Effects of a deoxynivalenol contaminated diet on feed intake and health status in horses.

Pferde als Pflanzenfresser benötigen für die Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Kanal eine Vielzahl von Mikroorganismen. In der Pathogenese der equinen Kolikerkrankungen spielen die aus einem Teil dieser Bakterien stammenden Endotoxine (Lipopolysaccharide, LPS) eine wichtige Rolle. Das Caecum und das Colon ascendens scheinen der Ort einer pathologischen Endotoxinabsorption beim Pferd zu sein. Mit Hilfe von Limulus-Amoebozyten-Lysat-Tests (chromogenes Substrat, Endpunkt Methode) wurden die Endotoxinkonzentrationen bei 52 gesunden Pferden und 105 an Magen-Darm-Kolik erkrankten Pferde bestimmt. Durch wiederholte Messungen wurde die Entwicklung der Endotoxinkonzentration bei Kolikpferden im Krankheitsverlauf untersucht. Im Plasma aller gesunden Pferde wurden Endotoxine nachgewiesen, mit einem Mittelwert von = 5,90 pg/ml ± 2,78 pg/ml. Bei 90,5% der Pferden mit Kolik lag die Endotoxinkonzentration in der ersten Probe nach Einlieferung in die Klinik über 10 pg/ml. Kolikformen mit grundsätzlich hohen Endotoxinkonzentrationen konnten herausgefunden werden. In dieser Untersuchung waren das die Hernia foraminis omentalis mit einem LPS-Mittelwert von 91,57 pg/ml, die Dünndarmstrangulation durch Lipoma pendulans mit einem LPS-Mittelwert von 89,32 pg/ml und die Torsio coli totalis 360° mit einem LPS-Mittelwert von 88,21 pg/ml.:INHALTSVERZEICHNIS Seite ABKÜRZUNGEN .................................................................................................... 12 1. EINLEITUNG ............................................................................................... 14 2. SCHRIFTTUM .............................................................................................. 16 2.1. Herkunft und Aufbau der Endotoxine ........................................ 16 2.1.1. Struktur der Zellwand der gram-negativen Bakterien .............. 16 2.1.2. Chemische Struktur der Endotoxine ............................................ 17 2.1.2.1. Das O-spezifische Polysaccharid .................................................. 18 2.1.2.2. Das Kern-Oligosaccharid ............................................................... 18 2.1.2.3. Das Lipoid-A .................................................................................... 19 2.2. Biologische Wirkung der Endotoxine .......................................... 22 2.2.1. Bindung der LPS und Aktivierung der Zellen ........................... 23 Endotoxinrezeptoren im Plasma ...................................... 24 Endotoxinrezeptoren auf der Zellmembran .................... 24 2.2.2. Freisetzung und biologische Wirkung der Vermittlermoleküle ........................................................................ 25 2.2.2.1. Lipide .............................................................................................. 25 Prostaglandine (PG) .......................................................... 26 Leukotriene (LT) ................................................................. 29 2.2.2.2. Proteine ........................................................................................... 29 Tumor-Nekrose-Faktor und Interleukin-1 ..................... 30 Interleukin-8 ........................................................................ 32 Akute-Phase-Antwort und Interleukin-6 ........................ 33 2.2.2.3. Andere endogene Mediatoren ...................................................... 35 2.2.3. Experimentelle Erfahrungen .......................................................... 37 2.3. Die Darmmikroflora des Pferdes als Ausgangspunkt für die Entstehung einer Endotoxämie ........................................ 38 2.4. Darmkanal/Blut-Schranke für Endotoxine; Rolle der Leber .... 41 2.5. Endotoxine und Krankheiten des Pferdes .................................. 42 2.5.1. Hämodynamische und hämostatische Anomalien .................... 43 2.5.1.1. Der Schock ........................................................................................ 43 2.5.1.2. Disseminierte intravasale Gerinnung (DIG) ................................ 44 Labor-Nachweisverfahren: ................................................. 46 Thrombozyten .......................................................... 46 Antithrombin III ....................................................... 46 Fibrin/Fibrinogen-Degradationsprodukte .......... 48 Fibrinogen ................................................................. 48 Andere hämostatische Parameter .......................... 49 2.5.2. Magen-Darm-Erkrankungen des Pferdes ................................... 50 Begriffsbestimmung: Kolik ................................................ 50 2.5.2.1. Endotoxämie bei Magen-Darm-Koliken ..................................... 51 2.5.2.2. Begleiterkrankungen, die sich durch die Wirkung der Endotoxine aus Magen-Darm-Koliken entwickeln ................... 54 2.5.2.3. Kolitis, Typhlokolitis ..................................................................... 56 Kolitis .................................................................................... 56 Typhlokolitis ....................................................................... 58 Klinisches Bild ......................................................... 59 Pathomorphologische Befunde ............................. 60 Ätiologie und Pathogenese .................................... 62 2.5.2.4. Laktat-Azidose und Anion gap bei Pferden mit Magen-Darm-Kolik ......................................................................... 66 2.6. Therapeutische Möglichkeiten zur Bekämpfung der Endotoxämie .................................................................................... 68 2.6.1. Hemmung der Zytokininduktion durch Lipoid-A-Teilstrukturen ................................................................ 69 2.6.2. Anwendung von entzündungshemmenden Präparaten .......... 70 2.6.3. Infusionstherapie ............................................................................ 72 2.6.4. Eine alternative Möglichkeit zur Vorbeugung der Endotoxinwirkung durch Fütterungsmaßnahmen .................... 73 2.6.5. Antiendotoxische Immuntherapie ............................................... 73 2.6.6. Endotoxinneutralisierendes Protein ............................................ 76 3. EIGENE UNTERSUCHUNGEN ................................................... 77 3.1. Material ............................................................................................. 77 3.2. Methodik .......................................................................................... 79 3.2.1. Angewandte Materialien ............................................................... 79 3.2.2. Gewinnung der Proben .................................................................. 81 3.2.3. Endotoxinbestimmung .................................................................. 82 3.2.3.1. Analysator ........................................................................................ 82 3.2.3.2. Reagenzien ....................................................................................... 82 3.2.3.3. Herstellung der Reaktionsansätze ................................................ 83 3.2.3.4. Analyse ............................................................................................. 83 Reaktionsprinzip ................................................................. 83 Standardisierung ................................................................. 84 Probenbehandlung .............................................................. 84 Beschickung der Mikroküvette ......................................... 85 Erstellung der Standardkurve ........................................... 86 3.2.4. Fibrinogenbestimmung .................................................................. 88 3.2.4.1. Reagenzien ....................................................................................... 88 3.2.4.2. Analyse ............................................................................................. 89 Reaktionsprinzip ................................................................. 89 Standard ................................................................................ 89 Plasmaproben ....................................................................... 90 3.2.5. Erklärung zum Index Endotoxin/Fibrinogen ............................ 90 3.2.6. Bestimmung der Antithrombin III-Aktivität .............................. 91 Reaktionsprinzip ................................................................. 92 3.2.7. Anion gap-Bestimmung ................................................................ 92 3.2.8. Enzymaktivitätsbestimmung ........................................................ 92 3.2.9. Statistische Auswertung ................................................................ 93 Erklärung zu Pearson Korrelationskoeffizienten und der Zeichen der Differenzsignifikanz ...................... 94 Erklärung der Elemente des Plot-Box-Diagrammes ...... 94 3.3. Ergebnisse ........................................................................................ 96 3.3.1. Vergleich der Ergebnisse der klinisch gesunden Pferde und der Pferde mit Kolik .................................................. 96 3.3.2. Untersuchungsergebnisse der Kolikpatienten ........................... 99 3.3.2.1. Ergebnisse der Endotoxinbestimmung ..................................... 101 3.3.2.2. Ergebnisse der Fibrinogenbestimmung ..................................... 104 3.3.2.3. Vergleich der Parameter Endotoxin – Fibrinogen; Index Endotoxin/Fibrinogen ...................................................... 106 3.3.2.4. Ergebnisse der Voruntersuchungen der AT-III-Aktivität im Plasma .......................................................... 109 3.3.2.5. Ergebnisse der Anion gap-Bestimmung .................................... 110 3.3.2.6. Ergebnisse der Enzymaktivitätsbestimmung ........................... 112 3.3.2.7. Vergleich der Ergebnisse von konservativ und chirurgisch behandelten Patienten ............................................. 114 3.3.2.8. Vergleich der Ergebnisse von überlebenden und verendeten Patienten ............................................................ 117 3.3.3. Korrelationsanalyse der Meßparameter .................................... 119 4. DISKUSSION ............................................................................................ 122 4.1. Endotoxine ..................................................................................... 122 Aufgabe und Methodik .................................................... 122 Endotoxine bei gesunden Pferden .................................. 123 Endotoxine bei Pferden mit Kolik .................................. 124 4.2. Endotoxämie und Magen-Darm-Koliken ................................. 125 4.3. Endotoxine und Fieber ................................................................. 127 4.4. Begleiterkrankungen der Magen-Darm-Koliken ..................... 128 Disseminierte intravasale Gerinnung ............................. 128 Hufrehe ............................................................................... 129 Typhlokolitis; Salmonelleninfektion ............................... 