Tierärztliche Hochschule Hannover

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1 Tierärztliche Hochschule Hannover Visuelle und computergestützte (Heatime ) Brunsterkennung. Eine klinische Vergleichsstudie in einem norddeutschen Milcherzeugungsbetrieb. INAUGURAL DISSERTATION zur Erlangung des Grades eines Doktors der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae - ( Dr. med. vet. ) vorgelegt von Andreas Kempf Neuss Hannover 2016

2 Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. M. Hoedemaker, PhD Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Klinik für Rinder Bischofsholer Damm Hannover 1. Gutachterin: Univ.-Prof. Dr. M. Hoedemaker, PhD 2. Gutachter: Prof. Dr. B. Meinecke Tag der mündlichen Prüfung:

3 Meiner Familie

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5 INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG LITERATURÜBERSICHT Sexualzyklus des Rindes Präöstrus Östrus Postöstrus Interöstrus Ökonomische Aspekte der Brunsterkennung Abgänge und Milchverlust Steigende Besamungskosten Verluste durch eine verlängerte Güstzeit Erhöhtes Erstkalbealter Faktoren, die das Brunstverhalten beeinflussen Technologische Faktoren Haltungsform und Bodenbeschaffenheit Belegungsdichte und Herdengröße Biologische Faktoren Lahmheiten Körperkondition Milchleistung Ovardysfunktionen Hormonbehandlungen Klimatische Einflüsse Anforderungen an die Brunsterkennungsmethoden... 18

6 INHALTSVERZEICHNIS 2.5 Methoden der Brunsterkennung Visuelle Brunstbeobachtung Chronolactor Suchtiere Milchmengenmessung Bestimmung der Progesteronkonzentration Tierärztliche Untersuchung Messung der Vokalisationsereignisse Aufsprungdetektoren Kamerasysteme Impendanzmessung des Vaginalschleimes Thermometrie Aktivitätsmessung MATERIAL UND METHODEN Patientengut Versuchsablauf Brunsterkennung Brunstbeobachtung durch Heatime Visuelle Brunstbeobachtung Brunstarten Zyklusüberwachung Transrektale sonographische Untersuchungen Progesteronbestimmung Bestimmung der Ovulationszeitpunkte und Bewertung der Brunstmeldungen Ovarialzysten Persistierende Corpora lutea Besamung und Trächtigkeitsuntersuchung Parameter... 45

7 INHALTSVERZEICHNIS Beurteilung der Körperkondition Lahmheit Milchleistung und Fett- Eiweiß- Quotient Dokumentation von besonderen tierspezifischen Ereignissen Beschreibung des Heatime - Systems Blutprobenentnahme und Bestimmung der Progesteronkonzentration Statistische Auswertung ERGEBNISSE Tierzahl Auswertung der visuellen Brunstbeobachtung Modifizierung des Beobachtungsscore Brunstsymptome Brunsterkennung durch Heatime über den gesamten Untersuchungszeitraum Reduzierung der Ergebnisse auf die Daten der Tage Montag bis Freitag Vergleich der Brunsterkennungssysteme Nicht induzierte Ov- Brunsten Nicht induzierte Ov- Brunsten ohne vorherige Besamung (SpB) Nicht induzierte Ov- Brunsten mit vorheriger Besamung (Ub) Induzierte Ov- Brunsten Vergleich der Brunsterkennung von SpB, Ub und IndB... 60

8 INHALTSVERZEICHNIS 4.6 Untersuchungsparameter BCS- Differenz Locomotionscore (LS) Milchmenge Fett- Eiweiß- Quotient (FEQ) Teilergebnisse Heatime Verteilung der Peakwerte bei Meldungen durch Heatime Verlässlichkeitsraten der Heatime - Meldungen mit unterschiedlichen Peakwerten Veränderung der BER und VLR bei Anhebung des Aktivitätsschwellenwertes Verteilung der Peakwerte bei managementbedingten Heatime - Meldung Teilergebnisse der visuellen Brunstbeobachtung Mehrfache Beobachtung vom Brunstsymptomen im Verlaufe einer Ov- Brunst Mehrfachbeobachtung des Duldungsreflexes Tageszeitabhängige Beobachtung des Duldungsreflexes Auftreten des Score 2 vor der Beobachtung des Duldungsreflexes Falsch positive Brunstmeldung in der VBb Fruchtbarkeitskennzahlen Künstliche Besamung (KB) Trächtigkeitsuntersuchungen und Erkennung von Aborten Persistierende Corpora lutea Ovarialzysten Azyklie... 81

9 INHALTSVERZEICHNIS 5 DISKUSSION Visuelle Brunstbeobachtung und Brunstbeobachtung durch den Duldungsreflex mit Evaluierung verlässlicher Brunstsymptome Aktivitätsmessung / Hilfsmittel zur Brunsterkennung Brunsterkennung durch Heatime Unterschiede zwischen spontanen Brunsten und Umbullern sowie zwischen induzierten und nicht induzierten Brunsten Faktoren der Brunstbeobachtung Vergleich der Brunsterkennungssysteme Schlussfolgerung ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY ANHANG TABELLENVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS LITERATURVERZEICHNIS

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11 EINLEITUNG 1 EINLEITUNG Eine effiziente Brunsterkennung ist essentieller Bestandteil eines erfolgreichen Fruchtbarkeitsmanagements. Sie gehört zu den wichtigsten Parametern einer guten Herdenfruchtbarkeit und ist Grundlage für eine wirtschaftliche Milchproduktion (NEBEL et al., 2000; ROELOFS et al., 2010). Nur durch eine korrekte Erkennung der Brunst können brünstige Tiere identifiziert und termingerecht besamt werden. Durch die Intensivierung der Landwirtschaft, die damit einhergehenden wachsenden Herdengrößen sowie die steigende Arbeitsbelastung des Personals werden die Möglichkeiten zur visuellen Brunstbeobachtung zunehmend erschwert. Eine korrekte Durchführung der Brunstbeobachtung erfordert sehr viel Zeit, die heutzutage in vielen Betrieben nicht mehr aufgewendet werden kann. Den stetig wachsenden Bestandsgrößen stehen dabei abnehmende Zahlen betrieblicher Arbeitskräfte gegenüber. Zudem steht die Brunstbeobachtung immer mehr in Konkurrenz zu parallel anfallenden betrieblichen Tätigkeiten oder sozialen und privaten Interessen der Landwirte. Hinzu kommt, dass dem steigenden Arbeits- und Zeitaufwand eine Verkürzung der Brunstphasen sowie eine schwächere Ausprägung der Brunstsymptome gegenüber stehen (DOBSON et al., 2008). Unzulänglichkeiten in der Brunstbeobachtung führen zwangsläufig zu Fruchtbarkeitsminderleistungen und wirken sich dadurch negativ auf das wirtschaftliche Gesamtergebnis aus (KÖHN, 2000; BECKER et al., 2005). Ebenso verursachen falsch positive Brunstmeldungen durch die Besamung nicht brünstiger Tiere wirtschaftliche Verluste und tragen zu einer Verschlechterung der Fruchtbarkeitskennzahlen bei (O CONNOR, 1993). Eine schlechte Brunstbeobachtung spiegelt sich in einer schlechten Brunstnutzungs- sowie Konzeptionsrate wider (DISKIN u. SREENAN, 2000). Dies führt zu Merzungen vermeintlich unfruchtbarer Tiere sowie zu einer Verlängerung der Zwischenkalbezeit. Jede fünfte Merzung einer Milchkuh ist auf mangelnde Fruchtbarkeitsergebnisse zurückzuführen (ADR, 2015). Zusätzlich können endogene und exogene Faktoren eine nicht zufrieden stellende Brunsterkennung verstärken. Die 1

12 EINLEITUNG Brunsterkennungsrate soll bei milcherzeugenden Betrieben über 70 % liegen (ESSLEMONT, 1992). Mit dem Hintergrund, dass selbst von geschulten Beobachtern nur % der Brunsten erkannt werden (LIU u. SPAHR, 1993; HEUWIESER u. MANSFELD, 1995; FIRK et al., 2002; RODRIGUES et al., 2010), drängt sich den Landwirten immer mehr die Frage nach Unterstützung durch technische Hilfsmittel für die Brunsterkennung auf. So haben sich in der Milchproduktion bereits technisierte Verfahren nicht nur in den Bereichen der Fütterung und Milchgewinnung sondern auch im Bereich der Brunsterkennung etabliert. Diese bieten durch eine kontinuierliche Datenerfassung sowie -auswertung eine Rund- um- Brunstbeobachtung, deren Ergebnisse (Brunstmeldung) in einfacher Form abgelesen und interpretiert werden können. Technische Hilfsmittel zur Brunsterkennung sollen über 80 % der brünstigen Tiere erkennen (CAVALIERI et al., 2008). Ziel der Studie war es, die Genauigkeit sowie die Verlässlichkeit von Brunstmeldungen eines vollautomatischen Brunsterkennungssystems mit denen einer praxistauglichen Form der visuellen Brunstbeobachtung zu vergleichen, um eine Aussage über die Anwendbarkeit und die Funktionalität auf einem modernen landwirtschaftlichen Betrieb treffen zu können. Dazu wurden die Brunsterkennungsrate (Sensitivität) und die Verlässlichkeitsrate (Richtig- Positiv- Rate) von Brunstmeldungen beider Brunsterkennungsmethoden ermittelt und miteinander verglichen. Zusätzlich wurde die Effektivität der Brunsterkennung durch ausschließliche Beobachtung des Duldungsreflexes eruiert. Außerdem wurde überprüft, ob und inwieweit eine Brunstinduktion mittels Prostaglandin F 2α, eine präoder postpartale Veränderung der Körperkondition, Lahmheiten, die Milchleistung oder der Milchfett- Milcheiweiß- Quotient einen Einfluss auf die Ausprägung bzw. die Erkennung der Brunst haben. 2

13 LITERATURÜBERSICHT 2 LITERATURÜBERSICHT 2.1 Sexualzyklus des Rindes Rinder sind asaisonal polyöstrisch, was bedeutet, dass die Sexualzyklen nach Erreichen der Geschlechtsreife regelmäßig und mehrfach über das gesamte Jahr hinweg ablaufen. Dabei sind in regelmäßigen Abständen Phasen der Paarungsbereitschaft im Wechsel mit Phasen der Ablehnung zu beobachten. Der Zyklus der Kuh dauert durchschnittlich 21 ± 3 Tage (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999); bei Jungrindern werden mitunter kürzere Zyklen von durchschnittlich 20 ± 3 Tagen (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999) bzw. längere von 22 ± 0,4 Tagen (WOLFENSON et al., 2004) beobachtet. Basierend auf den zyklusabhängigen Veränderungen am Tier wird der Sexualzyklus wie folgt unterteilt: Mit dem äußeren Zyklus werden hormonell bedingte Verhaltensmodifikationen sowie die adspektorisch feststellbaren Veränderungen am Tier beschrieben. Der ovarielle Zyklus umfasst die zyklischen Veränderungen an den Eierstöcken. Dadurch gliedert er sich in eine Follikelreifungsphase (19./ Zyklustag), eine Ovulationsphase (1./2. Zyklustag) und eine Gelbkörperphase (2./ /19. Zyklustag). Der Schleimhautzyklus beschreibt die makro- und mikroskopisch feststellbaren, hormonell bedingten Veränderungen des Endometriums, wobei zwischen einer östrogenabhängigen Proliferationsphase und einer durch den Einfluss von Progesteron hervorgerufenen Sekretionsphase unterschieden wird. Zudem wird der Sexualzyklus entsprechend der auf den Ovarien vorherrschenden Funktionskörper in eine Lutealphase (Wachstum und Erhaltung des Corpus luteum) und eine Follikularphase (Luteolyse bis Ovulation des dominanten Follikels) eingeteilt und verläuft beim Rind in vier Phasen; Präöstrus, Östrus, Postöstrus und Interöstrus. 3

14 LITERATURÜBERSICHT Präöstrus Der Präöstrus beginnt mit dem Einsetzen einer Reihe von in ihrer Intensität zunehmenden Verhaltensänderungen und endet mit der ersten Duldungsbereitschaft. So fallen die Tiere durch eine Steigerung der Bewegungsaktivität, nervöses Umherschauen sowie vermehrte Lautäußerungen auf. Es kann zu einer herabgesetzten Futteraufnahme sowie kurzzeitigem Milchverhalten kommen. Im weiteren Verlauf zeigen die Rinder eine verstärkte Kontaktaufnahme zu anderen Tieren in der Herde sowie ein Bespringen von Herdenmitgliedern. Weitere äußere Brunstsymptome sind Beriechen und Belecken der Anogenitalregion, Urinsaufen, Vokalisation, verkürzte Liegezeit, Reiben und Stoßen mit dem Kopf, Drängen an Nachbartiere und Ablegen des Kopfes auf den Kreuzbeinbereich anderer Tiere (HURNIK et al., 1975; VAN EERDENBURG et al., 2002; SVEBERG et al., 2011). Bei der Adspektion kann eine Ödematisierung der Scham, eine Hyperämie der Vulvaschleimhaut sowie der Abgang von zunächst mäßig viskösem Vaginalschleim beobachtet werden. Der Uterus zeigt bei der rektalen Palpation eine gesteigerte Kontraktionsbereitschaft bzw. einen erhöhten Tonus des Myometriums. Auf den Ovarien befindet sich neben gegebenenfalls kleineren Follikeln ein zum GRAAFschen Follikel heranwachsender, dominanter Follikel sowie ab der zweiten Brunst post partum ein in Regression befindliches Corpus luteum (CL) (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999) Östrus Während der als Östrus bezeichneten Hauptbrunst zeigt das Rind durch spezifische Verhaltensweisen Paarungsbereitschaft an und duldet den Aufsprung durch einen Bullen oder ein Herdenmitglied (NEBEL u. JONES, 2002; BUSCH, 2004). Die Duldung des Aufsprunges ist hierbei das Hauptbrunstsymptom. Die Phase der Duldungsbereitschaft wird beim Niederungsrind von GRUNERT und DE KRUIF (1999) mit durchschnittlich 18 Stunden (2-30 Stunden) angegeben. In neueren Studien werden deutlich kürzere Östrusphasen von 11 (ROELOFS et al., 2005b) und 7 Stunden (SVEBERG et al., 2011) beschrieben. 4

