Einleitung: Wildtiere stellen eine Quelle zoonotischer Erreger dar. Insbesondere Mesokarnivoren, kleine bis mittelgroße Karnivoren, wie z. B. Füchse, Marderhunde, Waschbären, Dachse und Marder, spielen eine besondere Rolle bei Eintrag, Erhalt und Übertragung parasitärer Zoonosen auf Haustiere und den Menschen. Ziele der Untersuchung: Das Ziel der Arbeit bestand darin, Vorkommen und Prävalenz relevanter zoonotischer Parasiten bei wildlebenden Karnivoren zu definieren und eventuell vorhandene Areale mit einem erhöhten „relativen geografischen Risiko“ als Näherungswert für das Infektionsrisiko des Menschen zu berechnen. Im Sinne des One-Health-Ansatzes wurde das vorhandene Risiko sowie Risikominderungsmaßnahmen unter Betrachtung der Erreger, der Wirte und der Umwelt interpretiert. Tiere, Material und Methoden: In den Jahren 2016 und 2017 wurden im Rahmen des Surveillanceprogramms zur Aufrechterhaltung des Status „Tollwutfreie Region“ 1.206 Wildkarnivoren, darunter 926 Füchse, 213 Waschbären, 38 Marderhunde und 29 andere Karnivoren (Dachs, Marder, Steinmarder), eingesendet. Dabei wurden die Untersuchungen bei den in Mitteleuropa für den jeweiligen Parasiten relevantesten Endwirten durchgeführt. Konkret wurde auf Echinococcus multilocularis (Füchse und Marderhunde, n= 864), Baylisascaris procyonis (Waschbären, n= 197), Alaria alata (Füchse und Marderhunde, n= 864), Trichinella spp., Thelazia callipaeda und Sarcoptes scabiei (alle Karnivoren, n= 1.206) untersucht. Zudem wurde im Jahr 2018 eine Stichprobe von 150 Füchsen auf Giardia spp. untersucht. Für alle nachgewiesenen Erreger wurde die adjustierte Prävalenz berechnet. Zur Beantwortung der Frage, ob Anhäufungen positiver Nachweise durch die zugrundeliegende Populationsdichte zu erklären waren, wurden unter Nutzung der Pakete „sparr“, „sm“ und „maptools“ in der Software R eine Kernelglättung mit berechnetem, konstanten Glättungsparameter durchgeführt und darüber hinaus Toleranzkonturen ermittelt. Dadurch konnten Areale mit einem erhöhten Risiko der Infektion der Endwirte definiert werden. Ergebnisse: Folgende adjustierte Prävalenzen wurden für die untersuchten Erreger nachgewiesen: Echinococcus multilocularis 27,71 % (adjust. KI 95 %: 24,94 %–30,49 %), Baylisascaris procyonis 32,49 % (KI 95 % 25,96 %–39,01 %), Giardia intestinalis 27,43 % (adjust. KI 95 %: 20,32 %–34,54 %), Alaria alata 0,58 % (KI 95 %: 0,07 %–1,08 %), Trichinella spp. 0,25 % (KI 95 %: 0–0,53 %) und Sarcoptes scabiei 2,24 % (adjust. KI 95 %: 1,4 %–3,07 %). Für alle Erreger, außer Sarcoptes scabiei, konnten Risikogebiete berechnet werden. Thelazia callipaeda konnte bei keinem Tier nachgewiesen werden. Schlussfolgerungen: Mit der vorliegenden Studie wurden One-Health-relevante zoonotische, parasitäre Erreger bei Wildkarnivoren in Sachsen-Anhalt nachgewiesen. Für Echinococcus multilocularis und Baylisascaris procyonis kann durch die ermittelten Prävalenzen und die Berechnung von Risikoarealen ein Risiko für die Bevölkerung definiert werden. Auch für Giardia intestinalis konnten mit dem Erstnachweis in Füchsen aus Sachsen-Anhalt eine erhöhte Prävalenz und Risikoareale berechnet werden. Hier kann von einem Risiko für die Bevölkerung ausgegangen werden, obwohl die assemblages nicht differenziert wurden. Bei Trichinella spp. und Alaria alata kann keine direkte Risikoeinschätzung erfolgen. Jedoch kann aufgrund der niedrigen Prävalenz von einem geringen Risiko ausgegangen werden. Da Thelazia callipaeda nicht nachgewiesen wurde, ist das Risiko in Sachsen-Anhalt vernachlässigbar. Für Sarcoptes scabiei konnte eine geringe Prävalenz, die vermutlich unterschätzt ist, berechnet werden. Auch hierbei kann von einem vernachlässigbaren Risiko ausgegangen werden. Weitere Untersuchungen von Zoonoseerregern mit diesem One-Health-Ansatz sind für eine frühzeitige Erkennung von Änderungen des Risikos für den Menschen relevant.:Abkürzungsverzeichnis 1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Wildkarnivoren 2.1.1 Rotfuchs 2.1.2 Waschbär 2.1.3 Marderhund 2.1.4 Dachs 2.1.5 Marder 2.2 Ausgewählte zoonotische Parasiten 2.2.1 Echinococcus multilocularis 2.2.2 Baylisascaris procyonis 2.2.3 Giardia spp. 2.2.4 Alaria alata 2.2.5 Trichinella spp. 2.2.6 Thelazia callipaeda 2.2.7 Sarcoptes scabiei 3. Material und Methoden 3.1 Untersuchungsgebiet 3.2 Untersuchungsmaterial 3.3 Untersuchungsmethoden zum Erregernachweis 3.3.1 Echinococcus multilocularis 3.3.2 Baylisascaris procyonis 3.3.3 Giardia spp. 3.3.4 Alaria alata 3.3.5 Trichinella spp. 3.3.6 Thelazia callipeda 3.3.7 Sarcoptes scabiei 3.4. Methoden zur statistischen Auswertung 3.4.1 Geografische Darstellung der Untersuchungsergebnisse 3.4.2 Vergleich zwischen zwei Proportionen 3.4.4 Berechnung der Konfidenzintervalle bei nicht extremen Prävalenzen 3.4.5 Berechnung der geographischen Erkrankungswahrscheinlichkeit 4. Ergebnisse 4.1 Echinococcus multilocularis 4.2 Baylisascaris procyonis 4.3 Giardia spp. 4.4 Alaria alata 4.5 Trichinella spp. 4.6 Thelazia callipaeda 4.7 Sarcoptes scabiei 5. Diskussion und Schlussfolgerungen 6. Zusammenfassung 7. Summary 8. Literaturverzeichnis Anhang Angaben zum Probenmaterial / Introduction: Wild animals are a source of zoonotic pathogens. Especially mesocarnivores, small- or mid-sized carnivores, i.e. foxes, raccoon dogs, raccoons, badgers and martens, play a relevant role in the introduction, maintenance and transmission of parasitic zoonoses to humans or domestic animals. Aims of the Study: Aim of this study was to define the presence and prevalence of relevant zoonotic parasites in wild carnivores and to detect areas with an increased “spatial relative risk” as proxy for the risk of human infection. The risk and risk reducing measures were interpreted under consideration of the pathogens, the hosts and the environment as requested by a One-Health approach. Animals, Material and Methods: In the years 2016 and 2017, 1.206 wild carnivores, therefrom 926 foxes, 213 raccoons, 38 raccoon dogs and 29 other carnivores (badgers and martens), of the surveillance program against rabies were examined. The study was carried out on the final hosts that are most relevant for the respective parasite in Central Europe. Overall, Echinococcus multilocularis (foxes and raccoon dogs, n=864), Baylisascaris procyonis (raccoons, n=197), Alaria alata (foxes and raccoon dogs, n=864), Trichinella spp., Thelazia callipaeda and Sarcoptes scabiei (all carnivores, n=1.206) were examined. In 2018, a sample of 150 foxes was examined for Giardia spp.. The adjusted prevalence was calculated. In order to answer the question whether the accumulation of positive detections could be explained by the underlying population density, a kernel smoothing with a calculated, constant smoothing parameter was performed using the packages 'sparr', 'sm' and 'maptools' in the software R and tolerance contours were also determined. This made it possible to define areas with an increased risk of infection of the final hosts. Results: Following adjusted Prevalences could be calculated: Echinococcus multilocularis 27.71 % (adjust. CI 95 %: 24.94 %–30.49 %); Baylisascaris procyonis 32.49 % (CI 95 %: 25.96 %–39.01 %), Giardia intestinalis 27.43 % (adjust. CI 95 %: 20.32 %–34.54 %), Alaria alata 0.58 % (CI 95 %: 0.07 %–1.08 %), Trichinella spp. 0.25 % (CI 95 %: 0 %–0.53 %) and Sarcoptes scabiei 2.24 % (adjust. CI 95 %: 1.4 %–3.07 %). For all these pathogens, except Sarcoptes scabiei, risk areas were calculated. Thelazia callipaeda could not be detected in any animal. Conclusions: With the current study, it was possible to prove the presence of One-Health relevant zoonotic, parasitic pathogens in wild carnivores in Saxony-Anhalt. For Echinococcus multilocularis and Baylisascaris procyonis, a risk for the population can be defined by the recorded prevalence and the calculated risk areas. Giardia intestinalis was detected for the first time in foxes in Saxony-Anhalt. Also for this parasite an increased prevalence and risk areas were calculated. Here, a risk for the population can be assumed, although the assemblages have not been differentiated. In the case of Trichinella spp. and Alaria alata, a direct risk assessment cannot be made. However, due to the low, determined prevalence, a reduced risk can be assumed. Since Thelazia callipaeda has not been detected, there is currently a neglibible risk in Saxony-Anhalt. For Sarcoptes scabiei, a low prevalence, which is probably underestimated, could be detected. In this case, a negligible risk can be assumed. Further studies of zoonotic pathogens with this One-Health approach are relevant to determine rapidly a change in the risk for humans.:Abkürzungsverzeichnis 1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Wildkarnivoren 2.1.1 Rotfuchs 2.1.2 Waschbär 2.1.3 Marderhund 2.1.4 Dachs 2.1.5 Marder 2.2 Ausgewählte zoonotische Parasiten 2.2.1 Echinococcus multilocularis 2.2.2 Baylisascaris procyonis 2.2.3 Giardia spp. 2.2.4 Alaria alata 2.2.5 Trichinella spp. 2.2.6 Thelazia callipaeda 2.2.7 Sarcoptes scabiei 3. Material und Methoden 3.1 Untersuchungsgebiet 3.2 Untersuchungsmaterial 3.3 Untersuchungsmethoden zum Erregernachweis 3.3.1 Echinococcus multilocularis 3.3.2 Baylisascaris procyonis 3.3.3 Giardia spp. 3.3.4 Alaria alata 3.3.5 Trichinella spp. 3.3.6 Thelazia callipeda 3.3.7 Sarcoptes scabiei 3.4. Methoden zur statistischen Auswertung 3.4.1 Geografische Darstellung der Untersuchungsergebnisse 3.4.2 Vergleich zwischen zwei Proportionen 3.4.4 Berechnung der Konfidenzintervalle bei nicht extremen Prävalenzen 3.4.5 Berechnung der geographischen Erkrankungswahrscheinlichkeit 4. Ergebnisse 4.1 Echinococcus multilocularis 4.2 Baylisascaris procyonis 4.3 Giardia spp. 4.4 Alaria alata 4.5 Trichinella spp. 4.6 Thelazia callipaeda 4.7 Sarcoptes scabiei 5. Diskussion und Schlussfolgerungen 6. Zusammenfassung 7. Summary 8. Literaturverzeichnis Anhang Angaben zum Probenmaterial