130 4.5. Anion gap ....................................................................................... 131 4.6. Schlußwort ..................................................................................... 131 5. ZUSAMMENFASSUNG .......................................................................... 133 6. SUMMARY ................................................................................................ 135 7. LITERATURVERZEICHNIS .................................................................... 137 8. ANHANG ................................................................................................... 160 / Endotoxaemia in colic illnesses in horses; Quantitative analysis and clinical relevance Horses as herbivores require a multitude of micro-organisms for the digestive processes in the gastrointestinal tract. The endotoxins (lipopolysaccharides, LPS) originating from a part of the bacteria play an important role in the pathogenesis of equine colic illnesses. The caecum and the colon ascendens appear to be the site of a pathological absorption of endotoxins in horses. With the aid of limulus-amoebocyte-lysate tests (chromogeneous substrate, end-point method) the endotoxin concentrations were analysed in 52 healthy horses and 105 horses suffering from gastrointestinal colic. The development of the endotoxin concentration in the case of horses suffering from colic was investigated through repeated measurements throughout the course of the illness. Endotoxins were identified in the plasma of all healthy horses at a mean value of = 5.90 pg/ml ± 2.78 pg/ml. In 90.5% of the horses with colic, the concentration of endotoxins in the first sample subsequent to admission to the clinic was over 10 pg/ml. It was possible to determine specific forms of colic accompanied by fundamentally high concentrations of endotoxins. In this investigation these were omental foramen hernia with a mean LPS value of 91.57 pg/ml, small intestinal strangulation by lipoma pendulans with a mean LPS value of 89.32 pg/ml and colon torsion 360° with a mean LPS value of 88.21 pg/ml.:INHALTSVERZEICHNIS Seite ABKÜRZUNGEN .................................................................................................... 12 1. EINLEITUNG ............................................................................................... 14 2. SCHRIFTTUM .............................................................................................. 16 2.1. Herkunft und Aufbau der Endotoxine ........................................ 16 2.1.1. Struktur der Zellwand der gram-negativen Bakterien .............. 16 2.1.2. Chemische Struktur der Endotoxine ............................................ 17 2.1.2.1. Das O-spezifische Polysaccharid .................................................. 18 2.1.2.2. Das Kern-Oligosaccharid ............................................................... 18 2.1.2.3. Das Lipoid-A .................................................................................... 19 2.2. Biologische Wirkung der Endotoxine .......................................... 22 2.2.1. Bindung der LPS und Aktivierung der Zellen ........................... 23 Endotoxinrezeptoren im Plasma ...................................... 24 Endotoxinrezeptoren auf der Zellmembran .................... 24 2.2.2. Freisetzung und biologische Wirkung der Vermittlermoleküle ........................................................................ 25 2.2.2.1. Lipide .............................................................................................. 25 Prostaglandine (PG) .......................................................... 26 Leukotriene (LT) ................................................................. 29 2.2.2.2. Proteine ........................................................................................... 29 Tumor-Nekrose-Faktor und Interleukin-1 ..................... 30 Interleukin-8 ........................................................................ 32 Akute-Phase-Antwort und Interleukin-6 ........................ 33 2.2.2.3. Andere endogene Mediatoren ...................................................... 35 2.2.3. Experimentelle Erfahrungen .......................................................... 37 2.3. Die Darmmikroflora des Pferdes als Ausgangspunkt für die Entstehung einer Endotoxämie ........................................ 38 2.4. Darmkanal/Blut-Schranke für Endotoxine; Rolle der Leber .... 41 2.5. Endotoxine und Krankheiten des Pferdes .................................. 42 2.5.1. Hämodynamische und hämostatische Anomalien .................... 43 2.5.1.1. Der Schock ........................................................................................ 43 2.5.1.2. Disseminierte intravasale Gerinnung (DIG) ................................ 44 Labor-Nachweisverfahren: ................................................. 46 Thrombozyten .......................................................... 46 Antithrombin III ....................................................... 46 Fibrin/Fibrinogen-Degradationsprodukte .......... 48 Fibrinogen ................................................................. 48 Andere hämostatische Parameter .......................... 49 2.5.2. Magen-Darm-Erkrankungen des Pferdes ................................... 50 Begriffsbestimmung: Kolik ................................................ 50 2.5.2.1. Endotoxämie bei Magen-Darm-Koliken ..................................... 51 2.5.2.2. Begleiterkrankungen, die sich durch die Wirkung der Endotoxine aus Magen-Darm-Koliken entwickeln ................... 54 2.5.2.3. Kolitis, Typhlokolitis ..................................................................... 56 Kolitis .................................................................................... 56 Typhlokolitis ....................................................................... 58 Klinisches Bild ......................................................... 59 Pathomorphologische Befunde ............................. 60 Ätiologie und Pathogenese .................................... 62 2.5.2.4. Laktat-Azidose und Anion gap bei Pferden mit Magen-Darm-Kolik ......................................................................... 66 2.6. Therapeutische Möglichkeiten zur Bekämpfung der Endotoxämie .................................................................................... 68 2.6.1. Hemmung der Zytokininduktion durch Lipoid-A-Teilstrukturen ................................................................ 69 2.6.2. Anwendung von entzündungshemmenden Präparaten .......... 70 2.6.3. Infusionstherapie ............................................................................ 72 2.6.4. Eine alternative Möglichkeit zur Vorbeugung der Endotoxinwirkung durch Fütterungsmaßnahmen .................... 73 2.6.5. Antiendotoxische Immuntherapie ............................................... 73 2.6.6. Endotoxinneutralisierendes Protein ............................................ 76 3. EIGENE UNTERSUCHUNGEN ................................................... 77 3.1. Material ............................................................................................. 77 3.2. Methodik .......................................................................................... 79 3.2.1. Angewandte Materialien ............................................................... 79 3.2.2. Gewinnung der Proben .................................................................. 81 3.2.3. Endotoxinbestimmung .................................................................. 82 3.2.3.1. Analysator ........................................................................................ 82 3.2.3.2. Reagenzien ....................................................................................... 82 3.2.3.3. Herstellung der Reaktionsansätze ................................................ 83 3.2.3.4. Analyse ............................................................................................. 83 Reaktionsprinzip ................................................................. 83 Standardisierung ................................................................. 84 Probenbehandlung .............................................................. 84 Beschickung der Mikroküvette ......................................... 85 Erstellung der Standardkurve ........................................... 86 3.2.4. Fibrinogenbestimmung .................................................................. 88 3.2.4.1. Reagenzien ....................................................................................... 88 3.2.4.2. Analyse ............................................................................................. 89 Reaktionsprinzip ................................................................. 89 Standard ................................................................................ 89 Plasmaproben ....................................................................... 90 3.2.5. Erklärung zum Index Endotoxin/Fibrinogen ............................ 90 3.2.6. Bestimmung der Antithrombin III-Aktivität .............................. 91 Reaktionsprinzip ................................................................. 92 3.2.7. Anion gap-Bestimmung ................................................................ 92 3.2.8. Enzymaktivitätsbestimmung ........................................................ 92 3.2.9. Statistische Auswertung ................................................................ 93 Erklärung zu Pearson Korrelationskoeffizienten und der Zeichen der Differenzsignifikanz ...................... 94 Erklärung der Elemente des Plot-Box-Diagrammes ...... 94 3.3. Ergebnisse ........................................................................................ 96 3.3.1. Vergleich der Ergebnisse der klinisch gesunden Pferde und der Pferde mit Kolik .................................................. 96 3.3.2. Untersuchungsergebnisse der Kolikpatienten ........................... 99 3.3.2.1. Ergebnisse der Endotoxinbestimmung ..................................... 101 3.3.2.2. Ergebnisse der Fibrinogenbestimmung ..................................... 104 3.3.2.3. Vergleich der Parameter Endotoxin – Fibrinogen; Index Endotoxin/Fibrinogen ...................................................... 106 3.3.2.4. Ergebnisse der Voruntersuchungen der AT-III-Aktivität im Plasma .......................................................... 109 3.3.2.5. Ergebnisse der Anion gap-Bestimmung .................................... 110 3.3.2.6. Ergebnisse der Enzymaktivitätsbestimmung ........................... 112 3.3.2.7. Vergleich der Ergebnisse von konservativ und chirurgisch behandelten Patienten ............................................. 114 3.3.2.8. Vergleich der Ergebnisse von überlebenden und verendeten Patienten ............................................................ 117 3.3.3. Korrelationsanalyse der Meßparameter .................................... 119 4. DISKUSSION ............................................................................................ 122 4.1. Endotoxine ..................................................................................... 122 Aufgabe und Methodik .................................................... 122 Endotoxine bei gesunden Pferden .................................. 123 Endotoxine bei Pferden mit Kolik .................................. 124 4.2. Endotoxämie und Magen-Darm-Koliken ................................. 125 4.3. Endotoxine und Fieber ................................................................. 127 4.4. Begleiterkrankungen der Magen-Darm-Koliken ..................... 128 Disseminierte intravasale Gerinnung ............................. 128 Hufrehe ............................................................................... 129 Typhlokolitis; Salmonelleninfektion ............................... 130 4.5. Anion gap ....................................................................................... 131 4.6. Schlußwort ..................................................................................... 131 5. ZUSAMMENFASSUNG .......................................................................... 133 6. SUMMARY ................................................................................................ 135 7. LITERATURVERZEICHNIS .................................................................... 137 8. ANHANG ................................................................................................... 160