15 LITERATURÜBERSICHT Die Granulosazellen des GRAAFschen- Follikels bilden eine große Menge an 17- β- Östradiol. Dieses gehört zur Gruppe der Östrogene und wird über den Kot sowie den Urin ausgeschieden und stimuliert als Pheromon Bullen oder brünstige Herdenmitglieder zum Beriechen und Belecken der Scham sowie letztendlich zum Aufspringen (HOLTZ u. MEINHARDT, 1993). Neben den brunsttypischen Verhaltensänderungen, bewirkt die erhöhte Östrogen- Konzentration im Blut außerdem die Freisetzung von Gonadotropin- Releasing- Hormon (GnRH) im Hypothalamus (ROELOFS et al., 2010). Je mehr Östrogen sezerniert wird, desto stärker ist die Ausprägung der Brunstsymptome und die GnRH- Freisetzung (LYIMO et al., 2000). GnRH führt im Hypophysenvorderlappen (HVL) zu einer verstärkten Sekretion des Follikelstimulierenden Hormons (FSH) sowie des Luteinisierenden Hormons (LH) (KARSCH et al., 1992). FSH stimuliert das Follikelwachstum, der LH- Peak löst etwa Stunden nach dem Ende der Brunst die Ovulation des GRAAFschen Follikels aus (RATHBONE et al., 2001; ROELOFS et al., 2010). Die Konzentrationen von Progesteron (P4) im Blut und der Milch erreichen im Zusammenhang mit der Ovulation ihre niedrigsten Werte und fallen unter 1,0 ng/ml (Blut) (XU et al., 2005) bzw. 2,0 ng/ml (Milch) (MIALOT et al., 1999). P4 ist ein Sexualsteroidhormon und wird hauptsächlich von den Lutealzellen des CL gebildet. Als innere Brunstsymptome zeigen sich neben dem palpierbaren GRAAFschen Follikel und dem erhöhten Uterustonus eine bleistiftstarke Öffnung der Portio vaginalis, eine Hyperämie der Scheidenschleimhaut sowie eine vermehrte Ansammlung von Brunstschleim auf dem Scheidenboden (MITKO, 2008). Äußerlich können der Abgang von viskösem, fadenziehendem Brunstschleim sowie mitunter teils blutige Hautabschürfungen am Kreuzbein als Folge des Bespringens durch Herdenmitglieder beobachtet werden. Mit Ausnahme der zeitlich relativ gut abzugrenzenden Hochbrunst, gehen die übrigen Zyklusphasen fließend ineinander über Postöstrus Der Postöstrus entspricht dem Zeitabschnitt vom Erlöschen der Paarungsbereitschaft bis zum Abklingen der äußeren und inneren Brunstsymptome. Die spontane 5

16 LITERATURÜBERSICHT Ovulation markiert den Tag 1 des Zyklus. Sie findet in der Regel erst nach dem Abklingen der äußeren Brunstsymptome statt (30-35 h nach Brunstbeginn und 7,3 (0-16) h nach Brunstende) (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999; BUSCH u. WABERSKI, 2007). Nach der Ovulation kommt es unter LH- Einwirkung durch die Luteinisierung der Theka- und Granulosazellen zum Wachstum eines Corpus Luteum. Die pulsatile LH- Ausschüttung ist in den ersten Tagen des Zyklus aufgrund der niedrigen P4- Konzentration höher als während der Gelbkörperphase. Die Konzentrationen von FSH und LH sinken daraufhin auf ihre Basalwerte ab. Die Cervix vaginalis ist verschlossen, die Vaginalschleimhaut blass und trocken und der Uterus zeigt abnehmende Kontraktionsbereitschaft. Zum Ende des Postöstrus kann aus der Vulva gelegentlich blutiger Vaginalschleim austreten. Diese Blutbeimengungen entstammen kapillären Blutungen aus der brunstbedingt stark hyperämisierten Uterusschleimhaut. Dieses sogenannte Abbluten weist auf eine erfolgte Ovulation hin, lässt jedoch keine Rückschlüsse auf eine erfolgte Konzeption zu (JAINUDEEN u. HAFEZ, 2000) Interöstrus An den Postöstrus schließt sich mit dem Interöstrus die Phase der sexuellen Ruhe an. Diese umfasst mit circa 16 Tagen die längste Phase des Zyklus. Der Interöstrus ist geprägt durch das Vorhandensein eines CL, welches sich an der Stelle des ovulierten GRAAFschen Follikels bildet. Dieses ist zwischen dem 8. und 16. Zyklustag als sogenannter Blütegelbkörper bei rektaler Untersuchung palpierbar. Im Zuge der Anbildung des Gelbkörpers steigt die P4- Konzentration kontinuierlich bis zum 6./7. Tag des Zyklus an. Da P4 durch einen kompetitiven Antagonismus die Sekretion von GnRH und die Sensibilisierung des HVL für GnRH hemmt (MEINECKE, 2010), wird infolge einer ausbleibenden LH- Ausschüttung, ein präovulatorischer LH- Peak und somit eine Ovulation im Interöstrus verhindert (RATHBONE et al., 2001). Die FSH- Sekretion bleibt davon jedoch weitestgehend unbeeinflusst, sodass während des Interöstrus 2-3 Follikelwellen stattfinden (CAVALIERI et al., 2008; GINTHER et al., 2014). Progesteron veranlasst am Endometrium die Sekretion eines Schleimes, welcher die Cervix vaginalis dicht 6

17 LITERATURÜBERSICHT verschließt und essentiell für die Einnistung und Ernährung der befruchteten Eizelle ist (RATHBONE et al., 2001; BOSTEDT, 2003). Im Falle einer Trächtigkeit wird infolge des negativen Feedbacks auf die GnRH- Sekretion die zyklische Ovarfunktion dauerhaft unterdrückt. Bei ausgebliebener oder erfolgloser Befruchtung wird durch die Endometriumszellen das aus der Gruppe der Prostaglandine stammende Prostaglandin F 2α sezerniert, welches über die utero-ovarielle- Drainage in die Arteria ovarica diffundiert und am Ovar die Regression des Corpus Luteum einleitet (Luteolyse). Durch die Rückbildung des Gelbkörpers kommt es zu einem schnellen Abfall der P4- Konzentration und somit auch zur Aufhebung des P4- Blocks auf den Hypothalamus (GOFF, 2004). Daraufhin kommt es zum Wachstum eines dominanten Follikels, der vermehrt 17- β- Östradiol produziert, was zu einer erneuten Brunst und einem die Ovulation auslösenden LH- Peak führt. 2.2 Ökonomische Aspekte der Brunsterkennung Eine optimale Herdenfruchtbarkeit ist die Grundlage für eine wirtschaftliche und profitable Milchproduktion (VAN VLIET u. VAN EERDENBURG, 1996). Eine hohe Brunstnutzungsrate sowie eine hohe Konzeptionsrate sind die maßgebenden Faktoren für eine optimale Zwischenkalbezeit und eine gesunde Herdenfruchtbarkeit. Entscheidend für eine hohe Brunstnutzung ist eine effektive Brunsterkennung, was in erster Linie die Identifizierung brünstiger Tiere sowie deren Besamung in der Hochbrunst beinhaltet (ROELOFS et al., 2010). Unzulänglichkeiten bei der Brunstbeobachtung können zu Fruchtbarkeitsstörungen und zu Leistungseinbußen im Milchviehbestand führen (KÖHN, 2000), denn eine mangelhafte Brunstnutzung ist z.b. dreimal häufiger der Grund für eine schlechte Herdenfruchtbarkeit als ein geringer Besamungserfolg (HEUWIESER u. MANSFELD, 1995). Eine schlechte Brunstbeobachtung spiegelt sich in verpassten Brunsten, nicht termingerechten Besamungen oder Besamungen nicht brünstiger Tiere wider. Daraus resultieren schlechte Konzeptionsraten, in deren Folge es nicht selten zur Merzung der scheinbar unfruchtbaren Tiere kommt. SENGER (1994) bezifferte die wirtschaftlichen 7

18 LITERATURÜBERSICHT Verluste durch nicht oder falsch erkannte Brunsten allein für die US-amerikanische Milchindustrie auf 300 Millionen US- Dollar pro Jahr Abgänge und Milchverlust Die höchsten wirtschaftlichen Schäden entstehen den landwirtschaftlichen Betrieben durch Abgänge aufgrund von Unfruchtbarkeit sowie durch finanzielle Verluste infolge der verringerten oder ausbleibenden Milchleistung (INCHAISRI et al., 2010). Fruchtbarkeitsstörungen gelten mit bis zu 20 % als Hauptgrund für Abgänge in Milchviehbetrieben (BASCOM u. YOUNG, 1998). So weisen Betriebe mit einem erfolgreichen Fruchtbarkeitsmanagement unterdurchschnittlich niedrige Abgangsraten auf (ESSLEMONT, 1992), was auf eine verbesserte Brunstbeobachtung zurückgeführt wird (BASCOM u. YOUNG, 1998) Steigende Besamungskosten Durch Fehlbesamungen steigen die Besamungskosten. Dies schließt sowohl das Besamen nicht brünstiger Tiere als auch eine falsch terminierte und damit erfolglose Besamung eines brünstigen Tieres ein. Zusätzlich tragen mitunter bereits tragende Tiere, die dennoch Brunstsymptome zeigen (THOMAS u. DOBSON, 1989; DIJKHUIZEN u. VAN EERDENBURG, 1997), im Falle einer Besamung zur Erhöhung der Besamungskosten bei. STURMANN et al. (2000) fanden heraus, dass 19 % der Tiere, die im Rahmen ihrer Studie besamt wurden, bereits tragend waren und NEBEL et al. (1987) wiesen in einer Studie nach, dass bis zu 46 % der besamten Kühe einen erhöhten Progesteronspiegel aufwiesen und somit in der Lutealphase besamt wurden. Das Ziel der künstlichen Besamung beinhaltet die Bestimmung des optimalen Besamungszeitraumes, um Fehlbesamungen vorzubeugen Verluste durch eine verlängerte Güstzeit Nach TENHAGEN und HEUWIESER (1997) soll die Güstzeit zwischen 65 und 85 Tage betragen. Jede nach Ablauf der freiwilligen Wartezeit verpasste Brunst führt zu einer unnötigen Verlängerung der Güstzeit und geht infolge erhöhter Futter- und 8

19 LITERATURÜBERSICHT Haltungskosten, Minderung der Milchleistung, weniger Abkalbungen pro Tier und Jahr sowie erhöhter Remontierungskosten mit wirtschaftlichen Verlusten in Höhe von 2-4 pro Tier und Tag einher (JUNG, 2009). Demnach kostet jede übersehene Brunst den landwirtschaftlichen Betrieb zwischen 42 und 84. KOSSAIBATI und ESSLEMONT (1997) ermittelten für eine nicht erkannte Brunst einen wirtschaftlichen Schaden von 12,60 britischen Pfund pro Brunst. Wirtschaftliche Verluste entstehen bereits bei einer Verlängerung der Güstzeit ab 6 Wochen post partum (INCHAISRI et al., 2011) Erhöhtes Erstkalbealter Das betriebswirtschaftlich optimale Erstkalbealter (EKA) für Jungrinder liegt bei 23-24,5 Monaten (ETTEMA u. SANTOS, 2004). Grundsätzlich wird dieses durch die Faktoren Brunstnutzungsrate, Erstbesamungsalter und Erstbesamungserfolg bestimmt. So führt eine schlechte Brunsterkennung bei Jungrindern zu einer Erhöhung des EKA und wiederum zu gesteigerten Aufzuchtkosten (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999; PECKELHOFF et al., 2000; ASSHEUER, 2013). FRANCK (1993) und DLG (2008) ermittelte einen finanziellen Verlust von 50 US- Dollar bzw Euro für jeden Monat, der das EKA von 24 Monaten übersteigt. Merzungen aus Gründen nicht erfolgter Konzeption bei mehrmaligen Besamungen schlagen aus ökonomischer Sicht ebenfalls zu Buche. Im Vergleich zum Kuhstall ist eine konstante Beobachtung der Jungtiere in den meisten Betrieben nicht möglich, was eine effiziente Beobachtung der Brunsten erschwert (PECKELHOFF et al., 2000). Zudem wiesen PLATEN et al. (1999) in einer Auswertung von 1032 Färsengeburten mit fortschreitendem EKA eine steigende Tendenz für Schwergeburten nach. Ein EKA von Monaten hat einen positiven Einfluss auf Milchleistungs- (PLATEN et al., 1999) sowie Fruchtbarkeitsmerkmale (BERRY u. CROMIE, 2009; GĂVAN et al., 2014). Mit einer Steigerung der Brunsterkennungsrate können sowohl die Konzeptionsrate erhöht (HEERSCHE u. NEBEL, 1994) als auch unfreiwillige Merzungen vermeintlich subfertiler Tiere gesenkt werden (ESSLEMONT u. PEELER, 1993). 9

20 LITERATURÜBERSICHT 2.3 Faktoren, die das Brunstverhalten beeinflussen Ein physiologischer Zyklus bildet die Grundlage für eine deutliche Ausprägung der äußeren Brunstsymptome (WALSH et al., 2011). Milchleistung, Lahmheiten oder der Ernährungszustand können die Fruchtbarkeitsleistung beeinflussen (ROELOFS et al., 2010). Zudem gibt es technologische und biologische Faktoren, die sich auf die Ausprägung und Dauer der äußeren Brunstsymptome sowie die Möglichkeiten der Brunstbeobachtung auswirken (BECKER et al., 2005) Technologische Faktoren Zu den technologischen Faktoren zählen neben der Laufstallgröße und der Belegungsdichte auch die Haltungsform sowie die Bodenbeschaffenheit Haltungsform und Bodenbeschaffenheit Durch den vermehrten Kontakt brünstiger Tiere bei der Laufstall- bzw. Weidehaltung, können Brunstsymptome besser gezeigt werden als in der Anbindehaltung. PALMER et al. (2010) postulierten, dass sowohl durch die Verwendung technischer Hilfsmittel als auch die visuelle Brunstbeobachtung, Brunsten bei der Weidehaltung im Vergleich zur Laufstallhaltung besser erkannt werden. Nasser, rutschiger Betonboden hindert die Tiere einen Aufsprung auszuführen, beziehungsweise einen solchen zu dulden. Trockene Untergründe wie Sand- oder Weideboden hingegen, bieten deutlich bessere Bedingungen für die Brunstbeobachtung (RAJKONDOWAR et al., 2002). Untersuchungen haben gezeigt, dass die Dauer der Duldungsbereitschaft auf Sandboden (13,8 h/brunst) deutlich höher ist als auf Zementboden (9,4 h/brunst). Zudem ist die Anzahl der Aufsprünge auf Sandboden größer (HEUWIESER u. MANSFELD, 1995) Belegungsdichte und Herdengröße Eine wichtige Rolle spielen die Herdengröße und der Anteil nicht tragender Tiere in der Herde. Mit Zunahme der Herdengröße steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine sexuell aktive Gruppe brünstiger Kühe bildet (ROELOFS et al., 2010). Je mehr 10

