Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Johannes Husheer

Untersuchung der elektrischen Hirn-Herz-Durchströmung als tierschutzgerechtes Verfahren zur Euthanasie von nicht überlebensfähigen Saugferkeln

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-110596

title (eng.)

Investigation of electrical current flow through brain and heart as a method for the euthanasia of non-viable piglets in accordance with animal welfare

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/husheerj_ws17.pdf

abstract (deutsch)

Die elektrische Hirn-Herz-Durchströmung als tierschutzgerechtes Verfahren zur Euthanasie von nicht überlebensfähigen Saugferkeln sollte im Rahmen der Untersuchungen als mögliche Alternative zur aktuellen zugelassenen Betäubungs- und Tötungsmethode des Kopfschlages mit anschließendem Blutentzug überprüft werden. Auf Grund von individuell bedingten Unterschieden in der Ausführung des Schlages und des Kehlschnittes, der emotionalen Belastung des Ausführenden sowie der möglichen Übertragung von Infektionskrankheiten durch den Vektor Blut ist das aktuelle, in mehreren Bundesländern per Erlass durch die zuständigen Behörden definierte Verfahren kritisch zu betrachten.

 

Zu Beginn der Studie wurden Durchströmungssimulationen anhand eines digitalen physikalisch-anatomischen Modells eines Schweines durchgeführt, um im Umgang mit der sensiblen Thematik der Euthanasie von Ferkeln im Vorfeld der

 in-vivo-Durchströmungsversuche Kenntnisse über geeignete elektrische Parameter zu gewinnen. Mit Hilfe der Software Comsol Multiphysics® wurden auf Basis der

 Finite-Elemente-Analyse am Modell elektrische Durchströmungen simuliert und visualisiert. Die im Anschluss durchgeführte Modellvalidierung schränkte zwar die Vergleichbarkeit zwischen den Simulationen und den in-vivo-Durchströmungen auf Grund von Unterschieden in der Stromdichte ein, trotzdem gaben die Modellversuche eine grundlegende Orientierung in Bezug auf Elektrodenpositionierung und -größe für die Hirn-Herz-Durchströmungen von Ferkeln und konnten zu einer Minimierung der Versuchstierzahlen beitragen.

 

Die Stromstärke, die Stromfrequenz, die Durchströmungsdauer, die Elektrodenform und das Kontaktmedium mussten im Anschluss durch Durchströmungsversuche an lebenden Tieren evaluiert werden. In der Literatur werden für die Elektrobetäubung und -tötung von Schweinen zwar geeignete elektrische Parameter beschrieben, jedoch beziehen sich die Angaben zumeist auf ausgewachsene Schweine und nicht auf Saugferkel. Zudem gibt es in der Literatur Vorbehalte gegenüber der Elektrotötung von Schweinen unter fünf Kilogramm Körpergewicht, da ein Auslösen des Herzkammerflimmerns bei Ferkeln per elektrischer Durchströmung auf Grund ihrer hohen Herzfrequenz nicht möglich sei. Dieser Umstand führte dazu, die Elektrotötung an den Anfang der Studie zu stellen und zunächst medikamentös anästhesierte Ferkel den Tötungsversuchen zuzuführen. Durch die Untersuchung von 17 verschiedenen Kombinationen aus unterschiedlichen Stromstärken, Spannungen, Stromfrequenzen, Durchströmungsdauern, Elektrodenformen und Kontaktmedien gelang es schließlich, die im Vorfeld als Ziel gesetzte fünffache Reproduktion der Tötung mit denselben Parametereinstellungen zu erreichen. Als geeignet erwies sich für die Elektrotötung von Saugferkeln mit einem Körpergewicht von 1-2 kg KGW eine Stromstärke von 750 mA, eine Frequenz von 400 Hz, eine Durchströmungskombination aus einer fünf sekündigen laterolateralen Thorax-Durchströmung, 20–30 Sekunden Pause und einer erneuten fünf sekündigen dorsoventralen Thorax-Durchströmung mit 1 x 2 cm² großen Einstechelektroden und Elektrodenkontaktgel.

 

Im darauffolgenden Versuchsabschnitt wurde die Elektrobetäubung untersucht. Nach dem Einsatz von vier verschiedenen Durchströmungsvarianten führte eine elektrische Durchströmung mit laterolateralem Elektrodenansatz im Bereich der Schläfe, einer Stromstärke von 1,3 A, einer Stromfrequenz von 50 Hz und einer Durchströmungsdauer von

 20 sec mit 1 x 2 cm² großen Einstechelektroden und Elektrodenkontaktgel zu einer erfolgreichen Betäubung.