Einleitung: Wildtiere stellen eine Quelle zoonotischer Erreger dar. Insbesondere Mesokarnivoren, kleine bis mittelgroße Karnivoren, wie z. B. Füchse, Marderhunde, Waschbären, Dachse und Marder, spielen eine besondere Rolle bei Eintrag, Erhalt und Übertragung parasitärer Zoonosen auf Haustiere und den Menschen. Ziele der Untersuchung: Das Ziel der Arbeit bestand darin, Vorkommen und Prävalenz relevanter zoonotischer Parasiten bei wildlebenden Karnivoren zu definieren und eventuell vorhandene Areale mit einem erhöhten „relativen geografischen Risiko“ als Näherungswert für das Infektionsrisiko des Menschen zu berechnen. Im Sinne des One-Health-Ansatzes wurde das vorhandene Risiko sowie Risikominderungsmaßnahmen unter Betrachtung der Erreger, der Wirte und der Umwelt interpretiert. Tiere, Material und Methoden: In den Jahren 2016 und 2017 wurden im Rahmen des Surveillanceprogramms zur Aufrechterhaltung des Status „Tollwutfreie Region“ 1.206 Wildkarnivoren, darunter 926 Füchse, 213 Waschbären, 38 Marderhunde und 29 andere Karnivoren (Dachs, Marder, Steinmarder), eingesendet. Dabei wurden die Untersuchungen bei den in Mitteleuropa für den jeweiligen Parasiten relevantesten Endwirten durchgeführt. Konkret wurde auf Echinococcus multilocularis (Füchse und Marderhunde, n= 864), Baylisascaris procyonis (Waschbären, n= 197), Alaria alata (Füchse und Marderhunde, n= 864), Trichinella spp., Thelazia callipaeda und Sarcoptes scabiei (alle Karnivoren, n= 1.206) untersucht. Zudem wurde im Jahr 2018 eine Stichprobe von 150 Füchsen auf Giardia spp. untersucht. Für alle nachgewiesenen Erreger wurde die adjustierte Prävalenz berechnet. Zur Beantwortung der Frage, ob Anhäufungen positiver Nachweise durch die zugrundeliegende Populationsdichte zu erklären waren, wurden unter Nutzung der Pakete „sparr“, „sm“ und „maptools“ in der Software R eine Kernelglättung mit berechnetem, konstanten Glättungsparameter durchgeführt und darüber hinaus Toleranzkonturen ermittelt. Dadurch konnten Areale mit einem erhöhten Risiko der Infektion der Endwirte definiert werden. Ergebnisse: Folgende adjustierte Prävalenzen wurden für die untersuchten Erreger nachgewiesen: Echinococcus multilocularis 27,71 % (adjust. KI 95 %: 24,94 %–30,49 %), Baylisascaris procyonis 32,49 % (KI 95 % 25,96 %–39,01 %), Giardia intestinalis 27,43 % (adjust. KI 95 %: 20,32 %–34,54 %), Alaria alata 0,58 % (KI 95 %: 0,07 %–1,08 %), Trichinella spp. 0,25 % (KI 95 %: 0–0,53 %) und Sarcoptes scabiei 2,24 % (adjust. KI 95 %: 1,4 %–3,07 %). Für alle Erreger, außer Sarcoptes scabiei, konnten Risikogebiete berechnet werden. Thelazia callipaeda konnte bei keinem Tier nachgewiesen werden. Schlussfolgerungen: Mit der vorliegenden Studie wurden One-Health-relevante zoonotische, parasitäre Erreger bei Wildkarnivoren in Sachsen-Anhalt nachgewiesen. Für Echinococcus multilocularis und Baylisascaris procyonis kann durch die ermittelten Prävalenzen und die Berechnung von Risikoarealen ein Risiko für die Bevölkerung definiert werden. Auch für Giardia intestinalis konnten mit dem Erstnachweis in Füchsen aus Sachsen-Anhalt eine erhöhte Prävalenz und Risikoareale berechnet werden. Hier kann von einem Risiko für die Bevölkerung ausgegangen werden, obwohl die assemblages nicht differenziert wurden. Bei Trichinella spp. und Alaria alata kann keine direkte Risikoeinschätzung erfolgen. Jedoch kann aufgrund der niedrigen Prävalenz von einem geringen Risiko ausgegangen werden. Da Thelazia callipaeda nicht nachgewiesen wurde, ist das Risiko in Sachsen-Anhalt vernachlässigbar. Für Sarcoptes scabiei konnte eine geringe Prävalenz, die vermutlich unterschätzt ist, berechnet werden. Auch hierbei kann von einem vernachlässigbaren Risiko ausgegangen werden. Weitere Untersuchungen von Zoonoseerregern mit diesem One-Health-Ansatz sind für eine frühzeitige Erkennung von Änderungen des Risikos für den Menschen relevant.:Abkürzungsverzeichnis 1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Wildkarnivoren 2.1.1 Rotfuchs 2.1.2 Waschbär 2.1.3 Marderhund 2.1.4 Dachs 2.1.5 Marder 2.2 Ausgewählte zoonotische Parasiten 2.2.1 Echinococcus multilocularis 2.2.2 Baylisascaris procyonis 2.2.3 Giardia spp. 2.2.4 Alaria alata 2.2.5 Trichinella spp. 2.2.6 Thelazia callipaeda 2.2.7 Sarcoptes scabiei 3. Material und Methoden 3.1 Untersuchungsgebiet 3.2 Untersuchungsmaterial 3.3 Untersuchungsmethoden zum Erregernachweis 3.3.1 Echinococcus multilocularis 3.3.2 Baylisascaris procyonis 3.3.3 Giardia spp. 3.3.4 Alaria alata 3.3.5 Trichinella spp. 3.3.6 Thelazia callipeda 3.3.7 Sarcoptes scabiei 3.4. Methoden zur statistischen Auswertung 3.4.1 Geografische Darstellung der Untersuchungsergebnisse 3.4.2 Vergleich zwischen zwei Proportionen 3.4.4 Berechnung der Konfidenzintervalle bei nicht extremen Prävalenzen 3.4.5 Berechnung der geographischen Erkrankungswahrscheinlichkeit 4. Ergebnisse 4.1 Echinococcus multilocularis 4.2 Baylisascaris procyonis 4.3 Giardia spp. 4.4 Alaria alata 4.5 Trichinella spp. 4.6 Thelazia callipaeda 4.7 Sarcoptes scabiei 5. Diskussion und Schlussfolgerungen 6. Zusammenfassung 7. Summary 8. Literaturverzeichnis Anhang Angaben zum Probenmaterial / Introduction: Wild animals are a source of zoonotic pathogens. Especially mesocarnivores, small- or mid-sized carnivores, i.e. foxes, raccoon dogs, raccoons, badgers and martens, play a relevant role in the introduction, maintenance and transmission of parasitic zoonoses to humans or domestic animals. Aims of the Study: Aim of this study was to define the presence and prevalence of relevant zoonotic parasites in wild carnivores and to detect areas with an increased “spatial relative risk” as proxy for the risk of human infection. The risk and risk reducing measures were interpreted under consideration of the pathogens, the hosts and the environment as requested by a One-Health approach. Animals, Material and Methods: In the years 2016 and 2017, 1.206 wild carnivores, therefrom 926 foxes, 213 raccoons, 38 raccoon dogs and 29 other carnivores (badgers and martens), of the surveillance program against rabies were examined. The study was carried out on the final hosts that are most relevant for the respective parasite in Central Europe. Overall, Echinococcus multilocularis (foxes and raccoon dogs, n=864), Baylisascaris procyonis (raccoons, n=197), Alaria alata (foxes and raccoon dogs, n=864), Trichinella spp., Thelazia callipaeda and Sarcoptes scabiei (all carnivores, n=1.206) were examined. In 2018, a sample of 150 foxes was examined for Giardia spp.. The adjusted prevalence was calculated. In order to answer the question whether the accumulation of positive detections could be explained by the underlying population density, a kernel smoothing with a calculated, constant smoothing parameter was performed using the packages 'sparr', 'sm' and 'maptools' in the software R and tolerance contours were also determined. This made it possible to define areas with an increased risk of infection of the final hosts. Results: Following adjusted Prevalences could be calculated: Echinococcus multilocularis 27.71 % (adjust. CI 95 %: 24.94 %–30.49 %); Baylisascaris procyonis 32.49 % (CI 95 %: 25.96 %–39.01 %), Giardia intestinalis 27.43 % (adjust. CI 95 %: 20.32 %–34.54 %), Alaria alata 0.58 % (CI 95 %: 0.07 %–1.08 %), Trichinella spp. 0.25 % (CI 95 %: 0 %–0.53 %) and Sarcoptes scabiei 2.24 % (adjust. CI 95 %: 1.4 %–3.07 %). For all these pathogens, except Sarcoptes scabiei, risk areas were calculated. Thelazia callipaeda could not be detected in any animal. Conclusions: With the current study, it was possible to prove the presence of One-Health relevant zoonotic, parasitic pathogens in wild carnivores in Saxony-Anhalt. For Echinococcus multilocularis and Baylisascaris procyonis, a risk for the population can be defined by the recorded prevalence and the calculated risk areas. Giardia intestinalis was detected for the first time in foxes in Saxony-Anhalt. Also for this parasite an increased prevalence and risk areas were calculated. Here, a risk for the population can be assumed, although the assemblages have not been differentiated. In the case of Trichinella spp. and Alaria alata, a direct risk assessment cannot be made. However, due to the low, determined prevalence, a reduced risk can be assumed. Since Thelazia callipaeda has not been detected, there is currently a neglibible risk in Saxony-Anhalt. For Sarcoptes scabiei, a low prevalence, which is probably underestimated, could be detected. In this case, a negligible risk can be assumed. Further studies of zoonotic pathogens with this One-Health approach are relevant to determine rapidly a change in the risk for humans.:Abkürzungsverzeichnis 1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Wildkarnivoren 2.1.1 Rotfuchs 2.1.2 Waschbär 2.1.3 Marderhund 2.1.4 Dachs 2.1.5 Marder 2.2 Ausgewählte zoonotische Parasiten 2.2.1 Echinococcus multilocularis 2.2.2 Baylisascaris procyonis 2.2.3 Giardia spp. 2.2.4 Alaria alata 2.2.5 Trichinella spp. 2.2.6 Thelazia callipaeda 2.2.7 Sarcoptes scabiei 3. Material und Methoden 3.1 Untersuchungsgebiet 3.2 Untersuchungsmaterial 3.3 Untersuchungsmethoden zum Erregernachweis 3.3.1 Echinococcus multilocularis 3.3.2 Baylisascaris procyonis 3.3.3 Giardia spp. 3.3.4 Alaria alata 3.3.5 Trichinella spp. 3.3.6 Thelazia callipeda 3.3.7 Sarcoptes scabiei 3.4. Methoden zur statistischen Auswertung 3.4.1 Geografische Darstellung der Untersuchungsergebnisse 3.4.2 Vergleich zwischen zwei Proportionen 3.4.4 Berechnung der Konfidenzintervalle bei nicht extremen Prävalenzen 3.4.5 Berechnung der geographischen Erkrankungswahrscheinlichkeit 4. Ergebnisse 4.1 Echinococcus multilocularis 4.2 Baylisascaris procyonis 4.3 Giardia spp. 4.4 Alaria alata 4.5 Trichinella spp. 4.6 Thelazia callipaeda 4.7 Sarcoptes scabiei 5. Diskussion und Schlussfolgerungen 6. Zusammenfassung 7. Summary 8. Literaturverzeichnis Anhang Angaben zum Probenmaterial

Vasiliki Katrinaki Objektive Beurteilung diagnostischer Anästhesien von Hufgelenk, Bursa podotrochlearis und Palmarnerven bei Pferden mit Vorderhandlahmheiten und deren Ursprung in der Hufregion. Klinik für Pferde, Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig Eingereicht Dezember 2023 Einleitung: Orthopädische Erkrankungen weisen eine hohe Prävalenz bei Pferden auf und können das Wohlbefinden sowie ihre sportliche Nutzung stark beeinträchtigen. Erkrankungen des Hufrollen-Apparates sind für etwa ein Drittel aller chronischen Lahmheiten der Vordergliedmaße beim Pferd verantwortlich. Perineurale Anästhesien (Leitungsanästhesien) werden genutzt, um den Ursprung der Lahmheit am Pferdebein zu lokalisieren. Um die Lahmheitsursache genauer eingrenzen zu können, werden intra-synoviale Strukturen innerhalb des Hufes (Hufgelenk und/oder Bursa Podotrochlearis) anästhesiert. Die subjektive Beurteilung von Bewegungsstörungen sowie die Interpretation von diagnostischen Anästhesien führt oft zu Unstimmigkeiten zwischen unterschiedlichen Beobachtern. In den letzten Jahren wurden verschiedene Systeme entwickelt, welche eine Quantifizierung der Bewegungsstörung ermöglichen. Hiermit kann die prozentuale Verbesserung der Lahmheit nach der Durchführung diagnostischer Anästhesien über die Zeit erfasst und dokumentiert werden. Eine Anwendung solcher Systeme zur objektiven Beurteilung von Hufgelenkanästhesie (HG-A) und Bursa Podotrochlearis Analgesia (BP-A) wurde bei Pferden mit Vorderhandlahmheit bis heute nicht beschrieben. Ziel: Ziel dieser Arbeit war es: I) Die zeitabhängige Verbesserung natürlich vorkommender Vorderhandlahmheiten mit Ursprung in der Hufregion, nach erfolgter HG-A und BP-A bei Pferden zu beschreiben und II) zu prüfen, ob Schmerzen, die vom Hufgelenk bzw. dem Strahlbeinapparat ausgehen, mittels Leitungsanästhesien (Tiefe Palmarnervenanästhesie (TPA) und Mittlere Palmarnervenanästhesie (MPA)) unterschieden werden können. Unter Anwendung eines auf nicht-invasiven Beschleunigungssensoren basierenden Systems (BMISS, body-mounted inertial sensor system), sollten die Veränderungen des Bewegungsmusters vor und nach Einfluss der oben genannten diagnostischen Anästhesien quantitativ und objektiv erfasst werden. Tiere, Material und Methoden: Es handelt sich um eine prospektive klinische Studie an Patienten, die aufgrund einer Vorderhandlahmeit an der Pferdeklinik, Freie Universität Berlin, zwischen 2012 und 2016 vorstellig wurden. Alle Patienten wurden an drei aufeinander