21 LITERATURÜBERSICHT Kühe zur gleichen Zeit in Brunst sind, desto stärker ist die Ausprägung der Brunstsymptome, allen voran die Häufigkeit der Aufsprünge und die Dauer der Duldungen (ROELOFS et al., 2005b). Damit steigt die Möglichkeit eine Brunst zu erkennen signifikant an (HURNIK et al., 1975; VAN VLIET u. VAN EERDENBURG, 1996; DISKIN u. SREENAN, 2000; SVEBERG et al., 2011). Bei drei bis fünf brünstigen Kühen in der Herde sind die sexuellen Interaktionen und die Häufigkeit des Bespringens am größten (ESSLEMONT et al., 1985; SVEBERG et al., 2013) Biologische Faktoren Zu den biologischen Faktoren zählen Erkrankungen der Gliedmaßen, Ernährungszustand, hohe Milchleistung, Ovardysfunktionen, Hormonbehandlungen und klimatische Einflüsse Lahmheiten Lahmheiten führen zu einer Verringerung der Brunstintensität, da lahme Kühe vermehrt liegen und weniger stehen und umherlaufen (ROELOFS et al., 2010). Die Prävalenz von Lahmheiten in Milchviehbetrieben wird in unterschiedlichen Studien mit nur 3,2 % (RIBEIRO et al., 2013) aber auch mit 36,8 % (BARKER et al., 2010) bzw. 36,0 % (ROUHA- MUELLEDER et al., 2009) angegeben. Die höchste Inzidenz für Lahmheiten wurde in der Frühlaktation drei Monate post partum festgestellt (WHITAKER et al., 1983; GROEHN et al., 1990; GREEN et al., 2002). Lahmheiten verursachen Schmerzen (WHAY, 1997), weshalb lahme Kühe im Vergleich zu lahmheitsfreien Tieren mehr liegen (SINGH et al., 1993; HASSALL et al., 1993; GALINDO u. BROOM, 2002; WALKER et al., 2008; ITO et al., 2010) und eine herabgesetzte Kontaktaufnahme zu Herdenmitgliedern zeigen (WALKER et al., 2008; MORRIS et al., 2011). Dadurch werden lahme Tiere beispielsweise bei der Pedometrie deutlich schlechter erkannt als lahmheitsfreie Tiere (HOLMAN et al., 2011). Des Weiteren führen lahme Tiere weniger Aufsprungversuche durch als lahmheitsfreie Tiere (SOOD u. NANDA, 2006). Klauengesundheit und ein rutschfester Stallboden sind deshalb als Grundvoraussetzungen für eine erfolgreiche Brunsterkennung anzusehen (NEBEL, 2003; WALKER et al., 2008). Einige Autoren 11

22 LITERATURÜBERSICHT konnten keine Beeinträchtigung der Brunsterkennung durch Lahmheiten feststellen (GOMEZ, 2003; VAN EERDENBURG, 2008). Allerdings ist der negative Einfluss von Lahmheiten auf die Brunsterkennung in der Literatur verhältnismäßig oft belegt worden (PEELER et al., 1994; SOOD u. NANDA, 2006; WALKER et al., 2008; MORRIS et al., 2011). Lahmheiten wirken sich ebenfalls negativ auf die Fruchtbarkeitskennzahlen aus (FLOWER u. WEARY, 2006). So weisen lahme Kühe im Vergleich zu lahmheitsfreien Kühen eine verlängerte Güstzeit sowie eine schlechtere Konzeptionsrate auf (LUCEY et al., 1986; COLLICK et al., 1989; BARKEMA et al., 1994; KILIC et al., 2007). O CONNOR (1993) beschreibt eine lahmheitsbedingte Verlängerung der Rast- und Güstzeit um durchschnittlich 7 bzw. 11 Tage. JANßEN (2002) konnte hingegen keinen Einfluss einer postpartal auftretenden Lahmheit auf die Güstzeit bzw. die Konzeptionsrate feststellen Körperkondition Ein weiterer biologischer Faktor ist der Ernährungszustand bzw. die Veränderung der Körperkondition im peri- sowie postpartalen Zeitraum. Eine Woche vor der Kalbung sinkt die tägliche Futteraufnahme. Dies resultiert in einer negativen Energiebilanz (NEB), da der tägliche Energiebedarf durch die herabgesetzte Futteraufnahme nicht mehr gedeckt werden kann. Vor allem Tiere, die zum Zeitpunkt der Kalbung stark überkonditioniert sind, fallen anschließend in der Frühlaktation durch eine reduzierte Futteraufnahme auf. Mit der Abkalbung und der einsetzenden Laktation wird die NEB dann nochmals deutlich verstärkt. Um dem Energiedefizit entgegenzuwirken, beginnen die Tiere Körperfett zu mobilisieren, wodurch es zum Verlust von Körpermasse kommt (GRUMMER et al., 2004). Überkonditionierte Tiere bauen dabei stärker Körpermasse ab als normal konditionierte Tiere (GILLUND et al., 2001; BEWLEY u. SCHUTZ, 2008). Ein Indikator für eine verstärkte Mobilisation von Körperfett und damit auch für eine klinische oder subklinische Ketose ist ein Milchfett- Milcheiweiß- Quotient (FEQ) von 1,5 oder ein Body- Condition- Score (BCS) > 3,5 zum Zeitpunkt der Kalbung (DE KRUIF et al., 1998; DUFFIELD, 2000; GILLUND et al., 2001). Die Prävalenz subklinischer Ketosen in Milchviehbetrieben entspricht 35,4 % (RIBEIRO et al., 2013). Der Optimalbereich des FEQ liegt bei 12

23 LITERATURÜBERSICHT einem Wert von 1,2-1,4 (SPIEKERS u. POTTHAST, 2003). Besonders aussagekräftig ist der FEQ der 1. Milchkontrolle, also im ersten Laktationsmonat (GRAVERT, 1991). Während der Mobilisation und des Abbaus von Körperfett kommt es zu einer vermehrten Ausschüttung von Progesteron aus dem Fettgewebe, welches das Follikelwachstum sowie die Brunstausprägung hemmt (SCHOPPER et al., 1993). Die Körperkondition erlaubt Rückschlüsse auf den Futter- und Gesundheitsstatus zu bestimmten Zeitpunkten der Laktation (BERRY et al., 2007) und steht in engem Zusammenhang mit der Fruchtbarkeitsleistung der Kuh (BUCKLEY et al., 2003; BERRY et al., 2003). Mängel im Fütterungsmanagement, eine unzureichende Futteraufnahme oder ein starker Verlust der Körperkondition auf Grund einer NEB führen zu einer reduzierten Fruchtbarkeitsleistung und können sich negativ auf die Brunsterkennung auswirken (ORIHUELA, 2000; LUCY, 2003; FERGUSON, 2005). Als Folge eines hohen BCS zum Zeitpunkt der Kalbung bzw. eines starken BCS- Verlustes nach der Kalbung, können Ketosen und eine reduzierte Ovarfunktion auftreten, welche unter anderem als Gründe für eine verschlechterte Brunstausprägung angegeben werden (DUFFIELD, 2000; CHAGAS et al., 2007; ROCHE et al., 2009). Mit Hilfe des Body- Condition- Scoring lässt sich die Körperkondition beurteilen und in eine Punkteskala von 1-5 mit Viertelschritten (EDMONSON et al., 1989) einordnen. Der optimale BCS zum Zeitpunkt der Kalbung beträgt 3,5 (HEUWIESER u. MANSFELD, 1995; DUFFIELD, 2000). Kühe die zum Zeitpunkt der Kalbung mit einem BCS von > 3,75 bewertet wurden, hatten einen Erstbesamungserfolg von 29,4%. Im Vergleich dazu wiesen Kühe mit einem BCS von 3,25-3,75 bzw. < 3,25 Erstbesamungserfolge von 44,2 % bzw. 52,4 % auf (WITTKE, 2002). Der BCS allgemein oder eine Überkondition zum Zeitpunkt der Kalbung hat laut VILLA- GODOY et al. (1990) und GILLUND et al. (2001) keinen Einfluss auf die Brunstdauer bzw. die Brunstausprägung. Dagegen steht die Aussage von SHIN et al. (2015), dass sich sowohl ein hoher prä- als auch postpartaler BCS negativ auf die Fruchtbarkeitsleistung auswirkt. Doch nicht nur ein erhöhter BCS hat einen negativen Effekt auf die Brunsterkennung, sondern auch ein zu niedriger Wert. So werden 13

24 LITERATURÜBERSICHT Kühe mit einem postpartalen BCS von < 2 bei der Brunsterkennung signifikant schlechter erkannt als Kühe mit einem Wert 2 (BORSBERRY, 2011; HOLMAN et al., 2011). Die Körperkondition nimmt mit Beginn der Laktation kontinuierlich ab (HEUWIESER u. MANSFELD, 1995), wobei der Verlust an Körpermasse zwischen Kalbung und erster Belegung nicht größer als 0,5 Punkte im BCS- System betragen sollte (CROWE, 2008). BUTLER und SMITH (1989) bestätigten Kühen mit einem BCS- Verlust von > 1,0 zwischen Kalbung und erster Ovulation nicht nur eine, im Vergleich zu Kühen mit geringerem BCS- Verlust, verlängerte Phase bis zur ersten Ovulation und der ersten beobachteten Brunst post partum sondern auch einen deutlich schlechteren Erstbesamungserfolg. Ein verstärkter BCS- Verlust post partum führt zu einer verlängerten Güst- und Zwischenkalbezeit, einem erhöhten Besamungsindex und einer verschlechterten Konzeptionsrate (GILLUND et al., 2001; PRYCE et al., 2001; BUCKLEY et al., 2003; ROCHE et al., 2009). Andere Studien hingegen konnten keinen Zusammenhang zwischen einem BCS- Verlust und der Fruchtbarkeitsleistung feststellen (WALTNER et al., 1993; RUEGG u. MILTON, 1995) Milchleistung Durch den züchterischen Fortschritt der letzten Jahrzehnte steigt die jährliche Milchleistung der Kühe stetig an (LUCY, 2001; WANGLER u. HARMS, 2006). Die durchschnittliche Jahresleistung einer Milchkuh hat sich dabei in den letzten 60 Jahren verdreifacht. Leistungen von kg Milch pro Laktation stellen heutzutage keine Ausnahme mehr dar (BREVES u. RODEHUTSCORD, 2000). Einzelne Tiere erreichen Laktationsleistungen von bis zu kg Milch (ROSSOW, 2008). Daraus resultieren Tagesmilchleistungen von kg in der Hochlaktation (KROEMKER et al., 2007). Durch die damit verbundene erhöhte Stoffwechselleistung und Metabolisierung von Steroidhormonen (SANGSRITAVONG et al. 2002; LOPEZ et al., 2004; WILTBANK et al., 2006) wird ein möglicher Einfluss der Milchleistung auf die Brunstdauer sowie die Brunstintensität diskutiert. Verschiedene Autoren konnten keinen Einfluss der Milchmenge auf die Brunstintensität feststellen (VAN EERDENBURG et al., 2002 u. 2008), wohingegen andere Autoren einen negativen 14

25 LITERATURÜBERSICHT Effekt der Milchleistung auf die Brunsterkennung (HARRISON et al., 1990; DOBSON et al., 2008; HOLMAN et al., 2011) sowie die Trächtigkeitsrate (FRICKE et al., 1998) beschreiben. LOPEZ et al. (2004) konnten eine Verkürzung des Östrus in Verbindung mit einer erhöhten Milchleistung nachweisen. WILTBANK et al. (2006) beschreiben bei Kühen mit einer Tagesmilchmenge von kg / bis zu 35 kg / 40 kg eine Verkürzung der Brunstdauer auf 14,7 h / 9,6 h / 2,8-6,3 h. Des Weiteren konnten sie einen signifikanten Unterschied hinsichtlich der Duldungsdauer (28,4 / 20,0 Sekunden) sowie der Anzahl der Duldungen (9,8 / 6,9) zwischen Kühen mit einer durchschnittlichen Tagesmilchleistung von 32,3 Litern und 46,8 Litern nachgewiesen Ovardysfunktionen Ovarielle Fehlfunktionen treten als Grund für Brunstlosigkeit in Form von Stillbrünstigkeit, zystischen Veränderungen des Ovars, Hypofunktion des Ovars und einem persistierenden Corpus luteum auf (JEONG et al., 1996; GRUNERT u. DE KRUIF, 1999). Stillbrünstigkeit beschreibt den Zustand zyklischer Vorgänge an den Ovarien ohne eine merkmalstypische Verhaltensänderung in Form von Brunstsymptomen (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999). In bis zu 90 % der Fälle von Stillbrünstigkeit sind die Ovarien endokrin aktiv, die Brunstsymptome jedoch nicht ausgeprägt (LOTTHAMMER u. WITTKOWSKI, 1994). Verschiedene Autoren gehen von einer Prävalenz von 5-15 % (HEUWIESER u. MANSFELD, 1995) bzw. 10 % (FRICKE et al., 2014) aus. Die als Azyklie bezeichnete Hypofunktion des Ovars kann sowohl im Puerperium als auch nach bereits stattgefundenen Zyklen auftreten. Ihr liegt ein unzureichender hormoneller Stimulus der Ovarien durch die übergeordneten Organe Hypothalamus und Hypophyse zu Grunde. Azyklie äußert sich durch einen Stillstand der zyklischen Ovartätigkeit und kann sowohl durch exogene Faktoren wie Fütterung, Umstallung und Klima als auch durch endogene Einflüsse wie Erkrankungen, Stoffwechselstörungen und hohe Milchleistung, besonders bei Erstkalbinnen, ausgelöst werden (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999). Abhängig von den vorherrschenden Bedingungen sind zwischen % einer Herde betroffen (KALIS u. VAN DE WEIL, 1980). 15

26 LITERATURÜBERSICHT Als Ovarialzysten werden persistierende ehemalige GRAAFsche Follikel bezeichnet. Endogene Faktoren, die die Bildung von Ovarialzysten begünstigen, stellen Trächtigkeits- und Puerperalstörungen, Konstitutionsschwäche und hohe Milchleistung dar. Als exogene Ursachen werden Haltung, Fütterung und Hormonbehandlungen beschrieben (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999). Ihrem histologischen Aufbau entsprechend, werden sie als Follikel- Theka- oder Follikel- Lutein- Zysten bezeichnet (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999). Ovarialzysten können bei 6-30 % einer Milchviehherde vorliegen (AX et al., 1984). Ein Gelbkörper, der ohne eine bestehende Trächtigkeit durch das Ausbleiben der CL-Regression weiterhin fortbesteht, wird als persistierendes Corpus luteum (pcl) beschrieben (YÁNIZ et al., 2008). Eine einheitliche Definition für das Auftreten von persistierenden Corpora lutea liegt jedoch bis dato nicht vor. Verschiedene Autoren verbinden ein pcl immer mit dem Auftreten einer Pyometra (MWAANGA u. JANOKOWSKI, 2000) oder setzen einen Milchprogesterongehalt von > 3 ng/ml bzw. einen Blutprogesteronspiegel > 1 ng/ml über einen Zeitraum von 20 bzw. 30 Tagen zuzüglich eines regelmäßigen sonographischen Nachweises des CL als Beweis für ein pcl voraus (GUEMEN et al., 2005; PETERSSON et al., 2007; POLLOTT u COFFEY, 2008). Über die Prävalenz von pcl liegen mit Werten von 1 % (JEONG et al., 1996), 14 % (LAMMING u. DARWASH, 1998) und 27 % (GUEMEN et al., 2005) unterschiedliche Angaben vor. Tiere mit Ovardysfunktionen stellen für jede Form der Brunsterkennung eine besondere Herausforderung dar. Auf Grund der ausbleibenden Brunstsymptome entstehen am Tier keine für ein Brunsterkennungssystem messbaren Veränderungen. Bei einer Prävalenz von bis zu 30 % können diese Fehlfunktionen die Herdenfruchtbarkeit sowie die Brunstbeobachtung enorm beeinflussen Hormonbehandlungen Durch eine hormonelle Behandlung kann Einfluss auf das Brunstgeschehen genommen werden. Dazu werden Gestagene, Östrogene sowie Prostaglandin- Präparate entweder einzeln oder in Kombination eingesetzt. Diese Hormon- Programme basieren auf einer hormonellen Brunstsynchronisation sowie einer 16

