such as lesions of the salivary glands. To our knowledge, no studies about the CT or MR anatomy of the feline salivary glands have been published yet. The aim of the study was to define anatomical characteristics of the salivary glands in cross-sectional im-ages and to describe landmarks for a reliable identification. Materials and methods: Two groups of cats where examined. In a prospective trial, 16 cats, euthanized for reasons unrelated to the study, underwent a head CT (1 mm slice thickness) and 0.5 Tesla MRI scans (T2W, T2W SPIR, PDW, T1W). In a retro-spective trial, the CT scans (0.8-1 mm slice thickness) of 25 cats and the MR scans (T2W, T1W, pre- and post-contrast) of 21 cats were used. These scans were per-formed at our clinic between 2005 and 2013. No signs of salivary-gland-related pa-thologies were visible. All images were reviewed with respect to the following criteria: the presence, delineation and size of the salivary glands as well as the signal intensi-ty. Anatomical landmarks surrounding the glands were also recorded. Results: 94.3% of the parotid glands, 90.7% of the mandibular glands and 96.8% of the zygomatic glands could be delineated using CT. With MRI, 94.1% of the parotid Summary 82 glands, 99.2 % of the mandibular glands, 88.9% of the zygomatic glands and 51,4 % of the ventral buccal glands could be identified. In both groups the other small salivary glands could not be visualized neither in CT nor in MRI. Anatomical landmarks such as the external ear canal, the M. masseter, the M. pterygoideus medialis and the Bulbus oculi facilitate the identification. The mean density of the parotid gland, the mandibular gland and the zygomatic gland was 65 HU, 62 HU and 57 HU, respectively. The parotid gland was mainly modestly hyperintense to muscle and hypointense to fat. The mandibular, zygomatic and ven-tral buccal glands were hyperintense to muscle and hypointense to fat. Signal intensi-ties were similar for T1W, T2W and T2W SPIR images. Sizes were comparable for both groups and modalities and measured about 17x6 mm (lateral to medial and dor-sal to ventral) for the parotid gland, 8 x 17 mm for the mandibular gland, 10x7 mm for the zygomatic gland and 3x10 mm for the ventral buccal gland. Conclusions: Landmarks were recorded and data regarding the density/signal in-tensity and the size of the parotid gland, the mandibular gland, the zygomatic gland and the ventral buccal gland could be gathered. The discrepancy between depicting the small glands and the above mentioned glands can be explained mainly by the lack of contrast to the surrounding tissue in CT and the low spatial resolution in low-field MRI. Advanced MRI techniques are expected to produce more detailed images and therefore those techniques could be used to also describe the small salivary glands.

Einleitung: Der Verdacht, dass Hunde mit einem Bandscheibenvorfall eine Prädisposition für die Entstehung einer Pankreatitis haben könnten, wurde in der Veterinärmedizin bereits in den frühen 1980er Jahren diskutiert. Trotz dieser bereits vor vielen Jahren erhobenen Vermutungen, wurde der Zusammenhang zwischen der Entstehung einer Pankreatitis und einem zeitgleich vorliegenden Bandscheibenvorfall auch im Hinblick auf mögliche Risikofaktoren wie dem Einfluss der Narkose oder dem Einsatz von Medikamenten (v. a. Glukokortikoide und nichtsteroidale Antiphlogistika) bisher nicht näher untersucht. Ziele der Untersuchungen: Im Rahmen der vorliegenden prospektiven Studie sollte untersucht werden, ob Bandscheibenvorfälle ein Risikofaktor für die Entstehung einer Pankreatitis beim Hund darstellen. Ferner sollte geklärt werden, ob die Narkose und die Gabe von Glukokortikoiden und/oder nichtsteroidalen Antiphlogistika zusätzlich das Risiko der Entstehung einer Pankreatitis bei Hunden mit einem Bandscheibenvorfall erhöhen. Material und Methoden: Insgesamt wurden 106 Hunde, bei denen aufgrund der klinischen Symptome der Verdacht einer Rückenmarksläsion bestand, an fünf aufeinander folgenden Tagen klinisch untersucht. Besonderes Augenmerk wurde hierbei auf Symptome gelegt, welche typischerweise bei Pankreatitiden zu beobachten sind (reduziertes Allgemeinbefinden, Schwäche, Anorexie, dolentes Abdomen, Vomitus, Regurgitieren, Diarrhoe, Fieber, Dehydratation). Ferner wurde am Tag 0 und Tag 4 der stationären Aufnahme die Konzentration der caninen pankreasspezifischen Lipase im Serum gemessen (Spec cPL und Snap cPL). Am Tag 0 wurde von dem Vorliegen einer Pankreatitis ausgegangen, wenn klinische Befunde im Sinne einer Pankreatitis sowie eine abnorm erhöhte Konzentration der caninen pankreasspezifischen Lipase im Serum (>400 μg/L) auffällig waren. Am Tag 4 erfolgte zudem eine sonographische Untersuchung des Abdomens. Somit basierte die Diagnosestellung einer Pankreatitis an diesem Tag auf dem Vorliegen von zwei der folgenden drei Kriterien: klinische Befunde im Sinne einer Pankreatitis, abnorm erhöhte Konzentration der caninen pankreasspezifischen Lipase im Serum, sonographische Hinweise für das Vorliegen einer Pankreatitis. Im Rahmen der statistischen Auswertung wurden zudem auch Patienten erfasst, welche in einem oder in mehreren der oben genannten Kriterien ein fragliches Ergebnis aufwiesen. Entsprechend ihrer neurologischen Ausfallserscheinungen sowie der Befunde im Rahmen der bildgebenden Diagnostik (Myelographie, Computertomographie, Kernspintomographie) wurden die Patienten in eine der folgenden drei Untersuchungsgruppen eingeteilt: 1. Hunde mit einem chirurgisch versorgten Bandscheibenvorfall (n = 71) 2. Hunde mit einem konservativ therapierten Bandscheibenvorfall (n = 20) und 3. Hunde mit einer akuten intramedullären Läsion (n = 15). Die statistische Auswerte erfolgte aufgrund der geringen Stichprobengrößen vorwiegend deskriptiv. Die Daten wurden mittels des Shapiro-Wilk-Tests auf Normalverteilung überprüft, die durchgeführten Gruppenvergleiche erfolgten unter Verwendung des Kruskal-Wallis und Mann-Whitney-U-Tests. Zudem wurden die betrachteten Merkmale mit dem Fisher Test und dem Chi-Quadrat-Test auf Unabhängigkeit überprüft. Das Signifikanzniveau wurde für alle Tests mit p < 0,05 festgelegt. Ergebnisse: Basierend auf den klinischen Symptomen und der Konzentration der caninen pankreasspezifischen