folgenden Tagen subjektiv und objektiv (BMISS) anhand eines standardisierten Protokolls von derselben Person orthopädisch untersucht. Am ersten Tag wurde der Ursprung der Lahmheit mittels Leitungsanästhesie lokalisiert. Bei positiver TPA oder MPA erfolgte anschließend eine HG-A (Tag 2) sowie eine BP-A (Tag 3). Das Gangbild wurde jeweils 10 Minuten (perineurale Anästhesie) bzw. 2, 5 und 10 Minuten (intra-synoviale Anästhesie) nach Injektion des Lokalanästhetikums beurteilt. Entsprechend wurden ausschließlich Pferde in die Studie eingeschlossen, bei denen mindesten eine der perineuralen und eine der intra-synovialen Anästhesien als “deutlich positiv” gewertet wurde. Die diagnostischen Anästhesien wurden als „deutlich positiv“ gewertet, wenn mittels BMISS eine Reduzierung der Lahmheit um mindestens 70% vom Ausgangswert gemessen wurde. Ergebnisse: Das Patientenkollektiv bestand aus 23 Pferden im Alter zwischen 4 und 16 Jahren. Anhand der Ergebnisse der Leitungsanästhesien wurden die Pferde den Gruppen „TPA“ (TPA positiv, n = 16) und „MPA“ (MPA positiv, n = 7) zugeordnet. Es konnte kein signifikanter Zusammengang zwischen einer Verbesserung der Lahmheit nach perineuraler Anästhesie und HG-A bzw. BP-A festgestellt werden (p > 0,05). Innerhalb der Gruppe „TPA“ war 2 Minuten nach intra-synovialer Injektion die Anzahl der Pferde, bei denen sich eine BP-A im Vergleich zur HG-A verbesserte, signifikant höher (p = 0,02). Bei den restlichen Messzeitpunkten konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen BP-A und HG-A innerhalb der Gruppe „TPA“ festgestellt werden (5 Minuten: p = 0,07; 10 Minuten: p = 0,1). Aufgrund der sehr kleinen Stichprobe wurden die Daten innerhalb der Gruppe „MPA“ ausschließlich deskriptiv analysiert. Bei Betrachtung der intra-synovialen Anästhesien (unabhängig von der Leitungsanästhesie), war 2 Minuten (p < 0,001) sowie 5 Minuten (p = 0,04) nach Injektion ein signifikanter Unterschied im durchschnittlichen Grad der Verbesserung der Lahmheit zwischen HG-A und BP-A deutlich. Zehn Minuten nach Injektion wurde für beide intra-synovialen Anästhesien kein bedeutender Unterschied im Bewegungsmuster gemessen (p = 0,06). Bezüglich der zeitabhängigen Verbesserung der Lahmheit unter Einfluss der verschiedenen intra-synovialen Anästhesien zeigten die Pferde nach BP-A eine signifikante Verbesserung der Lahmheit 2 Minuten nach Injektion, welche über die Zeit konstant blieb. Bei Pferden mit positiver HG-A wurde eher eine progressive Reduktion der Lahmheit beobachtet. Der Unterschied in der Verbesserung zwischen den Messzeitpunkten 2 und 10 Minuten (p = 0,04) war signifikant. Schlussfolgerungen: Perineurale Anästhesien der distalen Vordergliedmaße ermöglichen keine Differenzierung der genauen Schmerzlokalisation in der Hufregion. Intra-synoviale Anästhesien sollten in diesem Bereich sowohl 2 als auch 5 Minuten nach Injektion des Lokalanästhetikums evaluiert werden. Während nach PB-A eine schnelle und über den Zeitverlauf konstante Verbesserung der Lahmheit eintritt, ist bei der HG-A mit einer progressiven Verbesserung der Lahmheit über 10 min nach Injektion zu rechnen.:Table of contents I List of illustrations II Abbreviations III 1. Introduction..................................................................................................................1 2. Literature......................................................................................................................3 2.1. Anatomy...................................................................................................................3 2.2. Forelimb lameness...................................................................................................5 2.3. Necessity for objective gait analysis…………………………………………………....6 2.4. Objective lameness evaluation.................................................................................7 2.5. Body-mounted inertial sensor system, Lameness Locator……………………….….8 2.6. Diagnostic analgesia of the distal limb……………….…………………………….…..9 2.7. Diagnostic imaging.................................................................................................11 2.8. Therapy....................................................................................................................12 2.9. Hypotheses.............................................................................................................13 3. Publication.................................................................................................................14 4. Declaration of own portion of work in publication.....................................................23 5. Discussion..................................................................................................................24 6. Zusammenfassung.....................................................................................................34 7. Summary………………………………………………………......…………………..…....36 8. Literature....................................................................................................................38 9. Acknowledgements....................................................................................................46 / Vasiliki Katrinaki Title: Objective evaluation for analgesia of the distal interphalangeal joint, the navicular bursa and perineural analgesia in horses with naturally occurring forelimb lameness localised to the foot Department for Horses, Faculty of Veterinary Medicine, Leipzig University Submitted in December 2023 Introduction: Lameness is a very common problem in horses, and pathologies of the navicular apparatus constitute up to one-third of all chronic forelimb lameness. Despite its high occurrence, and the fact that it can severely impair the horse’s sporting career and affect their welfare, contradictory results of diagnostic analgesia are documented. The interpretation of perineural analgesia remains confusing regarding the ability of the palmar digital nerve block (PDNB) to differentiate pain coming from pathologies of the distal interphalangeal joint (DIPJ) or the navicular syndrome. Thus, the outcome and interpretation of intra-synovial diagnostic analgesia of the distal interphalangeal joint and the navicular bursa remain controversial, and no objective live over ground studies have been performed so far to establish the percentage of improvement over time from these two analgesia techniques. Aim of the study: The aim of the study was to objectively evaluate with the use of an inertial-sensor based system the qualitative and time-dependent outcome of distal interphalangeal joint analgesia (DIPJ-A) and navicular bursa analgesia (NB-A) in naturally occurring forelimb lameness and to assess if perineural analgesia of the distal limb can differentiate pain coming from the DIPJ or the navicular apparatus. Study design: Prospective clinical trial. Methods: Clinical cases with forelimb lameness were evaluated objectively using a body- mounted inertial sensor system (BMISS) at the Equine Hospital of Freie Universität Berlin, Germany between 2012 and 2016. The ages of the animals varied between four and 16 years. A three-day lameness examination was performed subjectively and objectively. The subjective evaluation was always performed by the same veterinarian during the 3 days and the objective examination was performed using the BMISS. The horses were hospitalised for the three-day lameness examination. Lameness was localised to the foot with a palmar digital nerve block and/or an abaxial sesamoidean nerve block (ASNB) at day 1, and analgesia of the DIPJ (DIPJ-A) and NB (NB-A) were performed at day 2 and 3. Improvement following perineural analgesia was measured after 10 min and intra-synovial blocks after 2, 5 and 10 min, respectively. Horses with at least 70% improvement measured objectively after diagnostic analgesia were included in the study. Results: A total of 23 cases of forelimb lameness were included in this study. The age of the horses varied between four and 16 years. The side and degree of baseline lameness remained stable during the 3 days of lameness examination. The PDNB group included horses with a positive PDNB (n=16) and the ASNB group included horses with a negative PDNB and a positive ASNB (n=7). The majority of the horses had a positive response to PDNB compared with ASNB but there was no significant association between improvement following perineural analgesia and the DIPJ-A and NB-A in the number of horses that improved after DIPJ and NB analgesia (p>0.05). Comparison between the PDNB group and intra-synovial analgesia showed that in 2 min assessments there was a statistically significant difference in the number of horses that improved with an NB-A compared to DIPJ-A (p=0.02). In 5 min and 10 min evaluations, such a result was no longer observed (p=0.07 in 5 min, p=0.1 in 10 min). Comparison of the ASNB group to intra-synovial analgesia was descriptive because the number of horses included in this group was small. The mean improvement in the lameness was different between DIPJ-A and NB-A at 2 min (p<0.001) and at 5 min (p=0.04); however, this difference was no longer observed after 10 min (p=0.06). Evaluation of intra-synovial analgesia over time showed that a positive NB-A revealed a high degree of improvement already after 2 min that remained stable, whereas the DIPJ-A improved over time showing a significant difference in mean improvement between 2 min and 10 min measurements (p=0.04). Conclusions: Our results suggest that perineural analgesia is not reliable enough to differentiate pain originating from DIPJ and NB. The DIPJ-A and the NB-A should be evaluated at 2 and 5 min, since a significant difference of lameness improvement was measured for these points of time, pointing out the necessity to perform both blocks to identify the painful region. An early evaluation of the DIPJ-A and NB-A can determine the origin of the pain. An improvement in NB-A was constant over time, whereas a progressive improvement in lameness over the 10 min after injection is to be excepted in DIPJ-A.:Table of contents I List of illustrations II Abbreviations III 1. Introduction..................................................................................................................1 2. Literature......................................................................................................................3 2.1. Anatomy...................................................................................................................3 2.2. Forelimb lameness...................................................................................................5 2.3. Necessity for objective gait analysis…………………………………………………....6 2.4. Objective lameness evaluation.................................................................................7 2.5. Body-mounted inertial sensor system, Lameness Locator……………………….….8 2.6. Diagnostic analgesia of the distal limb……………….…………………………….…..9 2.7. Diagnostic imaging.................................................................................................11 2.8. Therapy....................................................................................................................12 2.9. Hypotheses.............................................................................................................13 3. Publication.................................................................................................................14 4. Declaration of own portion of work in publication.....................................................23 5. Discussion..................................................................................................................24 6. Zusammenfassung.....................................................................................................34 7. Summary………………………………………………………......…………………..…....36 8. Literature....................................................................................................................38 9. Acknowledgements....................................................................................................46

