Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Messung von Corticosteron in Federn von Jung- und Legehennen

Das deutsche Tierschutzgesetz verpflichtet erwerbsmäßige Nutztierhalter, zur Tierbeurteilung Tierschutzindikatoren zu erheben und zu bewerten. Dies wird in der Jung- und Legehennenhaltung aktuell mittels systematischer Bonituren von Federkleid und Haut zur Früherkennung der Verhaltensstörungen Federpicken und Kannibalismus umgesetzt. Jedoch ist diese Methode bezüglich Objektivität und Reproduzierbarkeit aus wissenschaftlicher Sicht nicht zufriedenstellend.

In der Forschung hat sich zur Erfassung von Reaktionen auf Belastungen die Messung von Glucocorticoiden im Blut, beim Vogel speziell Corticosteron, etabliert. Neuere Untersuchungen zeigen, dass Corticosteron aus dem Blut über einen längeren Zeitraum in die während des Wachstums durchbluteten Federn eingelagert wird und gemessen sowie mit Stressoren in Verbindung gebracht werden kann. Mit dem Einsatz von Corticosteron in Federn als Tierschutzindikator, wäre die non-invasive Erfassung länger andauernder Belastungen mit einem objektiven und messbaren Zahlenwert denkbar, da im Vergleich zu anderen Matrizes wie Blut, Kot oder Eiern die Einlagerung von Corticosteron in eine Feder nicht kurzfristigen Schwankungen unterliegt, sondern eine Aussage über den gesamten Zeitraum, in dem eine Feder gewachsen ist, erlaubt. Aufgrund veränderter Messwerte könnte eine Aussage darüber möglich sein, ob eine Herde während des Federwachstums vermehrt Belastungen ausgesetzt war und deshalb das Risiko der Entwicklung von Verhaltensstörungen besteht; denkbar wäre auch ein Einsatz in der Zucht stressresilienter Linien. Eine validierte Methodik zur Anwendung bei kommerziellen Jung- und Legehennenlinien ist aktuell nicht bekannt.

Ziel der Arbeit war daher, zu untersuchen, ob sich Corticosteron in Federn von Jung- und Legehennen der Genetik Lohmann Brown valide und wiederholbar messen lässt, und mit welcher Varianz gerechnet werden muss. Hierfür wurde zunächst eine Methodenvalidierung durchgeführt. Für die analytische Validierung wurden gepoolte und aliquotierte Federproben verwendet, um dieselbe Probe unter verschiedene Einflüsse zu stellen und zu analysieren. Neben der Berücksichtigung von Präzision, Spezifität, Empfindlichkeit und Richtigkeit wurden technische Einflüsse untersucht. Anschließend wurde zur Untersuchung der Varianz das Protokoll in einer Feldstudie an Federn einer 19 Lebenswochen alten Junghennenherde am Ende deren Aufzucht angewandt.

Es wurde gezeigt, dass sich Corticosteron in Federn von Jung- und Legehennen mit dem für sie in der vorliegenden Arbeit angepassten Protokoll valide und wiederholbar messen lässt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Stabilität von Corticosteron in einer Feder nicht durch UV-A-Bestrahlung beeinträchtigt wird. Dies ist für die Anwendung des Protokolls bei Herden mit Freilandzugang oder UV-Lichtangebot von Relevanz. Es konnten Untersuchungen anderer Autoren bestätigt werden, dass bei der Prozessierung durch die die Masse einer Feder dominierende Rhachis mit jedoch im Vergleich zur Federfahne geringem Corticosteron-Gehalt, ein Verdünnungseffekt entsteht. Federproben sollten daher vor deren Prozessierung einer Gewichtserfassung unterzogen und Federn mit möglichst einheitlichem Gewicht ausgewählt werden. Für das validierte Protokoll sind auf Masse standardisierte Proben vorgesehen. Ein Einfluss durch die Art der Feder selbst konnte in der Feldstudie bestätigt werden. Die Untersuchung der Varianzen hat gezeigt, dass die intra-individuelle Varianz unter Verwendung von Federn verschiedener Federflure eines Tieres größer ist als die inter-individuelle Varianz innerhalb derselben Federflur. Erklärbar ist dies dadurch, dass verschiedene Federflure zu unterschiedlichen Zeitpunkten wachsen und damit unterschiedlich lange der Corticosteron-Einlagerung ausgesetzt sind. Daraus kann geschlossen werden, dass Vergleiche nur unter Verwendung von Federn derselben Federflur möglich sind. Dies ist für die Interpretation der Ergebnisse sowie die Planung weiterführender Studien von Bedeutung. Es ist insbesondere auf den Zeitpunkt der Federbildung sowie die Wachstumsrate zu achten. Insbesondere haben sich Schwung-, Steuer- und Interskapularfedern als geeignet erwiesen.