Lipase im Serum konnte insgesamt am Tag 0 bei vier Hunden (3,8 %) eine Pankreatitis diagnostiziert werden. Am Tag 4 waren es, basierend auf den drei Kriterien, welche für die Diagnosestellung einer Pankreatitis herangezogen werden, insgesamt acht Patienten (7,5 %). Hunde mit einem Bandscheibenvorfall (chirurgisch beziehungsweise konservativ therapiert) wiesen am Tag 0 beziehungsweise Tag 4 in 4,3 % (n = 4) beziehungsweise 7,7 % (n = 7) der Fälle eine Pankreatitis auf. Aufgrund der geringen Häufigkeiten in den einzelnen Untersuchungsgruppen, war eine Berechnung eines signifikanten Unterschieds zwischen den Gruppen nicht möglich. Hinsichtlich einer möglichen Korrelation zwischen einer Narkose und der Entstehung einer Pankreatitis bei Hunden mit einer Rückenmarksläsion konnte kein signifikanter Zusammenhang festgestellt werden. Auch die Gabe von Glukokortikoiden und/oder nichtsteroidalen Antiphlogistika hatte hier keinen signifikanten Einfluss auf die Entstehung einer Pankreatitis. Schlussfolgerung: Vergleicht man die Ergebnisse der vorliegenden Studie mit der in der Literatur angegebenen Prävalenz für akute Pankreatitiden beim Hund (0,7-3,5 %), so kann geschlussfolgert werden, dass eine Rückenmarksläsion, insbesondere ein Bandscheibenvorfall, als Risikofaktor für die Entstehung einer akuten Pankreatitis beim Hund in Betracht gezogen werden muss. Demgegenüber erhöhen weder die Narkose noch die Gabe von Glukokortikoiden und/oder nichtsteroidalen Antiphlogistika zusätzlich das Risiko der Entstehung einer Pankreatitis bei Hunden mit einer Rückenmarksläsion. / Objective: The suspicion that dogs with intervertebral disc disease are at greater risk of developing pancreatitis is being discussed in veterinary medicine since the early 1980s. So far no study has been published examining the correlation between intervertebral disk disease and the development of pancreatitis in dogs, especially in combination with general anaesthesia and anti-inflammatory medication (glucocorticoids and/or nonsteroidal anti-inflammatory drugs). The aim of this study was therefore 1) to evaluate intervertebral disk disease as possible risk factor of pancreatitis and 2) to ascertain if general anaesthesia and the administration of glucocorticoids and/or nonsteroidal anti-inflammatory drugs further increase the risk of pancreatitis in dogs with intervertebral disk disease. Material and methods: One hundred and six dogs with symptoms associated with spinal cord injury were clinically examined over a period of five days. Special attention was payed to symptoms usually seen with pancreatitis such as anorexia, vomitus and abdominal pain. Furthermore the concentration of canine pancreatic lipase in the blood serum was measured with Spec cPL and Snap cPL at day 0 and day 4 after admission. At day 0 the diagnosis of pancreatitis was based on clinical symptoms associated with pancreatitis in combination with an increased concentration of canine pancreatic lipase in the blood serum (>400 μg/L). A sonography of the pancreas was performed at day 4 to evaluate the organ itself and the surrounding tissue for lesions associated with pancreatitis. Therefore the diagnosis of pancreatitis at day 4 was based on positive results in at least two of the three following criteria: symptoms associated with pancreatitis, elevation of the concentration of canine pancreatic lipase in the blood serum, sonographic changes of the pancreas parenchyma and the surrounding tissue associated with pancreatitis. For statistical analysis questionable results in one or more of these criteria were also documented. According to the neurologic symptoms and the findings of diagnostic imaging (myelography, computed tomography and magnetic resonance imaging), dogs were categorized in one of the following groups: 1. dogs with surgically treated intervertebral disk disease (n = 71), 2. dogs with medically treated intervertebral disk disease (n = 20), 3. dogs with an acute intramedullary lesion (n = 15). Due to the small sample size, statistics were primarily performed descriptively. Data were tested for normal distribution using the Shapiro-Wilk test. If Group comparisons were feasible, they were performed using the Kruskal-Wallis test and the Mann-Whitney-U test. Fisher test and the Chi-Square test were used to test for association between group affiliation and possible risk factors for the development of pancreatitis. A value of P < 0.5 was considered significant for all analysis. Results: Based on clinical symptoms and an elevated concentration of the canine pancreatic lipase (> 400μg/l) at day 0, four dogs (3.8 %) were diagnosed with pancreatitis. According to the clinical symptoms, the concentration of the canine pancreatic lipase and sonographic changes, a total number of eight dogs (7.5 %) were diagnosed with pancreatitis at day 4. Considering only the dogs with intervertebral disk disease (surgically and medically treated) 4.3 % (n = 4) and 7.7 % (n = 7) were diagnosed with pancreatitis at day 0 and day 4, respectively. Due to the small sample size, the calculation of significant differences between the three subgroups was not feasible. There was no significant correlation between general anaesthesia and the development of pancreatitis. Furthermore, the administration of glucocorticoids and/or nonsteroidal anti-inflammatory drugs is not significantly associated with the genesis of pancreatitis.

