Stress responses relating to vaginal examinations in dairy cows

Abstract

The present thesis assesses the stress responses relating to vaginal examinations in dairy cows. Therefore, two consecutive studies were conducted on two commercial dairy farms in Brandenburg, between 2010 and 2011. Although there is evidence that human contact is potentially stressful for cows, the impact of vaginal examinations on a cow’s stress level has not been evaluated. Therefore, we hypothesized that (1) cows show discomfort before and during vaginal examination with different behavioural reactions, (2) these reactions can be semi-quantitatively scored, (3) the heart rate increases during vaginal examination and decreases during the duration of the arched back and (4) the examination with a Metricheck® device is less invasive than the examination with the gloved hand. In the first study, the behaviour of 10 cows during vaginal examination was videotaped and analysed. In total, 15 different behavioural reactions were identified. Based on these observations, a numerical rating system was created. The avoidance reactivity score (ARS) includes six evasive reactions (standing still, tripping, stepping sideways, kicking, escape, leaning against the divider), which are scored on a 4-point scale. The ARS also includes signals of discomfort (arching the back, stretching the neck, vocalisation), scored with 1 point each. Evasive reactions are counted according to the strength of movement on an alternate scale. Signals of discomfort are counted with 1 point each on a cumulative scale. We also checked the reliability of the ARS by calculating the kappa (ƙ) coefficients for inter- and intra-observer repeatability. Values near 0 can be interpreted as poor and values near 1 as almost perfect agreement between observers. For inter-observer agreement the coefficients were ƙ = 0.61 and ƙ= 0.71 between veterinarians and non-veterinarians, respectively. For intra- observer agreement, the coefficient was ƙ = 0.84. Moreover, we compared two different examination methods, the Metricheck® device (MD) and the gloved hand (GH). The median ARS increased from 1 before (interquartile range, IQR: 1–2) to 3 during examination (IQR: 2–4) and cows in the group MD showed less avoidance reactions compared to cows in the group GH (P < 0.05). Parity, days in milk, vaginal discharge or repeated examinations did not influence the ARS. In the second study, behaviour during cleaning the perivaginal region and vaginal examination was scored using the avoidance reactivity score (ARS). Heart rate (HR) was recorded in 10 dairy cows considering four experimental phases (i.e. baseline, cleaning the perivaginal region, vaginal examination and post-examination). Each cow was examined three times and received no treatment (CON), an epidural anaesthesia (EPID) or an analgesic treatment (NSAID). The duration of an arched back during and post-examination was measured. The expression of the arched back was shortest in cows of group EPID and longest in cows of group CON. Avoidance reactions did not differ between the cleaning phase and vaginal examination in cows of group EPID. Cows of group CON showed the strongest avoidance reactions during examination, whereas cows of group EPID showed least avoidance reactions. Mean HR increased during cleaning and vaginal examination and decreased post-examination. Mean HR during vaginal examination did not differ between treatment groups. The results of the present thesis demonstrate that behavioural reactions can be assessed with a score. Substantial inter-observer and almost perfect intra- observer repeatability proved that the ARS can be applied easily in practice. The ARS – although imperfect – might be a useful tool in the field and in research to estimate a cow’s stress level. Moreover, the results show that vaginal examinations provoke stronger avoidance reactions in cows than mere restraining in the cubicle, so it can be considered a challenging and stressful situation. Cows cope with that challenge with various behavioural reactions and an increase in heart rate. In practice, routine vaginal examinations in dairy cows have not been considered as invasive examinations. However, vaginal examinations are an important mean to diagnose uterine diseases and cows benefit from early treatment. We do not suggest the application of any anaesthetic or analgesic treatment as appropriate before routine vaginal examinations. Nonetheless, the examiner should be aware of the stress potential of vaginal examinations and conduct such examinations most carefully. The examination with the Metricheck® device is less invasive than the manual examination.