Einleitung und Aufgabenstellung: Zwei Berechnungs- und Interpretationsweisen zur Evaluierung des Säure-Basen-Haushaltes (SBH) stehen aktuell zur Verfügung: die traditionellen Berechnungen, basierend auf der Henderson-Hasselbalch-Gleichung (Blutgase; HCO3-; base excess, BE; Anionen Lücke, AG) und das Modell der starken Ionen (strong ion difference, SID; acid total, Atot; strong ion gap, SIG). Vor- und Nachteile beider Methoden werden kontrovers diskutiert. Die Auswirkungen von somatischem Wachstum bei Jungtieren, der Ernährungsphysiologie beim Wiederkäuer sowie die Effekte von Infektionskrankheiten auf den SBH wurden bislang nur unzureichend erfasst. Im internationalen Schrifttum waren vor Beginn dieser Untersuchungen keine altersabhängigen, speziesspezifischen SBH-Daten für Ziegen zu finden. Die Ziele dieser Arbeit waren, die Auswirkungen von (i) somatischem Wachstum und Fütterung auf den SBH bei Ziegen im ersten Lebensjahr sowie (ii) von krankheits-assoziierten Veränderungen im Zusammenhang mit Mykobakterien-Infektionen auf den SBH zu charakterisieren. Für beide Fragestellungen bestand ein drittes Ziel darin, (iii) die traditionellen Variablen des SBH und die Stewart-Variablen vergleichend zu betrachten, um Aussagekraft und klinische Anwendbarkeit beider Betrachtungsweisen zu evaluieren.
Tiere, Material und Methoden: Basierend auf einem etablierten und standardisierten Großtiermodell fanden zwei genehmigte Tierversuchsvorhaben an insgesamt 95 Ziegen statt. Alle Tiere wurden innerhalb des ersten Lebensmonats in die Versuchseinrichtung eingestallt. Insgesamt 70 Lämmer wurden anhand oraler Inokulation einer mykobakteriellen Exposition ausgesetzt (Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis, MAP, n=49; Mycobacterium avium subsp. hominissuis, MAH, n=21). Nichtinokulierte Kontrolltiere erhielten die übliche Milchaustauscher-Tränke (n=25). Die Dauer eines jeden Tierversuchs umfasste einen Zeitraum von bis zu 14 Monaten. Nach statistischer Evaluierung wurden die Daten beider Versuchsreihen als eine Grundgesamtheit zusammengefasst und entsprechend zwei verschiedener Fragestellungen ausgewertet (STUDIE I und II): In STUDIE I wurden die Einflüsse von somatischem Wachstum und Ernährung innerhalb des ersten Lebensjahres bei gesunden Ziegen auf den SBH evaluiert (n=25; nicht-inokulierte Kontrolltiere). In STUDIE II wurden die Effekte der Mykobakterien-Infektionen auf den SBH untersucht. In diese Auswertung konnten 48 der mit MAP inokulierten und 18 der mit MAH inokulierten Tiere eingeschlossen werden. Venöse Blutproben wurden über die gesamte Versuchsdauer hinweg im Abstand von 4 Wochen gewonnen. Heparinisiertes Vollblut diente der Blutgasanalyse (inklusive der Ermittlung von BE) sowie der Messung der Konzentrationen von Elektrolyten und Metaboliten (Glucose, L-Laktat). Im Serum wurden die Konzentrationen von anorganischem Phosphat (iP), Total Protein (TP), Globulinen und Albumin (Alb) bestimmt. Die SBH-Variablen AG, SID, Atot und SIG wurden rechnerisch ermittelt. Atot und SIG wurden sowohl auf Basis von Alb als auch von TP berechnet (Atot Alb, Atot TP, SIGAlb, SIGTP).
Ergebnisse: STUDIE I Innerhalb der ersten 4–5 Lebensmonate war im Blut der gesunden Tiere ein signifikanter Abfall von Glucose, L-Laktat und iP sowie ein signifikanter Anstieg von TP, Alb und Gamma Globulinen zu beobachten. Dadurch kam es zu einem Anstieg von Atot Alb und Atot TP. Nach dem 5. Lebensmonat zeigten sich über etwa 2 Monate hinweg tendenziell erniedrigte Blut-pH-Werte, die mit signifikant niedrigeren Konzentration an HCO3- sowie von BE einhergingen. Keine altersabhängigen Trends waren bezüglich der im Blut gemessenen Elektrolyt-Konzentrationen sowie für die SBH-Variablen AG, SID und SIG feststellbar.
STUDIE II 50 % (9/18) der mit MAH inokulierten Ziegen entwickelten einen akuten schweren Krankheitsverlauf (Apathie, Fieber, Durchfall) und verstarben innerhalb der ersten 10 Wochen post inoculationem oder wurden basierend auf humanen Endpunkten euthanasiert. Dabei wurden signifikant niedrigere Konzentrationen von Na+, Ca2+, Alb, und TP sowie höhere Konzentrationen von Gamma Globulinen im Blut festgestellt. Es zeigte sich eine gemischte Säure-Base-Störung mit Alkalose (BE und HCO3- nicht signifikant verändert), bei signifikant niedrigeren Werten für SID, Atot Alb, Atot TP sowie erniedrigtem SIG. Die verbleibenden 9 der MAH-exponierten Tiere und alle mit MAP inokulierten Ziegen (n=48) entwickelten einen chronischen subklinischen Krankheitsverlauf. Mit zunehmender Chronizität zeigte sich ein tendenzieller Anstieg von Gamma Globulinen und TP im Blut. Zugleich war die Konzentration von Alb deutlich vermindert, woraus niedrigere Atot Alb und höhere Atot TP Werte resultierten.