Mesenchymale Stromazellen (MSCs) werden beim Pferd bereits mit vielversprechenden Ergebnissen zur Behandlung von muskuloskelettalen Erkrankungen, insbesondere von Sehnenerkrankungen, eingesetzt. In bisherigen klinischen Studien lag das Hauptaugenmerk auf der Behandlung von Erkrankungen der Oberflächlichen Beugesehne bei Rennpferden, die jedoch in Deutschland nur einen verhältnismäßig kleinen Anteil des Patientenaufkommens darstellen. Die zu erwartenden Ergebnisse nach MSC-Behandlung von Fesselträgererkrankungen sind dagegen noch nicht bekannt. Darüber hinaus sind die grundlegenden Kenntnisse zur Biologie equiner MSCs noch unzureichend, was Verständnis und Optimierung des bestehenden Therapiekonzeptes erschwert. Häufig wird die Verwendung alternativer Gewebequellen für MSCs diskutiert, wobei jedoch nur wenige vergleichende Daten zu den jeweiligen zellulären Eigenschaften vorliegen. Ziel dieser Arbeit war es daher, zum einen mehr Kenntnisse über die zu erwartenden klinischen Ergebnisse nach MSC-Behandlung von Sehnenerkrankungen zu erlangen, einschließlich Erkrankungen des Fesselträgers, zum anderen den Wissensstand hinsichtlich der in-vitro-Charakterisierung equiner MSCs zu erweitern, wobei ein Vergleich klinisch relevanter Charakteristika zwischen MSCs aus verschiedenen Gewebequellen angestrebt wurde. In die klinische Studie wurden 98 Pferde, die aufgrund von Sehnen- und Banderkrankungen mit MSCs behandelt worden waren, einbezogen. Von 58 dieser Tiere konnten Langzeitergebnisse nach einem Beobachtungszeitraum von mindestens einem Jahr erhoben werden. Diese wurden hinsichtlich des Behandlungserfolges sowie möglicher Einflussfaktoren ausgewertet, wobei die Behandlung als erfolgreich bewertet wurde, wenn die Patienten nach dem Beobachtungszeitraum voll trainiert oder im Sport eingesetzt werden konnten und dabei kein Rezidiv aufgetreten war. Die Behandlung mit MSCs wurde bei 84,5 % der Pferde als erfolgreich eingestuft, wobei Erkrankungen der Oberflächlichen Beugesehne mit 84,2 % und Erkrankungen des Fesselträgers mit 83,3 % gleichermaßen gute Ergebnisse zeigten. Tendenziell beeinflussten Nutzungsdisziplin, Erkrankungsstadium und Patientenalter das klinische Ergebnis ebenso wie bei konventioneller Behandlung. Insgesamt war nach MSC-Behandlung das Auftreten von Rezidiven deutlich seltener zu beobachten als in der Literatur für die konventionelle Behandlung beschrieben wird. Für die in-vitro-Studie zur vergleichenden Charakterisierung equiner MSCs aus verschiedenen Quellen wurden Knochenmark, Fett- und Sehnengewebe sowie Nabelschnurblut und -gewebe gewonnen. Aus diesen Proben wurden jeweils die plastikadhärenten MSCs isoliert und hinsichtlich Zellausbeute, Proliferations- und Migrationseigenschaften, tripotentem Differenzierungspotential sowie der Expression der Sehnenmarker Kollagen 1A2 und Skleraxis vergleichend untersucht. Die Ausbeute an MSCs war bei allen soliden Geweben (Fett-, Sehnen-, und Nabelschnurgewebe) hochsignifikant höher (p < 0,001). Ebenso proliferierten MSCs aus Fett- und Sehnengewebe signifi-kant schneller als MSCs aus Knochenmark oder Nabelschnurblut (p < 0,01). Von letzteren wurden darüber hinaus etwa drei viertel aller Zellkulturen vor der achten Passage seneszent. Das höchste Migrationspotential zeigten wiederum MSCs aus Sehnen- und Fettgewebe, wobei hier MSCs aus Nabelschnurgewebe das ungünstigste Ergebnis erzielten (p < 0,01). Die adipogene Differenzierung gelang bei MSCs aus allen Quellen vergleichbar gut. Bei der osteogenen Differenzierung erreichten MSCs aus Knochenmark das beste Ergebnis, während MSCs aus Nabelschnurblut und –gewebe nur schwach osteogen differenzierten (Tag 21: p < 0,01; Tag 35: p < 0,05). Im Gegensatz dazu erreichten MSCs aus Nabelschnurblut bei der chondrogenen Differenzierung die meisten Scorepunkte, MSCs aus Knochenmark dagegen die wenigsten (p < 0,05). Kollagen 1A2 wurde von MSCs aus Fettgewebe am höchsten exprimiert, Skleraxis von MSCs aus Nabelschnurblut. MSCs aus Sehnengewebe exprimierten beide Sehnenmarker auf fast ebenso hohem Level. MSCs aus Knochenmark dagegen zeigten hier jeweils die niedrigste Expression (p < 0,05 für Kollagen 1A2). Basierend auf den Ergebnissen der klinischen Studie ist die MSC-Therapie nach wie vor als vielversprechende Behandlungsoption für Sehnenerkrankungen anzusehen und ist auch für die Behandlung von Fesselträgererkrankungen geeignet. Zukünftige, kontrollierte klinische Studien müssen jedoch die Wirksamkeit der MSC-Therapie noch weitergehend bestätigen. Die in-vitro-Studie zeigte signifikante Unterschiede zwischen equinen MSCs aus verschiedenen Quellen auf, die bei der Auswahl einer Gewebequelle für die MSC-Isolierung für klinische Anwendungen berücksichtigt werden sollten. MSCs aus Fettgewebe erscheinen aufgrund ihrer sehr guten Proliferations- und zuverlässigen Differenzierungseigenschaften als eine gute Alternative zu MSCs aus Knochenmark für autologe Therapien. MSCs aus Sehnengewebe sind den hier vorliegenden Ergebnissen zufolge besonders gut für die Behandlung von Sehnenerkrankungen geeignet; vor einer routinemäßigen Anwendung dieser MSCs sollten jedoch ihre Eigenschaften weiterführend untersucht werden. / In horses, mesenchymal stromal cells (MSCs) are used for the treatment of musculoskeletal diseases, especially tendon injuries, with promising results. Previous clinical studies mainly focused on the treatment of superficial digital flexor tendon injuries in racehorses, which, however, represent only a relatively small percentage of the overall equine case load in Germany. Average outcome to be expected following MSC treatment of suspensory ligament injuries was not yet determined. Moreover, basic knowledge on equine MSC biology is still deficient, hampering the understanding and thus the optimisation of the existing treatment regime. The use of alternative MSC sources is frequently discussed, yet to date, only few data comparing the cellular properties of equine MSCs from different sources have been published. The aim of this study was, on the one hand, to gain more knowledge concerning the expected outcome after MSC treatment of tendon injuries, including injuries to the suspensory ligament. On the other hand, it was aimed at expanding the knowledge on equine MSC characterisation in vitro, thereby focusing on the comparison of clinically relevant properties of MSCs derived from different sources. In the clinical study, 98 horses were included, all of which had received MSC treatment for tendon or ligament injuries. In 58 of these horses, long term results after a follow-up period of at least one year could be collected. These data were analysed with respect to treatment outcome and potential influencing factors. Treatment was considered successful when horses were back to full training or competition after the follow-up period, without having suffered a re-injury. The overall success rate was 84.5 %. Success rates in horses suffering from superficial digital flexor tendon injuries and in horses suffering from suspensory ligament injuries were comparably good (84.2 % and 83.3 %, respectively). Similar to conventional therapies, the sports discipline in which the horses performed, age and disease stage tended to influence the outcome. Overall, re-injury rates after MSC treatment were considerably lower than those described in the literature following conventional treatment. For the comparative characterisation of MSCs from different sources in vitro, samples of bone marrow, adipose and tendon tissue, as well as umbilical cord blood and –tissue were collected. Plastic-adherent MSCs were isolated out of these samples and comparatively characterised focusing on cell yields, proliferation and migration properties, trilineage differentiation potential and the expression of the tendon markers collagen 1A2 and scleraxis. MSC yields were significantly higher in all solid tissues (adipose, tendon and umbilical cord tissue) (p < 0.001). Further, MSCs from adipose and tendon tissue proliferated significantly faster than MSCs from bone marrow or umbilical cord blood (p < 0.01). Moreover, approximately three quarters of the samples derived from the latter sources underwent senescence before reaching passage eight. The highest migration potential was found in MSCs derived from tendon and adipose tissue again, while MSCs from umbilical cord tissue showed the least (p < 0.01). The adipogenic differentiation potential was comparably good in MSCs from all different sources. The osteogenic differentiation was most distinct in MSCs from bone marrow, while MSCs from umbilical cord blood and tissue showed only weak evidence of differentiation (day 21: p < 0.01; day 35: p < 0.05). In contrast, following chondrogenic differentiation, MSCs from umbilical cord blood scored highest and MSCs from bone marrow scored lowest (p < 0.05). Collagen 1A2 was most highly expressed in MSCs from adipose tissue, highest scleraxis expression levels were found in MSCs from umbilical cord blood. MSCs from tendon tissue, however, expressed both markers at almost evenly high levels. Contrastingly, lowest expression levels of both markers were found in MSCs derived from bone marrow (p < 0.05 for collagen 1A2). Based on the results of the clinical study, MSC therapy can still be considered a very promising treatment option for tendon diseases and is also a suitable treatment for suspensory ligament injuries. In the future, controlled clinical studies will have to further confirm the efficacy of this treatment regime. The in-vitro-study showed significant differences between equine MSCs derived from different sources, which should be considered when choosing a MSC source for clinical applications. For autologous therapies, MSCs derived from adipose tissue appear to be a good alternative to MSCs derived from bone marrow, due to their remarkable proliferation and reliable differentiation capacities. Furthermore, according to this study, MSCs derived from tendon tissue are especially suitable for treating tendon injuries. Prior to routine clinical applicability of these MSCs, however, their properties should be further investigated.