Einleitung: Kurzkettige Fettsäuren (SCFA) stellen das hauptsächliche Energiesubstrat für Wiederkäuer dar. In Anbetracht des - bedingt durch höhere Milch-, Mast und Reproduktionsleistung - steigenden Energiebedarfs von Hauswiederkäuern wie Milchkuh und Mastbulle ist es von zentraler Bedeutung, die Mechanismen zur Resorption dieser Energielieferanten bzw. Ansatzpunkte für die Beeinflussung dieser Transportprozesse genau zu kennen. Dieses Wissen kann möglicherweise dabei helfen, zukünftig die Energieaufnahme der Tiere zu unterstützen bzw. sogar effizienter zu gestalten. Ziele der Untersuchungen: Deshalb war es Ziel der vorliegenden Arbeit, die Mechanismen zur Resorption von SCFA zu charakterisieren, wobei der Schwerpunkt auf den Transport aus den Pansenepithelzellen ins Blut gelegt wurde, da hierzu im Gegensatz zu ihrer Aufnahme aus dem Pansenlumen in die Epithelzellen noch sehr wenig bekannt war. In einem zweiten Schritt sollte untersucht werden, inwiefern die nachgewiesenen Mechanismen einer Regulation unterliegen und über welche Signalwege diese vermittelt werden könnte. Materialien und Methoden: Zur Charakterisierung der beteiligten Resorptionsmechanismen wurden Epithelstücke aus dem ventralen Pansensack von Schafen in Ussing-Kammern eingespannt und mit Hilfe radioaktiv markierten Azetats, Butyrats und L-Laktats der Transport dieser Substrate unter verschiedenen Bedingungen sowie verschiedenen Hemmstoffeinflüssen untersucht. Zur Charakterisierung regulativer Einflüsse wurden die Epithelstücke über sechs bzw. 24 Stunden mit Butyrat inkubiert und anschließend RNA bzw. Totalprotein extrahiert. Hiermit konnten Veränderungen in mRNA- und Proteinexpression mittels quantitativer Echtzeit-PCR bzw. Western Blot nachgewiesen werden. Ergebnisse: Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit konnten zeigen, dass der Transport von SCFA über die basolaterale Membran des Pansenepithels hauptsächlich proteinvermittelt erfolgt. Eine signifikante Beteiligung lipophiler Diffusion, d.h. ein passiver Transport, kann weitgehend ausgeschlossen werden. Der aktive Transport wies eine bikarbonatabhängige und eine bikarbonatunabhängige Komponente auf. Der Einsatz von Hemmstoffen verschiedener Transportproteine ergab deutliche Hinweise darauf, dass der Monocarboxylattransporter (MCT) 1 eine Rolle beim bikarbonatgekoppelten Transport von Azetat bzw. allgemein unmetabolisierten SCFA spielt. Diese Hinweise wurden untersetzt durch die Beobachtung, dass MCT 1, aber auch der apikal bzw. intrazellulär lokalisierte MCT 4 durch langfristige Inkubation des Epithels mit Butyrat sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene signifikant erhöht exprimiert wurden, was als Anpassungsreaktion an eine Substratakkumulation interpretiert werden kann. Außerdem wurde auch die mRNA-Expression des Putativen Anionentransporters (PAT) 1 durch Inkubation mit Butyrat erhöht, was für eine Beteiligung auch dieses Transportproteins am SCFA-Transport über das Pansenepithel spricht. Allerdings ist im Gegensatz zu MCT 1 die Lokalisation des PAT 1 in der basolateralen Membran noch fraglich. Die Expressionssteigerung von Zielgenen des Nukleären Faktors ĸB und des Peroxisomenproliferator-aktivierten Rezeptors α sowie des Hypoxie-induzierbaren Faktors selbst deuten weiterhin darauf hin, dass die Steigerung der Transportkapazitäten von MCT 1 und 4 und auch PAT 1 über diese Signalwege vermittelt wird. Schlussfolgerungen: Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit erstmals der Transport von SCFA über die basolaterale Membran des Pansenepithels näher charakterisiert werden, sodass es nun möglich ist, zusammen mit den bereits vorliegenden Befunden für die apikale Membran ein komplettes Modell dafür zu erstellen. Auch wurden Erkenntnisse zu regulativen Einflüssen auf diesen Transport gewonnen, die es zukünftig ermöglichen könnten, die Resorption der SCFA aus dem Pansen nutritiv oder eventuell pharmakologisch zu beeinflussen.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Bedeutung kurzkettiger Fettsäuren für Wiederkäuer 3 2.2 Metabolismus von SCFA im Pansenepithel 4 2.2.1 Aufrechterhaltung des Konzentrationsgradienten vom Pansenlumen ins Epithel 4 2.2.2 Produktion von HCO3- aus CO2 durch die Carboanhydrase 5 2.2.3 Bereitstellung von Energie für die Epithelzellen 5 2.2.4 Bereitstellung von wasserlöslichen, glukosesparenden Energiesubstraten für die periphere Zirkulation 5 2.2.5 Verhinderung möglicher Schädigungen durch Butyrat 6 2.3 Transportmechanismen für kurzkettige Fettsäuren 7 2.3.1 Para- versus transzelluläre Resorption 7 2.3.2 Transzelluläre Resorption mittels lipophiler Diffusion 7 2.3.3 Proteinvermittelte SCFA-Permeation 9 2.3.4 Permeation von SCFA aus dem Epithel ins Blut 11 2.4 Beeinflussung der SCFA-Resorption auf Genexpressionsebene 17 2.4.1 Beeinflussung der Genexpression durch Butyrat 17 2.4.2 Beeinflussung der Genexpression durch Hypoxie 20 2.4.3 Mechanismen für die Regulation der Genexpression durch Butyrat (-Metaboliten) und Hypoxie 21 2.5 Fragestellungen dieser Arbeit 26 3 Ergebnisse 28 3.1 Publikation 1 28 3.2 Publikation 2 41 4 Diskussion 54 4.1 Transport von SCFA über die basolaterale Membran des Pansenepithels 54 4.1.1 Transport mittels lipophiler Diffusion 57 4.1.2 SCFA werden bevorzugt über die basolaterale Membran transportiert 58 4.1.3 SCFA(-Metaboliten) werden bikarbonatabhängig über die basolaterale Membran transportiert 59 4.1.4 SCFA(-Metaboliten) werden durch einen Anionenaustauschmechanismus ins Blut ausgeschleust 61 4.1.5 Azetat wird durch einen pHMB- und CHC-sensitiven Mechanismus transportiert 63 4.2 Der Transport von SCFA über das Pansenepithel unterliegt regulativen Einflüssen 68 4.2.1 Einfluss von Butyrat(-Metaboliten) auf die Expression von potentiellen SCFA Transportern 68 4.2.2 Mechanismen für die Regulation der Expression durch Butyrat(-Metaboliten) 72 4.3 Theoretisches Modell des SCFA-Transports und dessen Regulation auf Genexpressionsebene auf Grundlage der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit 74 5 Zusammenfassung 76 6 Summary 78 7 Literaturverzeichnis 80 Danksagung 98 / Introduction: The main energy source for ruminants are short chain fatty acids (SCFA). Considering the ever increasing energy requirements of cattle due to increasing milk yield and meat production, it is crucial to identify the mechanisms for the resorption of these energy sources as well as possibilities to influence these transport mechanisms. This knowledge could help support the animals’ energy uptake or even making it more efficient. Aim: Thus, the aim of the present study was to characterise mechanisms for the resorption of SCFA focusing on their transport from the epithelial cells into the blood. In particular, since – compared to the research findings on the uptake of SCFA from ruminal lumen into the cells – so far only very little was known regarding this side of the epithelium. In a second step, the study aimed to elucidate whether the mechanisms observed are subject to regulatory processes and which signalling pathways are involved. Materials and methods: To characterise the transport mechanisms involved, epithelial pieces from the ventral sac of ovine rumen were mounted in Ussing chambers. Using radioactively labelled acetate, butyrate and L-lactate, the transport of these substrates was investigated under different conditions and by applying different inhibitors for potential SCFA transport proteins. To characterise regulatory influences, epithelial pieces were incubated with butyrate for six and 24 hours, respectively. Subsequently, total RNA and protein were extracted to detect changes in mRNA and protein expression using quantitative real time PCR and western blot, respectively. Results: The present study could show that transport of SCFA across the basolateral membrane of rumen epithelium is mainly realised by protein-mediated mechanisms. A significant participation of lipophilic diffusion, i.e. a passive transport, can almost entirely be excluded. The active transport could be divided into a bicarbonate-dependent and a bicarbonate-independent part. The experiments with inhibitors of different transport proteins showed clear evidence of an involvement of monocarboxylate transporter (MCT) 1 in the bicarbonate-dependent transport of acetate and non-metabolised SCFA in general. This evidence was supported by the finding that the expression of MCT 1 but also of the apically and intracellularly localised MCT 4 was increased significantly on both mRNA- and protein-level after long-term incubation of the epithelium with butyrate. This can be interpreted as an adaptation to a substrate accumulation. Additionally, butyrate incubation led to an increased mRNA expression of putative anion transporter (PAT) 1, which makes an involvement of this transport protein in SCFA transport across ruminal epithelium likely as well. However, in contrast to MCT 1 the localisation of PAT 1 in the basolateral membrane is still questionable. The increased expression of target genes of nuclear factor ĸB and peroxisome-proliferator activated receptor α as well as of hypoxia inducible factor strongly point to an involvement of these pathways in the increased expression of MCT 1 and 4 as well as PAT 1. Conclusions: In summary, this study could characterise the transport of SCFA across the basolateral membrane of ruminal epithelium in detail for the first time. This enables us to draw a complete model of ruminal SCFA transport. Also, evidence for regulatory influence on this transport processes was found, perhaps making it possible to influence resorption of SCFA from rumen by nutritive or pharmacological means in the future.