Die Methan (CH4) Produktion der Milchkühe wird durch eine Vielzahl von umwelt- und wirtsspezifischen Faktoren beeinflusst, wobei Trockensubstanzaufnahme und Rationszusammensetzung die größte Auswirkung haben. Der größte Teil des CH4 wird von Archaeen im Pansen produziert. Auch die kurzkettige Fettsäure (SCFA) Acetat wird im Pansen durch mikrobielle Fermentation gebildet und kann vom Wirtstier zur Milchfettsynthese im Euter verwendet werden. Die Acetatbildung im Pansen korreliert mit der CH4 Produktion. Allerdings kann Milchfett auch aus nicht veresterten Fettsäuren (NEFA) und Triacylgylcerolen endogenen Ursprungs synthetisiert werden, insbesondere aus mobilisiertem Körperfett. In dieser Studie wurde die Hypothese überprüft, dass eine Verdrängung des zur Milchfettbildung genutzten Acetats durch eine höhere Körperfettmobilisation in der Frühlaktation die ruminale Acetatproduktion senkt und damit die Bildung von CH4 verringert. Ein weiteres Ziel war zu untersuchen, ob der Anstieg der CH4 Produktion im Laktationsverlauf mit einer Veränderung des Mikrobioms assoziiert ist, und ob sich Kühe mit hoher oder niedriger CH4 Emission in ihrer Bakterien- und Archaeen-Zusammensetzung unterscheiden. 20 Holstein Kühe wurden in ihrer ersten Laktation untersucht; ihre Futteraufnahme und Rationszusammensetzung wurde analysiert. Im Verlauf des Versuchs wurden mehrfach Blut- und Pansensaftproben gewonnen. Die Plasma-NEFA-Konzentrationen wurden photometrisch, die Pansen-SCFA-Konzentrationen mittels Gaschromatographie analysiert. Während des Beobachtungszeitraums wurde an 4 Zeitpunkten die individuelle CH4 Produktion in Respirationskammern erfasst. In einer Untergruppe von 9 Kühen wurden Pansensaftproben von 3 Zeitpunkten während der Laktation einer DNA-Extraktion unterzogen und bakterielle und archaeale 16S rRNA Amplicons wurden sequenziert. Die Bakterien- und Archaeenpopulation im Pansensaft wurden beschrieben und Pansenmikrobiom der CH4 Ausbeute gegenübergestellt. Statistische Auswertungen wurden mit repeated measurements ANOVA und Tukey Tests, sowie mit der Pearsons‘ Korrelation für ausgewählte Parameter durchgeführt. Mikrobielle Daten wurden mit multivariaten Analysen (PERMANOVA) weiterverarbeitet und Bray-Curtis-Unähnlichkeiten ermittelt. Die gesamte CH4 Produktion stieg signifikant von durchschnittlich 208 l/Tag in der Trockenperiode auf 516 l/Tag in der Spätlaktation an. Der Grad der Körperfettmobilisation, ausgedrückt als Plasma NEFA Konzentration, und die CH4 Ausbeute waren in der Frühlaktation negativ korreliert (p = 0,002). Kühe mit hoher Fettmobilisation (NEFA > 580 μmol/l) neigten nur vor der Geburt, aber nicht während der Laktation zu höheren Pansenacetat Konzentrationen als Tiere mit niedriger Mobilisation (NEFA < 580 μmol/l). Trotz einer möglichst gleichbleibenden Rationszusammensetzung während der Laktation änderte sich das Mikrobiom mit der Zeit signifikant, was sich in einer Abnahme des Artenreichtums und der Biodiversität zeigte. In der Spätlaktation, als die CH4 Ausbeute am höchsten war, gab es keinen Unterschied in der bakteriellen oder archealen Populationsstruktur zwischen den drei Kühen mit der schwächsten und den dreien mit der stärksten CH4 Ausbeute. Parallel zum Anstieg der CH4 Produktion von 434,3 l/Tag auf 540,5 l/Tag veränderte sich das Verhältnis von (Acetat + Butyrat) / Propionat im Pansensaft mit dem Fortschreiten der Laktation von 3,5 auf 4,4. Dennoch war kein Zusammenhang zwischen der Konzentration der ruminalen SCFA und der CH4 Ausbeute festzustellen. Der Stoffwechselzustand des Tieres, insbesondere der Grad der Körperfettmobilisierung bei negativer Energiebilanz, nahm Einfluss auf die CH4-Ausbeute. Die Zusammensetzung des Mikrobioms im Pansen und dessen Stoffwechselnetzwerk veränderte sich mit der Zeit. Es war jedoch in dieser Studie nicht möglich, einzelne Mikroorganismen als Prädiktor für die CH4-Emission von Milchkühen zu identifizieren. Vielmehr scheinen Verschiebungen der mikrobiellen Gemeinschaften insgesamt für die Veränderung der CH4 Ausbeute verantwortlich zu sein.:1 Introduction 1 2 Background 2 2.1 Greenhouse Gases 2 2.2 Dairy cows and their importance to food production 3 2.3 Rumen functions 5 2.3.1 Anatomy and Physiology 5 2.3.2 Rumen microbes 7 2.3.2.1 Bacteria 8 2.3.2.2 Archaea 11 2.3.3 Short-chain fatty acids 12 2.3.4 Methane formation 15 2.4 Interrelationship between methane and host animal physiology 15 2.4.1 Physiologic aspects affecting methane formation 15 2.5 Effects of feed composition and feed contents on methane production 16 2.5.1 Relationship of ruminal short-chain fatty acids and methane production 17 2.5.2 Milk fatty acids to estimate methane emission 19 2.6 Description of methods 20 2.6.1 Methane Measurement 20 2.6.2 Sampling of rumen contents 21 2.6.3 Methods to identify microbes 22 2.7 Objective and realization of the studies 23 3 Publications 26 3.1 First Publication 26 3.1.1 Supplement first Publication 40 3.2 Second Publication 42 3.2.1 Supplement second Publication 56 4 Discussion 60 4.1 Assessment of experimental design 60 4.1.1 Animals 60 4.1.2 Feed 61 4.1.3 Rumen fluid 61 4.1.4 Blood and milk metabolites 62 4.2 Assessment of results 62 4.2.1 Variance of methane emissions 62 4.2.2 Rumen short-chain fatty acids and methane 65 4.2.3 Acetate in the cows’ metabolism and methane production 66 4.2.4 Fat mobilization in early lactation 67 4.2.5 NEFA in the context of metabolism 68 4.2.6 Rumen microbes 69 4.2.6.1 Microbial community change over time 70 4.2.6.2 Community differences between individuals 71 4.2.6.3 Relationship between microbes and methane production levels 72 4.2.7 Further considerations 74 5 Conclusions 75 6 Summary 77 7 Zusammenfassung 79 8 References 81 / Methane (CH4) production in dairy cows is influenced by a variety of environmental and host-specific factors, among which dry matter intake and ration composition have the greatest impact. The major part of CH4 is produced in the rumen by Archaea. The short-chain fatty acid (SCFA) acetate is also produced in the rumen by microbial fermentation and can be used by the host to synthesize milk fat in the mammary gland. The production of acetate is correlated with ruminal CH4 production. Milk fat can also be synthesized from non-esterified fatty acids (NEFA) and triacylglycerol that originate from endogenous fat stores of dairy cows, especially during times of fat mobilization. This study checked the hypothesis that a higher fat mobilization during early lactation decreases ruminal acetate production by replacing acetate for milk fat synthesis and, thus, decreases synthesis of CH4. Another aim of this study was to test the hypothesis that increases in CH4 yield over the course of lactation are associated with changes in rumen microbial community profile, and that high and low CH4 emitting cows differ in their bacterial and archaeal community structure. A herd of 20 Holstein cows was studied during the course of their first lactation; feed intake and diet composition was monitored. Blood and rumen fluid were repeatedly sampled throughout the trial. Plasma NEFA concentrations