Variabilität und Reproduzierbarkeit lungenfunktionsdiagnostischer Kenngrößen klinisch gesunder Schafe

Abstract

Aufgabenstellung: Das Impuls-Oszilloresistometrie-System und die Rebreathingmethode ermöglichen eine nichtinvasive und komplexe Beurteilung der Lungenfunktion an wachen, spontan atmenden Tieren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand zum einen in der Überprüfung der Reproduzierbarkeit und der Variabilität der mit diesen Verfahren zu erfassenden Lungenfunktionsparameter und zum anderen in der Untersuchung, ob diese nichtinvasiven Messmethoden eine Stressbelastung für die Schafe darstellen. Dafür wurden von klinisch gesunden Schafen ausgewählte Lungenfunktionsparameter sowie die Cortisolkonzentration im venösen Blut ermittelt. Weitere Untersuchungen dienten der Überprüfung der Einflüsse von Gravidität und Klimabedingungen auf die erhaltenen Lungenfunktionskenngrößen. Methodik: Zur Erfassung atmungsmechanischer Parameter wurde das ‚MasterScreen IOS‘ Messsystem (JAEGER, Höchberg) genutzt, während die Ermittlung der Funktionellen Residualkapazität (FRC) und des Transferfaktors der Lunge für Kohlenmonoxid (TLCO) -korrigiert auf die individuelle Hämoglobinkonzentration - unter Verwendung des ‚MasterScreen Diffusion-System‘ (JAEGER, Höchberg) erfolgte. Beide aus der Humanmedizin stammenden Verfahren wurden mittels einer Atmungsmaske an die Spezies Schaf adaptiert und erfassten über einen Pneumotachographen gleichzeitig die spirometrischen Basisgrößen Atmungsfrequenz, Atemzugvolumen und Atemminutenvolumen. Über einen Zeitraum von zehn Wochen wurden 18 klinisch gesunde, trächtige Merinoschafe ein Mal wöchentlich lungenfunktionsdiagnostisch untersucht. Die Bestimmung der Cortisolkonzentration im venösen Blut erfolgte zu drei verschiedenen Zeitpunkten, in der 3., in der 8. und in der 9. Untersuchungswoche. Für die Beurteilung der graviditätsbedingten Einflüsse wurde wöchentlich die Körpermasse der Tiere erfasst. Die Grundlage zur Prüfung klimatischer Einflüsse bildeten Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes. Ergebnisse: Alle untersuchten Lungenfunktionsparameter erwiesen sich als reproduzierbar, zeigten aber eine verschieden deutlich ausgeprägte Variabilität. Dabei überschritt die interindividuelle Variabilität die intraindividuelle um bis zu 100 %. Die Auswertung der Cortisolkonzentrationen ergab einen signifikanten Anstieg nach Beendigung der Lungenfunktionsuntersuchungen. Im Verlauf des Untersuchungszeitraums reduzierte sich die nach den Untersuchungen gemessene Cortisolkonzentration im venösen Blut jedoch signifikant, was für einen Gewöhnungseffekt spricht. Von den lungenfunktionsdiagnostisch erfassten Kenngrößen unterlagen folgende während des Untersuchungszeitraums einer trächtigkeitsbedingten signifikanten Veränderung: Die Atmungsfrequenz der Schafe erhöhte sich, während das Atemzugvolumen eine Reduktion aufwies. Die Funktionelle Residualkapazität zeigte eine Verminderung. Sowohl die respiratorische Resistance als auch die respiratorische Reactance reduzierten sich ebenfalls. Bei keinem der untersuchten Parameter konnte ein Einfluss der Klimabedingungen nachgewiesen werden. Schlussfolgerungen: Lungenfunktionsdiagnostische Untersuchungen von wachen, spontan atmenden Schafen sind unter Anwendung des Impuls-Oszilloresistometrie-Systems und der Rebreathingmethode sehr gut möglich. Einige Lungenfunktionsparameter, vor allem die der Ventilation, werden durch eine Trächtigkeit der Schafe beeinflusst. Klimatische Umgebungsbedingungen, wie sie in der vorliegenden Studie bestanden, haben auf in einem Lungenfunktionslabor ermittelte Daten keinen Einfluss. Die Resultate der gegenwärtigen Studie belegen ebenfalls, dass die Lungenfunktionsdiagnostik bei der Tierart Schaf sich nicht in einen ‚Normbereich‘ pressen lässt und die interindividuelle Variabilität die intraindividuelle oftmals übersteigt. Aus diesem Grund eignet sich diese sehr präzise Art der Diagnostik am besten für individuelle Verlaufskontrollen. Da die in der vorliegenden Arbeit angewendeten Methoden nicht nur reproduzierbare lungenfunktionsdiagnostische Daten, sondern auch nichtinvasive Messungen am wachen Tier ermöglichen, ist ihre zukünftige Verwendung in der Veterinärmedizin äußerst empfehlenswert.

Objective: Impulse oscillometry and rebreathing technique provide two noninvasive options to assess pulmonary functions in non-sedated sheep during spontaneous breathing. The aim of this study was to examine the reproducibility and variability of several pulmonary function parameters measured with these methods and to determine whether the measurement procedures caused stress to the sheep. Therefore, selected parameters of pulmonary function as well as cortisol concentrations in the sheep’s blood were analyzed. Furthermore the influence of gestation and climatic environmental conditions on pulmonary function parameters was examined. Animals and Methods: The impulse oscillometry system ‘MasterScreen IOS’ (JAEGER, Hoechberg, Germany) was used to determine parameters of respiratory mechanics. The functional residual capacity (FRC) and the transfer factor for carbon monoxide (TLCO) were measured using the ‘MasterScreen Diffusion-System’ (JAEGER, Hoechberg, Germany). Both methods were originally developed for human medicine and were adapted to sheep using tightly fitting face masks. In both measurement systems, pneumotachography was used to determine the basic spirometric parameters, i.e. respiration frequency, tidal volume and minute ventilation. In 18 clinically healthy pregnant ewes, the pulmonary function parameters were examined over a specific period of ten weeks. In the third, eighth and ninth week of investigation the concentration of cortisol in the blood was measured. All animals were weighed once a week to determine the effect of gestation on body weight. The assessment of the climatic effect was based on climate data from the German meteorological service ‘Deutscher Wetterdienst’. Results: In general, all analyzed parameters of pulmonary function proved to be reproducible, however, there was a distinct variability. Inter-individual variability was significantly higher than intra-individual variability. On a daily basis, cortisol concentrations were significantly elevated after finishing pulmonary function tests. In the course of the investigation period, however, cortisol concentrations underwent a significant reduction indicating the effect of adaption or training. Due to pregnancy, the following parameters of pulmonary function also showed significant changes: the frequency of breathing increased, whereas the tidal volume and functional residual capacity decreased. Both respiratory resistance and reactance showed a reduction as well. There was no evidence for a climatic influence on any of the examined parameters. Conclusion: Both systems, the ‘MasterScreen IOS’ as well as the ‘MasterScreen Diffusion-System’ were found to be suitable for examining the pulmonary functions of awake sheep breathing spontaneously. Pregnancy affected some pulmonary parameters, whereas climatic environmental conditions had no significant influence on the data collected in a laboratory with defined ambient conditions. The results of the present study clearly demonstrate that pulmonary function testing in the species sheep can hardly be confined to a predictable range of values and that inter-individual variability often exceeds intra-individual variability. Consequently, it is best suited for monitoring individuals. Since the adopted methods allowed noninvasive reproducible measurements, they are strongly recommended for further diagnostic purposes in the field of veterinary medicine.