Pathologische Veränderungen der Wirbelsäule können zur Verkleinerung der Foramina intervertebralia der Halswirbelsäule sowie zur Verkürzung der Abstände zwischen den Dornfortsätzen der Brustwirbelsäule führen. Eine Veränderung der Kopf-Hals-Haltung kann ebenfalls die Dimension der Foramina intervertebralia sowie die Abstände zwischen den Dornfortsätzen beeinflussen. Die Bestimmung des Einflusses der Kopf-Hals-Haltung auf die genannten Parameter bei der radiologischen Darstellung der Wirbelsäule war deshalb das Ziel der vorliegenden Arbeit. In drei unterschiedlichen Kopf-Hals-Haltungen wurde die Halswirbelsäule von 25 klinisch unauffälligen Pferden im laterolateralen Strahlengang dargestellt. Laterolaterale Röntgenaufnahmen der Brustwirbelsäule von 23 Pferden ohne klinische Anzeichen einer Erkrankung der Wirbelsäule wurden ebenfalls in drei verschiedenen Kopf-Hals-Haltungen angefertigt. Die Auswertung dieser Aufnahmen erfolgte mit Hilfe von neu entwickelten Messmethoden, die eine hohe Reproduzierbarkeit aufwiesen. Auf den Aufnahmen der Halswirbelsäule wurde die Länge der Wirbelkörper und die Dimension der Foramina intervertebralia bestimmt. Zusätzlich wurden die Winkel zwischen angrenzenden Halswirbeln ermittelt. Der Abstand zwischen benachbarten Dornfortsätzen sowie die Breite der Dornfortsätze wurden für die Auswertung der Aufnahmen der Brustwirbelsäule gemessen. Für eine exaktere Auswertung der Aufnahmen der Brustwirbelsäule wurde ein spezieller Bildfilter entwickelt, der durch eine bessere Detailerkennbarkeit zu einer genaueren Messung der Streckung führte. Sowohl für die Breite der Dornfortsätze als auch für die Länge der Wirbelkörper der Halswirbel konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Röntgenaufnahmen in den verschiedenen Kopf-Hals-Haltungen gefunden werden. Beide Strecken dienten zur Überprüfung des Versuchsaufbaus, um andere Ursachen für eine unterschiedliche Größe der Messstrecken auszuschließen. Die Foramina intervertebralia waren bei tiefer Kopf-Hals-Haltung signifikant größer als bei den anderen beiden Kopf-Hals-Haltungen (p < 0,05). Zwischen hoher und physiologischer Kopf-Hals-Haltung stellten sich nur die Foramina intervertebralia zwischen sechstem und siebten Halswirbel unterschiedlich groß dar (p < 0,05). Die Abstände zwischen angrenzenden Brustwirbeln waren vom achten bis zum vierzehnten Dornfortsatz in tiefer Kopf-Hals-Haltung größer als in den beiden anderen Kopf-Hals-Haltungen (p < 0,05). Diese Abstände nahmen insgesamt von kranial nach kaudal ab (p < 0,05) ab. Der zwölfte Dornfortsatz diente dabei zur Identifizierung der anderen, da er sich signifikant von den schmaleren kranialen und den breiteren kaudalen Dornfortsätzen unterschied (p < 0,01). Die Kopf-Hals-Haltung während der radiologischen Untersuchung beeinflusst sowohl die Dimension der Foramina intervertebralia als auch den Abstand zwischen den Dornfortsätzen. Deshalb sollte diese bei der Auswertung radiologischer Aufnahmen immer berücksichtigt werden. Die Foramina intervertebralia stellten sich bei tiefer Kopf-Hals-Haltung am größten dar und können somit in dieser am besten beurteilt werden, jedoch kommt es zu einer Veränderung der Anordnung der Wirbel, so dass diese nur noch eingeschränkt beurteilt werden können. Eine tiefe Kopf-Hals-Haltung führt zur Vergrößerung der Abstände zwischen den Dornfortsätzen und kann somit die Beurteilung von Röntgenaufnahmen der Brustwirbelsäule, gerade im Rahmen einer Kaufuntersuchung, beeinflussen. Die Kopf-Hals-Haltung bei der Anfertigung von Röntgenaufnahmen der Wirbelsäule sollte standardisiert werden, um durch verbesserte Vergleichbarkeit Manipulationen und Fehlinterpretationen einzuschränken.:1 Einleitung ................................................................................................................................. 1 2 Hypothesen .............................................................................................................................. 3 3 Eigene wissenschaftliche Orginalarbeiten ....................................................................... 4 3.1 Publikation 1: ................................................................................................................. 4 Die Bedeutung der Kopf-Hals-Haltung bei der röntgenologischen Darstellung der Foramina intervertebralia das Pferdehalses in der seitlichen Projektion ........................ 4 3.2 Publikation 2: ............................................................................................................... 25 Influence of head and neck position on radiographic measurement of distances between thoracic spinous processes in clinically sound horses .................................... 25 4 Diskussion .............................................................................................................................. 45 4.1 Ziele der Arbeit............................................................................................................. 45 4.2 Auswahl der Pferde ...................................................................................................... 45 4.3 Position der Pferde während der Untersuchungen ....................................................... 46 4.4 Röntgenologische Darstellung der Wirbelsäule der Pferde .......................................... 47 4.5 Auswertung der röntgenologischen Aufnahmen der Halswirbelsäule ......................... 49 4.6 Auswertung der röntgenologischen Aufnahmen der Brustwirbelsäule ........................ 51 4.7 Ergebnisse der Messungen der Halswirbelsäule .......................................................... 52 4.8 Ergebnisse der Messungen der Brustwirbelsäule ......................................................... 53 4.9 Klinische Relevanz für die röntgenologische Untersuchung des Halses ..................... 55 4.10 Klinische Relevanz für die röntgenologische Untersuchung des Rückens .................. 56 4.11 Abschließende Betrachtung .......................................................................................... 58 6 Zusammenfassung ............................................................................................................... 60 7 Summary ................................................................................................................................ 62 8 Literaturverzeichnis ............................................................................................................ 64 Danksagung ........................................................................................................................................ 71 / Pathological changes of the spine can lead to reduction of the intervertebral foramina dimensions in the cervical spine and to shortening of the distances between the spinous processes in the thoracic spine. However, alteration of the head and neck position influences the dimensions of the intervertebral foramina as well as the distances between the spinous processes. Determining the influence of the head and neck position on these parameters during radiological examination of the equine spine was the aim of this study. In three different head and neck positions lateral-lateral views of the cervical spine in 25 clinically sound horses were radiographically obtained. Lateral-lateral radiographs of the thoracic spine from 23 horses lacking clinical signs of spine diseases were taken in three different head and neck positions. Evaluation of the radiographs was carried out with newly developed measurement techniques providing high reproducibility. On the radiographs of the cervical spine the length of the vertebral bodies and the dimension of the intervertebral foramina were measured. Additionally, the angles between adjacent cervical vertebrae were determined. The distances between adjacent spinous processes and the width of the spinous processes were measured for evaluating the radiographs of the thoracic spines. For a more accurate evaluation of the thoracic spine radiographs a purpose-built image filter was developed, which provided more accurate measurement of the distances through better detail recognition. No significant differences were found for the width of the spinous processes of the thoracic vertebrae and the length of vertebral bodies of the cervical vertebrae between the radiographs taken in the three different head and neck positions. Both these distances were used to verify the experimental set-up to rule out other causes for differences in the measured distances. The intervertebral foramina were significantly wider in the low head and neck position than in the other two head and neck positions (p < 0.05). Between the high and the free head and neck position only the intervertebral foramina of the sixth and seventh cervical vertebrae showed different dimensions (p< 0.05). The distances between the adjacent thoracic vertebrae from the eighth to the fourteenth spinous processes were wider in the low head and neck position compared to the other two head and neck positions (p < 0.05). Altogether, these distances decreased from cranial to caudal (p < 0.05). The twelfth spinous process served for numerical identification of the other spinous processes due to its significant difference in width to the narrower cranial and broader caudal spinous processes (p < 0.05). The head and neck position during radiographic examination influences the dimensions of the intervertebral foramina as well as the distances between the spinous processes. Therefore, it should always be considered when evaluating radiographs. In the low head and neck position the intervertebral foramina turned out to be the widest and could be best assessed. However, this resulted in changes to the alignment of the vertebrae and therefore a limited assessment. A low head and neck position leads to an increase in the distances between the spinous processes and could influence the evaluation of radiographs especially if these are taken as part of a pre-purchase examination. During the radiographic examination of the spine the head and neck position should be standardised in order to reduce manipulation and misinterpretation through better comparability of such radiographs.:1 Einleitung ................................................................................................................................. 1 2 Hypothesen .............................................................................................................................. 3 3 Eigene wissenschaftliche Orginalarbeiten ....................................................................... 4 3.1 Publikation 1: ................................................................................................................. 4 Die Bedeutung der Kopf-Hals-Haltung bei der röntgenologischen Darstellung der Foramina intervertebralia das Pferdehalses in der seitlichen Projektion ........................ 4 3.2 Publikation 2: ............................................................................................................... 25 Influence of head and neck position on radiographic measurement of distances between thoracic spinous processes in clinically sound horses .................................... 25 4 Diskussion .............................................................................................................................. 45 4.1 Ziele der Arbeit............................................................................................................. 45 4.2 Auswahl der Pferde ...................................................................................................... 45 4.3 Position der Pferde während der Untersuchungen ....................................................... 46 4.4 Röntgenologische Darstellung der Wirbelsäule der Pferde .......................................... 47 4.5 Auswertung der röntgenologischen Aufnahmen der Halswirbelsäule ......................... 49 4.6 Auswertung der röntgenologischen Aufnahmen der Brustwirbelsäule ........................ 51 4.7 Ergebnisse der Messungen der Halswirbelsäule .......................................................... 52 4.8 Ergebnisse der Messungen der Brustwirbelsäule ......................................................... 53 4.9 Klinische Relevanz für die röntgenologische Untersuchung des Halses ..................... 55 4.10 Klinische Relevanz für die röntgenologische Untersuchung des Rückens .................. 56 4.11 Abschließende Betrachtung .......................................................................................... 58 6 Zusammenfassung ............................................................................................................... 60 7 Summary ................................................................................................................................ 62 8 Literaturverzeichnis ............................................................................................................ 64 Danksagung ........................................................................................................................................ 71