were analyzed by photometrical analysis, and rumen SCFA concentrations by gas chromatography. Individual CH4 production was measured in respiration chambers at four times during the observation period. In a subgroup of 9 cows, rumen fluid samples from 3 timepoints during lactation were subjected to DNA extraction and bacterial and archaeal 16S rRNA amplicons were sequenced. The bacterial and archaeal community structures in the rumen fluid were described, and the rumen microbiome composition linked to CH4 yield. Statistical analysis was conducted using repeated measurement ANOVA and Tukey tests, as well as Pearsons’ correlation for selected parameters. Microbial data was further treated with multivariate analyses (PERMANOVA) and Bray-Curtis dissimilarities were determined. Total CH4 production increased significantly over time from an average 208 L/day during the dry period to 516 L/day in late lactation. The level of fat mobilization, expressed as blood plasma NEFA concentrations, and CH4 yield showed an inverse relationship in early lactation (p = 0.002). High mobilizing cows (NEFA > 580 μmol/L) tended to show higher ruminal acetate concentrations than low mobilizing cows (NEFA < 580 μmol/L) only before parturition and not during lactation. Despite a diet composition that was kept as constant as possible throughout the lactation, the microbial community changed significantly over time as indicated by a decrease in species richness and species evenness. However, in late lactation when CH4 yield was highest, no difference in bacterial or archaeal community structure could be detected between the three highest CH4 yielding cows and the three lowest CH4 yielding cows. The ratio of (acetate + butyrate) / propionate in rumen fluid changed significantly with progressing lactation from 3.5 to 4.4, accompanied by an increase in CH4 production from 434.3 L/d to 540.5 L/d. However, no correlation between the concentration of ruminal SCFA and CH4 yield was found. The metabolic state of the animal, especially the degree of fat mobilization during times of negative energy balance, had an impact on CH4 yield. Also, the microbial community composition in the rumen and its metabolic network is adaptable and changes over time. However, in this study individual microorganisms could not be identified to serve as predictor for CH4 emission from dairy cows at the moment. Rather, shifts in the microbial communities as a whole appear to be responsible for the changes in CH4 yield.:1 Introduction 1 2 Background 2 2.1 Greenhouse Gases 2 2.2 Dairy cows and their importance to food production 3 2.3 Rumen functions 5 2.3.1 Anatomy and Physiology 5 2.3.2 Rumen microbes 7 2.3.2.1 Bacteria 8 2.3.2.2 Archaea 11 2.3.3 Short-chain fatty acids 12 2.3.4 Methane formation 15 2.4 Interrelationship between methane and host animal physiology 15 2.4.1 Physiologic aspects affecting methane formation 15 2.5 Effects of feed composition and feed contents on methane production 16 2.5.1 Relationship of ruminal short-chain fatty acids and methane production 17 2.5.2 Milk fatty acids to estimate methane emission 19 2.6 Description of methods 20 2.6.1 Methane Measurement 20 2.6.2 Sampling of rumen contents 21 2.6.3 Methods to identify microbes 22 2.7 Objective and realization of the studies 23 3 Publications 26 3.1 First Publication 26 3.1.1 Supplement first Publication 40 3.2 Second Publication 42 3.2.1 Supplement second Publication 56 4 Discussion 60 4.1 Assessment of experimental design 60 4.1.1 Animals 60 4.1.2 Feed 61 4.1.3 Rumen fluid 61 4.1.4 Blood and milk metabolites 62 4.2 Assessment of results 62 4.2.1 Variance of methane emissions 62 4.2.2 Rumen short-chain fatty acids and methane 65 4.2.3 Acetate in the cows’ metabolism and methane production 66 4.2.4 Fat mobilization in early lactation 67 4.2.5 NEFA in the context of metabolism 68 4.2.6 Rumen microbes 69 4.2.6.1 Microbial community change over time 70 4.2.6.2 Community differences between individuals 71 4.2.6.3 Relationship between microbes and methane production levels 72 4.2.7 Further considerations 74 5 Conclusions 75 6 Summary 77 7 Zusammenfassung 79 8 References 81

Die Recurrent airway obstruction (RAO), im deutschen auch als „Dämpfigkeit“ be-zeichnet, ist eine weltweit anerkannte und weit verbreitete Erkrankung der Luftwege beim Pferd, die durch eine hypersensitiv-vermittelte Entzündung der Atemwege und begleitende Neutrophilie charakterisiert ist. Ausgelöst durch ungünstige Umweltbedingungen umfasst der klassische Phänotyp dieses Krankheitsbildes Husten, Nasenausfluss, Dyspnoe und Leistungsabfall. Die pathophysiologischen Vorgänge äußern sich in Bronchialobstruktion, Schleimhypersekretion, Hyperreaktivität und Umbauvorgängen (Airway remodelling) der Atemwege. In der Literatur existieren bisher noch keine genaueren Daten zur sympathischen und parasympathischen Lungeninnervation beim Pferd. Die vorliegende Arbeit liefert erstmalig eine umfangreichere immunhistochemische Analyse der Nervenäste in der equinen Lunge. Durch Immunfluoreszenz-Markierungen von ChAT und TH wurden sympathische und parasympathische Fasern detektiert. Die hierfür eingesetzten hochgereinigten Antikörper haben sich hierbei als geeignete Marker für cholinerge bzw. katecholaminerge Zellstrukturen erwiesen. Hierbei gab es keinen Hinweis darauf, dass sich die Immunreaktivität im Faserverlauf ändert oder von kranial nach kaudal schwächer wird. Auffällig war die starke Immunreaktivität der ChAT in den untersuchten Gewebeschnitten eines an RAO erkrankten Pferdes, die auf eine Hochregulation des Parasympathikus im Verlauf dieser Lungenerkrankung deutet. Die zusätzliche Detektion weiterer neuronaler Marker wie z.B. MAP2 oder NF-L sowie von Mikroglia und Astrozyten erlaubte den Nachweis weiterer Veränderungen im Krankheitsverlauf. Die validierte Koexpression von katecholaminergen bzw. cholinergen Markerenzymen deutet auf eine autonome Regulationsweise mit dem Potential einer variablen Reaktion auf Umwelteinflüsse. Die in der vorliegenden Arbeit etablierte Immunfluoreszenz-Doppelmarkierung von cholinergen und katecholaminergen Zellstrukturen bildet eine solide Grundlage für weitere Untersuchungen in Pferdegeweben unter physiologischen und pathologischen Bedingungen.