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Bedeutung kurzkettiger Fettsäuren für Wiederkäuer 3 2.2 Metabolismus von SCFA im Pansenepithel 4 2.2.1 Aufrechterhaltung des Konzentrationsgradienten vom Pansenlumen ins Epithel 4 2.2.2 Produktion von HCO3- aus CO2 durch die Carboanhydrase 5 2.2.3 Bereitstellung von Energie für die Epithelzellen 5 2.2.4 Bereitstellung von wasserlöslichen, glukosesparenden Energiesubstraten für die periphere Zirkulation 5 2.2.5 Verhinderung möglicher Schädigungen durch Butyrat 6 2.3 Transportmechanismen für kurzkettige Fettsäuren 7 2.3.1 Para- versus transzelluläre Resorption 7 2.3.2 Transzelluläre Resorption mittels lipophiler Diffusion 7 2.3.3 Proteinvermittelte SCFA-Permeation 9 2.3.4 Permeation von SCFA aus dem Epithel ins Blut 11 2.4 Beeinflussung der SCFA-Resorption auf Genexpressionsebene 17 2.4.1 Beeinflussung der Genexpression durch Butyrat 17 2.4.2 Beeinflussung der Genexpression durch Hypoxie 20 2.4.3 Mechanismen für die Regulation der Genexpression durch Butyrat (-Metaboliten) und Hypoxie 21 2.5 Fragestellungen dieser Arbeit 26 3 Ergebnisse 28 3.1 Publikation 1 28 3.2 Publikation 2 41 4 Diskussion 54 4.1 Transport von SCFA über die basolaterale Membran des Pansenepithels 54 4.1.1 Transport mittels lipophiler Diffusion 57 4.1.2 SCFA werden bevorzugt über die basolaterale Membran transportiert 58 4.1.3 SCFA(-Metaboliten) werden bikarbonatabhängig über die basolaterale Membran transportiert 59 4.1.4 SCFA(-Metaboliten) werden durch einen Anionenaustauschmechanismus ins Blut ausgeschleust 61 4.1.5 Azetat wird durch einen pHMB- und CHC-sensitiven Mechanismus transportiert 63 4.2 Der Transport von SCFA über das Pansenepithel unterliegt regulativen Einflüssen 68 4.2.1 Einfluss von Butyrat(-Metaboliten) auf die Expression von potentiellen SCFA Transportern 68 4.2.2 Mechanismen für die Regulation der Expression durch Butyrat(-Metaboliten) 72 4.3 Theoretisches Modell des SCFA-Transports und dessen Regulation auf Genexpressionsebene auf Grundlage der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit 74 5 Zusammenfassung 76 6 Summary 78 7 Literaturverzeichnis 80 Danksagung 98

Inhalt der vorliegenden Arbeit ist die epidemiologische Analyse des Verlaufs der BVD-Bekämpfung in Thüringen in den Jahren 2011 bis 2013 auf Grundlage der BVDV-Verordnung und die Ermittlung von potentiellen Risikofaktoren auf die Länge eines BVDV-Geschehens in BVDV-positiven Herden des Jahres 2011. Ziel der Studie war zudem die Identifizierung relevanter Einflussfaktoren, die zum Abbrechen von Infektionsketten in Rinderbeständen mit BVDV-Infektionen führen, um daraus Empfehlungen für effektive Bekämpfungsmaßnahmen auf Herdenebene ableiten zu können. Im Rahmen einer Fall-Kontroll-Studie wurden durch epidemiologische Befragung von Rinderhaltern mittels strukturierter Fragebögen sowie durch epidemiologische Untersuchungen über die Hi-Tier-Datenbank Parameter zur Herdenstruktur, zum Management, zur BVDV-Bekämpfung und zu Tiergesundheitsparametern erhoben. Die Studie bezog sich auf Rinderhaltungen mit nachgewiesener BVDV-Infektion im Jahr 2011 mit eigener Reproduktion und einer Herdengröße ab 50 Rindern. Die Auswertung der Einflussfaktorenanalyse erfolgte deskriptiv und durch verschiedene multiple logistische Regressionsmodelle. Zudem sind durch Expertenbefragungen auf Grundlage von epidemiologischen Fragebögen von Amtstierärzten und Tierärzten von Rindergesundheitsdiensten Probleme im Vollzug der BVDV-Verordnung ermittelt worden, die statistisch deskriptiv ausgewertet wurden. Zusätzlich erfolgte durch die befragten Tierärzte eine Bewertung von Risikofaktoren für eine BVD-Virusverbreitung zwischen Rinderbeständen und innerhalb einer betroffenen Herde sowie zur Einschätzung von Impfindikationen gegen BVDV. Im Rahmen des bundesweiten obligatorischen Bekämpfungsprogramms sind in Thüringen in den Jahren 2011 insgesamt 656, 2012 gesamt 218 und 2013 130 PI-Tiere detektiert worden. Dabei war eine Absenkung der PI-Tierprävalenz von 0,35 % im ersten Pflichtbekämpfungsjahr auf 0,09 % im Jahr 2013 zu verzeichnen. Zudem konnte die Herdenprävalenz im Vergleich der Jahre 2011 und 2013 von 3,23 % auf 1,25 % vermindert und eine Absenkung der Neuinfektionsrate auf Herdenebene von 1,9 % im Jahr 2011 auf 0,6 % im Jahr 2013 verzeichnet werden. Bezüglich der Herdenstruktur und des Herdenmanagement hatten Rinderherden mit mehr als 200 Tieren über 24 Monate (p = 0,02434) und mit mehr als 500 Rindern über 24 Monate (Vollmodell 1 Pr = 0,0071; reduziertes Modell 1 Pr = 0,00061), Milchviehherden (p = 0,0183) und Herden im gemischten Haltungssystem (p = 0,0272; reduziertes Modell 2 Pr = 0,0292) ein höheres Risiko lang andauernden BVDV-Infektionen ausgesetzt zu sein als kleinere Herden (bis 200 Rinder über 24 Monate) und Mutterkuhherden. Zudem spielt die Art der Aufstallung von Saugkälbern eine Rolle. Hier zeigte eine Haltung in Gruppen bzw. kombiniert als Einzel- und Gruppenhaltung ein höheres BVD-Risiko gegenüber der Einzeltieraufstallung (p = 0,00463; Vollmodell 3 Pr = 0,0104; reduziertes Modell 3 Pr = 0,0059). In ähnlicher Weise erwies sich die grundsätzlich getrennte Haltung des Kalbes vom Muttertier (p = 0,01736) als auch die getrennte Haltung von niedertragenden Kühen und Kälbern (Vollmodell 2 Pr = 0,0429) als Risikofaktor. Betriebe mit bestandseigenem Besamungstechniker (p = 0,0401) wiesen ein höheres Risiko für andauernde BVDV-Infektionsgeschehen auf, insbesondere bei Durchführung anderweitiger Tätigkeiten des Besamungstechnikers im BVDV-positiven Bestand (p = 0,0028) ebenso wie Rinderhalter, die männliche Kälber ab dem 14. Lebenstag verkauften (p = 0,048). Der Tierhandel mit den Faktoren \"Anzahl an Zukaufstieren\", \"Anzahl an Herkunftsbeständen\" und \"Zukauf tragender Tiere\" zeigte einen tendenziellen Einfluss. Hier bedarf es weitergehender Untersuchungen. Parameter der Tiergesundheit wie Standzeiten von PI-Tieren, BVDV-Untersuchungen vor 2011, Impfungen gegen BVDV bzw. der BHV1-Status zeigten keinen Einfluss auf ein BVDV-Herdengeschehen. Die Befragung von Amtstierärzten Thüringens sowie von Tierärzten der beteiligten Rindergesundheitsdienste Deutschlands zeigte Probleme im Vollzug der BVDV-Verordnung auf. Die befragten Experten wiesen auf die teilweise fehlende Motivation der Landwirte, den Status \"BVDV-unverdächtiger Bestand\" anzustreben, und auf Probleme zur Durchsetzung der Entfernung von PI-Tieren und der Umsetzung von Biosicherheitsmaßnahmen hin. Desweiteren werden von ihnen die Unterbindung bzw. Beschränkung des Handels mit tragenden Rindern zur Verhinderung der Verbreitung von BVDV-Virus über unerkannte PI-Feten, eine serologische Überwachung von BVDV-freien Beständen über ungeimpfte Jungtiere und Handelsrestriktionen für Rinderbestände mit BVDV-positiven Tieren gefordert. Schlussfolgernd lässt sich feststellen, dass die Rinderhaltungsstrukturen Thüringens im Falle einer BVD-Infektion sofortige und umfassende betriebsspezifische Maßnahmen erfordern. Diese sollten umfangreiche epidemiologische Analysen beinhalten, unter der besonderen Berücksichtigung der Herdenstruktur und des eingesetzten Personals. Eine serologische Bestandsüberwachung BVDV-freier Bestände wird empfohlen, um einen BVDV-Eintrag frühzeitig zu erkennen. Weiterhin wird empfohlen, im Zuge künftiger Novellierungen der BVD-Verordnung die Entfernung von PI-Tieren noch stringenter zu fassen, kombiniert mit Gesamtbestandsuntersuchungen und einem anschließenden engmaschigen serologischen Bestandsmonitoring.

Desinfektionsmittel sind ein elementarer Bestandteil der Tierseuchenbekämpfung und damit auch der Lebensmittelsicherheit. Die Prüfung chemischer Desinfektionsmittel ist Voraussetzung für deren zuverlässige Wirksamkeit und zielgerichteten Einsatz. In Deutschland geschieht dies nach den Richtlinien der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft e.V. (DVG). Seit der ersten Fassung sind die Richtlinien einem ständigen Anpassungsprozess unterworfen. Im Zuge der europäischen Harmonisierung gilt es nun, sich gesamteuropäischen Richtlinien, verfasst durch das europäische Komitee für Normung (Comité Européen de Normalisation) (CEN) anzupassen. Das Thema dieser Arbeit entwickelte sich im Kontext der derzeitigen Diskussion über Verbesserungsvorschläge zu den bestehenden Richtlinien und deren Anpassung an die europäischen Normen. Es wurden je zwei Testviren für die Bereiche Tierhaltung und tierärztliche Praxis ausgewählt, um sie auf Eignung für die Viruzidieprüfung zu testen und gegebenenfalls zu etablieren. Des Weiteren wurde in einem zweiten Teil, in Anlehnung an die Forderungen der europäischen Normen die Prüfung zu vereinfachen, ein alternatives Zellkulturnachweissystem für das Newcastle-Disease-Virus (NDV) geprüft. Die Prüfung der viruziden Wirksamkeit erfolgte mit fünf verschiedenen Grundsubstanzen, gewählt um ein möglichst breites Spektrum an Desinfektionsmittelwirkstoffen abzudecken. Es wurden Glutaraldehyd, Ethanol, Natronlauge, Natriumhypochlorit und Peressigsäure verwendet. Die Versuche wurden mit einer niedrigen Eiweißbelastung und bei einer Temperatur von 20°C durchgeführt. Um eine praxisnahe Situation zu simulieren wurde auf, bereits in den DVG-Richtlinien, verankerten Stahl- und Holzkeimträgertests zurückgegriffen. Als mögliche Prüfviren für die Tierhaltung wurden das Equine Arteritis-Virus (EAV) und das Bovine Virus Diarrhoe Virus verwendet. Bei beiden Viren handelt es sich um weit verbreitete Tierseuchenerreger mit einer großen epidemiologischen Bedeutung. Die Untersuchung von fünf verschiedenen Desinfektionsmitteln erfolgte im Keimträgertest auf Holz. Sowohl EAV als auch BVD stellen ein weniger geeignetes Prüfvirus dar, da beide Viren enorme Titerverluste im Trocknungsvorgang der Holzkeimträger zeigten. Die Viren ließen sich zwar leicht vermehren, aber die erzielten Ausgangstiter reichten nicht aus um die Trocknungsverluste zu kompensieren und aussagekräftige Ergebnisse zu produzieren. Für den Bereich tierärztliche Praxis wurden das Feline Coronavirus (FCoV) und das Murine Parvovirus (MPV) genutzt. FCoV ist ein weltweit in Hauskatzenpopulationen vorkommendes Virus mit einer hohen Seroprävalenz und wurde daher ausgewählt. MPV wurde als Stellvertreter für die, in der Praxis häufig vorkommenden Parvovirusinfektionen gewählt. Es schien ein ideales Modellvirus aufgrund seiner weiten Verbreitung in der Forschung zu sein. Bei beiden Viren erfolgte die Prüfung auf Stahlkeimträgern. Unter Laborbedingungen konnte FCoV ohne Probleme zu hohen Titern vermehrt werden. Es gab keine nennenswerten Trocknungsverluste. FCoV erwies sich als geeignetes Prüfvirus. MPV hingegen ist bedingt durch die langen Versuchszeiten und schwierig auszuwertenden Zellkulturen, sowie wegen der niedrigen Ausgangstiter weniger geeignet als Modellvirus für die Desinfektionsmittelprüfung. Die Anzucht von NDV in Allantoisflüssigkeit von SPF Hühnereiern erschien sehr aufwendig und mit hohem Eiweißfehler belastet. In den Versuchen konnte ein deutlich höherer Eiweißgehalt als in den vergleichend geprüften, in Zellkultur angezogenen Viren nachgewiesen werden. Infolge der Probleme mit der Kultivierung der LMH-Zelllinie und den damit verbundenen langen Wartezeiten bis zur eigentlichen Versuchsdurchführung kann nur eine teilweise Empfehlung, von auf Zellkultur vermehrtem NDV (NDV (ZK)) gegeben werden. Nach Behebung dieser Probleme ist durchaus eine Ablösung, von in Allantoisflüssigkeit angezüchtetem NDV durch NDV (ZK) zu empfehlen. Die Verfälschung der Ergebnisse durch die höheren Eiweißgehalte bei Desinfektionsmitteln mit deutlichem Eiweißfehler könnten so vermieden werden.