Zusammenfassung: Effekte der L-Carnitinsupplementierung auf das metabolische Profil adipöser und insulinre- sistenter Ponys im Verlaufe einer mehrwöchigen Körpergewichtsreduktion Author: Uta Schmengler Institut für Tierernährung, Ernährungsschäden und Diätetik, Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig Eingereicht im September 2012 76 S., 16 Abb., 23 Tab., 169 Lit., Anhang Einleitung: Das ”Equine Metabolische Syndrom” ist gekennzeichnet durch eine regionale oder generalisierte Adipositas, eine periphere Insulinresistenz sowie akute oder chronische Hufreheschübe. Die Ursache ist in einer bedarfsübersteigenden, hochkalorischen Fütterung und einem relativen Bewegungsmangel zu suchen, wobei auch der genetischen Prädisposition spezieller Rassen eine gewisse Bedeutung zukommt. Ziel dieser Studie war die Untersuchung der Effekte einer L-Carnitinsupplementierung in Kombination mit einer restriktiven Füt- terung und täglicher moderater Bewegung auf Körpermasseverlust, Insulinsensitivität und ausgewählte Parameter des Energiestoffwechsels adipöser und insulinresistenter Ponys. Material und Methoden: Für die placebokontrollierte Doppelblindstudie wurden 16 adipöse Ponys per Losverfahren in zwei Gruppen (N=8) eingeteilt. Zu Versuchsbeginn wiesen die Ponys einen mittleren Body Condition Score von 8,0±2,0 (Skala 1-9) und einen mittleren Cresty Neck Score von 4,0±1,0 (Skala 0-5) auf. Während des 14-wöchigen Körpermassere- duktionsprogramms wurden die Ponys restriktiv gefüttert mit 1 - 1,2 kg Heu/100 kg KM/d. Zusätzlich erhielten 8 Ponys eine L-Carnitin-Zulage (1,3 g/100 kg KM/2d) und 8 Tiere ein Placebo in Form einer Kieselsäureverbindung (1,3 g/100 kg KM/ 2d). Die Ergänzungen wur- den in einem Gemisch aus Grünmehl (50 g/2d) und Mineralfutter verabreicht. Über die 14-wöchige Versuchszeit wurde ein Bewegungsprogramm an sechs Tagen in der Woche durch- geführt, das 25 Minuten Schritt und 15 Minuten Trab beinhaltete. Zu Versuchsbeginn und nach Versuchsende wurde mit beiden Versuchsgruppen ein Frequently sampled intravenous glucose tolerance test (FSIGTT) zur Überprüfung der Insulinsensitivität durchgeführt. Über die gesamte Versuchszeit wurden wöchentlich Blutproben gewonnen zur Bestimmung der ba- salen Serum-Insulinaktivität und Plasma-Glucosekonzentration sowie der Konzentration der Freien Fettsäuren (FFS), Triacylglyceride (TAG), Harnstoff und Betahydroxybutyrat (BHB) im Serum. Die Körpermasseverluste wurden über wöchentliche Wägungen sowie Ermittlung von BCS und CNS kontrolliert. Die statistische Überprüfung wurde anhand parametrischer (ANOVA) und nicht-parametrischer Tests (Wilcoxon signed rank test) durchgeführt, die Kal- kulation der Insulinsensitivität erfolgte über das Minimalmodell anhand eines Computerpro- gramms (MINMOD). Ergebnisse: Im Mittel verloren die Ponys über den Versuchszeitraum von 14 Wochen 1- 3% ihrer Körpermasse pro Woche (Zeit: p < 0, 01, Behandlung: p=0,79), was einem totalen Körpermasseverlust von 14,3±% entsprach. Der BCS reduzierte sich in beiden Versuchs- gruppen um eine Differenz von 3 Einheiten, der CNS verringerte sich in der Carnitingrup- pe (GC ) um eine Differenz von 1,4 und in der Placebogruppe (GP ) um eine Differenz von 1,9 Einheiten. Der Körpermasseverlust war von einer signifikanten Verbesserung der Insu- linsensitivität (Zeit p < 0, 01, Behandlung: p=0,39) begleitet. Die Kalkulation der Insulin- sensitivität im Minimalmodell zeigte eine signifikante Erhöhung der SI-Werte am Versuch- sende in beiden Versuchsgruppen (Beginn Studie GC : 0,76±0,88 l/min/μU*10−4 und GP : 1,61±1,31 l/min/μU*10−4 ; Ende Studie GC : 5,45±0,81 l/min/μU*10−4 und GP : 6,08±2,98 l/min/μU*10−4 ). Signifikante, zeitabhängige Veränderungen wurden auch für die metabo- lischen Parameter beobachtet: Plasma-Glucose und Serum-Insulin reagierten mit einem si- gnifikanten Abfall (Glucose GC : 4,5±0,32 mmol/l vs. 4,21±0,61 mmol/l und Glucose GP : 4,34±0,62 mmol/l vs. 3,86±0,34 mmol/l; Insulin GC : 23,71±32,77 μU/ml vs. 3,67±3,94 μU/ml und GP : 13,55±12,67 μU/ml vs. 1,01±1,09 μU/ml). Dabei kam es zu einem signi- fikanten Anstieg des Serum-Harnstoffs (GC : 3,47±0,73 mmol/l vs. 4,31±1,06 mmol/l und GP : 3,71±0,79 mmol/l vs. 4,9±1,23 mmol/l) sowie der Serum-FFS (GC : 157±95 μmol/l vs. 731±138 μmol/l und GP : 113±63 μmol/l vs. 686±142 μmol/l) und Serum-TAG (GC : 0,53±0,28 mmol/l vs. 0,94±0,61 mmol/l und GP : 0,45±0,23 mmol/l vs. 0,64±0,25 mmol/l). Bezüglich der L-Carnitinsupplementierung wurden keine weiteren Effekte verzeichnet. Schlussfolgerungen: Die restriktive Energiezufuhr von 7 MJ DE/100 kg KM entspre- chend einer Heuzulage von 1 kg/100 kg KM führte zu KM-Verlusten von 1-3 %. Eine Kör- permassereduktion zeigte deutliche Auswirkungen auf den Glucose- und Lipidmetabolismus und führte zu einer signifikanten Verbesserung der Insulinsensitivität, wohingegen die L- Carnitinsupplementierung keine weiteren Effekte auf den Glucosestoffwechsel herbeiführte. Eine bedarfsdeckende Eigensynthese von L-Carnitin ist beim Pony offensichtlich auch im Zu- stand der Insulinresistenz gewährleistet und reicht aus um die obligatorischen Funktionen L-Carnitins im Energiestoffwechsel zu erfüllen. / Summary: The effects of L-carnitine supplementation on body weight losses and metabolic profile in obese and insulin resistant ponies during a several weeks lasting bodyweight reduction pro- gramme Author: Uta Schmengler Institute of Animal Nutrition, Nutrition Diseases and Dietetics, Faculty of Veterinary Medi- cine, University of Leipzig Submitted in September 2012 76 p., 16 fig., 23 tab., 169 ref., appendix Introduction: Insulin resistance, local or general adiposity and the predisposition towards acute or chronical laminitis are components of the equine metabolic syndrome. Contributing factors for this syndrome are the intake and the quality of a high caloric feed by a lack of physical exersice. Howewer, the genetically predisposition of so called ”easy keepers” seems to play a role in pathogenesis. The objective of this study was to investigate the effects of L- carnitine supplementation in combination with a body weight reduction programme (BWRP) on body weight (BW) losses, insulin sensitivity and selected metabolic parameters in obese and insulin resistant ponies. Material und methods: 16 obese ponies (mean BCS = 8.0±2.0, mean CNS = 4.0±1.0) were assigned to a randomized double blind, placebo-controlled study. The ponies werde di- vided into two equal groups (N=8). During a 14 weeks lasting BWRP the ponies were fed 1.0-1.2 kg hay/100 kg BW daily. Additionally, 8 ponies were supplemented with L-carnitine (1.3g/100 kg BW) and 8 ponies were supplemented with a placebo (1.3g/100 kg BW). The supplements were offered in a mixture of 50 g grass meal and 50 g of a commercial mineral mixture, twice a day. During BWRP ponies were exercised a low-intensity protocol 6 days a week (daily 25 min walk and 15 min trot across the countryside). A frequently sampled intravenous glucose tolerance test (FSIGTT) was undertaken in order to assess insulin sen- sitivity at the beginning and the end of the study. Routine blood samples were collected for analysis of plasma glucose, serum insulin, free fatty acids (FFA), triglycerides (TG), urea and beta-hydroxybutyrate (BHB). Ponies were weighed weekly after 12 h of feed restriction by using an electronic scale for large animals. BCS and CNS were recorded weekly by the same 2 observers throughout the study. The statistical analysis was performed by parametric and non-parametric tests (ANOVA and Wilcoxon ranked test). The minimal modell calcu- lation of insulin sensitivity (SI) from FSIGTT was calculated by the computer programme (MINMOD). Results: Ponies lost 1-3% BW per week over the BWRP (time P<0.01, L-carnitine supple- mentation P=0.79), meaning a total body weight loss of 14.3%. BCS decreased in both groups with a difference of three points and CNS was reduced with a difference of 1.4-1.9 points. BW losses were accompanied by a significant improvement in insulin sensitivity (Time: P<0.01, L-carnitine supplementation: P=0.39). The calculation for SI-values by the minimalmodell showed a significant increase in L-carnitine group (GC ) and placebo group (GP ) in the end of the study. (GC : 0.76±0.88 L/min/μU*10−4 to 5.45±0.81 L/min/μU*10−4 , GP : 1.61±1.31 L/min/μU*10−4 to 6.08±2.98 L/min/μU*10−4 ). Significant time related decreases were observed for plasma glucose (GC : 4.5±0.32 mmol/L to 4.21±0.61 mmol/L, GP : 4.34±0.62 mmol/L to 3.86±0.34 mmol/L) and serum insulin (GC : 23.71±32.77 μU/mL to 3.67±3.94 μU/mL, GP : 13.55±12.67 μU/mL to 1.01±1.09 μU/mL). A significant increase was observed for serum urea (GC : 3.47±0.73 mmol/L to 4.31±1.06 mmol/L, GP : 3.71±0.79 mmol/L to 4.9±1.23 mmol/L), FFA (GC : 157±95 μmol/L to 731±138 μmol/L und GP : 113±63 μmol/L to 686±142 μmol/L) and TG (GC : 0.53±0.28 mmol/L to 0.94±0.61 mmol/L, GP : 0.45±0.23 mmol/L to 0.64±0.25 mmol/L) during BWRP. There was no further improvement in metabolic responses by L-carnitine supplementation. Conclusions: Energy intake of 7 MJ DE/100 kg BW leads to bodyweight losses of 1- 3%, herby improving insulin sensitivity and glucose metabolism. L-carnitine supplementation does not further improve glucose or fat metabolism, suggesting that endogenous L-carnitine synthesis was sufficient to facilitate energy metabolism in obese and insulin resistant ponies.

Die Serie »Nutztiere in Sachsen« umfasst neun Ausgaben: Milchrind, Fleischrind, Schaf, Ziege und Schwein; weiterhin Pferd, Legehenne, Mastgeflügel und Karpfen. Die Faltblätter informieren in kompakter Form über Bedeutung und Bestände der Nutztiere in Sachsen und geben einen Überblick über Rassen, Zuchtziele, Leistungen sowie über Haltungsformen, Fütterung und Produktqualität. Sie richten sich in erster Linie an Personen, welche ohne spezielle Vorkenntnisse an der Nutztierhaltung interessiert sind. Redaktionsschluss: 30.09.2017

Im Colditzer Schloss entdeckte man 2006 bei einer Grabung Teile der historischen Pferdeschwemme. Der Artikel untersucht Rechnungen und Inventare. Er geht der Frage nach, wie die Schwemme einmal ausgesehen hat, über welches Wassersystem sie befüllt wurde, wie das Pferdebaden organisiert und wie die Schwemme in die Funktionen des Jagdschlosses eingebettet war.