Ziel der Untersuchung war eine umfassende und vergleichbare Datengrundlage über den Einfluss verschiedener hauptsächlich orthopädischer Beschlagsmodifikationen auf die Ausrichtung der Zehenknochen, Druckverteilungsmuster und die individuelle Fußung unter Berücksichtigung unterschiedlicher klinisch relevanter Bodeneigenschaften zu generieren und mit Standardbeschlägen, sowie dem Barhuf zu vergleichen.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Anatomie der distalen Gliedmaße des Pferdes 3 2.1.1 Knochen und Gelenke 3 2.1.2 Sehnen und Bänder 6 2.1.3 Der Huf und seine Segmente 10 2.1.3.1 Definition des Hufs 10 2.1.3.2 Der Hufbeinträger 10 2.1.3.3 Segmente des Hufs 11 2.2 Biomechanische Grundlagen 13 2.2.1 Allgemeine Betrachtungsweisen der Biomechanik 13 2.2.2 Die Statik der distalen Gliedmaße des Pferdes 15 2.2.3 Kinetische Betrachtung der distalen Gliedmaße des Pferdes 17 2.3 Analysemethoden biomechanischer Prozesse der distalen Gliedmaße des Pferdes 19 2.3.1 Statische Analysemethoden 20 2.3.1.1 Röntgen 20 2.3.2 Kinetische Analysemethoden 22 2.3.2.1 Druckmessung 22 2.4 Lahmheit und deren Ursachen im Bereich der distalen Gliedmaße 23 2.4.1 Definition des Begriffes Lahmheit und deren Erkennung 24 2.4.2 Risikofaktoren für die Entstehung von Lahmheit 25 2.5 Orthopädischer Beschlag 27 2.5.1 Erkrankungen der distalen Gliedmaße mit Beschlagsindikation 27 2.5.2 Beschlagsmodifikationen 28 2.5.2.1 Beschlagsmodifikationen der dorsopalmaren Ebene 29 2.5.2.2 Beschlagsmodifikationen der mediolateralen Ebene 34 2.5.3 Der Einfluss unterschiedlicher Bodeneigenschaften auf die Wirkung orthopädischer Beschlagsmodifikationen 36 3 Wissenschaftliche Originalarbeiten 38 3.1 Modifying the Surface of Horseshoes: Effects of Eggbar, Heartbar, Open Toe, and Wide Toe Shoes on the Phalangeal Alignment, Pressure Distribution, and the Footing Pattern 38 3.2 Modifying the Height of Horseshoes: Effects of Wedge Shoes, Studs, and Rocker Shoes on the Phalangeal Alignment, Pressure Distribution, and Hoof-Ground Contact During Motion 51 3.3 Modifying Horseshoes in the Mediolateral Plane: Effects of Side Wedge, Wide Branch, and Unilateral Roller Shoes on the Phalangeal Alignment, Pressure Forces, and the Footing Pattern 63 4 Diskussion 73 4.1 Material und Methoden 73 4.1.1 Röntgenuntersuchung 73 4.1.2 Druckmessung 75 4.1.3 Kombination von Röntgenuntersuchungen und Druckmessungen zur Beurteilung biomechanischer Fragestellungen 78 4.2 Die Veränderungen der Zehenknochenausrichtung nach Applikation von orthopädischen Beschlagsmodifikationen 79 4.3 Die Veränderungen des Druckverteilungsmusters unter Hufeisen und Huf nach Applikation von orthopädischen Beschlagsmodifikationen 81 4.4 Der Effekt von orthopädischen Beschlagsmodifikationen auf die individuelle Fußung 84 4.5 Schlussfolgerungen und Ausblick86 5 Zusammenfassung 88 6 Summary 90 7 Literaturverzeichnis 93 / Aim of this study was to establish comprehensive and comparable data groundwork on the influence of a variety of modified horseshoes on the alignment of the bone of the equine distal limb, pressure distribution and individual footing patterns, while considering different practically relevant flooring materials, in comparison to data acquired with standard horseshoes and barefoot examinations.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Anatomie der distalen Gliedmaße des Pferdes 3 2.1.1 Knochen und Gelenke 3 2.1.2 Sehnen und Bänder 6 2.1.3 Der Huf und seine Segmente 10 2.1.3.1 Definition des Hufs 10 2.1.3.2 Der Hufbeinträger 10 2.1.3.3 Segmente des Hufs 11 2.2 Biomechanische Grundlagen 13 2.2.1 Allgemeine Betrachtungsweisen der Biomechanik 13 2.2.2 Die Statik der distalen Gliedmaße des Pferdes 15 2.2.3 Kinetische Betrachtung der distalen Gliedmaße des Pferdes 17 2.3 Analysemethoden biomechanischer Prozesse der distalen Gliedmaße des Pferdes 19 2.3.1 Statische Analysemethoden 20 2.3.1.1 Röntgen 20 2.3.2 Kinetische Analysemethoden 22 2.3.2.1 Druckmessung 22 2.4 Lahmheit und deren Ursachen im Bereich der distalen Gliedmaße 23 2.4.1 Definition des Begriffes Lahmheit und deren Erkennung 24 2.4.2 Risikofaktoren für die Entstehung von Lahmheit 25 2.5 Orthopädischer Beschlag 27 2.5.1 Erkrankungen der distalen Gliedmaße mit Beschlagsindikation 27 2.5.2 Beschlagsmodifikationen 28 2.5.2.1 Beschlagsmodifikationen der dorsopalmaren Ebene 29 2.5.2.2 Beschlagsmodifikationen der mediolateralen Ebene 34 2.5.3 Der Einfluss unterschiedlicher Bodeneigenschaften auf die Wirkung orthopädischer Beschlagsmodifikationen 36 3 Wissenschaftliche Originalarbeiten 38 3.1 Modifying the Surface of Horseshoes: Effects of Eggbar, Heartbar, Open Toe, and Wide Toe Shoes on the Phalangeal Alignment, Pressure Distribution, and the Footing Pattern 38 3.2 Modifying the Height of Horseshoes: Effects of Wedge Shoes, Studs, and Rocker Shoes on the Phalangeal Alignment, Pressure Distribution, and Hoof-Ground Contact During Motion 51 3.3 Modifying Horseshoes in the Mediolateral Plane: Effects of Side Wedge, Wide Branch, and Unilateral Roller Shoes on the Phalangeal Alignment, Pressure Forces, and the Footing Pattern 63 4 Diskussion 73 4.1 Material und Methoden 73 4.1.1 Röntgenuntersuchung 73 4.1.2 Druckmessung 75 4.1.3 Kombination von Röntgenuntersuchungen und Druckmessungen zur Beurteilung biomechanischer Fragestellungen 78 4.2 Die Veränderungen der Zehenknochenausrichtung nach Applikation von orthopädischen Beschlagsmodifikationen 79 4.3 Die Veränderungen des Druckverteilungsmusters unter Hufeisen und Huf nach Applikation von orthopädischen Beschlagsmodifikationen 81 4.4 Der Effekt von orthopädischen Beschlagsmodifikationen auf die individuelle Fußung 84 4.5 Schlussfolgerungen und Ausblick86 5 Zusammenfassung 88 6 Summary 90 7 Literaturverzeichnis 93

Die Dermatitis digitalis (DD) ist eine weltweit verbreitete infektiöse Klauenerkrankung mit negativem Einfluss auf das Wohlbefinden und die Leistung von Milchrindern. Durch die multifaktoriell bedingte Ätiologie und die unterschiedlichen klinischen Erscheinungsformen gestaltet sich die Therapie und Prophylaxe der Erkrankung als schwierig. Schätzungen für Erblichkeiten im moderaten Bereich und die Identifizierung von verschiedenen Kuhtypen hinsichtlich der Anfälligkeit für DD unterstreichen die mögliche Beteiligung von wirtseigenen genetischen Faktoren an der Entstehung der Erkrankung. Unter Anwendung einer intensiven Phänotypisierung DD-betroffener Tiere wurden im Rahmen dieser Arbeit genetisch bedingte Hintergründe der Erkrankung untersucht, Erblichkeiten berechnet und eine Zuchtwertschätzung für DD entwickelt. Zudem war beabsichtigt über eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) relevante chromosomale Bereiche, Kandidatengene und funktionelle Gengruppen für Merkmale, die die Anfälligkeit und den Verlauf der Erkrankung beschreiben, zu identifizieren. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit liefern neue Erkenntnisse hinsichtlich einer züchterischen sowie genomischen Bearbeitung der DD des Holstein-Rindes. Dabei stellt die Nutzung von Phänotypen aus der wiederholten Einstufung von Kühen mittels M-Stadien-Klassifizierungssystem eine Innovation gegenüber der bisherigen Zuchtwertschätzung für Klauenerkrankungen dar. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse eine bereits angenommene polygenetische Beeinflussung der DD beim Holstein-Rind. Eine gezielte züchterische Bearbeitung sollte flächendeckend und ergänzend zu allgemeinen Präventions- und therapeutischen Maßnahmen eingesetzt werden.

