Schlüsselwörter
Refinement - Fiebermessen - nicht-invasiv - Infrarot
Key words
refinement - body temperature measurement - non-invasive - infrared
Einleitung
Die Körperinnentemperatur ist ein geeigneter Indikator für die
Gesundheitskontrolle bei Tieren sowie die Erkennung von fieberhaften Erkrankungen,
z. B. Infektionskrankheiten [1] oder
Erkrankungen, die mit einer Hypothermie einhergehen. Die Messung der rektalen
Körperinnentemperatur als „Goldstandard“ [2]
[3] ist eine
Methode, die direkten Tierkontakt erfordert und sogar als invasiv bezeichnet werden
kann [4]
[5]. Bei
Nutztieren ist dafür in der Regel aus Gründen der Arbeitssicherheit
eine Fixation des Tieres notwendig. Für Tiere, die den Umgang mit dem
Menschen nicht oder kaum kennen, kann jedoch schon die Fixierung zu einem
stress-induzierten Anstieg der Körpertemperatur führen und so die
Aussagekraft zum Gesundheitszustand des Tieres schwächen [6]
[7]
[8]. Hinzu kommt, dass die rektale Messung der
Körperinnentemperatur arbeitsintensiv ist. Im Durchschnitt dauert die
Messung der Rektaltemperatur pro Tier 15 Sekunden [9], was bei einer großen Zahl zu betreuenden Tieren einen
erheblichen zeitlichen Mehraufwand bedeutet.
In der Versuchstierkunde ist das 3R-Prinzip zur Minimierung der Belastung im Versuch
ein wesentlicher Bestandteil [10]. Dieses Prinzip
beinhaltet in 3 Teilbereichen die Erarbeitung und Anwendung von Ersatzmethoden zum
Tierversuch (‚Replace‘, z. B. durch
in-vitro-Verdauungssysteme), von Methoden zur Verminderung der Tierzahlen im Versuch
(‚Reduce‘, z. B. durch biometrische Tierzahlplanung) und von
Methoden zur Minimierung der Belastung der Versuchstiere (‚Refine‘,
z. B. durch Tiertraining). Letzteres kann unter anderem durch die Verwendung
von alternativen Temperaturmessmethoden, die keinen direkten Kontakt zum Tier
erfordern, erreicht werden. Im Rahmen der Gesundheitsbeurteilung (Scoresheet) von
Tieren im Tierversuch ist eine regelmäße Kontrolle der
Körpertemperatur notwendig. In einem Scoresheet eines Tierversuchs werden
Untersuchungsintervalle und tierbasierte Befunde festgelegt, die Belastungen der
Tiere im Versuch frühzeitig erkennen lassen und entsprechende Interventionen
festlegen. Der Stress für das Tier bei den entsprechend des Scoresheets
vorgegebenen regelmäßigen Untersuchungen und der damit verbundene
mögliche Anstieg der Körpertemperatur können durch indirekte
Temperaturmessmethoden minimiert werden.
Solche Alternativmethoden zur Messung der Körpertemperatur wurden entwickelt
und evaluiert. Bei Rindern wurde die Körperinnentemperatur mittels
Temperaturboli im Reticulo-Rumen [5]
[11]
[12] gemessen.
Vaginale Temperaturlogger wurden bei Rindern und Schweinen [2]
[13]
eingesetzt. Die Körperoberflächentemperatur wurde
berührungslos mittels Wärmebildkamera bei Schweinen,
Kälbern, Ponys und Schafen [3]
[8]
[9]
[14]
[15] sowie
Infrarotthermometer bei Schweinen und Rindern [9]
[16] erfasst. Die Temperaturmessungen
durch die Eingabe von Boli in das Reticulo-Rumen von Rindern korrelieren mit der
Rektaltemperatur und konnten in diesen Studien Temperaturanstiege zur
Krankheitsfrüherkennung 4 Tage vor dem Auftreten klinischer Symptome
detektieren [5]
[11]
[12]. Vaginale Temperaturlogger
zeigten bei Rindern und Schweinen gute Korrelationen zu rektalen Messungen und
stellen eine Möglichkeit zur postpartalen Temperaturkontrolle dar [2]
[13]. Beide
Methoden ermöglichen ein kontinuierliches Temperaturmonitoring des Tieres.
Jedoch ist sowohl für die Applikation eines Temperaturbolus in das
Vormagensystem als auch für das Einsetzen des vaginalen Temperatursensors
ein direkter Kontakt zum Tier notwendig. Zudem verbleibt der Bolus dauerhaft im
Tier, auch wenn dessen Funktionsfähigkeit durch den Verbrauch der Batterie
nicht mehr gegeben ist. Ebenso können Vaginallogger, wenn sie lange im Tier
verbleiben durch lokale Reizung Entzündungen hervorrufen.