Die Kultivierung equiner Trachealepithelzellen stellt ein nützliches Modell dar, die (patho)-physiologischen Mechanismen der obstruktiven Atemwegserkrankungen des Pferdes auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit war es, Methoden für die Isolation, Charakterisierung und weitergehende Kultivierung equiner Trachealepithelzellen (ETEZ) zu etablieren und validieren und die Expression und Funktionalität der beta-adrenergen Rezeptoren an frisch isolierten ETEZ und deren Primärkulturen mittels pharmakologischer und biochemischer Verfahrenstechniken zu analysieren. Epithelzellen wurden durch Trypsinverdau aus der Trachea gesunder Pferde gewonnen, indem zuerst die Mukosa der Trachea freigelegt und diese dann vom daruntergelegenen Bindegewebe stumpf getrennt wurde. Das gewonnene Gewebe wurde zerkleinert und enzymatisch mit 0,25% Trypsin-EDTA-Lösung für 2 h bei 37°C verdaut. Durch Siebung und Zentrifugation wurden die Zellen gereinigt, vereinzelt und gesammelt, wobei kontaminierende Fibroblasten später durch differentielle Adhäsion von den Epithelzellen getrennt wurden. Die isolierten Zellen wurden sowohl licht- bzw. elektronenmikroskopisch charakterisiert, als auch immunzytochemisch hinsichtlich Zytokeratin (für Epithelzellen) und Vimentin (für Fibroblasten) gefärbt. Die durchschnittliche Zellausbeute wurde mit der Neubauer-Zählkammer bestimmt und betrug 6,10 ± 0,63×106 Zellen pro 500 mg zerkleinertem Gewebe (n = 11). Die Zellvitalität wurde mittels Trypanblau-Färbung ermittelt und betrug 94,70 ± 1,17% (n = 11). Immunfluoreszensfärbungen zeigten, dass 93,57 ± 1,67% (n = 11) der frisch isolierten Zellen und ca. 100% (n = 5) der Primärkulturen auf Zytokeratin 5/6/18 positiv reagierten. Auf Anti-Vimentin reagierten dagegen nur 9,83 ± 0,94% (n = 11) der Zellen positiv. Die Zellen wurden in einer Dichte von 6,90 x 104 Zellen/cm2 in serumfreiem AECGM ausgesät und bildeten innerhalb einer Woche einen konfluenten Monolayer. Die konfluenten Zellen wurden mittels Dispase II abgelöst. Die erste (P1) und die zweite (P2) Passage konnte erfolgreich in serumfreien AECGM kultiviert und auf der Stufe P2 30 Tage lang gehalten werden. Weitethin wurden die Expression und Funktionalität der b-adrenergen Rezeptoren in frisch isolierten und kultivierten Epithelzellen untersucht. Mittels Radioligandenbindungsstudien, Westernblot, Immunfluoreszensfärbung und cAMP-Assays konnten erstmalig die Dichte, Affinität, Subtypen, Proteinexpression und zelluläre Lokalisation der beta-adrenergen Rezeptoren sowie die Rezeptorfunktion bestimmt werden. Messungen an frisch isolierten ETEZ ergaben für die mittlere Dissoziationskonstante (KD) von 31,78 ± 6,57 pM (n = 7) und eine maximale b-adrenerge Rezeptordichte (BMax) von 12727 ± 883,6 Bindungsstellen/Zelle (n = 7) ermittelt aus Sättigungsexperimenten mit dem b-adrenergen Rezeptorantagonisten [125I] Iodocyanopindolol (ICYP) in Anwesenheit des nicht selektiven beta-Rezeptorantagonisten (±)-CGP 12177. Für Primärkulturen ergaben sich Werte für KD von 15,26 ± 3,37 pM (n =6) und für BMax von 3730 ± 212 Bindungsstellen/Zelle (n = 6). Bei Verdrängungsexperimenten wurde die ICYP konzentrationsabhängig durch den beta2-selektiven Rezeptorantagonisten ICI 118.551 und den beta1-selektiven Rezeptorantagonisten CGP 20712A verdrängt, wobei für ICI 118.551 eine 10.000-fach höhere Affinität (Ki = 1,74 ± 0,15 nM in frisch-isolierten Zellen und 1,19 ± 0,41 nM in Primärkultur) gezeigt wurde als für CGP 20712A (Ki = 17 ± 7,90 μM in frisch isolierten Zellen). Die cAMP-Bildung wurde in frisch isolierten ETEZ konzentrationsabhängig durch die beta-adrenergen Rezeptoragonisten Isoproterenol, Epinephrin und Norepinephrin in der Reihenfolge ihrer Potenz mit einer EC50 von 58 nM (n = 6), 13,60 μM (n = 6) bzw. 0,43 mM (n = 6) stimuliert. Diese cAMP-Bildung konnte durch Behandlung der Zellen mit 100 nM der beta2-selektiven ICI 118.551, nicht aber durch 300 nM des beta1-selektiven CGP 20712A blockiert werden. Mit einem beta2-adrenergen Rezeptorantikörper konnte eine 72 kDa Proteinbande und mit demselben Antikörper in der Fluoreszenzfärbung Rezeptorantigene auf der Zelloberfläche nachgewiesen werden. Zusammenfassend konnten mit dem etablierten Protokoll große Mengen equiner Trachealepithelzellen isoliert und kultiviert werden. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen erstmalig, dass primäre equine Trachealepithelzellen funktionale beta2-adrenerge Rezeptoren exprimieren und das Protokoll zur Etablierung eines zellbasierten Modells geeignet ist, um in vitro verschiedene Funktionen und eine Pharmaka-induzierte Regulation der beta-adrenergen Signalkaskade hinsichtlich physiologischer und pathophysiologischer Zustände bei Atemwegserkrankungen des Pferdes und hierfür relevante pharmakologische und toxikologische Zielstrukturen untersuchen zu können.

Die Abdeckung des Energiebedarfs ist insbesondere bei Sport- und Zuchtpferden mit einer Aufnahme hoher Stärkemengen gekoppelt. Daraus können jedoch sowohl fermentative Störungen, bedingt durch das Abfluten von Stärke in den Dickdarm, als auch metabolische Veränderungen resultieren, wobei letztere insbesondere in Form von gesteigerten Glucose- und Insulinreaktionen zum Ausdruck kommen und nicht zuletzt in der Entstehung einer Insulinresistenz münden können. In der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss verschiedener Nährstoffe bzw. Futtermittel in Kombination mit der Aufnahme einer stärkereichen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion bei gesunden Pferden überprüft werden. Für die Versuche standen insgesamt zwölf Wallache (Alter: 6 ± 4 Jahre, Gewicht: 552 ± 84 kg) zur Verfügung. Die Untersuchungen unterteilten sich in drei Fragestellungen, bei denen die jeweiligen Futtermittel randomisiert oder blockweise angeboten wurden. Als stärkereiche Mahlzeit wurde einmal täglich morgens Bruchmais in einer Dosierung von 2 g Stärke / kg KM verfüttert. Im ersten Versuchsabschnitt erhielten die Pferde verschiedene Heuzuteilungsformen (ad libitum oder restriktiv (0,6 kg / 100 kg KM)) in der Nacht vor Bruchmaisaufnahme sowie nach der Fütterung des Bruchmaises. Im zweiten Versuch wurde der Bruchmais in Kombination mit extrahierten Rohfaserquellen (0,2 g / kg KM Cellulose / Hemicellulose oder 0,1 g / kg KM Apfelpektin) oder 0,2 g Rohprotein / kg KM (in Form von Maiskleber) verfüttert. Im dritten Versuchsabschnitt erfolgte die Zulage von 0,2 ml Soja- oder Fischöl / kg KM zum Bruchmais. Je nach Fragestellung durchliefen die Pferde eine acht- bis elftägige Adaptationsphase, nach welcher sich ein- bis zweitägige Blutprobenentnahmetage anschlossen. Hierbei wurde den Pferden über einen Venenverweilkatheter bis 510 Minuten ppr. jeweils in halbstündigen Abständen Blut entnommen. Im Plasma wurden die Blutparameter Glucose (GOD-Methode) und Insulin (Radioimmunoassay) bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass die Zufuhr von Rohfaser in Form von Heu vor und nach Aufnahme einer stärkereichen Ration keinen wesentlichen Einfluss auf die Glucosereaktion hatte. Hierbei wurden die Glucosekonzentrationen nach zwölfstündiger Nüchterung durch die Heufütterung während der Blutentnahme nicht beeinflusst (AUCHeu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags 132 ± 72,5 mmol x min / l, AUCHeu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 144 ± 114 mmol x min / l, Behandlung p > 0,05). Die Heuaufnahme während der Blutentnahme führte zu signifikant höheren Glucosekonzentrationen (Behandlung p = 0,02) wenn die Pferde vor der Bruchmaisaufnahme ad libitum Zugang zu Heu hatten (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags). Die Flächen unter den Glucosekurven wiesen jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den Behandlungen auf (AUCHeu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags 89,5 ± 50,5 mmol x min / l, AUCHeu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 113 ± 62,7 mmol x min / l, Behandlung p > 0,05). Die Heufütterung während der Blutentnahme ließ nach zwölfstündiger Nüchterung signifikant höhere Insulinkonzentrationen (AUCHeu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 5996 ± 4460 µU x min / ml) erkennen als ohne Heufütterung (AUCHeu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags 1626 ± 1040 µU x min / ml, Behandlung p = 0,02). Die Pferde zeigten weiterhin signifikant höhere Insulinwerte, wenn nach der Fütterung des Bruchmaises Heu ad libitum aufgenommen werden konnte (AUCHeu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags 1275 ± 845 µU x min / ml, AUCHeu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 3701 ± 2163 µU x min / ml, Behandlung p = 0,04). Die Zugabe extrahierter Rohfaserquellen wie Cellulose / Hemicellulose sowie Pektin zu einer definierten Maisaufnahme zeigte keinen signifikanten Einfluss auf die Glucose- (AUCBruchmais 230 ± 163 mmol x min / l, AUCCellulose / Hemicellulose 259 ± 215 mmol x min / l, AUCPektin 274 ± 106 mmol x min / l, Behandlung p > 0,05) und Insulinreaktion (AUCBruchmais 8885 ± 4024 µU x min / ml, AUCCellulose / Hemicellulose 8767 µU x min / ml, AUCPektin 10657 µU x min / ml, Behandlung p > 0,05). Durch die additive Supplementierung von Sojaöl- und Fischöl zu einer stärkehaltigen Mahlzeit ließen sich keine signifikanten Unterschiede in der Glucose- (AUCSojaöl 268 mmol x min / l, AUCFischöl 234 mmol x min / l, AUCBruchmais 257 ± 113 mmol x min / l) und Insulinreaktion (AUCSojaöl 4640 µU x min / ml, AUCFischöl 3653 µU x min / ml, AUCBruchmais 4703 ± 3365 µU x min / ml) im Vergleich zur isolierten Bruchmaisaufnahme erkennen. Die Ergänzung von Protein zu einer stärkehaltigen Mahlzeit zeigte sehr variable Reaktionen innerhalb der Einzelpferde, wobei zwei Pferde keine Reaktion und zwei Pferde erhöhte