Die veränderten Bedingungen im Gesundheitsmanagement von Milchrindern mit Fokussierung auf Krankheitsprävention und Bestandsbetreuung lassen der Früherkennung von Krankheiten eine große Bedeutung zukommen. Die Entwicklungen auf dem Gebiet des Precision Dairy Farming gehen in diese Richtung. Ziel der Arbeit war es daher zu untersuchen, ob die Diagnostik von Krankheitszuständen anhand von Langzeitmessungen der Karotinoidkonzentration in der Rindereuterhaut mit Hilfe des neu entwickelten Hautscanners WK1 (Opsolution GmbH, Kassel, Deutschland) realisiert werden kann. In der ersten Publikation erfolgten im ersten Teilexperiment Messungen an 25 klinisch gesunden Rindern, die in einem Stall unter gleichen Bedingungen und mit gleicher Fütterung gehalten wurden. Die Tiere unterschieden sich hinsichtlich des Laktationsstadiums, Alters und der Rasse. Bei allen untersuchten Tieren konnte eine Karotinoidkonzentration reproduzierbar in der Euterhaut nachgewiesen werden. Für den HS ergab sich bei Wiederholungsmessungen eine Abweichung von 12 %. Die mittlere Variation der Karotinoidwerte an drei benachbarten Messpunkten auf der Euterhaut betrug 17 %. Die Karotinoidkonzentrationen gleicher Hautareale variierten interindividuell hochsignifikant (p < 0.001). Der Median lag bei 0.88 ± 0.25 a.u. (arbitrary units = relative Einheiten). Die Variationsbreite lag bei 1.06 a.u., somit war der höchste Wert fast viermal so groß wie der niedrigste Messwert. Die mittlere Standardabweichung betrug 0.05 a.u. Zwischen täglicher Milchleistung und Hautkarotinoidkonzentration bestand nur eine sehr schwache Korrelation (R2 < 0.2). Im zweiten Teilexperiment der ersten Publikation ergaben Messungen an zehn institutseigenen klinisch gesunden Rindern über vier Tage unter standardisierten Bedingungen keine signifikanten Unterschiede der Karotinoidkonzentration zwischen den einzelnen Messzeitpunkten. Die mittlere Abweichung der Karotinoidkonzentration über den gemessenen Zeitraum lag bei 10 %. Um die Auswertungsobjektivität im Rahmen des Temperamenttests zu überprüfen, erfolgte die Einstufung der 25 Rinder aus dem ersten Teilexperiment der ersten Publikation parallel von zwei unabhängigen Personen. Die Ergebnisse ergaben keine signifikanten Unterschiede. Mit Hilfe dieses Temperamenttests wurden aus einer Gruppe von 12 Tieren sechs als „sensibel“ und sechs als „robust“ klassifiziert. Die Mediane der beiden Gruppen unterschieden sich signifikant (p < 0.05). Das allgemeine Niveau (Median für n = 6) der robusten Rinder lag bei 1.11 ± 0.24 a.u. Bei den sensiblen Rindern lag das allgemeine Niveau der Karotinoide bei 0.72 ± 0.10 a.u. Die zweite Publikation erbrachte bei Messungen über vier Wochen an sechs institutseigenen Rindern erneut den Nachweis, dass gesunde Rinder unter konstanten Haltungsbedingungen ein konstantes AOP aufweisen. Die Abweichungen betrugen im Zeitverlauf ≤ 18 %. Basierend auf diesen Ergebnissen erfolgten Messungen an 23 Rindern die an linksseitiger Labmagenverlagerung erkrankt waren innerhalb von 12 Stunden p. op. sowie in der Rekonvaleszenz und nach Genesung. Die operative Behebung der Verlagerung wurde mittels Methode nach Janowitz (n=6) bzw. Methode nach Dirksen (n=17) durchgeführt. 18 der 20 genesenen Rinder zeigten einen Anstieg der Hautkarotinoidkonzentration verglichen mit den Ausgangswerten. Es kam bei diesen Tieren 20 Tage p. op. zu einem durchschnittlichen Anstieg der Karotinoidkonzentration um 53 ± 44 % im Vergleich zum Ausgangswert. Die Differenz war statistisch hoch signifikant (p < 0.001). Bei den drei im Verlauf der Studie gestorbenen bzw. euthanasierten Tieren fiel die Karotinoidkonzentration bis zur letzten Messung vor dem Tod um 31 ± 27 % ab, der Abfall war nicht signifikant. In der dritten Publikation variierten die dermalen Karotinoidkonzentrationen der 20 gesunden Rinder von 0.39 a.u. bis zu 1.53 a.u., die interindividuellen Unterschiede waren hochsignifikant (p < 0.001). Der Median (n=20) der Hautkarotinoidkonzentration lag bei 0.80 ± 0.32 a.u., die ß-Karotinkonzentration im Plasma lag zwischen 0.92 mg/L und 5.22 mg/L. Der Vergleich der Haut- und Plasmawerte wurde unter Einbeziehung der Rückenfettdicke der Tiere durchgeführt. Ein Vergleich der Werte aller 20 Rinder ergab nur eine schwache Korrelation (R = 0.23). Der Korrelationskoeffizient der acht Tiere mit sehr schlechtem bis schlechtem Ernährungszustand lag bei R = -0.23. Der Korrelationskoeffizient der 12 Rinder mit mäßigem bis adipösem Ernährungszustand lag bei R = 0.86, die Korrelation war signifikant (p < 0.05). Sowohl die erste als auch die zweite Publikation konnten zeigen, dass sich die individuellen Karotinoidwerte der Rinder über einen längeren Zeitraum unter sich nicht verändernden äußeren Bedingungen nicht signifikant ändern. Die während der Rekonvaleszenz untersuchten Rinder der zweiten Publikation dagegen wiesen einen hoch signifikanten Anstieg der Karotinoidkonzentration auf. Zusammenfassend kann daher aufgrund der Ergebnisse aller drei Publikationen die Messung mittels HS als geeignet eingestuft werden, um die Karotinoidkonzentration beim Rind zu messen und mithilfe von Wiederholungsmessungen Rückschlüsse auf Krankheitszustände zu ziehen. Aufgrund der individuellen Messwerte der Einzeltiere, muss jedes der Tiere als seine eigene Kontrolle dienen. Besonders für die Betreuung großer Bestände könnte die Integration des HS in die Melkanlage zukünftig die Früherkennung von erkrankten, klinisch noch unauffälligen, Tieren ermöglichen.