Diskussion und Schlussfolgerungen: Es wurden neue, grundlegende Erkenntnisse zum SBH bei somatisch und metabolisch reifenden Wiederkäuern im ersten Lebensjahr sowie bezüglich der Effekte mykobakterieller Infektionen gewonnen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Komplexität physiologischer oder infektions-assoziierter Einflüsse auf den SBH nur anhand der zusätzlichen Betrachtung der Stewart-Variablen in ihrer Gesamtheit erfasst werden können und bestätigen die Bedeutung des Modells der starken Ionen für die korrekte Beurteilung des Säure-Basen-Status.
Introduction and objectives: Two methods to evaluate acid-base-balance are currently available: the traditional Henderson-Hasselbalch centered calculations (blood gases; HCO3-; base excess, BE; anion gap, AG) and the strong ion model (strong ion difference, SID; acid total, Atot; strong ion gap, SIG). The advantages and disadvantages of both methods have been discussed controversially. Effects of somatic growth, nutritional physiology in ruminants, and the effects of infections on the acidbase balance have not been evaluated sufficiently so far. There are no age-related, speciesspecific acid-base data in goats available in literature yet. This work aimed to evaluate and characterize (i) effects of somatic growth and feeding on acidbase-balance in healthy goats within their first year of life as well as (ii) effects of mycobacterial infection. A third goal related to both topics was to (iii) apply and compare both Henderson-Hasselbalch centered variables and strong ion variables regarding their validity and clinical application.
Animals, material, and methods: Two approved animal experiments were performed based on a well-known standardized goat model. Overall, 95 goats were included. All animals were introduced into the animal facility within their first month of life. In total, 70 lambs were exposed to mycobacteria via oral inoculation (Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis, MAP, n=48; Mycobacterium avium subsp. hominissuis, MAH, n=18). Non-inoculated controls received normal milk replacer (n=25). Each experiment covered a period of up to 14 months. After statistical evaluation, data of both animal experiments were combined and evaluated according to two research topics (STUDY I and II). STUDY I evaluated the effects of somatic growth and nutrition on acid-base-balance within the first year of life in healthy goats (n = 25). STUDY II evaluated the effects of mycobacterial infections on acid-base-balance in goats. In this evaluation 48 MAP inoculated and 18 MAH inoculated animals could be included. Venous blood samples were collected every 4 weeks throughout the experiments. Heparinized whole blood was used for blood gas analyses (including evaluation of BE) as well as for measuring concentrations of electrolytes, total protein (TP), and albumin (Alb). Acid-base-variables AG, SID, Atot, and SIG were calculated. Atot and SIG were calculated on basis of TP and Alb (Atot Alb, Atot TP, SIGAlb, SIGTP).
Results: STUDY I Within the first 4–5 months of life in the blood of healthy goats, a significant decrease in concentrations of glucose, L-lactate, inorganic phosphate as well as a significant increase in concentrations of TP, Alb, and gamma globulins was observed. Consequently, Atot Alb and Atot TP increased. At 5 months of age, for about 2 months, blood-pH tended to be lower along with significantly lower concentrations of HCO3 - and BE. No age-related trends were observed regarding measured concentrations of electrolytes in blood as well as in acid-base variables AG, SID, and SIG. STUDY II 50 % (9/18) of all goats inoculated with MAH developed acute severe clinical signs (apathy, fever, diarrhea). These animals died within the first 10 weeks post inoculationem or had to be euthanized based on previously defined humane endpoints. Thereby significantly lower concentrations of Na+, Ca2+, Alb, and TP, as well as higher concentrations of gamma globulins were observed. A mixed acid-base-disturbance with alkalosis (BE and HCO3 - not significantly altered), with significantly lower SID, Atot Alb, Atot TP as well as lower SIG was present. The remaining 9 MAH-inoculated animals and all MAP-inoculated goats (n=48) developed a chronic subclinical course of the disease. With the progression of the disease, a tendential increase was seen concerning gamma globulin and TP. At the same time, the concentration of Alb in blood was markedly lowered, resulting in lower Atot TP and higher Atot TP values.
Discussion and Conclusions: New, basic knowledge was obtained concerning physiological variability of acid-base-balance in somatically and metabolically maturing ruminants in their first year of life as well as related to the effects of mycobacterial infections. Results demonstrate that for the correct assessment of the acid-base-balance additional application of the Stewart variables is indispensable, especially regarding the complexity of physiological and infection-associated impacts. Results confirm the importance of the strong ion model to interpret the complexity of acid-base status.