Insulinreaktionen zeigten. Unterschiede in den Glucosereaktionen wurden nicht beobachtet. Zusammenfassend ist hervorzuheben, dass die gewählten Fütterungskonzepte (Zulage extrahierter Faserquellen, Protein oder Fett) bei einer Stärkezufuhr von 2 g Stärke / kg KM keinen signifikanten Einfluss auf die Glucose- und Insulinreaktionen hatten. Dagegen führte die Fütterung von Heu ad libitum nach Aufnahme einer stärkereichen Ration zu erhöhten Insulinkonzentrationen. Um die Glucose- und Insulinreaktion nachhaltig abschwächen zu können, ist als effiziente Maßnahme eine Reduktion der aufgenommenen Stärkemenge pro Mahlzeit zu empfehlen, wohingegen die Zulage von Rohfaser und Fett bei standardisierter Stärkeaufnahme keine Abschwächung der postprandialen Glucose- und Insulinreaktion bewirkt.:INHALTSVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS V 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Einfluss verschiedener Getreidearten und deren Bearbeitungsformen auf die präcaecale Stärkeverdaulichkeit beim Pferd 2 2.2 Einfluss verschiedener Getreidearten und deren Bearbeitungsformen auf die Glucose- und Insulinreaktion beim Pferd 4 2.3 Einfluss von Rohfaser auf die Glucose- und Insulinreaktion beim Pferd 6 2.3.1 Definition und Eigenschaften von Rohfaser 6 2.3.2 Effekte löslicher Fasern auf Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Trakt 8 2.3.3 Effekte unlöslicher Fasern auf Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Trakt 10 2.3.4 Effekte von löslichen und unlöslichen Fasern auf die Glucose- und Insulinreaktion 11 2.4 Einfluss von Fett auf die Glucose- und Insulinreaktion 15 2.4.1 Klassifizierung und Eigenschaften von Fetten 15 2.4.2 Fette in der Pferdefütterung 16 2.4.3 Kurzfristige Effekte von Fettzulagen auf die Glucose- und Insulinreaktion 17 2.4.4 Langfristige Effekte von Fettzulagen auf die Glucose- und Insulinreaktion 18 2.5 Einfluss von Protein auf die Glucose- und Insulinreaktion 20 2.6 Zusammenfassung 23 3 TIERE, MATERIAL UND METHODEN 24 3.1 Versuchsplanung 24 3.2 Experimentelle Versuchsdurchführung 24 3.2.1 Einfluss von Raufutterzulagen vor und nach Aufnahme einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung I) 24 3.2.1.1 Versuchsaufbau 24 3.2.2 Effekte der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektine, Cellulose / Hemicellulose) und Protein zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung II) 28 3.2.2.1 Versuchsaufbau 28 3.2.3 Effekte unterschiedlicher Fettzulagen (Sojaöl, Fischöl) zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung III) 32 3.2.3.1 Versuchsaufbau 32 3.3 Verwendete Techniken der Futtermittelbearbeitung 34 3.3.1 Mechanische Futtermittelbearbeitung 34 3.3.2 Thermische Futtermittelbearbeitung 34 3.4 Messungen und Untersuchungsmethoden 35 3.4.1 Körpermasse der Pferde 35 3.4.2 Futteraufnahmegeschwindigkeit 35 3.4.3 Methode der Blutprobengewinnung 35 3.4.4 Untersuchungsmethoden der Futtermittel 36 3.4.4.1 Trockensubstanz und Rohnährstoffgehalte 36 3.4.4.2 Stärke 37 3.4.4.3 Zucker 37 3.4.4.4 Fettsäuren 37 3.4.5 Untersuchungsmethoden der Plasmaproben 38 3.4.5.1 Glucose 38 3.4.5.2 Insulin 38 3.4.5.3 Fettsäuren 39 3.4.6 Statistische Auswertung 39 4 ERGEBNISSE 40 4.1 Allgemeine Beobachtungen 40 4.1.1 Gesundheitszustand der Pferde 40 4.1.2 Gewichtsentwicklung der Pferde 40 4.2 Einfluss von Raufutterzulagen vor und nach Aufnahme einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung I) 42 4.2.1 Futteraufnahmeverhalten 42 4.2.2 Futteraufnahmedauer 42 4.2.3 Glucosekonzentrationen im Plasma 43 4.2.3.1 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags) 43 4.2.3.2 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags) 44 4.2.3.3 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags und Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 46 4.2.3.4 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags) 47 4.2.3.5 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags) 48 4.2.3.6 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags und Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 50 4.2.4 Insulinkonzentrationen im Plasma 51 4.2.4.1 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags) 51 4.2.4.2 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags) 52 4.2.4.3 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags und Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 54 4.2.4.4 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags) 55 4.2.4.5 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags) 56 4.2.4.6 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags und Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 58 4.3 Effekte der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektine, Cellulose / Hemicellulose) und Protein (Maiskleber) zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung II) 59 4.3.1 Futteraufnahmeverhalten 59 4.3.2 Futteraufnahmedauer 59 4.3.3 Einfluss der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektin, Cellulose / Hemicellulose) 61 4.3.3.1 Glucosekonzentrationen im Plasma 61 4.3.3.2 Insulinkonzentrationen im Plasma 63 4.3.4 Einfluss der Zulage von Protein (Maiskleber) 65 4.3.4.1 Glucosekonzentrationen im Plasma 65 4.3.4.2 Insulinkonzentrationen im Plasma 67 4.4 Effekte unterschiedlicher Fettzulagen zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung III) 69 4.4.1 Futteraufnahmeverhalten 69 4.4.2 Futteraufnahmedauer 69 4.4.3 Fettsäuren im Plasma 69 4.4.4 Glucosekonzentrationen im Plasma 70 4.4.5 Insulinkonzentrationen im Plasma 72 4.5 Zusammenfassung der Ergebnisse 74 5 DISKUSSION 76 5.1 Kritik der Methoden 76 5.1.1 Auswahl der Versuchstiere 76 5.1.2 Versuchsdesign 76 5.1.3 Auswahl der Futtermittel 76 5.1.4 Dosierung der Futtermittel 77 5.1.4.1 Stärkegehalt in der Ration 77 5.1.4.2 Quantität der Zulagen 77 5.2 Erörterung der eigenen Ergebnisse 79 5.3 Schlussbetrachtung 89 6 ZUSAMMENFASSUNG 91 7 SUMMARY 93 8 LITERATURVERZEICHNIS 95 9 TABELLENANHANG 110 10 DANKSAGUNG 123 / In order to meet horses’ requirements of work and exercise feeding high amounts of starch is common practice. However, a high intake of starch can increase the risk of either fermentative disorders due to an overload of starch in the hindgut, or of metabolic disorders leading to exaggerated blood glucose and insulin concentrations which possibly could induce insulin resistance. The aim of this study was to investigate the effects of different nutrients in combination with the intake of a starchy meal on blood glucose and insulin concentrations in healthy horses. Twelve geldings (age: 6 ± 4 years, body weight (BW): 552 ± 84 kg) were fed the respective diets either in a randomized order or in a block design. The experiment was divided into three feeding trials. In each trial, horses received cracked corn (2 g starch / kg BW) in the morning (0800 h). In the first trial horses were fed cracked corn and grass hay in four different orders (hay ad libitum or hay restrictive (0.6 kg / 100 kg BW)), in the night before and after the intake of cracked corn. In the second trial cracked corn was mixed with extracted diatary fibers (cellulose / hemicellulose (0.2 g / kg BW) or apple pectin (0.1 g / kg BW)) or with corn gluten (2 g crude protein / kg BW). In the third trial cracked corn was fed either in combination with soybean oil (0.2 ml / kg BW) or in combination with fish oil (0.2 ml / kg BW). Each feeding period consisted of eight to eleven days of acclimatization to the different diets followed by one or two blood collection days. Blood samples were taken via a venous catheter in half-hour intervals up to 510 minutes ppr. Plasma glucose concentrations were measured by a glucose oxidase assay, and insulin levels were determined using a radioimmunoassay. There was no influence of hay feeding during blood collection after a 12 h overnight fast on plasma glucose concentrations (AUChay restriktive night, hay restriktive day 132 ± 72.5 mmol x min / l, AUChay restriktive night, hay ad libitum day 144 ± 114 mmol x min / l, treatment p > 0.05). In contrast, hay feeding during the blood collection period led to significant higher plasma glucose concentrations (treatment p = 0.02) when horses had ad libitum access to hay in the night before the intake of cracked corn. There was no significant difference in the AUC (AUChay ad libitum night, hay restriktive day 89.5 ± 50.5 mmol x min / l, AUChay ad libitum night, hay ad libitum day 113 ± 62.7 mmol x min / l, treatment p > 0.05). Furthermore, horses which were fed hay ad libitum after the intake of cracked corn demonstrated significant higher insulin concentrations (AUChay restriktive night, hay ad libitum day 5996 ± 4460 µU x min / ml) than horses without hay feeding (AUChay restriktive night, hay restriktive day 1626 ± 1040 µU x min / ml, treatment p = 0.02). In case of ad libitum hay feeding during the night significant higher insulin concentrations were found in horses which had ad libitum access to hay after intake of cracked corn when compared to horses without hay feeding during blood collection (AUChay ad libitum night, hay restriktive day 1275 ± 845 µU x min / ml, AUChay ad libitum night, hay ad libitum day 3701 ± 2163 µU x min / ml, treatment p = 0.04). The addition of extracted cellulose / hemicellulose and extracted apple pectin did not change the glycaemic (AUCcracked corn 230 ± 163 mmol x min / l, AUCcellulose / hemicellulose 259 ± 215 mmol x min / l, AUCpectin 274 ± 106 mmol x min / l, treatment p > 0,05) and insulinaemic responses (AUCcracked corn 8885 ± 4024 µU x min / ml, AUCcellulose / hemicellulose 8767 µU x min / ml, AUCpectin 10657 µU x min / ml, treatment p > 0.05) in comparison to isolated intake of cracked corn. There were no differences in postprandial glucose (AUCsoybean