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Bewertung von Stressreaktionen von Milchkühen vor und während der vaginalen Untersuchung. Dazu wurden 2010 bis 2011 zwei aufeinander aufbauende Studien auf zwei kommerziellen Milchviehbetrieben in Brandenburg durchgeführt. Obwohl es in der aktuellen Literatur Hinweise darauf gibt, dass der Kontakt zu Personen für Kühe häufig mit Stress verbunden ist, wurde die Auswirkung vaginaler Untersuchungen auf das Wohlbefinden der Kühe bisher nicht untersucht. Deshalb stellten wir die Hypothesen auf, dass (1) Kühe das Unwohlsein vor und während der vaginalen Untersuchung mittels verschiedener Verhaltensreaktionen ausdrücken, dass (2) die Reaktionen semi-quantitativ bewertet werden können, dass (3) die Herzfrequenz während der vaginalen Untersuchung ansteigt und während der Dauer der Rückenkrümmung abfällt und dass (4) die Untersuchung mit dem Metricheck® weniger invasiv ist als die Untersuchung mit der Hand. In der ersten Studie wurde das Verhalten von 10 Kühen während der vaginalen Untersuchung auf Video aufgezeichnet und analysiert. Insgesamt wurden 15 verschiedene Verhaltensreaktionen identifiziert, auf deren Grundlage ein numerisches Bewertungssystem erstellt wurde. Dieser Avoidance Reactivity Score (ARS) besteht zum einen aus sechs Ausweichreaktionen (still stehen, trippeln, beiseite gehen, ausschlagen, gegen das Geländer anlehnen und flüchten), welche auf einer Skala von 0 bis 3 Punkten entsprechend der stärksten gezeigten Reaktion alternativ bewertet werden. Zum anderen wurden Signale des Unwohlseins (Rückenkrümmung, Halsstrecken, Lautäußerung) erfasst und kumulativ mit jeweils einem Punkt bewertet. Außerdem wurde die Wiederholbarkeit des ARS mittels Kappa-Koeffizient errechnet (Inter- und Intra-Beobachter-Variabilität) geprüft. Dabei sind Werte nahe 0 als schlechte Übereinstimmung zwischen den Beobachtern, Werte nahe 1 als fast perfekte Übereinstimmung zu werten. Bei der Bewertung der Wiederholbarkeit des ARS betrug die Variabilität zwischen verschiedenen Beobachtern ƙ = 0,61 bzw. ƙ = 0,71 (Veterinärmediziner bzw. Nicht-Veterinärmediziner). Die Variabilität zwischen den einzelnen Beobachtungen eines Beobachters lag bei ƙ = 0,84. Des Weiteren wurden die Abwehrreaktionen bei zwei verschiedenen Methoden – die Untersuchung mittels Metricheck® und mittels Hand – verglichen. Der Median-Wert des ARS betrug vor der Untersuchung 1 (Quartilsabstand: 1–2) und stieg während der Untersuchung auf 3 (Quartilsabstand: 2–4). Kühe, die mit dem Metricheck® untersucht wurden, zeigten schwächere Abwehrreaktionen als Kühe, die mit der Hand untersucht wurden (P < 0.05). Das Alter der Kühe (Anzahl der Laktationsperioden), Qualität des vaginalen Ausflusses, Anzahl der Tage postpartum und wiederholte Untersuchungen hatten keinen Einfluss auf die Stärke der Abwehrreaktionen. In der zweiten Studie wurde das Verhalten vor und während der vaginalen Untersuchung bei Milchkühen mittels ARS bewertet. Bei 10 Kühen wurde über die vier Phasen Baseline, Säubern der Scham, während und nach der vaginalen Untersuchung die Herzfrequenz gemessen. Jede Kuh wurde dreimal untersucht und blieb dabei unbehandelt (Gruppe CON), erhielt eine Epiduralanästhesie (Gruppe EPID) oder ein Schmerzmittel (Gruppe NSAID). Die Dauer der Rückenkrümmung wurde während und nach der Untersuchung gemessen. Die Rückenkrümmung war in Gruppe EPID am kürzesten und in Gruppe CON am längsten. Die Abwehrreaktionen unterschieden sich zwischen den Phasen Säubern der Scham und während der Untersuchung in Gruppe EPID nicht. Kühe der Gruppe CON zeigten die stärksten Abwehrreaktionen, Kühe der Gruppe EPID die schwächsten. Die mittlere Herzfrequenz stieg während des Säuberns der Scham und der vaginalen Untersuchung an, nach der Untersuchung fiel sie ab. Sie unterschied sich zwischen den drei Behandlungsgruppen nicht. Die Ergebnisse dieser Dissertation belegen, dass die Verhaltensreaktionen während der vaginalen Untersuchung mittels ARS bewertet werden können. Eine grundlegende Übereinstimmung zwischen verschiedenen Beobachtern und eine fast perfekte Übereinstimmung zwischen den Beobachtungen eines Beobachters beweisen, dass der ARS in der Praxis einfach und zuverlässig angewendet werden kann. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass vaginale Untersuchungen zu stärkerer Abwehr führen als das bloße Berühren oder Fixieren der Tiere in der Liegebox. Deshalb ist anzunehmen, dass diese Untersuchungen mit Stress für die Kühe verbunden sind. Kühe begegnen diesem Stress mit verschiedenen Verhaltensreaktionen und einem Anstieg der Herzfrequenz. Dennoch werden in der tierärztlichen Praxis vaginale Untersuchungen bisher kaum als invasive Untersuchungen angesehen. Zwar bleibt die vaginale Untersuchung von Kühen nach wie vor ein wichtiges Instrument des Reproduktionsmanagements (Diagnose von puerperalen Störungen). Es ist außerdem nicht angezeigt, die Kühe zwecks Linderung des Unwohlseins vor der Untersuchung medikamentös zu behandeln. Dennoch sollte dem Untersucher stets bewusst sein, dass die Untersuchungen für die Kühe mit Stress verbunden sind und sie entsprechend vorsichtig durchführen. Die Untersuchung mit Metricheck® ist dabei weniger invasiv als die Untersuchung mit der Hand.