Im Zuge der Überarbeitung der DVG-Richtlinie zur Prüfung der Viruzidie chemischer Desinfektionsmittel in der Nutztierhaltung wurden BVDV, EAV und PPV auf ihre Eignung als potentielle Prüfviren getestet. Das bisher vorgeschriebene Newcastle-Disease-Virus und das Vacciniavirus sollen mit anderen behüllten Viren wie BVDV oder EAV verglichen werden. Beweggründe für einen möglichen Austausch sind die derzeitige Situation in der Tierseuchenbekämpfung, die Erhöhung der Anwendersicherheit durch Wegfall des zoonotischen Potentials, die einfachere Kultivierung und Handhabung der Prüfviren sowie speziell bei NDV die höhere Aussagekraft der gewonnenen Ergebnisse. Die Desinfektionsmittelversuche wurden gemäß DVG-Richtlinie auf Pappelholzkeimträgern durchgeführt, wobei das jeweilige, mit fetalem Kälberserum vermischte, Virus auf die Keimträger aufgetragen und angetrocknet wurde. Die DVG schreibt eine Trocknung im Brutschrank von 60 Minuten bei 37°C vor. Um die Trocknungsverluste der eingesetzten Viren zu untersuchen, wurden vergleichende Trocknungsversuche wie vorgeschrieben im Brutschrank und im Exsikkator bei Raumtemperatur durchgeführt. Die nach der Trocknung im Brutschrank durchgeführten Desinfektionsmittelversuche wurden mit chemischen Grundsubstanzen kommerziell erhältlicher Desinfektionsmittel durchgeführt. Dabei kamen verschiedene Anwendungskonzentrationen von Ameisensäure, Glutaraldehyd, Natriumhypochlorit, Natronlauge und Peressigsäure zum Einsatz. Bei der vorgeschriebenen Trocknung im Brutschrank kam es zu Titerverlusten von 0,8 bis zu 2,75 log10KID50/ml. Durch eine Trocknung der Holzkeimträger von 30 Minuten bei Raumtemperatur im Exsikkator konnten die Titerverluste auf 0,3 bis 1,0 log10KID50/ml reduziert werden. In den nachfolgenden Desinfektionsversuchen zeigte sich die besonders hohe Tenazität von PPV. Es war den eingesetzten Desinfektionsmitteln gegenüber deutlich resistenter als alle anderen untersuchten Viren. In den Trocknungsversuchen zeigte PPV mit Abstand die niedrigsten Titerverluste. Mit BVDV und EAV konnten zwar ausreichend hohe Titer erzielt werden, allerdings waren die Trocknungsverluste beider Viren sehr hoch. In den Keimträgerversuchen konnte nur in wenigen Versuchen eine Titerreduktion von mehr als 3 Logarithmusstufen erreicht werden. Hier könnte zukünftig die Trocknung im Exsikkator Abhilfe schaffen, um die Trocknungsverluste zu minimieren und eine höhere Titerreduktion zu ermöglichen. Die Ergebnisse einer früheren Arbeit zeigen identische Ergebnisse von NDV und BVDV im Keimträgertest. Ein Ersatz von NDV durch BVDV ist somit zu empfehlen. Eine Verwendung der untersuchten Viren gemäß den derzeitigen DVG-Richtlinien ist möglich, allerdings müssten im Zuge der weiteren Harmonisierung von CEN- und DVG-Richtlinie die Kontrolltiter entsprechend erhöht werden, um die von der CEN geforderte Titerreduktion von vier Logarithmusstufen für eine vollständige Virusinaktivierung einzuhalten. Die Vermehrung der untersuchten Viren zu höheren Ausgangs-, bzw. Kontrolltitern sollte daher Gegenstand weiterer Forschungsarbeit sein. Einer weiteren Verwendung der bisherigen Prüfviren BEV und REOV steht nichts im Wege. Aufgrund der Ergebnisse der vergleichenden Trocknungsversuche wird für alle untersuchten Viren zukünftig eine 30 minütige Trocknung im Exsikkator empfohlen.

In einer sächsischen Milchviehanlage mit etwa 1800 Milchkühen, deren Tankmilchzellzahl, infolge vermehrten Auftretens von Euterinfektionen mit S. aureus als Leitkeim längerfristig über 300.000 Zellen/ml aufwies, wurden zwei Vakzinen eingesetzt. Die Erwartungshaltung lautete, dass mit den Impfungen die Inzidenz- und Prävalenzraten von S. aureus- und KNS-bedingten Mastitiden bei Färsen und bei Kühen bis zur Geburt und auch danach sinken. Es wurde vor allem erwartet, dass bei den geimpften Tieren die Zellzahlen langfristig erniedrigt bleiben und sich folglich die Eutergesundheit durch die Vakzinationen verbessert. Anhand der Gesamtgemelkszellzahlen (GZZ) der letzten drei Milchleistungsprüfungen (MLP) a. p. und der zytobakteriologischen Befunde einer Beprobung auf Viertelebene wurden die Kühe (n=416) in Statusgruppen eingeteilt. In Statusgruppe 2 befanden sich eutergesunde Kühe (n=112). Tiere (n=146) mit moderat erhöhten Viertel- (VZZ) und GZZ, die auf mindestens einem Viertel bakteriologisch positiv waren, wurden in Statusgruppe 3 zusammengefasst. Die Statusgruppe 4 bildeten Kühe (n=158), die durch stark erhöhte GZZ und VZZ charakterisiert waren und ggf. bakteriologisch positiv waren. Färsen (n=181) wurden in Statusgruppe 1 zusammengefasst. Alle Tiere mussten klinisch gesund sein, Färsen sollten eutergesund erscheinen. Als Impfstoffe wurden Startvac® (HIPRA Deutschland GmbH, Düsseldorf), eine kommerzielle Vakzine gegen S. aureus, KNS, Escherichia coli und coliforme Keime, sowie eine bestandsspezifische Vakzine (Bestvac Rind Mastitis®, IDT Biologika GmbH, Dessau-Rosslau) basierend auf S. aureus-Isolaten aus Mastitismilchen des Bestandes eingesetzt. Nach dem Zufallsprinzip wurden die Tiere innerhalb der Statusgruppen den Impfgruppen oder der Kontrollgruppe zugeteilt. Die erste Vakzination wurde einen Tag nach dem Trockenstellen vorgenommen (bei Färsen an vergleichbaren Trächtigkeitstagen), die zweite Vakzination erfolgte ca. 31 Tage vor dem errechneten Kalbedatum. Um den 53. Tag p. p. fand die dritte Impfung statt. Zytobakteriologische Beprobungen aller Tiere auf Viertelebene wurden am Tag 5 sowie am Tag 52 p. p. vorgenommen. Außerdem wurden während der Laktation die monatlichen MLP-Daten sowie jene zu tierärztlichen Behandlungen der in der Studie befindlichen Kühe sowie Abgänge und Abgangsursachen erfasst. Innerhalb der Statusgruppen gab es zwischen den Vakzinationsgruppen und den Kontrolltieren bezogen auf die VZZ zu den Beprobungszeitpunkten 5 und 52 sowie auf die GZZ aus den MLPs der gesamten Laktation keine nennenswerten Unterschiede. Die Erregerprävalenzen zu den genannten Zeitpunkten nebst deren Verlauf und jene der zytobakteriologischen Diagnosen, erbrachten nur punktuell signifikante Unterschiede, die in der Summe aber keine anhaltende Tendenz erkennen ließen, die auf das bessere Abschneiden einer Vakzinationsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe hindeuten würde. Zum gleichen Ergebnis gelangen die Auswertungen der Inzidenzraten, klinische Mastitisdaten und jene der Abgangsursachen im Anschluss an die Vakzinationen. Zusammenfassend hatte der Einsatz der bestandsspezifischen Vakzine Bestvac Rind Mastitis® sowie des Impfstoffes Startvac® mit EU-Zulassung bezogen auf die Zellzahlenentwicklung, die Inzidenz- und Prävalenzraten von S. aureus und KNS, die Behandlungsdauer und den Schweregrad von Mastitiden sowie die Heilungsraten im Vergleich zur Placebo-Gruppe in keiner der Statusgruppen erkennbare positive Effekte auf die Eutergesundheit.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 2 2.1 Die Milchdrüse des Rindes 2 2.1.1 Anatomie und Physiologie 2 2.1.2 Immunologie des Euters 3 2.1.2.1 Mechanische Barrieren 3 2.1.2.2 Zelluläre Abwehr 5 2.1.2.3 Humorale Abwehrfaktoren 5 2.2 Die Mastitis des Rindes 8 2.2.1 Ökonomische Bedeutung 8 2.2.2 Begriffsbestimmung und Mastitisformen 9 2.2.3 Pathogenese 10 2.2.4 Mastitiserreger 11 2.2.4.1 Staphylokokken 13 2.2.4.1.1 Staphylococcus (S.) aureus 14 2.2.4.1.2 Koagulase-negative Staphylokokken (KNS) 16 2.2.4.2 Streptokokken 17 2.2.4.2.1 Streptococcus (Sc.) uberis 18 2.2.4.2.2 Streptococcus (Sc.) agalactiae 19 2.2.4.2.3 Streptococcus (Sc.) dysgalactiae 20 2.2.4.3 Escherichia (E.) coli 21 2.2.4.4 Andere Mastitiskeime 23 2.2.5 Mastitisdiagnostik 23 2.2.5.1 Milchprobennahme 23 2.2.5.2 Somatische Zellen und Zellzahl 23 2.2.5.2.1 Einflussfaktoren auf die Zellzahl 24 2.2.5.2.2 Messmethoden 24 2.2.5.3 Erregernachweis 25 2.2.5.3.1 Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) 25 2.3 S. aureus-Mastitis als Bestandsproblem 27 2.3.1 Mastitisbekämpfung 27 2.3.1.1 Mastitistherapie 27 2.3.1.2 Managementmaßnahmen 29 2.4 Vakzination gegen Mastitis 31 2.4.1 S. aureus-Vakzinen 32 2.4.1.1 Inaktivierte Bakterien, Toxine und Toxoide 33 2.4.1.1.1 Startvac® 34 2.4.1.1.2 Stallspezifische Vakzinen mit inaktivierten Bakterien 36 2.4.1.2 Lebende Bakterien 37 2.4.1.3 Weitere Antigene 38 2.4.2 E. coli-Vakzinen 38 2.4.3 Applikationsarten 39 3 Tiere, Material und Methoden 40 3.1 Auswahl des Projektbetriebs 40 3.2 Betriebsbeschreibung 40 3.2.1 Bauliche Strukturen 40 3.2.2 Fütterungstechnik, Futterrationen und Tränken 40 3.2.3 Melkvorgang und Mastitismanagement 41 3.2.4 Trockenstellen unter antibiotischem Schutz 42 3.3 Auswahl der Versuchstiere 42 3.3.1 Vorauswahl potentiell teilnehmender Tiere 42 3.3.2 Einschlusskriterien 42 3.3.3 Ausschlusskriterien 43 3.4 Versuchsaufbau 43 3.4.1 Vakzinationsgruppen 44 3.4.2 Vakzine 44 3.4.3 Vakzination 45 3.4.4 Impfregime 45 3.4.5 Viertelgemelksprobennahme 45 3.4.6 Zeitpunkte der Viertelgemelksprobennahme 46 3.4.7 Asservierung und Versand von S. aureus-Isolaten 46 3.4.8 DNS-Extraktion 46 3.5 Analytische Methoden 47 3.5.1 Zytologische Untersuchungen 47 3.5.2 Bakteriologische Untersuchungen 47 3.5.3 Resistogramme 47 3.5.4 Genotypisierung 48 3.6 Dokumentation 50 3.6.1 Dokumentation auf dem Betrieb 50 3.6.2 Dokumentation der bakteriologischen Befunde 50 3.6.3 Dokumentation der zytobakteriologischen Diagnosen (zbD) 50 3.7 Milchleistungsprüfung (MLP) 51 3.8 Versuchszeitraum 51 3.9 Statistische Auswertung 51 4 Ergebnisse 52 4.1 Versuchsablauf 52 4.2 Klinische Untersuchung 52 4.3 Impfzeitpunkte und Abstände 52 4.4 Untersuchungsergebnisse der Milchproben (MP) 0, 5 und 52 52 4.4.1 Somatische Zellzahlen 52 4.4.2 Bakteriologische Befunde und Erregerprävalenzraten 55 4.4.2.1 Verlauf der bakteriologischen Prävalenzraten auf Viertelebene 56 4.4.2.1.1 Statusgruppe 1 56 4.4.2.1.2 Statusgruppe 2 57 4.4.2.1.3 Statusgruppe 3 58 4.4.2.1.4 Statusgruppe 4 59 4.4.3 Zytobakteriologische Diagnosen (zbD) der MP0, 5 und 52 auf Viertelebene 60 4.4.3.1 Zytobakteriologische Diagnosen auf Viertelebene 61 4.4.3.1.1 Statusgruppe 1 61 4.4.3.1.2 Statusgruppe 2 62 4.4.3.1.3 Statusgruppe 3 63 4.4.3.1.4 Statusgruppe 4 65 4.4.3.1.5 Entwicklung der bakteriologischen Befunde 67 4.5 MLP-Daten 70 4.5.1 Laktationstage 70 4.5.2 Tierzahlen der MLPs 70 4.5.3 Milchleistung 70 4.5.4 Gesamtgemelkszellzahl 71 4.5.4.1 Arithmetisches Mittel 71 4.5.4.2 Normalverteilung der Gesamtgemelkszellzahlen 73 4.6 Mastitisdaten 73 4.6.1 Klinischen Mastitiden und Mastitiserreger 73 4.6.2 Mastitisbehandlungen 74 4.6.3 Erregernachweise 14 Tage nach Therapieende 75 4.6.4 Zytobakteriologische Diagnosen von MPX und MPX+14 76 4.6.4.1 Statusgruppe 1 76 4.6.4.2 Statusgruppe 2 76 4.6.4.3 Statusgruppe 3 77 4.6.4.4 Statusgruppe 4 78 4.6.5 Kreuztabellen der zytobakteriologischen Diagnosen zum bakteriologischen Befund „S. aureus“ von MPX und MPX+14 78 4.6.5.1 Statusgruppe 1 78 4.6.5.2 Statusgruppe 2 79 4.6.5.3 Statusgruppe 3 79 4.6.5.4 Statusgruppe 4 80 4.7 Resistogramme 80 4.8 AFLP 81 4.8.1 AFLP-1 81 4.8.1 AFLP-2 81 5 Diskussion 84 5.1 Ziel der Untersuchungen 84 5.2 Kritische Betrachtung der Methoden 84 5.2.1 Hygiene- und Managementmaßnahmen 84 5.2.2 Auswahl der Vakzine 84 5.2.3 Impfregime 85 5.2.4 Antikörpertiter 87 5.2.5 Milchprobennahme und deren Zeitpunkte 87 5.2.6 Untersuchungsmaterial und Untersuchungsmethoden 88 5.2.7 Gruppenbildung bei den Versuchstieren 88 5.2.8 Betriebliche Dokumentation 89 5.2.9 Versuchszeitraum 90 5.2.10 Auswertung der Ergebnisse 90 5.3 Diskussion der Versuchsergebnisse 90 5.3.1 Verträglichkeit der Vakzine 90 5.3.2 Einfluss der Vakzine auf den Eutergesundheitsstatus 91 5.4 Schlussbetrachtung 97 6 Zusammenfassung 100 7 Summary 102 8 Literaturverzeichnis 104 9 Anhang 131 10 Danksagung 154