27 LITERATURÜBERSICHT terminorientierten Besamung, bei welcher weitestgehend auf die Brunstbeobachtung verzichtet wird (KANITZ u. BECKER, 2005; RODRIGUES et al. 2010). Beim Vorhandensein eines aktiven CL kann durch eine Prostaglandin F 2α - Applikation eine Luteolyse und auf diesem Wege eine Brunst eingeleitet werden (DRILLICH, 1999). Eine Brunsteinleitung vor dem siebten Tag des Zyklus wird auf Grund des sich erst anbildenden CL nicht empfohlen und ist wenig effektiv (LUCY et al., 2004). Eine Applikation zwischen den Tagen 10 und 12 des Zyklus führt drei bis fünf Tage post applicationem zu einem Brunsteintritt (LUCY et al., 2004). Die eingeleitete Brunst kann allerdings auch zwei bis fünf Tage (BÓ et al., 2002; KANITZ u. BECKER, 2005) oder zwei bis zehn Tage (MACMILLAN u. HENDERSON, 1984; LUCY et al., 2004) nach der Verabreichung auftreten. Durch den Einsatz von Prostaglandin F 2α kann sowohl die Brunsterkennungsrate verbessert als auch die Zeit bis zur ersten Besamung verkürzt werden (TENHAGEN u. HEUWIESER, 1999; BRUNO et al., 2013). Wiederum wurde in anderen Studien kein (WALKER et al., 1996) oder sogar ein negativer Einfluss in Form von einer herabgesetzten Brunsterkennungsrate sowie reduzierter Ausprägung der Brunstsymptome (ROELOFS et al., 2005b) durch den Einsatz von Prostaglandin F 2α festgestellt. Eine weitere Möglichkeit der Brunsteinleitung besteht darin, dem Tier vor der Prostaglandin- Applikation eine progesteronfreisetzende Spange intravaginal einzusetzen. Derzeit sind in Deutschland die Präparate CIDR (Controlled intravaginal drug release) sowie PRID (Progesterone releasing intravaginal device) zugelassen. Der Einsatz von Progesteron freisetzenden Vaginalspiralen kann die Brunstsymptome verstärken (STEVENSON et al., 1989; LEE et al., 2013), führt allerdings zu einer herabgesetzten Konzeptionsrate (LUCY et al., 2004; KANITZ u. BECKER, 2005) Klimatische Einflüsse Hohe Umgebungstemperaturen von über 32 C sowie hohe Luftfeuchte führen zu einer signifikanten Verringerung der Brunstaktivität (O CONNOR, 1993; GWAZDAUSKAS et al., 1983; LOTTHAMMER, 1999) sowie zu reduzierten Brunsterkennungs- und Konzeptionsraten (GWAZDAUSKAS, 1985). 17

28 LITERATURÜBERSICHT 2.4 Anforderungen an die Brunsterkennungsmethoden Um den genauen Brunstbeginn und damit auch den optimalen Besamungszeitraum bestimmen zu können, sollte eine geeignete Brunsterkennungsmethode eine ganztägige Überwachung des Brunstverhaltens jedes einzelnen Tieres gewährleisten. Eine kontinuierliche Brunstdetektion gewinnt immer mehr an Bedeutung, da sowohl die Brunstdauer als auch die -intensität stark rückläufig sind. Über die letzten Jahrzehnte sank sowohl die Anzahl der Tiere, die den Duldungsreflex zeigen von 80 auf 53 % (LYIMO et al., 2000) bzw. 37 % (VAN VLIET u. VAN EERDENBURG, 1996) als auch die Gesamtdauer, in der die Duldungsbereitschaft angezeigt wird, von 15 auf 5 Stunden (DOBSON et al., 2008) (Tabelle 1). Pro Brunst werden 6 bis 11 Duldungen bei einer durchschnittlichen Duldungsdauer von 2,5 Sekunden je Aufsprung beobachtet (DRANSFIELD et al., 1998; XU et al., 1998). Bei einer durchschnittlichen Brunstdauer von 7 bis 11 Stunden (ROELOFS et al., 2005b; DOBSON et al., 2007; SVEBERG et al., 2011) bedeutet dies, dass die Tiere innerhalb einer Stunde maximal ein bis zwei Duldungen mit einer durchschnittlichen Dauer von 2,5 Sekunden zeigen. Einige Autoren beschreiben eine bessere Ausprägung der Brunst in der Nacht (HURNIK et al., 1975; VAN VLIET u. VAN EERDENBURG, 1996) sowie den frühen Morgenstunden (DISKIN u. SREENAN, 2000). Wiederum andere Autoren stellen eine gleichmäßige Verteilung des Brunstgeschehens über den Tag fest (ESSLEMONT u. BRYANT, 1976; XU et al., 1998, DRANSFIELD et al., 1998; WANGLER et al., 2005). Verschiedene Untersuchungen haben bestätigt, dass in milcherzeugenden Betrieben die Brunsterkennungsrate bei durchschnittlich 50 % liegt (ESSLEMONT, 1992; HEUWIESER u. MANSFELD, 1995; DE KRUIF et al., 1998; MEE et al., 2002; PERALTA et al., 2005). Idealerweise sollte sie jedoch zwischen 60 und 80 % liegen (FERGUSON u. GALLIGAN, 1993; BECKER et al., 2005). Da sowohl die Dauer als auch die Intensität der Brunsten stark rückläufig sind und mit der herkömmlichen visuellen Brunstbeobachtung zunehmend weniger zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können, kommen heutzutage neben der visuellen Brunstbeobachtung vermehrt zusätzliche, zumeist automatisierte Brunsterkennungsmethoden zum 18

29 LITERATURÜBERSICHT Einsatz. Die optimale Methode zeichnet sich idealerweise durch eine permanente Überwachung und zuverlässige Identifizierung der brünstigen Tiere mit hoher Sensitivität und hoher Richtig- positiv- Rate aus. Sie sollte außerdem kostengünstig, einfach zu installieren und zu bedienen sein, wirtschaftlich arbeiten und nur einen geringen Arbeitszeitaufwand verursachen. Tabelle 1: Dauer der Duldungsbereitschaft beim weiblichen Rind. Autor Dauer in Stunden Arithmetischer Mittelwert und Standardabweichung bzw. Schwankungsbreite TRIMBERGER, ,8 ESSLEMONT u. BRYANT, ,9 ± 4,7 WALKER et al., ,5 ± 6,9 DRANSFIELD et al., ,1 ± 5,4 AT-TARAS u. SPAHR, ,8 ± 0,8 LOPEZ et al., ,6 ± 0,8 ROELOFS et al., 2005b 5,0 ± 3,0 DOBSON et al., ,5 (6-11) SVEBERG et al., ,1 ± 1,4 2.5 Methoden der Brunsterkennung Die modernen, teils wachsenden, landwirtschaftlichen Betriebe sehen sich bei zunehmendem Arbeits- und Zeitaufwand mit einer sich stetig verkürzenden Hochbrunst sowie einer in ihrer Intensität abnehmenden Ausprägung der Brunstsymptome konfrontiert. Daher wurden in den letzten Jahren unterschiedliche Verfahren entwickelt, die in ihrer Gesamtheit auf eine Verbesserung der Brunsterkennung hinsteuern, sich im Ansatz, der Methodik sowie der verwendeten Messgröße jedoch teils deutlich voneinander unterscheiden (Tabelle 2). Zu diesen Verfahren gehören die visuelle Brunstbeobachtung (HALL et al., 1959; VAN VLIET u. 19

30 LITERATURÜBERSICHT VAN EERDENBURG, 1996; VAN EERDENBURG et al., 2002; ROELOFS et a., 2005b), der Brunstkalender (Chronolactor) (WENDL u. KLINDWORTH, 1997), die tierärztliche Untersuchung (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999; HERZOG et al., 2008), Suchtiere (GWAZDAUSKAS et al., 1990; HOLTZ u. MEINHARDT, 1993; FISCHER- TENHAGEN et al., 2013), die Thermometrie (RAJAMAHENDRAN et al., 1989; VICKERS et al., 2010; SUTHAR et al., 2012), die Milchleistungserfassung (KING, 1977; SCHOFIELD et al., 1991), eine P4- Bestimmung in Milch oder Blut (PEMBERTON et al., 2001; XU et al., 2005), die Messung des elektrischen Widerstandes des Vaginalschleims (ABOUL- ELA et al., 1983; FISHER et al., 2008), Aufsprungdetektoren (XU et al., 1998; AT- TARAS u. SPAHR, 2001; CAVALIERI et al., 2003), Heat- Watch- Systeme (NEBEL et al., 1997; PERALTA et al., 2005), die Messung von Vokalisationsereignissen (SCHÖN et al., 2006), maschinelles Sehen (HURNIK et al., 1975; BRUYERE et al., 2012) sowie die Aktivitätsmessung (AT- TARAS u. SPAHR, 2001; WANGLER et al., 2005). Neben praktischen Eigenschaften wie Bedienbarkeit und Arbeitsaufwand spielen die Genauigkeit sowie die Verlässlichkeit des Brunsterkennungssystems eine übergeordnete Rolle. Die Effektivität wird durch die Brunsterkennungsrate (BER) repräsentiert. Die BER gibt die Anzahl der richtig gemeldeten Brunsten von der Anzahl aller Ov- Brunsten (Ovulationsbrunst = richtig positive Brunstmeldung) wieder. Die Verlässlichkeit eines Systems spiegelt sich in der Verlässlichkeitsrate (VLR) einer Brunstmeldung wider. Diese errechnet sich aus der Anzahl der richtig positiven Brunstmeldungen (Ov- Brunsten) an der Gesamtzahl aller Brunstmeldungen, welche auch die falsch positiven Meldungen mit einschließt. Aus einer guten BER resultiert eine hohe Brunstnutzungsrate, welche wiederum Grundlage für eine zufrieden stellende Konzeptionsrate ist (HEUWIESER u. MANSFELD, 1995). Eine Verkürzung der Güst- sowie Zwischenkalbezeit sind weitere Effekte einer hohen BER. Durch eine hohe VLR lässt sich die Zahl der Fehlbesamungen sowie die damit verbundenen Besamungskosten reduzieren (BORSBERRY, 2011). So lassen sich die Effektivität und die Wirtschaftlichkeit eines Brunsterkennungssystems anhand der BER und VLR bemessen. 20

31 LITERATURÜBERSICHT Die Stellschraube für einen ausgewogenen Kompromiss zwischen BER und VLR stellt der Grenzwert für eine Brunstmeldung dar. Dieser bestimmt, ab welchem Grad der Veränderung eines Messparameters ein System das Tier als brünstig meldet. Je nach Verfahren kann dies die Konzentration eines Stoffes in Blut oder Milch, die Farb- oder Signalintensität eines Detektors, die Anzahl oder Intensität verschiedener Brunstsymptome oder die Steigerung der Durchschnittsaktivität sein (BOYD, 1984; NEBEL et al., 1987; VAN VLIET u. VAN EERDENBURG, 1996; WALKER et al., 1996; XU et al., 1998; AT- TARAS u. SPAHR, 2001; BECKER et al., 2005; PERALTA et al., 2005; WANGLER et al., 2005; HOLMAN et al., 2011). Ein niedrig eingestellter Grenzwert führt zwar zu einer hohen BER, allerdings auch zur Meldung verhältnismäßig vieler, falsch positiver Brunsten, was eine geringe VLR zur Folge hat. Ein hoch eingestellter Grenzwert resultiert auf Grund der reduzierten Zahl falsch positiver Meldungen in einer entsprechend hohen VLR, erfasst allerdings Ov- Brunsten mit einer geringen Messwertänderung nicht, was wiederum zu einer verhältnismäßig niedrigeren BER führt (LØVENDAHL u. CHAGUNDA, 2010). Eine wesentliche Grundlage für gute Reproduktionsleistungen ist die effiziente Brunstbeobachtung (ROELOFS et al., 2010). Allerdings kann kein Brunsterkennungssystem unter Praxisbedingungen eine BER von 100 % gewährleisten. Um mit der herkömmlichen visuellen Brunstbeobachtung eine zufrieden stellende BER von > 80 % zu erzielen, ist ein zeitlicher Aufwand von mindestens 3 täglichen Beobachtungen zu je 30 Minuten nötig und setzt zudem ein hohes Maß an Erfahrung voraus (HARRIS et al., 2010). Daher ist es umso wichtiger, die Methodik der Brunsterkennung dem jeweiligen Betrieb anzupassen, um gegebenenfalls durch eine Kombination mehrerer Brunsterkennungssysteme eine zufrieden stellende Brunsterkennungsrate zu erreichen. Die Ergebnisse sind umso besser je mehr Brunsterkennungshilfen verwendet werden (PENNINGTON et al., 1986; VAN EERDENBURG et al., 1996; PERALTA et al., 2005). Durch eine gezielte Kombination der visuellen Brunstbeobachtung mit technischen Hilfsmitteln zur Brunsterkennung (Aktivitätsmessung, Heat- Mount- Detektoren etc.) ist eine Steigerung der BER von 50 % auf % möglich (PERALTA et al., 2005). 21

32 LITERATURÜBERSICHT Tabelle 2: Methoden der Brunsterkennung und deren Erkennungsraten, modifiziert nach Zieger (2004), Becker et al. (2005) und Holman (2011). Methode Anteil richtig erkannter Brunsten (%) Permanente Beobachtung der Kühe x täglich Brunstbeobachtung 86 3 x täglich Brunstbeobachtung x täglich Brunstbeobachtung Brunstbeobachtung während des Melkens 50 Suchtiere Geruchserkennung 80 Thermometrie 42 Milchleistungserfassung 33 Progesteronwertbestimmung 99 Impendanzmessung des Vaginalschleims Tail Paint 70 Estrus Alert 70 Heat- Mount Detector (KaMaR ) Videoanalyse Heat Watch - System DEC TM - System 90 Bewegungsaktivität (Pedometer (SAE Afikim) o. Neck Collar (Heatime, SCR Engineers) Neck Collar (Heatime, SCR Engineers) + visuelle Brunstbeobachtung Pedometer (SAE Afikim) + visuelle Brunstbeobachtung 74 Neck Collar (Heatime, SCR Engineers) + KaMaR 76 Pedometer (SAE Afikim) + KaMaR 76 22

