Comparative assessment of the stress response of cattle to common dairy management practices

In den letzten Jahren ist das Interesse der Öffentlichkeit am Wohlergehen und der Gesundheit von Nutztieren gestiegen. Daraufhin haben Wissenschaftler eine Vielzahl von Studien durchgeführt, die akute und chronische Stressoren beim Rind untersuchten. Neue Erkenntnisse über die Methodik der Stressvalidierung beim Rind haben jedoch gezeigt, dass die Vergleichbarkeit vieler Studien aufgrund der Hetero­genität von Umwelt- und Tiereinflüssen sowie uneinheitlichen Studiendesigns und Analysemethoden stark eingeschränkt sind.

Ziel der vorliegenden Studie war es, erstmalig eine vergleichende Beurteilung der Auswirkungen von acht, unter gängigen Haltungsbedingungen üblichen, Stimuli auf die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren Achse (HPA), das autonome Nervensystem (ANS) und die Milchproduktion von Milchkühen durchzuführen. Anhand der Definition von Koolhaas et al. (2011) sollen die gewonnenen Erkenntnisse dazu beitragen, festzustellen ob und in welchem Maße diese alltäglichen Stimuli von Rindern als unvorhersehbar und/oder unkontrollierbar empfunden werden (Bedrohung der Homöostase) oder ob die Reaktionen darauf hindeuten, dass die Stimuli als mild empfunden werden.

Für die Studie wurden zufällig 24 klinisch gesunde, laktierende Holstein-Friesian Kühe aus der Herde eines konventionellen Milchviehbetriebs in Ost­deutschland ausgewählt. Über 4 Monate hinweg wurden im Frühjahr 2021 die Stimuli „Künstliche Besamung“ (AI), „Embryotransfer“ (ET), „Natursprung“ (NB), „rektale Ultraschalluntersuchung“ (US), „tierärztliche Untersuchung“ (VE), „Morgenmelken“ (MM) und „Abendmelken“ (EM) sowie „Klauenpflege“ (HT) untersucht. Dazu wurde die Testherde am jeweiligen Testtag zufällig in Behandlungs- und Kontrollgruppen aufgeteilt.

Zur Bewertung der Aktivierung der HPA-Achse, wurden sowohl die Größe des Anstiegs als auch die Zeit bis zur Rückkehr an das Basalniveau der Serum-Cortisol-Konzentrationen (SCC) analysiert. Um dies zu erreichen, erfolgte nach einer Adapta­tionsphase die Entnahme von Blutproben an der Schwanzvene der Probanden in definierten Intervallen: 40 und 20 min vor der Anwendung des Stimulus (Ba1 & 2), bei der Anwendung des Stimulus (St) und schließlich 20 und 40 min nach der Anwendung des Stimulus (Re1 & 2). Die Stimulation des ANS und damit der sympatho-adrenomedullären Achse (SAM) wurden über Veränderungen in der Herzratenvariabilität (HRV) sichtbar. An fünf Tieren der Behandlungsgruppe wurden entsprechende Herz­frequenzgurte (POLAR Equine Belt® H7) befestigt und Daten zur HRV kontinuierlich aufgezeichnet. Aus den Aufzeichnungen wurden fünf-minütige Zeitfenster ausgewertet. Um die Aktivierung des parasympathischen bzw. sympathischen Nervensystems zu messen, wurden die fünf HRV-Parameter: Mean HR, Mean RR, RMSSD, HF und SD2/SD1-Ratio analysiert. Zusätzlich wurden Produktionsdaten zur täglichen Milchleistung (kg) über den gesamten Versuchszeitraum mittels des Herden- und Betriebs­managementsystems HERDEplus® erfasst.