oil 268 mmol x min / l, AUCfish oil 234 mmol x min / l, AUCcracked corn 257 ± 113 mmol x min / l, treatment p > 0,05) and insulin responses (AUCsoybean oil 4640 µU x min / ml, AUCfish oil 3653 µU x min / ml, AUCcracked corn 4703 ± 3365 µU x min / ml, treatment p > 0.05) between feeding either cracked corn alone or in combination with soybean oil or fish oil. Protein supplementation of a starchy meal resulted in highly individual insulin responses. Two horses showed higher insulin concentrations after addition of protein to the corn meal, whereas two horses showed no reaction to the respective diet. There were no differences in the glycaemic responses. In conclusion, the results demonstrated no influence of the applied feeding strategies including supplementation of a starchy meal (2 g / kg BW) by extracted dietary fibers, protein or fat on postprandial glucose and insulin responses. In contrast, hay feeding increased the plasma insulin concentrations after the intake of cracked corn. To attenuate the glycaemic and insulinaemic responses in the horse efficiently, a reduction of starch intake per meal to quantities below 1 g starch per kg BW and meal is recommended, whereas feeding strategies like the addition of fiber or fat to a standardised starch intake do not improve glucose metabolism in healthy horses.:INHALTSVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS V 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Einfluss verschiedener Getreidearten und deren Bearbeitungsformen auf die präcaecale Stärkeverdaulichkeit beim Pferd 2 2.2 Einfluss verschiedener Getreidearten und deren Bearbeitungsformen auf die Glucose- und Insulinreaktion beim Pferd 4 2.3 Einfluss von Rohfaser auf die Glucose- und Insulinreaktion beim Pferd 6 2.3.1 Definition und Eigenschaften von Rohfaser 6 2.3.2 Effekte löslicher Fasern auf Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Trakt 8 2.3.3 Effekte unlöslicher Fasern auf Verdauungsvorgänge im Magen-Darm-Trakt 10 2.3.4 Effekte von löslichen und unlöslichen Fasern auf die Glucose- und Insulinreaktion 11 2.4 Einfluss von Fett auf die Glucose- und Insulinreaktion 15 2.4.1 Klassifizierung und Eigenschaften von Fetten 15 2.4.2 Fette in der Pferdefütterung 16 2.4.3 Kurzfristige Effekte von Fettzulagen auf die Glucose- und Insulinreaktion 17 2.4.4 Langfristige Effekte von Fettzulagen auf die Glucose- und Insulinreaktion 18 2.5 Einfluss von Protein auf die Glucose- und Insulinreaktion 20 2.6 Zusammenfassung 23 3 TIERE, MATERIAL UND METHODEN 24 3.1 Versuchsplanung 24 3.2 Experimentelle Versuchsdurchführung 24 3.2.1 Einfluss von Raufutterzulagen vor und nach Aufnahme einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung I) 24 3.2.1.1 Versuchsaufbau 24 3.2.2 Effekte der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektine, Cellulose / Hemicellulose) und Protein zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung II) 28 3.2.2.1 Versuchsaufbau 28 3.2.3 Effekte unterschiedlicher Fettzulagen (Sojaöl, Fischöl) zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung III) 32 3.2.3.1 Versuchsaufbau 32 3.3 Verwendete Techniken der Futtermittelbearbeitung 34 3.3.1 Mechanische Futtermittelbearbeitung 34 3.3.2 Thermische Futtermittelbearbeitung 34 3.4 Messungen und Untersuchungsmethoden 35 3.4.1 Körpermasse der Pferde 35 3.4.2 Futteraufnahmegeschwindigkeit 35 3.4.3 Methode der Blutprobengewinnung 35 3.4.4 Untersuchungsmethoden der Futtermittel 36 3.4.4.1 Trockensubstanz und Rohnährstoffgehalte 36 3.4.4.2 Stärke 37 3.4.4.3 Zucker 37 3.4.4.4 Fettsäuren 37 3.4.5 Untersuchungsmethoden der Plasmaproben 38 3.4.5.1 Glucose 38 3.4.5.2 Insulin 38 3.4.5.3 Fettsäuren 39 3.4.6 Statistische Auswertung 39 4 ERGEBNISSE 40 4.1 Allgemeine Beobachtungen 40 4.1.1 Gesundheitszustand der Pferde 40 4.1.2 Gewichtsentwicklung der Pferde 40 4.2 Einfluss von Raufutterzulagen vor und nach Aufnahme einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung I) 42 4.2.1 Futteraufnahmeverhalten 42 4.2.2 Futteraufnahmedauer 42 4.2.3 Glucosekonzentrationen im Plasma 43 4.2.3.1 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags) 43 4.2.3.2 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags) 44 4.2.3.3 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags und Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 46 4.2.3.4 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags) 47 4.2.3.5 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags) 48 4.2.3.6 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags und Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 50 4.2.4 Insulinkonzentrationen im Plasma 51 4.2.4.1 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags) 51 4.2.4.2 Effekte einer zwölfstündigen Nüchterungsphase vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags) 52 4.2.4.3 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu restriktiv nachts, Heu restriktiv tags und Heu restriktiv nachts, Heu ad libitum tags 54 4.2.4.4 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme, ohne Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags) 55 4.2.4.5 Effekte der Heufütterung vor Maisaufnahme in Kombination mit Heufütterung während der Blutentnahme (Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags) 56 4.2.4.6 Vergleich der Fütterungsvarianten Heu ad libitum nachts, Heu restriktiv tags und Heu ad libitum nachts, Heu ad libitum tags 58 4.3 Effekte der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektine, Cellulose / Hemicellulose) und Protein (Maiskleber) zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung II) 59 4.3.1 Futteraufnahmeverhalten 59 4.3.2 Futteraufnahmedauer 59 4.3.3 Einfluss der Zulage unterschiedlicher extrahierter Rohfaserquellen (Pektin, Cellulose / Hemicellulose) 61 4.3.3.1 Glucosekonzentrationen im Plasma 61 4.3.3.2 Insulinkonzentrationen im Plasma 63 4.3.4 Einfluss der Zulage von Protein (Maiskleber) 65 4.3.4.1 Glucosekonzentrationen im Plasma 65 4.3.4.2 Insulinkonzentrationen im Plasma 67 4.4 Effekte unterschiedlicher Fettzulagen zu einer stärkehaltigen Mahlzeit auf die Glucose- und Insulinreaktion (Fragestellung III) 69 4.4.1 Futteraufnahmeverhalten 69 4.4.2 Futteraufnahmedauer 69 4.4.3 Fettsäuren im Plasma 69 4.4.4 Glucosekonzentrationen im Plasma 70 4.4.5 Insulinkonzentrationen im Plasma 72 4.5 Zusammenfassung der Ergebnisse 74 5 DISKUSSION 76 5.1 Kritik der Methoden 76 5.1.1 Auswahl der Versuchstiere 76 5.1.2 Versuchsdesign 76 5.1.3 Auswahl der Futtermittel 76 5.1.4 Dosierung der Futtermittel 77 5.1.4.1 Stärkegehalt in der Ration 77 5.1.4.2 Quantität der Zulagen 77 5.2 Erörterung der eigenen Ergebnisse 79 5.3 Schlussbetrachtung 89 6 ZUSAMMENFASSUNG 91 7 SUMMARY 93 8 LITERATURVERZEICHNIS 95 9 TABELLENANHANG 110 10 DANKSAGUNG 123

Im Rahmen der szintigraphischen Untersuchung der Halswirbelsäule gibt es unterschiedliche Aussagen zum physiologischen Speicherungsverhalten, insbesondere der kaudalen Facettengelenke. Eine Objektivierung der Szintigramme und Ermittlung von Normalbereichen der entsprechenden Speicherquotienten ist daher wichtig und stellt das Ziel dieser Arbeit dar. Zur Untersuchung kamen dafür 31 Pferde, bei denen es sich um Patienten der Chirurgischen Tierklinik in Leipzig aus dem Jahr 2008 handelte. Falls bei einem Pferd eine Lahmheit der Vordergliedmaße vorhanden war, wurde mit Hilfe der klinischen und szintigraphischen Untersuchung, sowie mittels diagnostischer Anästhesien als deren Ursache die Halswirbelsäule ausgeschlossen. Alle Pferde wiesen eine freie Beweglichkeit des Halses in alle Richtungen auf. Zur Bildung von Speicherquotienten wurden die als Interessenareale dienenden Facettengelenke C3/C4 bis C7/Th1, sowie der Wirbelkörper des sechsten Halswirbels zu verschiedenen Referenzarealen ins Verhältnis gesetzt. Als Referenzareale wurden dabei der Wirbelkörper des dritten und des vierten Halswirbels, sowie das auch als Interessenareal dienende Facettengelenk C3/C4 getestet. Anschließend wurden Normalbereiche für die Speicherquotienten ermittelt. Nach sonographischer Muskeldickenmessung über den Facettengelenken wurden deren Speicherquotienten mit Hilfe einer Formel auf einen Nullwert korrigiert, und für diese korrigierten Werte wurden ebenfalls Normalbereiche ermittelt. Es zeigte sich, dass die Speicherquotienten nach der Muskeldickenkorrektur gegenüber den nativen Speicherquotienten eine größere Streuung aufwiesen und somit größere und ungenauere Normalbereiche hervorbrachten. Dementsprechend sollten die nativen Speicherquotienten bevorzugt werden. Als das am besten geeignete Referenzareal für die Interessenareale C4/C5 bis C7/Th1 erweist sich hierbei die Isokontur-ROI auf dem Facettengelenk C3/C4. Für das Interessenareal C3/C4 eignet sich sowohl der Vergleich mit dem Referenzareal C3, als auch der mit dem Referenzareal C4. Das Interessenareal auf dem Wirbelkörper C6 wird am besten zum Referenzareal C4 ins Verhältnis gesetzt. Hervorzuheben sind die nativen Werte der Normalbereiche für die Gelenke C5/C6 und C6/C7, da hier am häufigsten röntgenologische Veränderungen zu finden sind. Sie betragen für das Gelenk C5/C6 auf der linken Halsseite 0,82-1,10 und auf der rechten Halsseite 0,86-1,10. Für das Gelenk C6/C7 beträgt der Normalbereich für die linke Halsseite 0,75-1,23 und für die rechte Halsseite 0,81-1,17. Zusammenfassend ist zu sagen, dass die quantitative Auswertung mittels der „Regions of Interest“-Technik an der Halswirbelsäule durchaus möglich ist und mit dieser Arbeit akzeptable Normalbereiche für die Facettengelenke C3/C4 bis C7/Th1 und für den Wirbelkörper C6 ermittelt werden konnten. Es fehlen nun noch Werte von Pferden mit einer klinischen Halswirbelsäulenproblematik, um die Aussagekraft der hier ermittelten Normalbereiche zu überprüfen.