33 LITERATURÜBERSICHT Visuelle Brunstbeobachtung Die visuelle Brunstbeobachtung gilt als klassische Form der Brunsterkennung. Der Erfolg dieser Methode hängt maßgeblich von der Erfahrung des Beobachters, der Anzahl und Dauer der Beobachtungsphasen pro Tag, den technologischen Faktoren, dem Gesundheitsstatus der Herde sowie dem Anteil zeitgleich brünstiger Tiere ab (HEUWIESER u. MANSFELD, 1995; NEBEL et al., 2000; VAN EERDENBURG et al., 2002; ROELOFS et al., 2005b; SVEBERG et al., 2011). Des Weiteren ist eine sichere und unverwechselbare Identifikation der Tiere Grundvoraussetzung für eine effektive Brunsterkennung. Zudem ist die Kenntnis über die beschriebenen Brunstsymptome und Verhaltensweisen der Tiere von wesentlicher Bedeutung für eine zuverlässige Detektion sowie Interpretation des Brunstgeschehens (DISKIN u. SREENAN, 2000; NEBEL et al., 2000; ROELOFS et al., 2005b). Motivation, Einstellung und Verantwortlichkeit sind weitere Faktoren, die die visuelle Brunstbeobachtung beeinflussen können. In einer Studie mit 74 Betrieben stellte sich heraus, dass die Brunstkontrolle in 50 % der Fälle durch den Betriebs- oder Anlagenleiter, in 20 % der Fälle durch den Besamer und in 30 % der Fälle durch nicht eindeutig verantwortliches Personal durchgeführt wurde. Dabei nahmen 27 % die tägliche Brunstbeobachtung in gesonderten Arbeitsgängen, 16 % in 3 Rundgängen und 29 % parallel während anderer Arbeiten wahr (ZUBE u. FRANKE, 2007). Häufige stalltypische Arbeiten wie Füttern, Melken und Umtreibevorgänge beeinflussen das Brunstverhalten der Tiere (PENNINGTON et al., 1986). So werden vor der Melkzeit schlechtere Beobachtungsergebnisse erzielt als nach der Melkzeit (VAN VLIET u. VAN EERDENBURG, 1996). Der Duldungsreflex liefert nur wenige falsch positive Ergebnisse (BORSBERRY, 2011) und gilt daher mit einer Sicherheit von % (HEUWIESER, 1997) als das Hauptbrunstsymptom. Weitere brunstassoziierte Verhaltensweisen sind außerdem das Bespringen von Herdenmitgliedern, Beriechen der Anogenitalregion, Ablegen des Kopfes auf der Kruppe von Herdenmitgliedern, Abgang von Vaginalschleim, Unruhe etc. (HURNIK et al., 1975; VAN EERDENBURG et al., 2002; SVEBERG et al., 2011). HALL et al. (1959) führten ein 3- Score- System ein, welches neben dem Score 3 (Duldungsreflex) die Scores 2 und 1 zur Bewertung stärkerer und schwächerer 23

34 LITERATURÜBERSICHT sekundärer Brunstsymptome beinhaltet. VAN VLIET und VAN EERDENBURG (1996) entwickelten zur genaueren Abstufung und Gewichtung einzelner Symptome ein 100- Punkte- System. Dabei wurden die Symptome Flehmen, Unruhe, Schleimabsonderung aus der Vulva, Beriechen der Anogenitalregion, Kinn ablegen, Aufsprungversuch und Duldung mit 3 bis 100 Punkten eingestuft. Summierten sich die Punkte eines Tieres innerhalb von 24 Stunden bei zwölfmaliger Beobachtung auf über 100 Punkte auf, wurde das Tier als brünstig angesprochen. Auf diese Weise konnten 100 % der brünstigen Tiere ausfindig gemacht werden. Eine praxisnähere Form mit zwei bis drei täglichen Sichtungsphasen führte ab einer Überschreitung von 50 Punkten zu einer Rate von 74 % erkannten Brunsten. ROELOFS et al. (2005b) beobachteten mit einem Beobachtungsintervall von 3 Stunden (8 Beobachtungen pro Tag) zu je 30 Minuten bei 58 % der brünstigen Tiere den Duldungsreflex. Die Symptome Bespringen von Herdenmitgliedern, Beriechen der Anogenitalregion und Ablegen des Kopfes auf der Kruppe von Herdenmitgliedern wurden bei % aller Ov- Brunsten gesichtet. Allerdings gehen die VLR der zuvor genannten Symptome mit % stark auseinander. Für das Bespringen anderer Tiere zum Beispiel werden VLR von % (HEUWIESER, 1997) und 90 % (ROELOFS et al., 2005b) ermittelt. Bei 3- maliger Beobachtung zu je 30 Minuten stellten VAN VLIET und VAN EERDENBURG (1996) eine Steigerung der Brunsterkennungsrate von 37 % auf 74 % fest, wenn zusätzlich zum Duldungsreflex weitere Brunstsymptome für eine Brunst gewertet wurden. Die Zahl der erkannten Brunsten reduziert sich um 23 % (von 86 % auf 63 %), wenn statt 3 nur 2 Beobachtungen zu je 30 Minuten pro Tag durchgeführt werden (VAN VLIET u. VAN EERDENBURG, 1996; VAN EERDENBURG et al., 2002). Eine Beobachtungsdauer von 30 statt 20 Minuten wirkt sich ebenfalls positiv auf die Brunsterkennungsrate aus (VAN VLIET u. VAN EERDENBURG, 1996), wobei eine Erhöhung von mehr als 30 Minuten je Beobachtungszeitraum (HEUWIESER u. MANSFELD, 1995) sowie eine Steigerung der Beobachtungsfrequenz ab einer Gesamtbeobachtungszeit von 90 Minuten pro Tag zu keiner Verbesserung der BER führt (PENNINGTON et al., 1986). 24

35 LITERATURÜBERSICHT Chronolactor Der Chronolactor ist ein Brunstkalender, der klassischerweise als Wandkalender in Form einer Tabelle oder Drehscheibe Verwendung findet. Durch ihn ist eine übersichtliche Dokumentation und Darstellung von Fruchtbarkeitsdaten wie Abkalbetermin, letzte Brunst, Besamungsdatum, Trächtigkeitsstatus und Trockenstellen über den Zeitraum von einem Kalenderjahr möglich. Durch eine Einteilung des Kalenderjahres in 3- Wochen- Abschnitte soll auf Grundlage des Brunstzyklus des Rindes eine Dokumentation der Brunsten erleichtert und die Brunsterkennung verbessert werden. Da das Brunstgeschehen jedoch nicht auf einen 21- Tage- Rhythmus festgelegt werden kann sowie durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst und mitunter stark von der Durchschnittsdauer abweichen kann (BECKER et al., 2005), liefert der Brunstkalender hinsichtlich des Brunstgeschehens nur einen groben Anhaltspunkt. Brunstkalender sind ebenfalls als Computerprogramme verfügbar. Diese zeichnen sich im Gegensatz zum Wandkalender durch eine einfachere und schnellere Bedienung sowie durch eine höhere Kapazität der Datenverarbeitung aus. Allerdings sind die PC- basierten Brunstkalender im Grunde nur eine digitale Darstellung des Wandkalenders und bieten keine zusätzlichen Funktionen. Von weitaus größerer Bedeutung in der elektronischen Datenverarbeitung von Fruchtbarkeitsdaten ist der Einsatz von Herdenmanagement- Programmen als Computersoftware. Neben einem integrierten Chronolactor bieten diese Programme die Möglichkeit zahlreiche, über das Brunstgeschehen hinausgehende, Fruchtbarkeits- und Herdenparameter zu ver- und bearbeiten. Zudem ist bei einigen Programmen die Möglichkeit gegeben, die Daten eines Brunsterkennungssystems automatisch abrufen und verarbeiten zu können. Die klassische Form des Chronolactors findet als Einzelmethode heutzutage keine Verwendung mehr. Als ergänzende Maßnahme wird das Führen eines Brunstkalenders in Kombination mit der visuellen Brunstbeobachtung sowie der Aktivitätsmessung empfohlen (WENDL u. KLINDWORTH, 1997). 25

36 LITERATURÜBERSICHT Suchtiere Eine weitere Möglichkeit der Brunstüberwachung stellt der Einsatz von vasektomierten Suchbullen (HOLTZ u. MEINHARDT, 1993) oder virilisierten Kühen (GWAZDAUSKAS et al., 1990) dar. Bei den Bullen handelt es sich um geschlechtsreife Vatertiere, die durch eine operative Penisverlagerung oder Vasektomie unfruchtbar gemacht wurden. Die Suchtiere sind in der Lage die bei der Brunst in Urin und Vaginalschleim ausgeschiedenen Pheromone olfaktorisch wahrzunehmen und zeigen durch mehrmaliges Bespringen eines brünstigen Tieres dessen Brunst an (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999). Der Einsatz von Suchbullen wird auf Grund der möglichen Übertragung von Deckseuchen sowie aus Gründen des Arbeitsschutzes als kritisch angesehen. Eine Alternative zum Suchbullen stellen virilisierte Kühe dar. Diese werden über einen Zeitraum von drei Wochen einmal wöchentlich mit mg Testosteronpropionat in öliger Lösung intramuskulär behandelt. Nach der Hormonbehandlung zeigen diese Tiere ein bullenähnliches Verhalten und bespringen brünstige Tiere (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999; STEVENSON, 2001). Suchtiere können in Kombination mit Aufsprungdetektoren und Farbmarkierungstechniken (Chin ball marker) eingesetzt werden. Ohne die Möglichkeit der Markierung ist eine laufende Beobachtung der Tiere notwendig. Der Einsatz dieser Suchtiere beschränkt sich auf den außereuropäischen Raum. In Deutschland widersprechen die Eingriffe zur Unterbindung der Befruchtungs- und Deckfähigkeit von Bullen und die Virilisierung von Kühen zudem dem Tierschutzgesetz (BECKER et al., 2005). Auch der Einsatz von trainierten Hunden zur Östruserkennung ist bereits untersucht worden (KIDDY et al., 1978; JEZIERSKI; 1992). Neuere Studien zeigen, dass es möglich ist, Hunden durch das Präsentieren unterschiedlicher Sekrete brünstiger Kühe (Vaginalschleim, Urin, Blutserum, Milch und Speichel) die Detektion dieser Tiere anzutrainieren. Unter Laborbedingungen konnten diese Hunde etwa 80 % der mit verschiedenen Sekreten brünstiger Tiere präparierten Wattestäbchen als richtig positiv erkennen. Unter Stallbedingungen erreichten sie sogar eine Sensitivität von 87,3 % (FISCHER- TENHAGEN et al., 2011; FISCHER- TENHAGEN et al., 2013). 26

37 LITERATURÜBERSICHT Milchmengenmessung KING (1977), SCHLUENSEN et al. (1987) und SCHOFIELD et al. (1991) untersuchten, inwieweit eine Brunstbestimmung durch Ermittlung der Milchleistung möglich ist. Bei Milchkühen ist während der Brunst ein Rückgang der Milchleistung um 2-6 % festzustellen (KING, 1977). Während RAJAMAHENDRAN et al. (1989) keinen signifikanten Abfall der Milchleistung im Verlaufe einer Brunst feststellen konnten, wiesen SCHOFIELD et al. (1991) einen signifikanten Zusammenhang zwischen Milchrückgang und Brunst nach. Dies war allerdings nur bei 33 % der brünstigen Tiere der Fall, weshalb sich diese Methode nicht für eine zuverlässige Brunstdetektion eignet Bestimmung der Progesteronkonzentration Das Hormon Progesteron (P4) wird von einem aktiven Gelbkörper (CL) produziert und kann sowohl im Blut als auch in der Milch nachgewiesen werden (PEMBERTON et al., 2001; XU et al., 2005). Die in Blut und Milch messbare Progesteronkonzentration steht in engem Zusammenhang mit der zyklischen Aktivität des Ovars (JAINUDEEN u. HAFEZ, 2000). Bei einer Blut- Progesteronkonzentration von < 0,5 ng/ml (Blut) ist eine Brunst wahrscheinlich, wenn bei einer vorangegangenen Messung ein Wert > 2 ng/ml vorlag (XU et al., 1998). Der Nachweis im Blut ist jedoch für die routinemäßige P4- Bestimmung aus praktischen Gründen nicht geeignet. Für den Schwellenwert der Milchprogesteronkonzentration werden in der Literatur 5 ng/ml (NEBEL et al., 1987), 3 ng/ml (PETERS et al., 1999) und 2 ng/ml (MIALOT et al., 1999) angegeben. Zur Bestimmung des P4- Wertes stehen neben Labortests auch Schnelltests und stalltaugliche Automaten zur Verfügung (eprocheck, Minitüb, Tiefenbach, Deutschland; Hormonost, Biolab GmbH, Unterschleißheim, Deutschland). Während eine hohe Progesteronkonzentration eine Brunst definitiv ausschließt, spricht eine niedrige Konzentration nicht zwingend für eine Brunst, belegt jedoch die Abwesenheit eines aktiven CL (HEERSCHE u. NEBEL, 1994; PACHE et al., 2011). Ein niedriger Progesteronwert gibt Auskunft darüber, dass sich das Tier im Präöstrus, Östrus, Postöstrus oder im postpartalen Anöstrus befindet bzw. follikuläre Zysten auf den 27

38 LITERATURÜBERSICHT Ovarien vorhanden sind. Der Nachweis einer unterschwelligen Progesteronkonzentration im Blut oder der Milch wurde in diversen Studien als Goldstandard für eine Brunst ermittelt (HOCKEY et al., 2010; KAMPHUIS et al., 2012) Tierärztliche Untersuchung Die zyklusbedingten Veränderungen am Uterus und an den Ovarien können mittels transrektaler Palpation oder ultrasonographischer Untersuchung festgestellt werden (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999; HERZOG et al., 2008) und stellen hilfreiche Methoden dar, um die Funktionskörper der Ovarien beurteilen (HANZEN et al., 2000) und ovarielle Dysfunktionen diagnostizieren zu können (OPSOMER et al., 1998). Durch Beurteilung der Kontraktionsbereitschaft des Uterus sowie der Funktionskörper der Ovarien kann eine grobe Zyklusbestimmung vorgenommen werden. So sprechen ein stark kontrahierter Uterus und ein auf dem Ovar befindlicher GRAAFscher Follikel in Abwesenheit eines CL für eine Brunst. Ist ein CL von 2-3 cm Größe (Blütegelbkörper) tastbar, befindet sich das Tier im Interöstrus oder es liegt eine Trächtigkeit bzw. ein pcl vor. Als schwierig ist jedoch die Beurteilung der Übergangsphasen zwischen Interöstrus und Östrus anzusehen, da in diesen Phasen weder ein GRAAFscher Follikel noch ein eindeutiger Blütegeldkörper palpierbar sind (GRUNERT u. DE KRUIF, 1999). Sowohl die Anwesenheit als auch die Abwesenheit eines CL kann durch transrektale Palpation der Ovarien mit einer Sensitivität von % und einer Spezifität von % diagnostiziert werden. Eine Untersuchung per Ultraschall weist sowohl eine höhere Sensitivität als auch Spezifität als die transrektale Palpation auf (KELTON et al., 1988; PIETERSE et al., 1990; RIBADU et al., 1994; OPSOMER et al., 1998; HANZEN et al., 2000). Einmalige Untersuchungen haben nur eine geringe Aussagekraft über den aktuellen Zyklusstand des Tieres. Für eine genauere Beurteilung des Zyklusgeschehens und der zyklischen Veränderungen am Ovar sind mehrere aufeinander folgende Untersuchungen nötig. So geben mehrmalige transrektale Untersuchungen vor allem Aufschlüsse über das Vorliegen von Azyklie, Stillbrünstigkeit oder Ovarialzysten (GARVERICK, 1997; OPSOMER et al., 1998). 28