Einleitung Studierende der Veterinärmedizin müssen neben umfangreichem theoretischem Wissen zahlreiche praktische Fertigkeiten erlernen. Da jeder Einzelne in seinem eigenen Tempo lernt, besteht ein großer Bedarf an Trainingsmöglichkeiten. Kadaver und lebende Tiere sind selten in ausreichender Menge verfügbar und lebende Tiere sind zudem aus Gründen des Tierwohls nur eingeschränkt zu verwenden. Simulationsmodelle (Modelle von Organismen / Körperteilen) können hier Abhilfe schaffen. Kommerziell erhältliche Modelle sind sehr kostenintensiv und für die Tiermedizin noch nicht flächendeckend erhältlich. Zunehmend werden selbst entwickelte low-fidelity Modelle in der Tiermedizin verwendet. Aufgrund des Mangels an publizierten Daten zu ihrem Einsatz besteht intensiver Forschungsbedarf. Ziele der Untersuchungen In dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob einfache, selbst entwickelte Simulationsmodelle (low-fidelity Modelle) erfolgreich in der Lehre eingesetzt werden können. Dazu wurden zwei selbst entwickelte und gebaute Simulationsmodelle evaluiert (Studie 1) und ihr Einsatz in Kombination mit anderen Lehrmedien untersucht (Studie 2). Materialien und Methoden In Studie 1 wurden zwei low-fidelity Modelle zur kaninen Intubation und Katheterisierung entwickelt und evaluiert. Es wurde ein Studiendesign genutzt, das die erworbenen Fertigkeiten zweier Übungsgruppen und einer Kontrollgruppe in einer praktischen Prüfung (OSCE = objective structured clinical examination) am toten Hund vergleicht. Achtundfünfzig Studierende (4. FS) erhielten eine theoretische Einführung zur Intubation und wurden randomisiert auf drei Gruppen aufgeteilt. Gruppe 1 (high-fidelity) übte am kommerziell erhältlichen Intubation Training Manikin, Gruppe 2 (low-fidelity) am entwickelten low-fidelity Modell und die Textgruppe las einen Text, der die Intubation beim Hund beschreibt. Siebenundvierzig Studierende (10. FS) durchliefen dasselbe Studiendesign zum Thema Katheterisierung der Hündin. Sie nutzten das kommerziell erhältliche Female Urinary Catheter Training Manikin, das selbst entwickelte low-fidelity Modell und Lehrtexte. In Studie 2 wurde die Vermittlung zweier spezifischer Fertigkeiten mit Hilfe von Potcasts und Simulationstraining evaluiert. Zwei anleitende Potcasts zu Intubation und Katheterisierung und die oben beschriebenen Modelle wurden innerhalb eines crossover-Studiendesigns genutzt. In dieser Studie sind Potcasts audio-visuell aufbereitete Animationen mit Schritt für Schritt – Anleitungen und Informationen. Die erworbenen praktischen Fertigkeiten zweier Übungsgruppen, die sich in der Art der theoretischen Vorbereitung unterschieden, wurden in einer praktischen Prüfung (OSCE) am toten Hund verglichen. Ein Fragebogen erfasste das Feedback der Teilnehmer. Sechzig Studierende (2. FS) wurden randomisiert auf eine Potcast- und eine Textgruppe aufgeteilt. Die Potcastgruppe sah sich das anleitende Potcast an, die Textgruppe bereitete sich anhand eines Lehrtextes vor. Im Anschluss hatten beide Gruppen separate Übungseinheiten an den low-fidelity Modellen ohne Betreuung durch Lehrende. Ergebnisse In Studie 1 schnitten alle Übungsgruppen signifikant besser ab als die Textgruppen. Gruppe 1 (high-fidelity) und Gruppe 2 (low-fidelity) unterschieden sich weder bei der Intubation noch bei der Katheterisierung signifikant in ihren Leistungen. In Studie 2 schnitt die Potcastgruppe beim Thema Intubation signifikant besser ab als die Textgruppe, beim Thema Katheterisierung ergaben sich keine signifikanten Unterschiede. Insgesamt hatte das Simulationstraining den Studierenden Spaß gemacht, das Lernen ohne Betreuer wurde jedoch als Herausforderung empfunden. Schlussfolgerungen Es ist davon auszugehen, dass low-fidelity Modelle genauso geeignet für das Training klinischer Fertigkeiten sein können wie high-fidelity Modelle. Das Training klinischer Fertigkeiten mit Hilfe von Potcasts und low-fidelity Modellen sollte durch Betreuer ergänzt werden, anstatt als alleiniges Lehrmedium für Studierende des ersten Studienjahres Verwendung zu finden. Eigenständiges Lernen klinischer Fertigkeiten, angeleitet durch Potcasts bietet eine Möglichkeit für vertiefendes und wiederholendes Training höherer Semester. Der Einsatz von Simulationsmodellen in der veterinärmedizinischen Ausbildung wächst seit wenigen Jahren stetig. Diese Arbeit leistet einen zeitgerechten Beitrag bei der Evaluierung von Simulationstraining. / Introduction Students of veterinary medicine are expected to acquire various practical skills in addition to a wide range of theoretical knowledge. There is a strong demand for training opportunities, as every individual learns and acquires practical skills at individual pace. For reasons of animal welfare concerns and availability, live animals and cadavers cannot always be used for clinical skills training. Simulation models, which are models of organisms or body parts can be a considerable alternative for clinical skills training. Models that are commercially produced often have a high price and are not available for all skills. Self-made models are increasingly used in veterinary education. Because there is few published data regarding their use, more scientific research is required. Aims of the Investigation The objective of this study was to determine, if self-made low-fidelity models can be successfully used in veterinary medical education. For this purpose, two self-made low-fidelity models were evaluated (study 1) and their use in combination with other teaching tools was analyzed (study 2). Materials and Methods In study 1, two self-made low-fidelity models for simulation of canine intubation and canine female urinary catheterization were developed and evaluated. We used a study design that compares acquired skills of two intervention groups and one control group in a practical examination (OSCE = objective structured clinical examination). Fifty-eight second-year veterinary medicine students received a theoretical introduction to intubation and were randomly divided into three groups. Group 1 (high-fidelity) was then trained on a commercially available Intubation Training Manikin, group 2 (low-fidelity) was trained on our low-fidelity model, and the text group read a text describing intubation of the dog. Forty-seven fifth-year veterinary medicine students followed the same procedure for training urinary catheterization using the commercially available Female Urinary Catheter Training Manikin, our self-made model, and text. Outcomes were assessed in a practical examination on a cadaver using an OSCE checklist. In study 2 we evaluated the teaching of two specific clinical skills using potcasts and low-fidelity simulation training. Two instructional potcasts describing intubation and catheterization and both low-fidelity models described above were used. In our study, potcasts are audio-visual animations that provide the learner with step by step information and instruction on a clinical skill. We used a crossover study design and compared the acquired practical skills of two intervention groups after a different theoretical preparation. A survey captured the participants’ feedback. Sixty first year veterinary medicine students were randomly allocated to two groups, a potcast group and a text group. The potcast group watched a potcast while the text group read an instructional text for preparation. Then both groups had separate self-directed training sessions on low-fidelity models. Outcomes were assessed in practical examinations on a cadaver using an objective structured clinical examination (OSCE) checklist. Results In study 1 all intervention groups performed significantly better than the text groups. Group I (high-fidelity) and group II (low-fidelity) for both intubation and catheterization showed no significant differences. In study 2 the potcast group performed significantly better than the text group in study intubation but no significant differences were observed in study catheterization. Overall, participants enjoyed clinical skills training but experienced self-directed learning as challenging. Conclusion Low-fidelity models can be as effective as high-fidelity models for clinical skills training. Clinical skills training using potcasts and self-directed low-fidelity simulation training should be complemented by supervisor or peer instruction rather than used as exclusive tool for teaching first year veterinary students. We assume though, that self-directed learning instructed by our potcasts can be a valuable chance for deepening and repetitive training of higher semesters. The use of simulation models in veterinary education has been consistently increasing in the past few years. This study is an important, timely contribution to the evaluation of simulation based education.