Until today equine flexor tendon injuries represent a major entity within the scope of equine medicine. Since their response to treatment is often poor, they remain an important therapeutic challenge for researchers as well as clinicians. It is of great importance to emphasize the tedious nature of the natural healing response within the tendon. This inevitably ends in a repair including scar tissue formation which is inferior to the original tendon tissue especially regarding its biomechanical properties and therefore, predisposing to reinjury. The wide range of treatment strategies for tendinopathies or suspensory ligament pathologies reflects the tenacious nature of the disease as well as lack of universal therapeutic effectiveness. The use of regenerative treatment strategies opened up new prospects for the treatment of tendon injuries and showed promising results. However, research efforts are still warranted to objectively asses their efficacy. At the same time basic science concerning aetiopathogenesis and pathophysiology of equine tendon injuries is still a factor of major importance regarding the development of effective strategies for therapy and prevention. Recently, the use of regenerative medicine has rapidly increased, progressively upstaging traditional surgical treatment options for equine tendon or suspensory ligament pathologies. The aim of the present study on the one hand was the analysis of the results and evaluation of the surgical treatment options percutaneous desmoplasty and osteostixis at the origin of the suspensory ligament by means of retrospective clinical case studies. On the other hand, success of these techniques was evaluated depending on different success parameters. These included the age of the horse, duration of lameness prior to surgery, observance of a given controlled exercise program by the owners and ground conditions. In case of percutaneous osteostixis also presence of a hindlimb conformation predisposing for proximal suspensory desmitis was investigated. Part of the first retrospective study examining percutaneous desmoplasty (tendon splitting) as a single surgical treatment were 71 horses (n=85). Desmoplasty was performed at the origin of the suspensory ligament (41 cases), inferior check ligament (21 cases), superficial flexor tendon (13 cases), branch of the suspensory ligament (6 cases) or at the body of the suspensory ligament (4 cases). The second retrospective study investigated the implementation of percutaneous osteostixis at the origin of the suspensory ligament in 14 horses (n=16). Percutaneous osteostixis was carried out alone (1 case), in conjunction with desmoplasty at the origin of the suspensory ligament (7 cases) and combined with desmoplasty, neurectomy of the deep branch of the lateral plantar nerve and plantar fasciotomy (8 cases). Concerning percutaneous osteostixis overall successful outcome was achieved in 11 horses (78.6 %) respectively 12 cases (75.0 %). The various evaluated parameters showed no statistically significant influence on the success of treatment. For percutaneous desmoplasty overall successful outcome was achieved in 55 cases (67.9 %, n=81). Observance of the controlled exercise program showed a statistically significant influence on the success of treatment (n=79, p<0.05). In summary the present paper illustrates the important role of percutaneous desmoplasty in nowadays` management of tendon and suspensory ligament injuries in the horse. Furthermore, percutaneous osteostixis proved to be a valuable alternative to conservative treatment for osseous as well as soft tissue injuries at the origin of the suspensory ligament, specifically in case of recurring lesions not responding to desmoplasty alone. Therefore, despite the rapidly increasing significance of regenerative treatment strategies these traditional surgical approaches should not fall into oblivion for they still have unchanged effectiveness. Especially postoperative implementation of a controlled and gradually increasing exercise program represents an essential part of rehabilitation, highlighted by the significant connection with successfull outcome of desmoplasty shown in the present paper, as a key factor greatly contributing to the success of each form of therapy:1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 3 2.1 Einführung in die Thematik der equinen Sehnenerkrankungen 3 2.1.1 Anatomische Grundlagen 3 2.1.2 Histologie der Sehne 4 2.1.3 Biomechanik der Sehne 7 2.1.4 Ätiologie und Pathogenese von Sehnenerkrankungen 11 2.1.5 Mechanismus der Sehnenheilung 20 2.1.6 Grundsätzliches zur Therapie von Sehnenerkrankungen 29 2.1.7 Definitionen 32 2.2 Das perkutane Sehnensplitting beim Pferd 33 2.2.1 Grundprinzip und Indikationen 33 2.2.2 Bedeutung des postoperativen Managements 35 2.3 Einsatzgebiete der perkutanen Osteostixis im Bereich des Fesselträgerursprungs 38 2.3.1 Allgemeines zur Methodik der Osteostixis 38 2.3.2 Anatomische Verhältnisse im Bereich des FTRU 40 2.3.3 Klinisches Erscheinungsbild der PSD 42 2.3.4 Sonographische Untersuchung 43 2.3.5 Röntgenologische Untersuchung 46 2.3.6 Szintigraphische Untersuchung 47 2.3.7 Magnetresonanztomographische Untersuchung 48 2.3.8 Innervation des FTRU 49 2.3.9 Diagnostische Anästhesien 49 2.3.10 Begleitoperationen zur Osteostixis: Faziotomie, Neurektomie und Splitting 50 2.3.11 Knochenschmerz 55 2.3.12 Prädispositionen für die Entwicklung einer PSD 55 3 TIERE, MATERIAL UND METHODEN 57 3.1 Sehnensplitting 57 3.1.1 Material 57 3.1.1.1 Einschlusskriterien 57 3.1.1.2 Alters-, Geschlechts-, Nutzungs- und Rassenverteilung 57 3.1.1.3 Erkrankte Gliedmaßen und Strukturen 57 3.1.1.4 Begleitende Eingriffe 58 3.1.1.5 Vorbehandlung 58 3.1.1.6 Begleitende Behandlung 58 3.1.1.7 Folgeinformationen 58 3.1.2 Methoden 58 3.1.2.1 Diagnostik 58 3.1.2.1.1 Klinische Lahmheitsuntersuchung 58 3.1.2.1.2 Befunderhebung mittels