39 LITERATURÜBERSICHT Messung der Vokalisationsereignisse Das Prinzip der Vokalisationsereignismessung beruht auf der Annahme, dass es bei weiblichen Säugetieren während der Hochbrunst zu einer Veränderung der Vokalisation kommt (WIELEBNOWSKI u. BROWN, 1998; SEMPLE u. MCCOMB, 2000) und dies als Indikator für eine Veränderung des physiologischen Zustandes herangezogen kann (WATTS u. STOOKEY, 2000; MANTEUFFEL et al., 2004). Eine Möglichkeit ist die Messung mit Hilfe von Funkmikrofonen, die in direkter Nähe des Kopfes angebracht sind und die Vokalisationsereignisse der Tiere im Stall zur Auswertung an eine Empfangsstation weiterleiten. Durch die Dokumentation dieser Vokalisationsereignisse über einen bestimmten Zeitraum soll so eine Brunst erkannt und der optimale Besamungszeitraum bestimmt werden. SCHÖN et al. (2006) und DRESCHEL et al. (2014) konnten einen signifikanten Anstieg der Vokalisationshäufigkeit um die Hochbrunst nachweisen, wohingegen HÄMEL (2009) dies nicht bestätigen konnte. Probleme für die Anwendung in der Laufstallhaltung stellen Störgeräusche sowie die schwierige Zuordnung der Lautäußerungen zu den einzelnen Tieren dar Aufsprungdetektoren Trotz der rückläufigen Ausprägung des Duldungsreflexes gilt dieser immer noch als das sicherste Zeichen für eine Brunst (HEUWIESER, 1997). Um die Duldung bzw. den Aufsprung nachweisen zu können, wurden verschiedene Aufsprungdetektoren entwickelt, die entweder durch eine farbliche Markierung der brünstigen Tiere, ein elektronisches Signal des Aufsprungdetektors oder per Videoüberwachung brünstige Tiere ermitteln. Zum Einsatz kommen dabei Schwanzkreide (Tail- Painting), Abriebpflaster (Estrus- Alert ), Drucksensoren (KaMaR, Bovine- Beacon- System ) sowie elektronische Systeme (DEC TM - System, Heat- Watch - System). Beim Tail- Painting wird Farbe oder Kreide direkt auf die Kruppe der Tiere aufgetragen. Durch das Bespringen wird die Farbe abgerieben und das Tier, welches den Aufsprung ausgeführt hat, am Sternum und der Bauchunterseite markiert (BOYD, 1984). Estrus- Alert ist ein selbstklebendes Pflaster, welches am Schwanzansatz des Tieres angebracht wird. Durch Aufreiten wird die Oberfläche des 29

40 LITERATURÜBERSICHT Pflasters abgerieben, wodurch eine gut sichtbare Signalfarbe zum Vorschein kommt (BECKER et al., 2005). Drucksensoren mit Farbmarkierungstechnik werden am Schwanzansatz des Tieres angebracht und bestehen aus einer Farbpatrone, die unter dem Druck des Aufsprunges zerplatzt (Bovine- Beacon- System ) oder bei mehrmaligem intensiven Aufspringen ihre Farbe ändert, was auch aus größerer Distanz erkennbar ist (KaMar Heat Mount Detector). Die Brunsterkennungsraten von Farbmarkierungen und Aufsprungdetektoren variieren zwischen 37 % (PERALTA et al., 2005) und % (XU et al., 1998; AT- TARAS u. SPAHR, 2001; CAVALIERI et al., 2003). Durch den Einsatz von Kuhbürsten oder beim Scheuern an Stalleinrichtungen können jedoch vermehrt falsch positive Ergebnisse auftreten (FIRK et al., 2002; BECKER et al., 2005). Bei dem DEC TM - System (Detection electronique de chauchement) sind anstelle der Farbpatronen elektronische Drucksensoren auf dem Kreuzbein des Tieres befestigt. Die Drucksensoren werden beim Bespringen des Tieres aktiviert und zeigen dies durch ein Blinksignal an. Je häufiger ein Tier besprungen wird, desto schneller blinkt der Sensor. Eine Alternative hierzu bietet das Heat- Watch - System (USA). Im Gegensatz zum DEC TM - System misst Heat- Watch sowohl die Intensität als auch die Dauer des Aufsprunges und leitet die Daten per Funksignal an eine Kontrolleinheit weiter. Falsch positive Ergebnisse können bei allen Aufsprungdetektoren auftreten, wenn sich lahme oder kranke Tiere einem Aufsprung nicht entziehen können. Daher sind positive Aufsprungmeldungen nicht immer mit einer Brunst gleichzusetzen (BECKER et al., 2005). Die Nachteile dieser beiden Systeme liegen in den verhältnismäßig hohen Investitionskosten sowie dem möglichen Verlust des Sensors bei Herdenhaltung mit Kuhbürsteneinrichtungen Kamerasysteme Bereits vor einigen Jahrzehnten wurden die ersten Verfahren zur Brunsterkennung entwickelt, die mit einer kontinuierlichen Videoüberwachung der Herde arbeiteten (HURNIK et al., 1975). Diese Methode beruht auf einer lückenlosen Aufnahme aller Vorgänge in der Herde. Die Detektionskameras werden in einer bestimmten Höhe des Stalles angebracht und zeichnen alle Bewegungen der Tiere auf. Diese sind mit 30

41 LITERATURÜBERSICHT speziellen Halsbändern oder Schildern gekennzeichnet, sodass eine eindeutige Identifizierung gegeben ist. Mit Hilfe eines speziellen Programmes können die Aufsprünge eines bestimmten Zeitabschnittes ausgewertet und die Stallnummern der betroffenen Tiere abgelesen werden (BRUYERE et al., 2012) Impendanzmessung des Vaginalschleimes Die Produktion und Absonderung von klarem, fadenziehendem Vaginalschleim ist ein äußeres Brunstsymptom östrischer Kühe. Während des Östrus steigt der Gehalt an Chlorid- und Natriumionen im Vaginalschleim an, wodurch sich dessen elektrischer Widerstand verringert. Zudem sind die Veränderungen der Ionenkonzentration und der Impendanz eng mit dem Serumöstrogenspiegel korreliert (ABOUL- ELA et al., 1983). Zum Zeitpunkt des LH- Peaks erreicht der Widerstand seinen Tiefpunkt (HOLTZ u. MEINHARD, 1993), weshalb die Impendanzmessung des Vaginalschleims Hinweise auf eine Brunst liefern kann (FISHER et al., 2008). Dabei sind jedoch die Unterschiede zwischen den Tieren sowie zwischen unterschiedlichen Zyklen eines Tieres so groß, dass eine einmalige Messung keine verlässliche Aussage über den Zyklusstand geben kann. Ebenso kann es durch eine veränderte Position der Messinstrumente zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen (ABOUL- ELA et al., 1983), sodass die Untersuchungsergebnisse nur bedingt Auskunft über den Zyklusstand bzw. das Vorliegen einer Brunst geben können (SENGER, 1994). Für einen Routineeinsatz vor allem in größeren Herden sind die Messgeräte nicht geeignet. Aufgrund des hohen Arbeitsaufwandes sowie der unzuverlässigen Messergebnisse ist die Impendanzmessung des Vaginalschleims, zumindest für größere Herden, nicht praktikabel (BECKER et al., 2005) Thermometrie Durch die Messung der Körperinnentemperatur (vaginal) sowie der Milchtemperatur ist es möglich, bei gesunden Tieren den Zeitpunkt einer Brunst zu bestimmen. Mit Beginn des Östrus sinkt die Körperinnentemperatur etwa 22 Stunden vor der Ovulation um 0,3-1,0 C im Vergleich zum Präöstrus ab (RAJAMAHENDRAN et al., 1989; LEHRER et al., 1992; FIRK et al., 2002). Während der Brunst steigt diese 31

42 LITERATURÜBERSICHT dann wieder um 0,4 bis 1,3 C an (REDDEN et al., 1993; GEERS et al., 1997; KYLE et al., 1998; FISHER et al., 2008). Aufgrund der stark differierenden Messergebnisse (bis 0,5 C) durch eine rektale Temperaturmessung, findet diese Methode keine Anwendung. Die im Bereich der Portio vaginalis zu bestimmende vaginale Temperatur liefert hingegen verlässlichere Ergebnisse (BURFEIND et al., 2010; VICKERS et al., 2010; SUTHAR et al., 2012). Eine im Abstand von 4 Minuten gemessene Vaginaltemperatur bei 47 Brunstzyklen ergab für diese Methode eine Sensitivität von 89,4 % (KYLE et al., 1998). Weiterhin besteht die Möglichkeit durch fest im Rektum oder der Vagina installierte, drahtlose Sensoren kontinuierlich Daten über den Verlauf der Körperinnentemperatur zu erhalten (MORAIS et al., 2006). Allerdings können die Ergebnisse rektaler oder vaginaler Temperaturmessungen von der Umgebungstemperatur, der Tages- und Jahreszeit sowie fiebrigen Erkrankungen unterschiedlich stark beeinflusst werden (LEFCOURT u. ADAMS, 1998; FIRK et al., 2002; FISHER et al., 2008; BEWLEY et al., 2008b; COLLIER et al., 2012). Da die Körperinnentemperatur eng mit der Milchtemperatur korreliert ist, wird die Möglichkeit der Brunsterkennung mit Hilfe kontinuierlicher Messungen der Milchtemperatur (Sammelstück) diskutiert (SCHLÜNSEN et al., 1987). Temperaturschwankungen in der Milch sollen zum Zeitpunkt der Brunst 0,2 bis 0,4 C betragen und hinsichtlich der BER eine Sensitivität von 42 bzw. 50 % erreichen (SCHLÜNSEN et al., 1987; LEHRER et al., 1992). Die verhältnismäßig geringe Sensitivität sowie eine, durch Messfehler bedingte, hohe Rate falsch positiver Brunstmeldungen führten bisher nicht zum Praxiseinsatz dieser Methode. Eine weitere Möglichkeit die Körpertemperatur zu bestimmen, bietet die Platzierung eines Temperatur- und ph- Wert- messenden Bolus im Pansen der Tiere (BEWLEY et al., 2008b; IPEMA et al., 2008). Diese Technik dient in erster Linie der Erkennung und Vorbeugung von Pansenazidosen. Ein in den Bolus integrierter drahtloser Sensor misst kontinuierlich den Pansen- ph sowie die Temperatur und übermittelt die Daten beim Melkvorgang an eine Empfangsstation (LIANG et al., 2013). Als problematisch werden hierbei jedoch die Beeinflussung der Messung durch die Wasseraufnahme, Probleme bei der Übertragung der Messdaten sowie die limitierte Nutzungsdauer der Sensorbatterie beurteilt (BEWLEY et al., 2008a). 32

43 LITERATURÜBERSICHT Aktivitätsmessung Während der Brunst steigt die Bewegungsaktivität der Kuh signifikant an (WANGLER et al., 2005). Im Durchschnitt ist die Bewegungsaktivität von Tieren in Brunst gegenüber nicht brünstigen Tieren um das 4- fache erhöht (KIDDY, 1977; SCHLÜNSEN et al., 1987; SCHOFIELD et al., 1991). Seit Mitte der 1980er Jahre werden Schrittmesser für die Brunsterkennung eingesetzt. Es haben sich seither Systeme bewährt, die durch eine kontinuierliche Messung der Bewegungsaktivität Daten über die Bewegungsmuster sowie Abweichungen von der Durchschnittsaktivität ermitteln können. Das Prinzip der Aktivitätsmessung beruht auf der Aufzeichnung eines Impulsgebers, der in einem Transponder untergebracht ist, welcher oberhalb des Fesselgelenkes (Pedometer) oder am Hals der Tiere (Neck collar) (Heatime, SCR Engineers Ltd, Netanya, Israel; Alpro, DeLaval, Tumba, Schweden) angebracht ist (ROELOFS et al., 2005a; YÁNIZ et al., 2006; MACKAY et al., 2012). Während das Pedometer als Schrittzähler fungiert, zeichnet der Sensor am Halsband die Bewegungen in drei Dimensionen und zusätzlich die Beschleunigung der Bewegung auf. Die Daten werden regelmäßig über eine drahtlose Datenübertragung an eine computergestützte Auswerteinheit übertragen. Maßgebend für den Erfolg der Brunsterkennung ist die Grenzwerteinstellung. Der Grenzwert beschreibt den Wert der Aktivitätsabweichung, bei dessen Überschreitung die Kuh als brünstig gemeldet wird. Nicht jeder Aktivitätsanstieg wird durch eine Brunst ausgelöst. Managementbedingte Maßnahmen wie Umstallungen oder tierärztliche Behandlungen verursachen Unruhe und beeinflussen das Aktivitätsverhalten. Diese Aktivitätsschwankungen müssen von brunstbedingten Aktivitätsanstiegen unterschieden werden (WANGLER et al., 2005). Abweichende Bewegungsprofile können zudem auf kranke Tiere mit einer herabgesetzten Aktivität hinweisen. Ein zu niedrig gesetzter Grenzwert führt zwar zu einer sehr hohen BER, erfasst allerdings auch gleichzeitig eine große Zahl nicht brünstiger (falsch positiver) Tiere. Die Verlässlichkeit einer Brunstmeldung sinkt dadurch stark ab. Wird der Grenzwert zu hoch gesetzt, steigt die Verlässlichkeit einer Brunstmeldung aufgrund der Reduzierung falsch positiver Brunstmeldungen stark an; brünstige Kühe mit einer geringen Aktivitätserhöhung werden allerdings nicht erfasst, was zu einer 33