Die Körperoberflächentemperatur kann bei landwirtschaftlichen
Nutztieren an verschiedenen Körperstellen mit einer Wärmebildkamera
[8]
[14] oder
einem Infrarotthermometer [9]
[17] gemessen werden. Die
Oberflächentemperatur an Auge, Scham und Ohr zeigte die beste Korrelation
zur zeitgleich gemessenen Rektaltemperatur [9]
[14]. Die Messung der
Körperoberflächentemperatur von Kälbern bzw. Ponys am Auge
mit Infrarotthermographie war geeignet, um frühzeitig erkrankte Tiere zu
identifizieren [3]
[15]. Infrarotmessungen, bei denen die
Körperoberflächentemperatur punktförmig ermittelt wird
(Infrarotthermometrie), wurden vergleichend zu Aufnahmen mittels
Wärmebildkamera (maximale und mittlere Temperatur des untersuchten
Körperareals) von Schmidt et al. [9]
untersucht. Bei einem Infrarotthermometer ist die Messstelle kleiner und begrenzter
als bei einer Wärmebildkamera, was die Variabilität der Messung
minimiert und zu verlässlicheren Daten führt [9]. Venjakob et al. [16] fanden einen positiven Zusammenhang der mittels Infrarotthermometer
gemessenen Temperatur am Ohr und der Serumcalciumkonzentration bei
Kühen.
Neben den zahlreichen Vorteilen bergen Infrarot-Temperaturmessungen auch
Herausforderungen. Johnson et al. [3] detektierten
Temperaturunterschiede bei Messungen mit einer Infrarotkamera in
Abhängigkeit der Entfernung zum Tier. Deshalb ist es bei den Messungen
notwendig, einen definierten Abstand zur Messstelle an der
Körperoberfläche zu garantieren, um eine Vergleichbarkeit der
Messwerte zu gewährleisten. Auch können externe Klimafaktoren, wie
beispielsweise die Lufttemperatur, Messwerte beeinflussen [14]
[18].
Ziel der vorliegenden Studie war es, die Messung der Körpertemperatur zur
Gesundheitskontrolle von Schweinen in einem Transferversuch (Reg.-Nr.
0123/20) mit Infrarotthermometern zu evaluieren. Um Stress und Belastungen
im Versuch durch häufige Fixation der Tiere so gering wie möglich zu
halten (Refinement), sollte in der vorliegenden Studie die Eignung der
berührungslosen Temperaturmessung mittels zweier Infrarotthermometer als
mögliche Alternative zur rektalen Messung untersucht werden. Die Hypothesen
waren: 1) die rektal gemessene Körperinnentemperatur korreliert mit der
mittels Infrarotthermometer gemessenen Körperoberflächentemperatur
an Stirn, Ohrbasis und Anus; 2) der Typ des Thermometers hat einen Einfluss auf die
gemessene Temperatur; 3) der Messpunkt hat einen Einfluss auf die Temperatur; 4) die
Messung der Körpertemperatur mit einem Infrarotthermometer ist
wiederholbar.
IRT: Infrarotthermometer
OFT: Körperoberflächentemperatur
RT: Rektaltemperatur
Material und Methoden
Tiere und Haltung
In die Studie wurden 12 männliche, kastrierte, rein
weißpigmentierte Schweine (Masthybriden aus Yorkshire Schwein und
Dänischer Landrasse) eingeschlossen. Die Tiere wurden im Rahmen einer
Transferstudie von Januar bis April 2021 auf dem Versuchsgut des
Bundesinstitutes für Risikobewertung (BfR) eingestallt. Die Tiere
erhielten zweimal täglich (8 und 15 Uhr) ein Mastalleinfuttermittel
(110 g/kg0,75 Körpergewicht und Tag [19]), das dem ernährungsphysiologischen
Bedarf entspricht, sowie Stroh und Wasser ad libitum. Die Körpergewichte
der Schweine betrugen im Mittel 24,7+/- 1,6 kg bei
Studienbeginn und 88,6+/- 6,0 kg bei Studienende. Je 2
Schweine (6 Gruppen) wurden in planbefestigten Buchten (10 m2,
unterteilt in Liege- und Kotbereich) aufgestallt. Die Buchten waren mit einer
Gummiliegematte und wechselndem Spielmaterial (Ball, Beißholz und -mond)
ausgestattet. Die Stallräume sind mit einer Deckenlüftung und
Luftwaschanlage ausgestattet. Die Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit wurden mit
einem Thermometer/Hygrometer (Weinberg 40372, Haan, Deutschland)
gemessen und täglich zwischen 8:00 und 9:00 Uhr abgelesen und
dokumentiert.
