Vergleichende Untersuchung klinisch gesunder und mit Escherichia coli infizierter Euterviertel von Kühen mittels Infrarotthermographie

Ziel dieser Studie ist es, Temperaturverläufe an gesunden und
künstlich infizierten (E. coli) Eutervierteln von Milchkühen
mithilfe eines infrarotthermographischen Messsystems zu beurteilen.
Material und Methodik: Fünf zunächst eutergesunde Milchkühe werden
während 48 Stunden ca. alle zwei Stunden infrarotthermographisch
untersucht. 24 Stunden nach Beginn des Versuchs wird das jeweils
rechte hintere Euterviertel (HR) mittels Injektion einer
NaCl-Lösung (2 ml) mit Escherichia coli (250 CFU) infiziert
(Infektionsgruppe). Diese Versuche dienen der Ermittlung der
Temperaturverläufe an der Euterhaut vor und nach der Infektion, der
Detektion thermischer Veränderungen an der Haut eines infizierten
Euterviertels im Vergleich zur Oberfläche eines nicht infizierten,
kontralateralen Viertels und im Vergleich zur Wärmeverteilung am
Referenztag, als das Euter noch gesund war. Weitere 16 eutergesunde
Tiere (Kontrollgruppe) werden über einen Zeitraum von 24 Stunden in
den gleichen Messintervallen infrarotthermographisch untersucht.
Diese Untersuchungen dienen zur Feststellung des physiologischen
Verlaufs der Euteroberflächentemperatur im Verlauf eines Tages und
etwaigen tageszeitlichen Schwankungen. Ferner soll für beide
Gruppen ermittelt werden, inwiefern maschineller Milchentzug die
Temperatur der Euterhaut beeinflusst und welche Zusammenhänge
zwischen der Rektaltemperatur sowie der Umwelt und der Temperatur
der Euteroberfläche bestehen. Verwendet wird eine Infrarotkamera
der Serie ThermaCAM B20 HS (FLIR Systems) und andere
Messinstrumente. Jeweils drei Infrarotbilder pro Messzeitpunkt
werden mittels verschiedener Software-Tools (Polygone, Rechtecke,
Linien) ausgewertet. Im Zuge der Präzisionsberechnungen wird die
Polygon-Methode favorisiert, mit der die Flächen-Minimal- (Fl-Min),
-Maximal- (Fl-Max), Differenz zwischen Minimal- und
Maximaltemperatur (Fl-Max-Min) und -Durchschnittstemperatur
(Fl-DsT) der Messfelder ermittelt werden. Ergebnisse: Beim
Vergleich der durchschnittlichen Variationskoeffizienten (±
Standardabweichung) der 3er Bildserien der Infektions- und
Kontrolltiere (n = 544) zu jedem Messzeitpunkt weisen die
Fl-DsT-Werte (0,12 % ± 0,09) die geringste Variation auf (Fl-Max:
0,19 % ± 0,14 und Fl-Min: 0,29 % ± 0,21). Darum werden nur Fl-Max-
und Fl-DsT-Werte für weitere Berechnungen verwendet. Die
Auswertungsmethode Polygone besitzt die beste Präzision und
geringste Standardabweichung, weshalb sie gegenüber den Rechtecken
und Linien favorisiert wird. Die Daten sind nicht normalverteilt,
weshalb nicht parametrische Tests verwendet werden. Eutergesunde
Tiere: Bei eutergesunden Tieren (n = 272) existieren im
Durchschnitt nur geringste Temperaturunterschiede zwischen beiden
Vierteln während 24 Stunden (Fl-Max 0,12 ± 0,12 °C und Fl-DsT 0,17
± 0,13 °C). Im Tagesverlauf zeigen einige Tiere morgens niedrigere
und abends höhere Temperaturen (v.a. in den Fl-DsT-Werten) mit
einem Minimum von -0,42 ± 0,39 °C um 6:30 Uhr und einem Maximum von
+0,45 ± 0,58 °C um 21:30 Uhr (im Vergleich zur tierindividuellen
mittleren Tagestemperatur). Dies legt die Existenz eines
zirkadianen Rhythmus der Eutertemperatur nahe. Durch den
morgendlichen maschinellen Milchentzug wird die Temperatur am Euter
zum Teil signifikant gesenkt, beim Melken am Abend steigt die
Temperatur leicht an. Die Reaktion ist allerdings individuell sehr
unterschiedlich. In einem gemischten Modell weist die
Rektaltemperatur einen engeren Bezug zur Euterhaut-Temperatur auf
als die Umgebungstemperatur. Dabei werden beide Viertel in gleichem
Ausmaß von der Rektal- und in ähnlichem Maß von der
Umgebungstemperatur beeinflusst. Die Luftfeuchtigkeit ist nicht
relevant. Tiere mit induzierter Mastitis: Nach Infektion (p.i.) des
Euterviertels HR zeigen beide Viertel einen signifikanten
Temperaturanstieg zwischen 13 bis 17 Stunden p.i., im Vergleich zu
den Referenzwerten am Vortag, als das Euter noch gesund ist:
Durchschnittliche Maximaltemperatur der Fl-Max 13 Stunden p.i.: HR
(E. coli) = 1,98 ± 0,59 °C und HL (Placebo) = 1,93 ± 0,62 °C (p =
0,04 für beide). Die Fl-Max-Werte beider Viertel unterscheiden sich
auch nach der Infektion nicht signifikant. Die Verläufe der
Fl-DsT-Messwerte nach der Infektion differieren: Die Oberfläche des
infizierten Viertels (HR) ist zwischen 11 und 19 Stunden p.i.
(mitunter signifikant) kühler als die des gesunden, kontralateralen
Viertels; der Höhepunkt der Differenz wird 13 Stunden p.i. erreicht
(-0,89 ± 0,64 °C). Die obere Toleranzgrenze der Fl-Max-Werte
beträgt 38,77 °C, die der Fl-DsT-Werte 37,53 °C im Vergleich zum
Referenztag (Sensitivität 87 % und 60 %). Das Toleranzintervall
reicht für Differenzen zwischen HR und HL für Fl-Max-Werte von
-0,46 bis 0,29 °C, für Fl-DsT-Werte von -0,7 bis 0,49 °C
(Sensitivität 27 und 40 %). Melken verändert die Eutertemperatur
nach der Infektion ähnlich wie bei den eutergesunden Tieren, jedoch
nicht signifikant. Allerdings existieren auch hier individuelle
Unterschiede. Die Luftfeuchtigkeit hat auch nach der Infektion
keinen Bezug zur Euterhaut (gemischtes Modell). Die
Rektaltemperatur weist einen engeren Bezug zur Euterhauttemperatur
auf als die Umgebungstemperatur auf. Fazit: Nach experimenteller
Infektion eines Euterviertels mit Escherichia coli können
entzündungsbedingte, signifikante Temperaturänderungen mittels
Infrarot-thermographie gemessen werden.