44 LITERATURÜBERSICHT herabgesetzten BER führt. Ebenso können Klauenerkrankungen sowie Kühe mit einem BCS < 2,0 durch eine verminderte Bewegungsaktivität für falsch negative Ergebnisse sorgen (HOLMAN et al., 2011). Die Festlegung des Grenzwertes ist somit immer ein Kompromiss zwischen einer möglichst hohen BER sowie einer ebenfalls hohen Verlässlichkeit der Brunstmeldung. Beispielsweise kann mit einer Grenzwertverschiebung die BER von 78,1 % auf 94,7 % erhöht werden, wodurch die VLR allerdings von 55,3 % auf 45,9 % sinkt (WANGLER et al., 2005). Die meisten auf einer Aktivitätsmessung basierenden Brunsterkennungssysteme zeigen Brunsten mit einer Sensitivität von % an (LEHRER et al., 1992; AT- TARAS u. SPAHR, 2001; FIRK et al., 2002; HOLMAN et al., 2011; SAINT- DIZIER u. CHASTANT- MAILLARD, 2012; RUTTEN et al., 2013). Fehlerraten von % weisen jedoch auf eine hohe Zahl an falsch positiven Brunstmeldungen hin (FIRK et al., 2002; HOLMAN et al., 2011). Ein Unterschied hinsichtlich der Effektivität liegt zwischen der Pedometrie und dem Neck collar nicht vor (WANGLER et al., 2005). Der Einsatz von Aktivitätsmessern wirkt sich positiv auf die Fruchtbarkeitskennzahlen aus. So konnte in einem Versuch die Güstzeit von 105 auf 97 Tage verkürzt und der Erstbesamungserfolg von 49 auf 53 % gesteigert werden (WANGLER et al., 2005). Bei einem weiteren System (Heatime- RuminAct, HR- Tagmonitoring system, SCR Engineers Ltd., Netanya, Israel) werden die Daten der Aktivitätsmessung durch Informationen über die Wiederkauaktivität der Tiere ergänzt (SORIANI et al., 2012; KAMPHUIS et al., 2012). Dies geschieht ebenfalls über einen Sensor, der am Hals der Tiere befestigt ist. Die Daten über die Wiederkauaktivität werden wie die Daten der Aktivitätsmessung per Funk an eine Kontrollstation übermittelt und ausgewertet. Durch eine kontinuierliche Überwachung der Wiederkauaktivität können Schwankungen sofort analysiert und gemeldet werden. Ein Abfall der Wiederkauaktivität kann beispielsweise ein Zeichen für eine Kalbung, eine Stoffwechselerkrankung oder eine Brunst sein (SCHIRMANN et al., 2012; SORIANI et al., 2012; KAMPHUIS et al., 2012). Am Tag der Brunst sinkt die Wiederkauaktivität deutlich im Vergleich zu den Tagen des Prä- und Postöstrus ab (REITH et al., 2012). Neueste Studien zeigen, dass durch die Messung der 34

45 LITERATURÜBERSICHT Wiederkauaktivität fast 10 % mehr Brunsten erkannt werden können als durch alleinige Aktivitätsmessung (REITH et al., 2014). In einer weiteren Studie überstieg die BER der Wiederkauaktivität (77 % mit VLR 82 %) die der Aktivitätsmessung (62 % mit VLR 77 %) um 14,5 % (KAMPHUIS et al., 2012). Dagegen berichten weitere Studien von verhältnismäßig niedrigen BER von 36 % bzw. 62 % jedoch einer hohen VLR von jeweils 84 % (MICHAELIS et al., 2014; CHANVALLON et al., 2014). 35

46 MATERIAL UND METHODEN 3 MATERIAL UND METHODEN 3.1 Patientengut Die Studie wurde auf einem Milchviehbetrieb mit 430 Milchkühen und einer durchschnittlichen Laktationsleistung von 9500 kg im Landkreis Cuxhaven an 69 primi- und 70 pluriparen Kühen mit einer Kalbehäufigkeit von 2,16 ± 1,46 (Mittelwert ± Standartabweichung) der Rasse Holstein Friesian durchgeführt. Die Herde war in drei Gruppen (Hochleistende, Mittelleistende und Altmelker) zu je ca. 120 Tieren aufgeteilt. Diese wurden in Boxenlaufställen mit Betonspalten und mit Stroh eingestreuten Tiefliegeboxen gehalten sowie dreimal täglich gemolken. Trockensteher, Frischkalber und hochtragende Färsen waren in separaten Stallabteilungen aufgestallt. Zwei Wochen vor dem errechneten Abkalbetermin wurden die tragenden Tiere in für drei Kühe ausgelegte Abkalbeboxen umgestallt. Die frisch abgekalbten Kühe wurden zunächst in einem Tiefstreustall gehalten, bevor sie nach einer Regenerationszeit von einigen Tagen in die Hochleistungsgruppe integriert wurden. Die Umstallung von der hoch- in die mittelleistende Gruppe erfolgte zwischen dem Tag 120 und 160 post partum (pp) nach einem positiven Trächtigkeitsbefund am Tag 40 post inseminationem (pi). Entsprechend ihrer Milchleistungsentwicklung, wurden die Kühe im Laufe der weiteren Laktation in die altmelkende Gruppe umgestallt. Die Fütterung erfolgte durch eine Totale Mischration (TMR), deren Hauptbestandteile Mais- und Grassilage darstellten. Die hochleistende Gruppe erhielt die gleiche TMR wie die mittelleistende Gruppe. Die Frischmasse (FM) setzte sich aus folgenden Komponenten zusammen: Maissilage (Trockenmasse (TM): 29,9 %) 30 %, Maissilage (TM: 29,4 %) 20 %, Grassilage (1. Schnitt; TM: 54,7 %) 17 %, Grassilage (2. Schnitt; TM: 39,1%) 14 %, Roggen 6,5 %, Getreideschlempe Protivanze 4 %, Rapsschrot geschützt 4 %, Rapsschrot 2,5 %, Kohlensaurer Futterkalk 0,65 %, Futterfett (25 MJ NEL) 0,5 %, Maisschrot 0,35 %, Viehsalz 0,2 %, Mineralfutter 0,2 %, Magnesiumoxid 0,1 %. Altmelker und Frischkalber sowie Trockensteher und Färsen erhielten eine TMR anderer Zusammensetzung. Die künstliche Besamung 36

47 MATERIAL UND METHODEN (Gefriersperma) erfolgte durch den Betriebsleiter. Bei der Wahl des Besamungszeitpunktes orientierte sich dieser ausschließlich an den Brunstmeldungen des Heatime - Systems. Eine zusätzliche visuelle Brunstbeobachtung des Betriebsleiters wurde nicht durchgeführt. Das Tierschutzvorhaben wurde vom Niedersächsischen Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (Aktenzeichen: LG-05-01/2012) genehmigt. 37

48 MATERIAL UND METHODEN 3.2 Versuchsablauf Die Untersuchungen fanden über einen Zeitraum von neun Monaten statt. Abb. 1: Schematische Darstellung des Untersuchungsablaufes am Beispiel einer normal zyklischen Milchkuh, die am Tag 28 post partum ihre erste Ovulation aufwies und am Tag 49 erfolgreich besamt wurde. Nach positiven Trächtigkeitsuntersuchungen (TU) am Tag 30, 40 und 60 nach der Besamung endeten die regelmäßigen Untersuchungen. 38

49 MATERIAL UND METHODEN Brunsterkennung Brunstbeobachtung durch Heatime Alle für eine Besamung vorgesehenen Tiere wurden vom Tag 14 pp bis zum Tag 60 der Trächtigkeit mit einem Transponderhalsband ausgestattet (Abb. 1). Nach einer siebentägigen Kalibrierungsphase lieferten die in den Transpondern integrierten Aktivitätssensoren ganztägig Daten über die Bewegungsaktivität der besenderten Tiere. Diese von den Transpondern in einem 2- Stunden- Rhythmus gespeicherten Daten, wurden dreimal täglich von einer Infrarotantenne erfasst und an eine Kontrollstation weitergeleitet. Die Kontrollstation verarbeitete die empfangenen Daten und kalkulierte anhand eines Statistiksystems für jedes besenderte Tier einen individuellen Aktivitätsgraphen. Stieg die Aktivität der Kuh über einen manuell eingestellten Schwellenwert, hier über 5 % der Durchschnittsaktivität, meldete das System eine Brunst. Die Brunstmeldungen wurden mehrmals täglich, vor allem nach den Melkdurchgängen, kontrolliert. Meldete Heatime eine Brunst, wurde das Tier innerhalb von 12 Stunden künstlich besamt. Über die USB- Schnittstelle der Kontrollstation wurden mit dem Programm Heatime HR for PC wöchentlich Daten zur Auswertung auf einen Laptop übertragen Visuelle Brunstbeobachtung Im Stallbereich der hochleistenden Tiergruppe wurden von Montag bis Freitag dreimal täglich für je 30 Minuten ( Uhr, Uhr und Uhr) visuelle Brunstbeobachtungen durchgeführt (Abb. 1). Damit konnte das äußere Brunstverhalten der Kühe vom Tag 21 pp bis zum Tag 40 der Trächtigkeit (Umstallung von der hochleistenden in die mittelleistende Tiergruppe) dokumentiert werden. Bei der Wahl der Beobachtungszeiträume wurde sichergestellt, dass sich die Tiere in einer Ruhephase mit einem zeitlichen Abstand von mindestens 60 Minuten zur Fütterung sowie Umtreibe- oder Melkvorgängen befanden. Das Verhalten der Tiere wurde nach HALL et al. (1959) mit einem 3- Punkte- System beurteilt. Der SCORE 1 entsprach einer leichten Aktivitätssteigerung, geringem Abgang von Vaginalschleim oder leicht gesteigertem Interesse an 39

50 MATERIAL UND METHODEN Herdenmitgliedern. Der SCORE 2 lag bei starker Aktivitätssteigerung, vermehrtem Abgang von Vaginalschleim, stark gesteigertem Interesse an Herdenmitgliedern oder Bespringen von Herdenmitgliedern vor. Zeigte eine Kuh den Duldungsreflex, wurde sie mit dem SCORE 3 bewertet. Tiere, die keine der zuvor genannten Verhaltensweisen zeigten, wurden nicht erfasst. Wurden in derselben 30- minütigen Beobachtungsphase zwei unterschiedliche Scores notiert, ersetzte der höhere den niedrigeren Score. Dadurch konnte nur für den Duldungsreflex die BER genau ermittelt werden, da die Symptome des Score 1 und 2 überschrieben wurden, sobald ein höherer Score in der gleichen Beobachtungsphase beobachtet wurde. Alle visuellen Brunstbeobachtungen wurden von derselben Person durchgeführt. Eine Brunst galt als erkannt, wenn durch die visuelle Brunstbeobachtung innerhalb von 48 Stunden vor bzw. 24 Stunden nach einer festgestellten Ovulation ein Beobachtungsscore von 1, 2 oder 3 ermittelt wurde (VBb). Zusätzlich zu der Methodik der VBb wurde überprüft, wie erfolgreich die Brunsterkennung ausschließlich durch die Beobachtung des Duldungsreflexes (BdDr) ist. Demnach galt eine Brunst nur dann als erkannt, wenn durch die visuelle Brunstbeobachtung innerhalb von 48 Stunden vor bzw. 24 nach einer Ovulation der Duldungsreflex (Score 3) beobachtet wurde Brunstarten Bei den Untersuchungen wurde zwischen nicht hormonell induzierten und hormonell induzierten Brunsten unterschieden. Die nicht induzierten Brunsten wurden in spontane Brunsten (SpB) und Umbuller (Ub) eingeteilt. Handelte es sich bei einer nicht induzierten Brunst um die erste Brunst pp oder wurde bei der vorherigen Brunst keine KB durchgeführt, wurde diese Brunst als SpB bezeichnet. Als Ub wurde eine nicht induzierte Brunst bezeichnet, wenn das Tier bei der vorherigen Brunst bereits künstlich besamt wurde. Zusätzlich wurden 23 normalzyklische Kühe, die einen Blütegelbkörper zwischen dem Tag 30 und Tag 60 pp aufwiesen, mit einem synthetischen Prostaglandin F 2α - Präparat (2 ml Ovaren, Fa. CP- Pharma, Burgdorf, Wirkstoff: (R)- Cloprostenol 0,075 mg/ml, i.m.) behandelt. Es wurde anschließend untersucht, ob die induzierte 40

51 MATERIAL UND METHODEN Brunst (IndB) innerhalb von 8 Tagen post applicationem (pa) durch Heatime bzw. die visuelle Brunstbeobachtung erkannt wurde. Eine später eintretende Luteolyse bzw. Ovulation konnte nicht in zeitlichen Zusammenhang mit der Prostaglandin F 2α - Applikation gebracht werden, sodass die damit verbundene Brunst nicht einer IndB sondern einer SpB zugeordnet wurde. Wäre dennoch innerhalb von 8 Tagen pa trotz ausbleibender Ovulation eine Brunst gemeldet worden, so entspräche dies einer falsch positiven Brunstmeldung einer IndB. Bei bereits besamten Tieren wurde keine Brunstinduktion durchgeführt Zyklusüberwachung Die Überwachung der Zyklusaktivität erfolgte durch regelmäßig durchgeführte transrektale sonographische Untersuchungen sowie Messungen der Progesteronkonzentration im Serum (P4) (Abb. 1) Transrektale sonographische Untersuchungen Die transrektalen sonographischen Untersuchungen wurden mit einem transportablen Ultraschallgerät (HS- 101V, HONDA Electronics CO., Tokio, Japan) im B- Mode (HERZOG et al., 2008) durchgeführt, das mit einem 5 MHz Linearschallkopf ausgestattet war. Dabei befanden sich die zu untersuchenden Tiere im Fressgitter eines dem Melkstand angeschlossenen Untersuchungsstalles. Die sonographischen Zyklusbestimmungen begannen am Tag 21 pp. Fortan wurden die Tiere dreimal pro Woche (Montag, Mittwoch, Freitag) bis zum Feststellen einer Ovulation untersucht. War ab dem Tag 21 pp bis zur nachfolgenden Ovulation kein CL sonographisch darstellbar, wurde diese als erste postpartale Ovulation gewertet. Lag am Tag 21 pp ein CL vor oder deutete ein, sich am Tag 22 oder 23 pp anbildendes, CL auf eine vor Untersuchungsbeginn stattgefundene Ovulation hin, wurde bei der nachfolgenden Ovulation von der zweiten Ovulation pp ausgegangen. War ein zuvor darstellbarer, dominanter Follikel bei der folgenden Untersuchung nicht mehr nachweisbar, wurde von einer Ovulation zwischen dieser und der zuletzt durchgeführten Untersuchung ausgegangen. Ließ sich zu diesem Zeitpunkt ein Gelbkörper in Anbildung darstellen, wurde von einer zwei Tage zurück liegenden 41