Folgende signifikante Anstiege der SCC wurden nach Anwendung des Stimulus zwischen den Proben Ba2 und St erfasst: ET (P=0,001), MM (P<0,001), EM (P<0,001), HT (P<0,001) und NB (P<0,001). Des Weiteren wurde eine signifikante und schnelle Abnahme von SCC innerhalb von 20 min nach Stimulus Setzung gemessen: zwischen St und Re1 jeweils für ET (P<0,001), MM (P=0,002) und EM (P<0,001). Dies war jedoch nicht der Fall für die Stimuli HT (St zu Re1: P=0,320) und NB (St zu Re1: P=0,557). Bei diesen Stimuli erfolgte der Rückgang der SCC nicht bis zum Ende der Erholungsphase (40 min). Außerdem wurde in der Behandlungsgruppe eine signifikant höhere Netto-AUC zwischen dem Stimulus HT und AI (P=0,006), ET (P=0,010), MM (P=0,021), VE (P=0,009), EM (P=0,007) und US (P=0,010) mit Ausnahme von NB (P=0,542) festgestellt. Zwischen den Kontrollgruppen wurden keine signifikanten Unterschiede im Gesamt-SCC gemessen. Die semiquantitative Auswertung der HRV-Daten deuten auf eine insgesamt stärkere parasympathische Aktivierung und/oder verringerte sympathische Aktivierung als Reaktion auf Stimuli MM (Score 29), VE (Score 29) und AI (Score 26) im Vergleich zu HT (Score 13) hin. Die Reproduzierbarkeit und Aussagekraft der HRV-Ergebnisse waren, u.a. durch die Anzahl der verfügbaren Sensoren (n=5), sowie zusätzliche technische Störungen, stark eingeschränkt (z.B. n=2 für US). Aus diesem Grund konnte der Einfluss einzelner Stimuli auf das ANS nicht ausreichend dargestellt werden. Über den gesamten Testzeitraum von 4 Monaten wurden weder zwischen den verschiedenen Stimuli (P=0,472) noch zwischen den Gruppen „Control“, „Treatment“ und „no stimulus“ (P=0,350) signifikante Unterschiede in der Milchleistung gemessen.

Zusammenfassend legen die Ergebnisse der Cortisol-Analyse nahe, dass bei Vorliegen von Faktoren wie erhöhter körperliche Betätigung, Sexualverhalten und stärkeren Bewegungseinschränkung durch die Fixation der Tiere, wie es bei NB und HT der Fall war, die wahrgenommene Kontrollierbarkeit und Vorhersehbarkeit abnimmt und eine höhere Kortikosteron Ausschüttung erfolgt. Eine geringere Belastung wird durch die Tiere empfunden bei Stimuli wie bspw. AI, ET, US und VE, die im Fressfanggitter wirken, während die Tiere in ihrer regulären Gruppe und vertrauten Umgebung sind. Dies gilt auch für MM und EM, die in einem separaten, aber gewohnten Bereich des Betriebs durchgeführt werden.

Während Unterschiede in Stärke und Dauer der Reaktionen darauf hindeuten, dass die Stimuli von den Tieren nicht alle gleich wahrgenommen werden, spiegeln die Reaktionsmuster jedoch eine Anpassung innerhalb des physiologischen Regulationsbereichs des Rindes wieder. Darüber hinaus scheinen die funktionellen neuroendokrinen Reaktionen proportional zu den metabolischen Anforderungen zu sein, die erforderlich sind, um auf die einzelnen Stimuli zu reagieren. Die Ergebnisse aus der Analyse der täglichen Milchleistung unterstützen die These, dass Rinder die getesteten Stimuli als mild empfinden. In zukünftigen HRV-Studien würden wir vor allem die Untersuchung einer größeren Population und die Anwendung von Gurten empfehlen, die den intensiven Kräften standhalten können, die bspw. beim Auftreten von Stimuli wie Natursprung und Klauenpflege entstehen.

Die Erkenntnisse dieser Studie bezüglich der unterschiedlich stark ausgeprägten Adaption von Rindern zu praxisüblichen Stimuli in der modernen konventionellen Milchviehhaltung können in Zukunft dazu genutzt werden, die Entwicklung neuer Tierhaltungsstandards und dadurch das Wohlbefinden, die Gesundheit und letztendlich die Produktivität von Milchkühen zu verbessern.