Die Untersuchungen in dieser Arbeit haben gezeigt, dass zum jetzigen Zeitpunkt Aussagen über Tierwohl anhand von Corticosteron-Werten aus Federn nicht möglich sind. Grund hierfür sind sowohl zahlreiche Einflussfaktoren von der Einlagerung des Hormons in die Federn über dessen Extraktion bis zur Analyse, als auch Unstimmigkeiten in Bezug auf die Interpretation veränderter Corticosteron-Werte bei chronischer Belastung. Die Komplexität der Zusammenhänge konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht abschließend geklärt werden. Zukünftige Studien sollten sich mit der Erstellung von Referenzwerten in Bezug auf Blutwerte, Alter und Genetik befassen sowie mit weiteren Effekten, wie Pigmenteinlagerungen, Qualität der Federstruktur und tierindividuelle Copingstrategien im Zusammenhang mit dem Herdenmanagement. Auch ein Einfluss durch das im Blut befindliche Corticosteron selbst auf die Federbildung muss in Betracht gezogen werden. Um Vergleiche mit zukünftigen Studien anstellen zu können, ist die Anwendung desselben Protokolls unter Verwendung desselben Antikörpers erforderlich. Für die Komplettierung der Validierung muss eine geeignete Methode zur physiologischen Validierung gefunden werden. Die Erstellung einer Spezies spezifischen Kurve zur Ermittlung der optimalen Probenmasse kann das Protokoll optimieren.

Die vorliegende Arbeit bietet eine Grundlage für die Bearbeitung weiterer wissenschaftlicher Fragestellungen zur Messung von Corticosteron in Federn von Jung- und Legehennen. Ob sich Corticosteron in Federn als Indikator für das Risiko der Entwicklung von Verhaltensstörungen bei Jung- und Legehennen eignet, muss darüber hinaus in weiterführenden Studien mit dem gezielten Einsatz von Stressoren untersucht werden.

In Germany, farmers bearing the responsibility for commercial livestock, are legally obligated to evaluate the state of their animals using welfare-associated indicators. Currently, the appearance of behavioral disorders in pullets and laying hens, such as feather pecking and cannibalism, is monitored by systematic assessment of plumage and skin condition as an early warning system. However, regarding objectivity and repeatability this is not satisfying from a scientific perspective.

In research, glucocorticoid measurements, especially corticosterone in birds, have been established to assess how animals cope with stressors. Recent investigations have shown that corticosterone is deposited from blood into feathers during their growth over weeks when they are supplied with blood, and can be related to stressors. Using corticosterone in feathers as an animal welfare indicator there would be a possibility of recording non-invasively long-term allostatic load for pullets and laying hens having a numerical value. Compared to other matrices, such as blood, feces, or eggs, deposition of corticosterone into feathers does not subject to short-term stressors, but provides information about the whole time period of feather growth. With altered values a prediction could be made whether a flock is on the risk of developing behavioral disorders due to allostatic overload during feather growth. Hence, flock management could be optimized and stressors identified. Also, it could be helpful to breed stress resilient genetics. A validated method for an application on commercial pullets and laying hens is unknown.

The objective of the current examinations was to investigate whether corticosterone in feathers of pullets and laying hens, genetics Lohmann Brown, is measurable in a valid and repeatable manner, and which variation has to be expected. Therefore, firstly a validation study was undertaken to be applied in a field study with pullets at the age of 19 weeks at the end of their rearing period. For the analytical validation pooled and aliquoted feather samples were used for the examination of different treatments. Besides precision, specificity, sensitivity, and accuracy, technical influences were included.

With the present protocol valid and repeatable measurements of corticosterone in feathers of pullets and laying hens were shown. Additionally, it could be shown that stability of corticosterone in feathers is not affected by UV-A radiation, which is important for investigations in free range flocks and flocks being kept under artificial UV light. Furthermore, investigations of other authors could be confirmed, resulting in a dilution effect coming from the rachis bearing lower corticosterone levels than the vane of a feather whilst having a higher mass. Thus, it is recommended to weight feathers before process them, and the use of feathers with equal mass. Samples standardized by mass are intended for the validated protocol. An effect of the feathers themselves, regarding their types, could be detected and confirmed with the field study. Intraindividual variation (between feather types within an animal) was higher than interindividual variation (within the same feather type). Since feathers coming from different body parts growing during different periods of time, they are exposed to corticosterone for different durations. Thus, it can be concluded that comparisons can only be done using the same feather type, representing the same time frame due to the same growth period. This is important for the interpretation of results and designing further studies. The time of its growth, and its growth rate must be respected. Flight feathers from wings and tail, and body feathers from the interscapular region have shown to be particularly suitable.

With the current investigations it must be said that for now animal welfare judgements cannot be done using corticosterone in feathers, due to the reasons of the numerous possible effects not only during the whole procedure of processing the feathers, but also coming with the effects on the deposition of corticosterone into feathers and discrepancies in the interpretation of altered corticosterone values during chronical allostatic overload. The complexity of this interrelations could not be clarified finally in the context of the present investigations. Future research should investigate in reference values related to blood samples, age, and genetics, as well as other possible effects on corticosterone in feathers, such as pigments, feather quality (fault bars), and individual coping strategies as a respond to the flock management. Also, an effect of circulating corticosterone itself on the feather development must be considered. For comparisons, the application of the very same protocol as it was established for the present studies, and the use of the same antibody is necessary. To fulfill a complete validation an adequate physiological validation needs to be found. To optimize the present protocol a species specific curve for the ideal sample mass could be established.

The current investigations provide basics for further research on measurements of corticosterone in feathers of pullets and laying hens. Whether it could be used as an indicator for the risk of developing behavioral disorders in pullets and laying hens needs to be verified in further studies using specific stressors.

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