52 MATERIAL UND METHODEN Ovulation ausgegangen (Tag 3 des Zyklus; Ovulation = Tag 1 des Zyklus). War ein entsprechender Gelbkörper nicht nachweisbar, wurde die Ovulation auf den Vortag datiert (Tag 2 des Zyklus). Nach einer (sonographisch) festgestellten Ovulation wurden bei diesem Tier die dreimal pro Woche durchgeführten Untersuchungen zunächst eingestellt. Die Anbildung eines CL wurde anschließend am Tag 7 ± 1 des Zyklus sonographisch überprüft. Um den Zeitpunkt der nachfolgenden Ovulation zu bestimmen, begannen bei dem betroffenen Tier die dreimal pro Woche durchgeführten sonographischen Untersuchungen im Falle des ersten Zyklus pp am Tag 13 ± 1 des Zyklus und bei allen anschließenden Zyklen bzw. ab dem zweiten Zyklus pp sowie allen folgenden Zyklen am Tag 17 ± 1 des Zyklus. Alle folgenden Ovulationen wurden nach dem zuvor beschriebenen Untersuchungsschema erfasst Progesteronbestimmung Ab dem Tag 21 pp wurde innerhalb von 24 Stunden nach jeder Brunstmeldung durch Heatime (bis zum Tag 60 der Trächtigkeit) oder durch die visuelle Brunstbeobachtung (bis Tag 40 der Trächtigkeit) eine Blutprobe zur Bestimmung der Progesteronkonzentration entnommen. Dies wurde ebenfalls durchgeführt, wenn eine sonographische Untersuchung auf eine kürzlich stattgefundene Ovulation hindeutete, Heatime oder die visuelle Brunstbeobachtung allerdings keine in zeitlichem Zusammenhang mit der Ovulation stehende Brunst anzeigten Bestimmung der Ovulationszeitpunkte und Bewertung der Brunstmeldungen Eine Ovulation wurde durch das Vorliegen einer sonographisch festgestellten Ovulation in Verbindung mit einer innerhalb von 24 Stunden vor bzw. nach der Ovulation gemessenen P4- Konzentration von 1,0 ng/ml (Blutserum) bestätigt und lag den Ergebnissen der visuellen Brunstbeobachtungen sowie der Heatime - Meldungen als Goldstandart (Ov- Brunst) zu Grunde. Zeigte Heatime oder die visuelle Brunstbeobachtung (Score 1, 2 oder 3) innerhalb von 48 Stunden vor bzw. 24 Stunden nach dem ermittelten Ovulationszeitpunkt eine Brunst an, wurde dies als 42

53 MATERIAL UND METHODEN richtig positive Brunstmeldung gewertet. Als falsch negative Brunstmeldung wurde es bewertet, wenn trotz stattgefundener Ov- Brunst keine Brunst vom Erkennungssystem gemeldet wurde. Betrug die Progesteronkonzentration bei einer Brunstmeldung durch Heatime oder der visuellen Brustbeobachtung mehr als 1,0 ng/ml, wurde von der Existenz eines aktiven CL ausgegangen, womit eine zeitnahe Ovulation ausgeschlossen werden konnte. In diesem Falle lag eine falsch positive Brunstmeldung vor. Die Summe der richtig positiven und falsch negativen Brunstmeldungen eines Brunsterkennungssystems (Heatime /VBb/BdDr) ist gleich der Anzahl aller Ov- Brunsten. Dabei entspricht der Anteil der richtig positiven Brunstmeldungen an der Gesamtzahl aller Ov- Brunsten der Brunsterkennungsrate (BER) und damit der Sensitivität eines Systems. BER = Anzahl aller richtig positiven Brunstmeldungen eines Brunsterkennungssystems Anzahl aller Ov Brunsten Die Berechnung der Spezifität eines Systems war auf Grund der nicht messbaren richtig negativen Brunstmeldungen nicht möglich. Dem Ereignis richtig negative Brunstmeldung, entsprach der Umstand, dass ein Brunsterkennungssystem außerhalb eines Brunstgeschehens keine Brunst anzeigte. Da dieses Ereignis bis auf den Zeitpunkt einer richtig positiven oder falsch positiven Brunstmeldung durch das System allgegenwärtig und damit nicht messbar war, war die Berechnung der Spezifität eines Systems nicht möglich. Als Ersatz dafür wurde die Richtig- Positiv- Rate, die sich in der Verlässlichkeitsrate (VLR) eines Systems widerspiegelte, berechnet. Die Zahl aller Brunstmeldungen eines Erkennungssystems (Heatime /VBb/BdDr) teilt sich auf die richtig positiven sowie die falsch positiven Meldungen auf. Der Anteil der richtig positiven Meldungen an der Gesamtzahl aller Brunstmeldungen des Systems spiegelt die VLR eines Systems wider. VLR = Anzahl aller richtig positiven Brunstmeldungen eines Brunsterkennungsstystems Anzahl aller Brunstmeldungen eines Brunsterkennungssytsems 43

54 MATERIAL UND METHODEN Ovarialzysten Waren im sonographischen Bild der Eierstöcke eine oder mehrere Ovarialzysten (Durchmesser > 3 cm, Blase mit anechogenem Inhalt) darstellbar, wurden dem Tier zur Zystenbehandlung nach siebentägigem Fortbestehen der Zyste 5 ml Buserelin (Fa. animedica, Sende- Bösensell, Wirkstoff: Buserelinacetat 0,0042 mg/ml) und 2 ml Ovaren (Fa. CP- Pharma, Burgdorf, Wirkstoff: (R)- Cloprostenol 0,075 mg/ml) intramuskulär appliziert. Die Untersuchungen zur Zyklusüberwachung wurden nach oben genanntem Schema unter Beobachtung der Zyklusentwicklung fortgesetzt Persisitierende Corpora lutea Waren persistierende Corpora lutea durch die sonographischen Untersuchungen nachweisbar, wurde keine hormonelle Behandlung des Tieres durchgeführt. Die regelmäßigen sonographischen Untersuchungen wurde so lange weitergeführt, bis der pcl in Regression ging und gegebenenfalls eine neue Brunst einleitete Besamung und Trächtigkeitsuntersuchung War zum Zeitpunkt einer Brunstmeldung von Heatime die freiwillige Wartezeit von 40 Tagen abgelaufen, wurden die Tiere durch den Betriebsleiter künstlich besamt und die sonographischen sowie hormonellen Untersuchungen nach zuvor genanntem Schema der Zyklusüberwachung bis zu einer erneuten Ovulation oder dem Nachweis einer Trächtigkeit fortgeführt. Eine Trächtigkeitsuntersuchung (TU) galt als positiv, wenn im sonographischen Bild der Herzschlag des Embryos darstellbar war. War dies am Tag 30 pi der Fall, endeten die regelmäßigen sonographischen Untersuchungen. Zur Überprüfung eines Frühabortes folgten weitere Trächtigkeitsuntersuchungen an den Tagen 40, 60 und 100 pi. Bullten die Tiere vor dem Tag 30 pi um, wurden sie erneut besamt und die Zyklusaktivität der Tiere wurde weiterhin nach dem oben beschriebenen Schema der Zyklusüberwachung sonographisch und hormonell überwacht. Zeigte Heatime oder die visuelle Brunstbeobachtung nach Tag 30 pi jedoch eine gesteigerte Aktivität eines als trächtig untersuchten Tieres an, wurde es einer zusätzlichen sonographischen Untersuchung unterzogen, um festzustellen, ob weiterhin eine 44

55 MATERIAL UND METHODEN Trächtigkeit bestand oder das Tier umbullte. Die Progesteronkonzentration wurde ebenfalls bestimmt. Führten drei künstliche Besamungen zu keinem Trächtigkeitserfolg, wurden sämtliche Untersuchungen bei dem Tier beendet Parameter Beurteilung der Körperkondition Zur Bewertung der Körperkondition wurden die Tiere nach dem Body- Condition- Score (BCS) von EDMONSON et al. (1989) beurteilt. Demnach wurde die Körperkondition einer Kuh durch eine adspektorische und palpatorische Untersuchung auf einer Skala von 1 bis 5 mit Viertelschritteinteilung bewertet. Der Wert 1 entsprach einem hochgradig kachektischen, der Wert 5 einem hochgradig adipösen Zustand. Es wurden folgende Körperregionen hinsichtlich ihrer Fettdepots begutachtet: Dornfortsätze, Verbindungslinie Dorn- und Querfortsätze, Querfortsätze, Übergang der Querfortsätze zur Hungergrube (rechts), Hüfthöcker, Sitzbeinhöcker, Bereich zwischen Hüft- und Sitzbeinhöcker, Bereich zwischen Hüfthöckern und Beckenausgangsgrube. Die Kühe wurden vierzehn Tage vor dem errechneten Abkalbetermin mit der ersten BCS- Bestimmung erfasst. Fortan wurde die Körperkondition im vierzehntägigen Abstand bis zum Tag 98 pp beurteilt. Es wurde untersucht, ob der Grad der Fetteinschmelzung einen Einfluss auf die Erkennung der Brunst hat Lahmheit Bei jeder sonographischen Untersuchung wurde das Gangbild der Kühe gemäß des Locomotionscores (LS) nach SPRECHER et al. (1997) in fünf Grade eingeteilt. Dazu wurde während des Ganges und im Stand die Form der Rückenlinie sowie die Belastung der Gliedmaßen nach folgendem Schema beurteilt. LS I Rücken im Stehen und Gehen gerade. Macht lange sichere Schritte. (keine Lahmheit) LS II Gerader Rücken im Stehen aber gekrümmter Rücken im Gehen. Leicht abnormaler Gang. (geringgradige Lahmheit) 45

56 MATERIAL UND METHODEN LS III Gekrümmter Rücken im Stehen und Gehen. Macht mit einem oder mehreren Beinen kürzere Schritte. Am Bein gegenüber dem Lahmheit verursachenden Bein können die Afterklauen leicht abgesunken sein. (mittelgradige Lahmheit) LS IV Gekrümmter Rücken im Stehen und Gehen. Belastet ein oder mehrere Beine nur noch teilweise. Am Bein gegenüber dem Lahmheit verursachenden Bein sind die Afterklauen abgesunken. (hochgradige Lahmheit) LS V Stark gekrümmter Rücken. Tier setzt sich nur wiederwillig in Bewegung. Das Lahmheit verursachende Bein wird nahezu vollständig entlastet. (höchstgradige Lahmheit) Für die Auswertung der Daten wurde untersucht, ob und inwieweit der Grad der Lahmheit einen Einfluss auf die Brunsterkennung hat. Dazu wurde der Locomotionscore gewertet, den das Tier zu der, der Ovulation vorangegangenen, Untersuchung zeigte Milchleistung und Fett- Eiweiß- Quotient Der Untersuchungsbetrieb war der Milchleistungsprüfung (MLP) angeschlossen. Eine Milchkontrolle wurde einmal pro Monat durchgeführt. Der Einfluss des Milchfett- Milcheiweiß- Quotienten (FEQ) auf die Brunsterkennung wurde anhand der MLP- Daten der ersten Milchkontrolle ( Laktationstag) untersucht. Um den Einfluss der Milchleistung auf die Brunsterkennung zu überprüfen, wurde die Milchmenge mittels Milchkilogramm (MKg) zum Zeitpunkt der zweiten Milchkontrolle ( Laktationstag) herangezogen Dokumentation von besonderen tierspezifischen Ereignissen Ereignisse, die zu einer Aktivitätssteigerung hätten führen können, welche nicht in Zusammenhang mit einer Brunst standen, wurden dokumentiert. So wurden Umstallungen, Behandlungen durch einen Klauenpfleger sowie durch den Betriebsleiter durchgeführte Klauenbehandlungen festgehalten. Durch diese Maßnahmen induzierte Steigerungen der Aktivität wurden so nicht fälschlicherweise einem Brunstgeschehen zugeordnet. 46

57 MATERIAL UND METHODEN 3.3 Beschreibung des Heatime - Systems Heatime ist ein von der Firma SCR Engineers Ltd (Netanya, Israel) entwickeltes System zur Brunsterkennung bei Kühen und Rindern. In Deutschland wird das System von der Firma Milkline (Podenzano, Italien) vertrieben. Es bestand bei dem Untersuchungsbetrieb aus einer Kontrollstation mit großem beleuchteten Display und einer Bedientastatur, einer Infrarotantenne sowie 300 Transponderhalsbändern. Die Antenne war am Ausgang des Melkstandes angebracht. Die in den Halsbändern abgespeicherte Bewegungsaktivität der einzelnen Kühe wurde somit nach jedem Melkvorgang ausgelesen. Die Kontrollstation war mit der Infrarotantenne über ein Kabel verbunden. Sie meldete in Form von akustischen und optischen Alarmsignalen eine erkannte Brunst. Die Daten konnten über eine Schnittstelle auf einen PC sowie in die Herdenmanagersoftware DMS der Firma Milkline übertragen werden. Heatime verwendet für die Datenübertragung von den Halstranspondern auf die Antenne ein Infrarotsystem, was Interferenzen mit gängigen Funkfrequenzen verhindert. Im Fressgitter stehend wurde dem Tier das Halsband so angelegt, dass der Transponder an der linken oberen Halsseite und das, den korrekten Sitz des Bandes stabilisierende, Gewicht an der Halsunterseite zum Liegen kam. Zudem wurde der Verschluss des Halsbandes mit einem Kabelbinder zusätzlich gesichert. Vor der Besenderung wurden Transponder- und Tiernummer an der Kontrollstation eingegeben. In einer 7- tägigen Kalibrierungsphase wurden das individuelle Aktivitätsniveau sowie die Durchschnittsaktivität des Tieres ermittelt. Bewegungssensoren maßen und speicherten in Zwei- Stunden- Paketen die Aktivität des Tieres. Die Kontrollstation verarbeitete die von der Antenne empfangenen Rohdaten und kalkulierte anhand eines Statistikprogrammes einen aktuellen Aktivitätsgraphen. Zusätzlich wurde durchgehend das mittlere Aktivitätsniveau der gesamten Herde ermittelt und den Auswertungen zu Grunde gelegt. An der Kontrollstation wurde manuell der Aktivitätsschwellenwert (Bsp. 5,5) eingestellt. Stieg die Aktivität eines Tieres über diesen Schwellenwert, meldete Heatime eine Brunst. Der Hersteller empfahl einen Aktivitätsschwellenwert von 5,5. In der vorliegenden Studie war ein Schwellenwert von 5,0 installiert. Stieg die Aktivität einer Kuh über den Schwellenwert von 5,0, meldete Heatime eine Brunst. 47

58 MATERIAL UND METHODEN Tiere, die eine erhöhte Aktivität zeigten, wurden für eine Dauer von 32 Stunden ab Schwellenwertüberschreitung in einer gesonderten Liste aufgeführt. Die Daten wurden für eine Dauer von 60 Tagen gespeichert. Über die Kuhliste der Kontrollstation waren jederzeit alle Aktivitätswerte der Tiere ablesbar. Für jedes einzelne Tier konnten die Werte über verschiedene Zeitabschnitte graphisch dargestellt werden. Eine mittelfristige Beobachtung des Aktivitätsverlaufes bis zu 60 Tagen sowie dessen Anlehnung an das Zyklusgeschehen war somit möglich. Dies konnte bei einer anstehenden Besamung durch Aufrufen des Graphen in Betracht gezogen werden. Vom Hersteller wurde darauf verwiesen, dass der Aktivitätspeak stark mit dem Duldungsreflex des Tieres korreliere und eine Besamung 6-18 Stunden nach besagtem Peakzeitpunkt dem optimalen Besamungszeitraum recht nahe käme. Abb.2: Schematische Darstellung des Aufbaus des Heatime -Systems (Quelle: V51D HEATIME Bedienungsanweisung ( 48