 

Mit den auf diese Weise evaluierten Parametern konnten anschließend 25 weitere Saugferkel sicher und in Folge reproduzierbar betäubt und getötet werden. Für eine erfolgreiche elektrische Betäubung und Tötung von neugeborenen Saugferkeln hat sich demnach folgende Vorgehensweise bewährt:

 

Elektrobetäubung:  Stromstärke: 1,3 A; Stromfrequenz: 50 Hz; Elektrodenansatz: Laterolateral am Kopf im Bereich der Schläfe; Durchströmungsdauer:

 20 Sekunden; Einstechelektroden (1 x 2 cm²); Elektrodenkontaktgel.

 

Elektrotötung:         Stromstärke: 750 mA; Stromfrequenz: 400 Hz; Durchströmungskombination: 5 Sekunden laterolaterale

 Thorax-Durchströmung, 20–30 Sekunden Pause, 5 Sekunden dorsoventrale Thorax-Durchströmung; Einstechelektroden (1 x 2 cm²); Elektrodenkontaktgel.

 

Die Betäubungstiefe und der Tötungserfolg wurden mit Hilfe von Versuchsprotokollen innerhalb von zehn Minuten nach Durchströmung regelmäßig beurteilt und dokumentiert. Die Feststellung einer adäquaten Betäubung wurde mit Hilfe der klinischen Reflexprüfung durchgeführt. Die Feststellung des Todes erfolgte ebenfalls anhand der klinischen Reflexprüfung sowie zusätzlich der Beurteilung unsicherer Todeszeichen, der Elektrokardiographie (EKG) und der Elektroenzephalographie (EEG). Die EKG-Untersuchung stellte sich hierbei als zentrales und entscheidendes Diagnostikum heraus, da sie zuverlässig das zum Tode führende Herzkammerflimmern darstellte. Zudem erwies sich die klinische Feststellung des Todes anhand der Beurteilung unsicherer Todeszeichen (geweitete Pupille, offenes, gebrochenes Auge; fehlende Augenbewegung; Erschlaffung der Muskulatur; Entspannung des Afters (ggf. Kotaustritt); Erlöschen der Atmung; fehlende Herzaktivität) als aussagekräftiges Diagnostikum. Als klinische Reaktion auf die Stromeinwirkung wurde die Entstehung von Brandmarken und das Auftreten von unkoordinierten Bewegungen und Lautäußerungen je nach Ausprägung (geringgradig, mittelgradig und hochgradig) beurteilt und dokumentiert. Die Ferkel wiesen bei der Elektrotötung an den Elektrodenkontaktstellen auf der Haut zumeist gering- bis mittelgradige Brandmarken auf, während sie bei der Elektrobetäubung häufig mittelgradig ausgeprägt waren. Lautäußerungen wurden weder bei der Elektrotötung noch -betäubung festgestellt. Unkoordinierte Bewegungen wurden bei der Elektrotötung gar nicht oder gelegentlich in geringgradiger Ausprägung beobachtet. Nach der elektrischen Kopfdurchströmung zeigten alle Ferkel geringgradige unkoordinierte Bewegungen. Während der elektrischen Thoraxdurchströmung sowie der Kopfdurchströmung erfolgte ausnahmslos bei allen Tieren eine generalisierte Verkrampfung der Rumpfmuskulatur mit maximaler Streckung der Gliedmaßen.

 

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die elektrische Hirn-Herz-Durchströmung ein geeignetes und tierschutzgerechtes Verfahren zur Euthanasie von Saugferkeln sein kann. Um ausschließen zu können, dass der Betäubungs- und Tötungserfolg durch Krankheiten, Missbildungen und dergleichen beeinflusst wird, wurden die Untersuchungen an klinisch gesunden Tieren durchgeführt. Die Hypothese, dass die Tötungsmethode sich auch auf nicht überlebensfähige Ferkel übertragen bzw. anwenden lässt, muss im Rahmen weiterführender Versuche untersucht werden.

abstract (englisch)

The study was performed to develop electrical current flow through brain and heart as an appropriate method in accordance with animal welfare for the euthanasia of unviable piglets. The current practice of killing piglets by exsanguination after causing a blunt head trauma is to be criticized, due to large variation in the skills performing this task, the emotional burden and the potential danger of passing on diseases caused by blood.