bildgebender Verfahren 59 3.1.2.2 Durchführung 60 3.1.2.2.1 Methodik des Sehnensplittings 60 3.1.2.2.2 Postoperatives Management 61 3.1.2.2.3 Kontrolliertes Bewegungsprogramm 61 3.1.2.3 Statistik 62 3.2. Osteostixis 63 3.2.1 Material 63 3.2.1.1 Einschlusskriterien 63 3.2.1.2 Alters-, Geschlechts-, Nutzungs- und Rassenverteilung 64 3.2.1.3 Erkrankte Gliedmaßen und begleitende Eingriffe 64 3.2.1.4 Vorbehandlung 64 3.2.1.5 Begleitende Behandlung 64 3.2.1.6 Folgeinformationen 64 3.2.2 Methoden 65 3.2.2.1 Diagnostik 65 3.2.2.1.1 Klinische Lahmheitsuntersuchung 65 3.2.2.1.2 Befunderhebung mittels bildgebender Verfahren 66 3.2.2.2 Durchführung 66 3.2.2.2.1 Methodik der perkutanen Osteostixis sowie der Begleitoperationen 66 3.2.2.2.2 Postoperatives Management 68 3.2.2.2.3 Kontrolliertes Bewegungsprogramm 68 3.2.2.3 Statistik 69 4 ERGEBNISSE 70 4.1 Ergebnisse Sehnensplitting 70 4.1.1 Sehnenübergreifende Ergebnisse 70 4.1.2 Sehnenspezifische Ergebnisse 72 4.1.2.1 Splitting des Fesselträgerkörpers (FTRK, 4 Fälle) 72 4.1.2.2 Splitting des Fesselträgerschenkels (FTRS, 6 Fälle) 72 4.1.2.3 Splitting der oberflächlichen Beugesehne (OBS, 13 Fälle) 73 4.1.2.4 Splitting des Unterstützungsbandes der tiefen Beugesehne (UB-TBS, 21 Fälle) 74 4.1.2.5 Splitting des Fesselträgerursprungs (FTRU, 41 Fälle) 75 4.2 Ergebnisse Osteostixis 78 4.2.1 Fallbetrachtungen Osteostixis 79 4.2.1.1 Osteostixis ohne Begleitoperationen (1 Fall) 79 4.2.1.2 Osteostixis mit Splitting des FTRU (7 Fälle) 79 4.2.1.3 Osteostixis mit Splitting sowie Fasziotomie und Neurektomie (8 Fälle) 81 5 DISKUSSION 84 5.1. Anmerkungen zum Studienaufbau 84 5.2 Beurteilung der Ergebnisse des perkutanen Sehnensplittings 84 5.3 Beurteilung der Ergebnisse der perkutanen Osteostixis 88 5.4 Schlussfolgerungen 91 6 ZUSAMMENFASSUNG 93 7 SUMMARY 95 8 LITERATURVERZEICHNIS 97 9 DANKSAGUNG 110

Die vorliegende Arbeit legt den histologischen Aufbau der Euterhaut, des Milchdrüsenparenchyms sowie der Zitzen auf licht- und elektronenmikroskopischer Ebene bei den Tierarten Rind, Pferd, Schaf und Ziege umfassend dar.:1. Einleitung (S. 8) 2. Schrifttum (S. 11) 2.1. Haut (S. 11) [...] 2.2. Milchdrüse (S. 28) [...] 3. Eigene Untersuchungen (S. 45) 3.1. Material und Methoden (S. 45) [...] 3.2. Ergebnisse (S. 48) [...] 4. Diskussion (S. 146) 5. Zusammenfassung (S. 185) 6. Summary (S. 188) 7. Literaturverzeichnis (S. 191) 8. Selbstständigkeitserklärung (S. 221) 9. Lebenslauf, Danksagung, Thesen (S. 222)

Die Paratuberkulose (Johne′sche Erkrankung) ist eine chronische bakterielle Darmerkrankung mit weltweiter Bedeutung, hervorgerufen durch Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP). Neben selten ausgeprägten klinischen Symptomen wie Durchfall und Abmagerung führen vor allem Milchleistungsabfall, erhöhte Krankheitsanfälligkeit und verminderte Schlachterlöse zu ökonomischen Verlusten. Ein Zusammenhang zwischen einer Infektion mit MAP und Morbus Crohn, einer chronischen Darmerkrankung des Menschen, wird seit langem diskutiert. Die Anzucht auf Festkultur HEYM (Herrolds Egg Yolk Agar) ist aufgrund von mäßiger Sensitivität und langer Anzuchtdauer bis zu 16 Wochen keine optimale Referenzmethode, bietet jedoch eine hohe Testspezifität. Die Anzucht in Flüssigkultur wird als Alternative mit kürzerer Anzuchtdauer und höherer Sensitivität beschrieben. Für den Erregernachweis wird neben der Anzucht der DNA-Nachweis aus Kot mittels PCR-Verfahren (Direkt-PCR) als schnelle, automatisierbare Methode in der Paratuberkulose-Diagnostik verwendet. Die fäkal-orale Übertragung von MAP von der Kuh auf das Kalb gilt als wichtige Infektionsquelle innerhalb einer Herde. Die Kenntnis über den MAP-Status des Muttertieres vor der Geburt ist besonders hilfreich, um frühzeitig Maßnahmen zum Schutz des Kalbes treffen zu können. Vorrangiges Ziel dieser Arbeit war die optimierte Verwendung und Validierung von Methoden für einen raschen, sensitiven und automatisierbaren Nachweis von MAP innerhalb von maximal acht Wochen und unter Berücksichtigung der Anwendbarkeit für Paratuberkulose-Kontrollprogramme. Zu Beginn wurden 20 Kotproben mit Direkt-PCR-Verfahren (DNA-Extraktion und DNA-Nachweis direkt aus Kot) untersucht: Konkret wurden zwei kommerzielle Kombinatonskits (DNA-Extraktionskit für Kotproben mit real-time PCR in einem Kit) mit sechs weiteren DNA-Extraktionskits mit publizierter real-time PCR verglichen. Die zwei Kombinationskits dienten im Nachgang zur Untersuchung von 107 positiven und 50 negativen Kotproben. Parallel wurden diese Proben auf Festkultur HEYM und in Flüssigmedium M7H9C für 12 Wochen kultiviert. Für die anschließende Feldstudie wurden 245 Einzelkotproben und 12 Sockentupfer aus drei Milchviehbetrieben mit Laufstallhaltung entnommen und mit einer Direkt-PCR (Kombinationskit) und dem Flüssigmedium M7H9C nach 6-wöchiger Anzucht untersucht. Der statistische Vergleich der positiven und negativen Ergebnisse der Methoden sowie der Vergleich der Anzahl positiver Kulturröhrchen und der PCR-Signalstärke nach Kultivierung wurden mit dem Fishers Exakt-Test durchgeführt. Ein Typ 1-Fehler α von < 0,05 wurde als signifikant gewertet. Die Kombinationskits zeigten signifikant mehr positive Ergebnisse als die anderen sechs getesteten Extraktionskits (p < 0,04). Beide Kombinationskits erreichten eine Sensitivität von 86 % bzw. 89 % bei 100 % Spezifität im Vergleich zur Anzucht in dem Flüssigmedium M7H9C, welches nach 6-wöchiger Anzucht 97 % und nach 12 Wochen 100 % der positiven Proben erkannte, ebenfalls bei 100 % Spezifität. Auf Festkultur HEYM (12-wöchige Anzucht) gelang bei 74 % der Proben ein Erregernachweis. In der Feldstudie wurde MAP-DNA in Sockentupfer-Proben von allen Betrieben mit Direkt-PCR und Flüssigkultur nachgewiesen. Bei der Untersuchung der Einzelkotproben stimmten 74 % der positiven Ergebnisse beider Methoden überein. Die Stärke des PCR-Signals nach Kultivierung unterschied sich signifikant