The modified requirements in the health management of dairy cows with a focus on the prevention of disease and medical care of the herd, allowing the early recognition of disease, have become extremely important. The progress, which has been made in the field of Precision Dairy Farming, shows a tendency in this direction. Therefore, the aim of the study was to examine, whether the diagnosis of medical conditions by means of long-term measurements of the carotenoid concentration in bovine udder skin, with the help of the newly- developed skin scanner WK1 (Opsolution GmbH, Kassel, Germany) could be realized. The first publication was concerned primarily with partial experimental measurements on 25 clinically healthy cows, which were kept in a barn under the same conditions and with the same feed. The animals differed in regard to the stage of lactation, age and breed. In all the animals examined, a carotenoid concentration, reproducible in the udder skin, could be detected. In the case of the skin scanner, a follow-up measurement showed a deviation of 12 %. The mean variation of the carotenoid values on three adjacent measuring points on the udder amounted to 17 %. The carotenoid concentrations on the same skin areas varied inter-individually, highly significant (p < 0.001). The median was 0.88 ± 0.25 a.u. (arbitrary units = relative units). The variation range was 1.06 a.u., whereby the highest value was nearly four times as high as the lowest value. The mean standard deviation was 0.05 a.u. Comparing the daily milk output and the carotenoid concentration of the skin, only an extremely low correlation was evident (R2< 0.2). The second partial experiment of the first publication dealt with measurements acquired on ten clinically healthy cows, owned by the institute. The measurements were undertaken for a period of four days under standardized conditions, whereby no significant differences in the carotenoid concentration between the individual measuring times could be established. The mean deviation of the carotenoid concentration during the duration of the measurements was 10 %. In order to prove the objectivity of the analysis in the frame of a temperament test, the 25 cows examined in the first partial experiment of the first publication were classified parallel by two independent persons. The results showed no significant differences. With the help of the temperament test, out of a group of 12 animals, 6 were classified as “sensitive” and 6 as “robust”. The median of both groups differed significantly (p < 0.05). The common level (median of n = 6) of the robust cattle was 1.11 ± 0.24 a.u. In the case of the sensitive cattle, the common level of carotenoids was 0.72 ± 0.10 a.u. The second publication, taking into account the measurements over a period of four weeks on the six cows owned by the institute, again supplied the confirmation that healthy cows under constant husbandry conditions exhibited a constant antioxidant potential. During the time elapsed, the deviations were shown to be ≤ 18 %. Based on the aforementioned results, measurements were undertaken on 23 cows, suffering from a left displaced abomasum, within 12 hours p. op. as well as during convalescence and following recovery. The operative adjustment of the displaced abomasum was performed by means of the Janowitz method (n=6), or the Dirksen method (n=17), respectively. 18 of the 20 recuperated cows showed an increased skin carotenoid concentration as compared to the initial values. In the case of these animals, 20 days p. op. an average increase in carotenoid concentration occurred in the region of 53 ± 44 %, as compared to initial values. The difference was statistically highly significant (p < 0.001). Referring to the three dead or euthanized animals, which died during the course of the study, the last carotenoid concentration measurement before death had decreased to 31 ± 27 %, which was insignificant. When considering the third publication, the dermal carotenoid concentrations of the 20 healthy cattle was 0.39 a.u. up to 1.53 a.u., the inter-individual differences were highly significant (p < 0.001). The median (n = 20) of the skin carotenoid concentration was in the range of 0.80 ± 0.32 a.u., whereby the ß-carotenoid concentration in the plasma showed values of 0.92 mg/L and 5.22 mg/L. The comparison of the skin and plasma parameters was performed under the inclusion of the backfat thickness of the animals. A comparison of the parameters of all 20 cows showed only a weak correlation (R = 0.23). The correlation coefficient of the eight animals, which were in a very poor or poor nutritional condition showed a value of R = -0.23. The correlation coefficient of the 12 animals with a moderate to obese nutritional condition was at R = 0.86, the correlation was significant (p < 0.05). The first, as well as the second publication were able to show that the individual carotenoid values of the cows over a longer period, on account of the unchanged external conditions, had not significantly altered. However, the cattle that were examined during convalescence had on the other hand a highly significant increase in carotenoid concentration, as reported in the second publication. In summarizing, taking into account the results cited in all three publications, wherein the measurements performed by means of the skin scanner were classified as suitable, in order to measure the carotenoid concentration supported by repeated measurements, and therefore to establish conclusions regarding the state of disease. On account of the individual values of each animal, every single animal has to serve as its own control. In particular in the care of a high number of cattle, the integration of the skin scanner in the milking plant, would in the future also enable the early diagnosis of clinically inconspicuous animals.