 

First, the process of electrical stunning and electrocution were simulated with a finite-element-method computer model without animal testing. Using the piglet-model, the distribution of current density in the brain and heart were calculated and visualized with the computer software Comsol Multiphysics®. Within the frame of the simulations the size and the position of the electrodes were characterized. The model-validation restricted the comparability between in-vivo-perfusions and simulations relating to current density and distribution, but still the model gave a trend and helped to minimize the number of laboratory animals.

 

The electrical parameters current strength, frequency, duration of the current flow, shape of the electrodes and the electrode contact medium were investigated in the next step of the study with in-vivo experiments, because there are no references or any information about electrical stunning and electrocution of piglets with a body weight under 10 lbs. In fact there are some reservations regarding electrocution of piglets, which argue that it is not possible to induce ventricular fibrillation followed by cardiac arrest. Consequently, the experiments started with electrocution in azaperone and ketamine anaesthetized piglets.

 

After seventeen different combinations of amperage, voltage, frequency, duration of the current flow, shape of the electrodes and electrode contact medium the procedure succeeded. Five piglets were killed consecutively using the same electrical parameters (current strength: 0,75 A; frequency: 400 Hz, electrode position and duration of the current flow: 5 sec laterolateral current flow through the thorax – 20-30 sec break – 5 sec dorsoventral current flow through the thorax; shape of the electrodes: skin penetrating needle electrodes with a size of 1 x 2 cm², electrode contact medium: electrode gel).

 

Electrical stunning was investigated, by three different head stun protocols. The method succeeded and five piglets were stunned by producing instantaneous and painless unconsciousness with the following electrical parameters: Current strength:

 1,3 A; frequency: 50 Hz; electrode position: laterolateral in the area of the temples; duration of the current flow: 20 sec; shape of the electrodes: skin penetrating needle electrodes with a size of 1 x 2 cm²; electrode contact medium: electrode gel.

 

The evaluated parameters for electrical stunning and electrocution were combined in another group of twenty-five piglets, which were stunned and killed successfully. The following electrical parameters have been proved for use of electrical stunning and electrocution in newborn piglets:

 

Electrical stunning:   Current strength: 1,3 A, frequency: 50 Hz; electrode position: laterolateral in the area of the temples; duration of the current flow: 20 sec; shape of the electrodes: skin penetrating needle electrodes with a size of 1 x 2 cm²; electrode contact medium: electrode gel

 

Electrocution:            Current strength: 0,75 A; frequency: 400 Hz, electrode position and duration of the current flow: 5 sec laterolateral current flow through the thorax – 20-30 sec break – 5 sec dorsoventral current flow through the thorax; shape of the electrodes: skin penetrating needle electrodes with a size of 1 x 2 cm², electrode contact medium: electrode gel

 

In order to monitor the success of the procedure, a trial protocol was recorded in specified intervals.

 

In order to make sure that electrical stunning reliably induces insensibility, the return of reflexes were evaluated. The confirmation of death was also based on reflex-examination, additional to the assessment of clinical signs of death, electrocardiography and electroencephalography. The electrocardiography, visualizing ventricular fibrillation preceding death turned out to be the essential diagnostic element, followed by the assessment of physical signs of death.

 

In response to the current flow through the head and thorax, the appearances of excitations, noises and skin-irritations were observed and recorded.

 

Electrocution induced in most of the piglets mild to moderate skin irritation. In response to the head stunning, animals showed mostly moderate skin irritation. The piglets made no noises, neither during electrocution nor during stunning. Mild excitations could be observed after the electrocution. Induced by head stunning, all piglets showed uncoordinated and twitching body movements. During the current flow through head and body, all piglets showed general muscle cramps and hyperextension of the extremities.

 

The study has shown that electrical head stunning followed by electrocution is considered suitable for the euthanasia of piglets with a bodyweight between one and two kilograms. To exclude that diseases or malformations affect the method the investigation was conducted with healthy animals. Further studies must be performed to prove that the evaluated stunning and killing method can be transmitted to non-viable animals.

keywords

Nottötung, Elektrobetäubung, Elektrotötung, celectrical stunning, electrocution, non-viable piglets

kb

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