zwischen Proben mit positivem Signal in nur einem Röhrchen und Proben mit positivem Signal in zwei oder drei Röhrchen (p < 0,01). Die Direkt-PCR ist bei Verwendung von Kombinationskits gut geeignet als schnelle automatisierbare Methode für die Detektion von MAP-Ausscheidern. In Herden mit niedriger Ausscheidungsrate wird die Anzucht in dem Flüssigmedium M7H9C als Methode mit höherer Nachweisrate und Ergebnissen nach acht Wochen empfohlen. Dieses Zeitfenster ermöglicht zusätzlich die Untersuchung während der Trockenstehphase und bietet Informationen zum MAP-Status der Mutterkuh bereits vor der Abkalbung.:INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 PARATUBERKULOSE 2 2.1.1 Ätiologie 2 2.1.2 Krankheitsbild 3 2.1.3 Das zoonotische Potenzial 3 2.2 DIAGNOSTIK 4 2.2.1 Diagnostische Herausforderungen des Erregernachweises 4 2.2.2 Nachweis des Erregers mittels PCR-Verfahren und Kultivierung 5 2.2.3 Nachweis von Antikörpern mittels ELISA 5 2.2.4 Probenart und Entnahme 6 2.3 BEKÄMPFUNG DER PARATUBERKULOSE 7 2.3.1 Risikofaktoren einer Infektion 7 2.3.2 Bestehende Bekämpfungsprogramme 8 2.3.3 Hygiene und Herdenmanagement 10 3 ZIELSETZUNG 11 4 PUBLIKATIONEN 12 4.1 PUBLIKATION 1 12 Stellungnahme zum Eigenanteil der Arbeit an der Publikation 1: 12 4.2 PUBLIKATION 2 22 Stellungnahme zum Eigenanteil der Arbeit an der Publikation 2: 22 5 DISKUSSION 31 6 ZUSAMMENFASSUNG 41 7 SUMMARY 43 8 LITERATURVERZEICHNIS 45 DANKSAGUNG 54

Der Einsatz von Ex-vivo-Modellen ermöglicht die experimentelle Untersuchung isolierter Organe, die vom Gesamtorganismus unbeeinflusst sind. Für viele Spezies und Organe sind solche Modelle bereits beschrieben. Wird das Organ dabei perfundiert, stehen flusskonstante und druckkonstante Perfusion zur Auswahl. Für den Larynx des Pferdes existiert in der Literatur bisher nur ein einziges flusskonstant perfundiertes Modell. Im Bereich der Pferdemedizin können solche Modelle helfen, neue Behandlungsoptionen der sogenannten recurrent laryngeal neuropathy (RLN) zu entwickeln, bei der es zu einer Atrophie des Musculus cricoarytaenoideus dorsalis (CAD) kommt. Die Studie hatte zum Ziel, ein druckkonstant perfundiertes Ex-vivo-Modell des equinen Larynx zu etablieren, in dessen Fokus insbesondere die Funktionalität des CAD stand. Hierzu wurden in zwei Vorversuchsphasen verschiedene Parameter auf ihre Eignung als Marker für die Vitalität des entnommenen Kehlkopfes getestet. Die ermittelten Parameter wurden dann in den Hauptversuchen verwendet, um die Vitalität des perfundierten Kehlkopfes zu Beginn und am Ende der Perfusion zu untersuchen. Für die Untersuchungen wurden Kehlköpfe von 16 Pferden verwendet. Diese wurden im direkten Anschluss an die Euthanasie frisch entnommen und im Labor an einen Perfusionskreislauf angeschlossen. Hierzu wurde eine modifizierte Tyrode-Lösung beidseits über die Arteria thyroidea cranialis perfundiert. Die Lösung wurde über den gesamten Versuchszeitraum mit Carbogen begast und somit ein pH-Wert von 7,35 bis 7,45 gehalten. Es wurde ein konstanter Perfusionsdruck von 9,81 kPA eingestellt. Im Anschluss an die Adaptationsphase wurden die Vitalitätsparameter zur Überprüfung der Unversehrtheit und Funktionalität der arteriellen Gefäßversorgung und des CAD getestet. Neben der myogenen Autoregulation wurde die Reaktion der Gefäße auf die Zugabe von Noradrenalin (NA), Nitroprussid (NO) und Papaverin (Papa) als Vasokonstriktor (NA) und Vasodilatatoren (NO, Papa) ermittelt. Des Weiteren wurde die Kontraktilität und Funktionalität des CAD durch Messung des intramuskulären Druckes nach elektrischer Stimulation überprüft. Zusätzlich wurden aus dem Perfusat Proben zur Messung von Laktat und der Aktivität der Laktat-Dehydrogenase (LDH) zu drei Zeitpunkten entnommen. Für die statistische Auswertung wurden eine einfache ANOVA mit wiederholten Messungen sowie der Holm-Sidak-Test als Post-hoc-Test im Falle signifikanter Unterschiede verwendet. Dabei wurde eine Wahrscheinlichkeit von p < 0,05 als statistisch signifikant angenommen. Im Hauptversuch konnten an n = 5 Kehlköpfen Perfusionen über einen Zeitraum von 352 ± 18,59 Minuten durchgeführt werden. Die myogene Autoregulation zu Beginn der Perfusion war bei drei Kehlköpfen und zum Ende der Perfusion bei vier Kehlköpfen sichtbar. Auf die Zugabe von NA reagierten am Beginn der Perfusion vier Kehlköpfe und am Ende der Perfusion alle fünf Kehlköpfe mit einer Vasokonstriktion. NO erzeugte am Versuchsbeginn bei vier Kehlköpfen eine Vasodilatation. Die Zugabe von NO und Papa führte am Versuchsende in allen Fällen zu einer Vasodilatation. Die Kontraktilität des CAD nach elektrischer Stimulation konnte in allen Fällen am Versuchsbeginn und Versuchsende gemessen werden. Bei Überprüfung der Funktionalität des CAD zeigten sich insgesamt heterogene Messergebnisse. Im Verlauf der Perfusion stiegen sowohl die Konzentration des Laktats als auch die Aktivität der LDH statistisch signifikant an, lagen aber beide im Bereich der für das Pferd in der Literatur beschriebenen Normwerte. Die vorliegende Arbeit beschreibt erstmalig die Etablierung eines druckkonstant perfundierten Ex-vivo-Modells des equinen Larynx. Über verschiedene Vitalitätstests wurde die Intaktheit und Funktionalität des perfundierten Kehlkopfes überprüft. Die myogene Autoregulation hat sich als sinnvoller aber störanfälliger Test erwiesen. Die Applikation vasoaktiver Substanzen zur Überprüfung der Funktionalität der arteriellen Gefäße hat sich als sehr zuverlässig gezeigt. Der Test auf Kontraktilität des CAD hat sich als Vitalitätsparameter mit geringer Aussagekraft gezeigt. Der Test auf Funktionalität des CAD hingegen hatte eine höhere Aussagekraft über die Vitalität des entnommenen Kehlkopfes, zeigte aber auch interindividuelle Schwankungen. Das in der vorliegenden Arbeit beschriebene Ex-vivo-Modell stellt eine solide Grundlage für weitere Untersuchungen auf dem Gebiet der Kehlkopflähmung dar.