Einleitung: Ruminal werden Futterpflanzen zu kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) abgebaut. Diese bilden die Hauptenergiequelle für den Wiederkäuerorganismus. Da diese Fettsäuren jedoch auch maßgeblich die pH-Homöostase der Vormagenschleimhaut beeinflussen, muss das Pansenepithel in der Lage sein, Änderungen im Substrat- und Protonenangebot festzustellen und anschließend regulative Prozesse anzupassen, um Stoffwechselentgleisungen und so auch einer Pansenazidose vorzubeugen. In anderen Spezies erwiesen sich sogenannte „Freie Fettsäurerezeptoren“ (FFARs) als potenzielle Sensoren veränderter SCFA-Mengen im Darmlumen, die u. a. durch Modulation der intrazellulären Spiegel an zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) ihre Wirkung vermitteln. Ziele der Untersuchungen: Es sollte in der vorliegenden Arbeit untersucht werden, ob FFARs im Pansenepithel des Schafes vorkommen und durch SCFAs aktiviert sowie intrazelluläre Signalwege über cAMP moduliert werden können. Im Anschluss sollte erarbeitet werden, inwiefern der nachgewiesene Einfluss von Butyrat auf die epithelialen cAMP-Spiegel Auswirkungen auf die epitheliale pH-Modulation infolge einer veränderten Aktivität von Monocarboxylattransportern (MCTs) und Na+/H+-Austauschern (NHEs) hat. Tiere, Material und Methoden: Sämtliche Untersuchungen wurden an Geweben des Vormagens von Schafen (Ovis gmelini aries) durchgeführt. Mittels Reverse-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) und immunhistochemischer Färbungen wurde das Vorliegen verschiedener FFARs in nativem Pansengewebe untersucht. Zur funktionellen Charakterisierung wurden Epithelstücke aus dem ventralen Pansensack in Ussing-Kammern inkubiert und anschließend die cAMP-Spiegel im Epithel mittels einer quantitativen, kompetitiven Analyse bestimmt. Dabei wurde der Einfluss von Forskolin (ein Stimulator der cAMP-synthetisierenden Adenylylzyklasen), von Butyrat sowie von Niacin (ein FFAR-Agonist) betrachtet. Mithilfe von radioaktiv markiertem Azetat wurde der Effekt variierender cAMP-Spiegel auf die Transportaktivität von MCTs unter Zuhilfenahme von zwei verschiedenen MCT-Hemmstoffen (Cyanohydroxyzimtsäure und p-Hydroxymercuribenzoesäure) in Ussing-Kammern evaluiert. Die Aktivität der NHEs wurde an kultivierten Pansenepithelzellen durch Messung des intrazellulären pH-Wertes mittels Spektrofluorometrie unter Einfluss des NHE-Inhibitors 5-N-Ethyl-N-Isopropyl Amilorid ermittelt. Auch hierbei wurden in den Zellen unterschiedliche cAMP-Spiegel durch Forskolin-Applikation induziert. Die Daten der verschiedenen Untersuchungen wurden an 5-8 Tieren je Versuchsansatz erhoben. Die Normalverteilung wurde mittels Kolmogorov–Smirnov-Test ermittelt. Ein Friedman-Test mit anschließendem Dunn-Test wurde für die Analyse der cAMP-Experimente genutzt. MCT und NHE Experimente wurden mithilfe einer einfachen, geblockten Varianzanalyse und anschließendem Tukey-Test ausgewertet. Ergebnisse: Die FFARs GPR109A und FFAR2 konnten an allen untersuchten Lokalisationen (Netzmagen, Pansenvorhof, dorsaler und ventraler Pansensack, Psalter) über RT-PCR bzw. im ventralen Pansensack auch über die immunhistochemischen Färbungen detektiert werden, wohingegen FFAR3 lediglich als mRNA im Vorhof nachweisbar war. Dies lässt die beiden Rezeptoren GPR109A und FFAR2 als mögliche Strukturen zur Detektion von SCFAs im Pansenepithel erscheinen. Die Analyse der intrazellulären cAMP-Spiegel in Epithelien aus dem ventralen Pansensack konnte einen hemmenden Einfluss von Butyrat auf diesen Botenstoff darlegen, was auf eine Beteiligung der genannten FFARs hindeutet. Die Applikation des GPR109A-Agonisten Niacin hatte jedoch keinen Effekt auf die cAMP-Spiegel, sodass eine Wirkungsvermittlung von Butyrat über diesen Rezeptor unwahrscheinlich scheint. Mit Blick auf die funktionellen Auswirkungen dieser cAMP-Modulation hatten variierende cAMP-Level im Kontrast zu Erkenntnissen aus Nicht-Wiederkäuerspezies keinen Einfluss auf die Transportaktivität des ruminalen MCT1 unter den gewählten in vitro-Versuchsbedingungen. Andererseits konnte die Regulation des intrazellulären pH-Wertes von kultivierten Pansenepithelzellen tendenziell durch erhöhte cAMP-Spiegel gehemmt werden, was auf einer Hemmung von NHEs durch den second messenger beruhen könnte. Schlussfolgerungen: Die Expression von GPR109A und FFAR2 lassen diese zwei FFARs als potenzielle Sensoren der intraruminalen bzw. intraepithelialen Nährstoffkonditionen erscheinen. Dabei deuten die vorliegenden Untersuchungen auf eine Aktivierung des FFAR2 durch Butyrat und dessen Metaboliten in den basalen Schichten des Pansenepithels hin. Infolge der Rezeptoraktivierung kommt es vermutlich zu einer Verminderung der intraepithelialen cAMP-Spiegel, welche wiederum einen (schwachen) Einfluss auf die Regulation des intrazellulären pH-Wertes mithilfe von NHEs zu haben scheinen. Entgegen unserer Ausgangshypothese scheinen aber die FFARs des ovinen Pansenepithels die pH-Homöostase des Epithels nur geringfügig zu beeinflussen. Ihre genaue physiologische Bedeutung – insbesondere des GPR109A – bleibt somit noch spekulativ.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Bedeutung kurzkettiger Fettsäuren für den Wiederkäuer 3 2.2 Transport kurzkettiger Fettsäuren über das Pansenepithel 3 2.2.1 Apikale Aufnahme in das Pansenepithel 4 2.2.2 Basolaterale Ausschleusung in den Blutstrom 6 2.3 Metabolisierung kurzkettiger Fettsäuren im Pansenepithel 8 2.4 pH-Homöostase 9 2.4.1 pH-Regulation des Pansenlumens 9 2.4.2 pH-Regulation des Pansenepithels 10 2.5 Anpassungsmechanismen des Pansenepithels 12 2.6 Rolle des Butyrats 15 2.7 Fettsäurerezeptoren 16 2.7.1 G-Protein-gekoppelte Rezeptoren 17 2.7.2 GPRs für SCFAs 17 2.7.2.1 FFAR2 17 2.7.2.2 FFAR3 18 2.7.2.3 GPR109A 19 2.7.3 FFARs im Wiederkäuerorganismus 20 2.8 Monocarboxylattransporter 22 2.8.1 Die Familie der MCTs 22 2.8.2 Regulation der MCTs 23 2.8.3 MCTs im Pansenepithel 24 2.9 Natrium-Protonen-Austauscher 26 2.9.1 Die Familie der NHEs 26 2.9.2 Regulation der NHEs 27 2.9.3 NHEs im Pansenepithel 28 2.10 Fragestellungen der vorliegenden Arbeit 30 3 Publikationen 32 3.1 Publikation 1 32 3.2 Publikation 2 41 3.2.1 Supporting Information 56 4 Diskussion 57 4.1 Nachweis von FFARs im Pansenepithel 57 4.1.1 Regulation intrazellulärer Signalwege durch FFARs 59 4.1.2 GPR109A als potenzieller Butyrat-Rezeptor im Pansenepithel 62 4.1.3 FFAR2 als potenzieller Rezeptor für Butyrat 63 4.2 Seitenabhängigkeit der Butyrat-Effekte 64 4.3 pH-Abhängigkeit der cAMP-Spiegel 66 4.4 Einfluss von cAMP auf die Aktivität der MCTs 68 4.5 Einfluss von cAMP auf die NHE-Aktivität 70 4.6 Schlussfolgerungen 73 5 Zusammenfassung 75 6 Summary 77 7 Literaturverzeichnis 79 8 Anhang 101 8.1 Im Rahmen dieser Dissertation gehaltene Präsentationen 101 Danksagung 103 / Introduction: Forage plants are ruminally degraded to short chain fatty acids (SCFAs). These serve as the main energy source for ruminants. As SCFAs also influence the pH-homeostasis of the ruminal mucosa, the epithelium must be able to detect changes of both substrate and proton accumulation and adapt transport processes accordingly, in order to prevent metabolic dysfunction and thus the risk of ruminal acidosis. Studies in non-ruminant species detected so-called ‘free fatty acid receptors’ (FFARs) as potential SCFA-sensors in the gut lumen. It has been shown that these receptors transduce their information by modulation of intracellular levels of cyclic adenosine monophosphate (cAMP). Aim: This study intended to investigate if FFARs are located in the ovine ruminal epithelium. It should further be evaluated if FFARs can be stimulated by SCFAs leading to a modulation of intracellular pathways via cAMP. Finally, the study aimed to elucidate the influence of low epithelial cAMP-levels after butyrate application on the regulation of pH-homeostasis in the ruminal epithelium by modulating the activity of transport proteins such as monocarboxylate transporters (MCTs) and Na+/H+ exchangers (NHEs). Animals, material, and methods: All experiments were conducted with ovine (Ovis aries) ruminal tissues. The expression of different FFARs was investigated in native tissues using a reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and immunohistochemical staining. For functional analysis, epithelial cAMP levels were determined by a quantitative and competitive assay after incubation of epithelia of the ruminal ventral sac in Ussing chambers. The influence of forskolin (a stimulator of the adenylyl cyclases), butyrate, as well as niacin (an FFAR agonist) was evaluated. Further, the effect of varying cAMP levels on transport activity of MCTs was characterised on Ussing chamber-mounted epithelia with radioactively labelled acetate and two MCT inhibitors (cyano-hydroxycinnamic acid and p-hydroxymercuribenzoic acid). Finally, the activity of NHEs was assessed in cultured ruminal epithelial cells. The intracellular pH was evaluated by spectrofluorometry while the cells were incubated with forskolin (to modify intracellular cAMP levels) or the NHE inhibitor 5-(N-ethyl-N-isopropyl)-amiloride. The data for the different set-ups were acquired from 5-8 animals each. Kolmogorov–Smirnov test was used for testing normality. For cAMP level analyses, the Friedman test followed by Dunn's test was performed. MCT and NHE measurements were analysed using one-way randomized block analysis of variance followed by Tukey's test. Results: GPR109A and FFAR2 were detected in all ovine ruminal epithelia examined (reticulum, atrium ruminis, ruminal ventral and dorsal sac, omasum) by RT-PCR and in ruminal ventral sac also by immunohistochemical staining. FFAR3, however, was detected solely on mRNA level in tissues of the ovine atrium ruminis. Thus, the two immunohistochemically detected receptors may serve as potential sensors for SCFAs in the ruminal epithelium. The analysis of intraepithelial cAMP levels revealed an inhibiting influence of butyrate application on cAMP pointing to an activation of FFARs by this SCFA. Nonetheless, the incubation with the GPR109A agonist niacin did not show any effect on cAMP levels. This finding contradicts the theory of an activation of GPR109A by butyrate. Looking at functional consequences of varying cAMP levels, in contrast to studies on non-ruminant species ruminal MCT1 activity was not influenced by different cAMP levels, at least under the conditions chosen in this in vitro study. However, regulation of intracellular pH in cultured ruminal epithelial cells tended to decrease with augmented cAMP levels. This might be mediated by an inhibition of NHEs. Conclusions: The expression of GPR109A and FFAR2 points at a participation of these receptors in sensing intraruminal and intraepithelial energy status. The present data hint at an activation of FFAR2 by butyrate or its metabolites in the basal layers of the epithelium. Activation of the receptor leads to decreased cAMP levels. This in turn seems to slightly modify the regulation of intracellular pH via NHEs. Contradicting our initial hypothesis, ovine ruminal FFARs seem to play only a minor role in modulation of epithelial pH homeostasis. The main physiological role of ruminal FFARs – especially of GPR109A – remains to be clarified.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Bedeutung kurzkettiger Fettsäuren für den Wiederkäuer 3 2.2 Transport kurzkettiger Fettsäuren über das Pansenepithel 3 2.2.1 Apikale Aufnahme in das Pansenepithel 4 2.2.2 Basolaterale Ausschleusung in den Blutstrom 6 2.3 Metabolisierung kurzkettiger Fettsäuren im Pansenepithel 8 2.4 pH-Homöostase 9 2.4.1 pH-Regulation des Pansenlumens 9 2.4.2 pH-Regulation des Pansenepithels 10 2.5 Anpassungsmechanismen des Pansenepithels 12 2.6 Rolle des Butyrats 15 2.7 Fettsäurerezeptoren 16 2.7.1 G-Protein-gekoppelte Rezeptoren 17 2.7.2 GPRs für SCFAs 17 2.7.2.1 FFAR2 17 2.7.2.2 FFAR3 18 2.7.2.3 GPR109A 19 2.7.3 FFARs im Wiederkäuerorganismus 20 2.8 Monocarboxylattransporter 22 2.8.1 Die Familie der MCTs 22 2.8.2 Regulation der MCTs 23 2.8.3 MCTs im Pansenepithel 24 2.9 Natrium-Protonen-Austauscher 26 2.9.1 Die Familie der NHEs 26 2.9.2 Regulation der NHEs 27 2.9.3 NHEs im Pansenepithel 28 2.10 Fragestellungen der vorliegenden Arbeit 30 3 Publikationen 32 3.1 Publikation 1 32 3.2 Publikation 2 41 3.2.1 Supporting Information 56 4 Diskussion 57 4.1 Nachweis von FFARs im Pansenepithel 57 4.1.1 Regulation intrazellulärer Signalwege durch FFARs 59 4.1.2 GPR109A als potenzieller Butyrat-Rezeptor im Pansenepithel 62 4.1.3 FFAR2 als potenzieller Rezeptor für Butyrat 63 4.2 Seitenabhängigkeit der Butyrat-Effekte 64 4.3 pH-Abhängigkeit der cAMP-Spiegel 66 4.4 Einfluss von cAMP auf die Aktivität der MCTs 68 4.5 Einfluss von cAMP auf die NHE-Aktivität 70 4.6 Schlussfolgerungen 73 5 Zusammenfassung 75 6 Summary 77 7 Literaturverzeichnis 79 8 Anhang 101 8.1 Im Rahmen dieser Dissertation gehaltene Präsentationen 101 Danksagung 103