Messung der Körpertemperatur
Für die tierindividuelle Gesundheitskontrolle im Rahmen eines
Tierversuches (Reg.-Nr. 0123/20) wurde über 11 Wochen bei den
Schweinen einmal wöchentlich morgens zwischen 8:00 und 9:00 Uhr
während der ersten Fütterung die Rektaltemperatur (RT) mit dem
Digitalen Veterinärthermometer Vet 12 (Woiwode GmbH & Co.KG,
Michelstadt) gemessen. Dafür wurde das Thermometer 5 cm
in den Anus eingeführt ([Abb. 1a])
[13]
[20]. Durch eine Gewöhnung des Tieres an den Untersucher sowie
eine Belohnung der Tiere mit Futter (naturbelassenes Popcorn) konnten die
Schweine zum Stillhalten motiviert werden. Eine Fixation der Tiere war somit
nicht notwendig. Das Protokoll der Gesundheitskontrolle sah vor, dass bei der
wöchentlichen Messung bei Abweichungen von der physiologischen
Körpertemperatur (<38,3 bzw.>39,3°C [7]), diese nach 24 h erneut
kontrolliert werden muss. Rektaltemperaturen≥40°C wurden als
Fieber definiert. In diesem Fall wäre eine tierärztliche
Untersuchung durchgeführt worden. Im Studienverlauf ist dieser Fall
jedoch nicht eingetreten.
Abb. 1 Messung der Körpertemperatur beim Schwein:
Rektalthermometer mit einer 5 cm–Markierung (a);
Infrarotthermometer mit jeweils einem 5 cm–Abstandshalter
(b); Messung der Rektaltemperatur (c), Messung der
Infrarottemperatur an der caudalen Ohrbasis (d), Anus (e),
und Stirn (f); → markiert die 5 cm–Markierung.
Quelle: Bundesinstitut für Risikobewertung.
Fig. 1 Measuring pigs’ body temperature: rectal
thermometer with a red 5 cm mark (a); infrared thermometers with
a 5 cm spacer each (b); measuring the rectal temperature
(c); measuring the infrared temperature on the caudal base of
the ear (d), anus (e) and forehead (f); →
denotes red 5 cm line. Source: German Federal Institute for Risk
Assessment.
Die Körperoberflächentemperatur (OFT) wurde mit 2
Infrarotthermometern (IRT) an Stirn, caudaler Ohrbasis des rechten Ohrs (keine
Ohrmarke) und Anus gemessen. Für die Messung wurden die Tiere nicht
fixiert, allenfalls mit einer Futterbelohnung zum Stillhalten motiviert ([Abb. 1d/f]). Für die
Infrarotmessungen wurden das IRT1 – Infrarot Thermometer JPD-FR202
(Shenzen Jumper Medical Equipment Co., Ltd., Shenzhen, China) und IRT2 –
Fluke 568 IR Thermometer (Fluke Deutschland GmbH, Glottertal, Deutschland)
verwendet. Das IRT1 ist ein Gerät zur Messung der
Körperoberflächentemperatur beim Menschen. Für
Oberflächen ist der Messbereich von 0–100°C angeben und
für die Körperoberfläche von
34,9–42,2°C. Bei einem Messabstand von 1–5 cm,
Umgebungstemperatur von 10–40°C und 15 bis 95%
Luftfeuchtigkeit beträgt die Messgenauigkeit±0,2°C. Der
Emissionsgrad des Gerätes beträgt 0,95. Das IRT2 ist ein
Infrarotthermometer für die industrielle Anwendung. Der Messbereich
liegt zwischen -40–900°C. Bei einem Messabstand von 5 cm
beträgt die Messpunktgröße 10 mm. Die
Messgenauigkeit wird mit±0,1°C angegeben.
Bei der Messung der rektalen Körpertemperatur wurde zu Standardisierung
der Eindringtiefe von 5 cm eine Markierung am Thermometer angebracht. An
den IRT wurde ein stabiler Pappstreifen mit einem freien Ende von 5 cm
befestigt. Bei der Messung berührte das Ende des Pappstreifens den
Messpunkt. So konnten die Messungen in einem konstanten Abstand von 5 cm
durchgeführt werden. Der Abstand wurde aufgrund der Vorgaben in der
Bedienungsanleitung des IRT1 gewählt ([Abb.
1]). Die Messung wurde durch einmaliges Drücken der Messtaste
durchgeführt. Alle Messungen wurden von der gleichen Person
durchgeführt, eine zweite Person dokumentierte die Temperaturen in einer
Tabelle. Die Thermometer wurden zwischen den Messungen im Stallbereich
gelagert.
Zur Evaluation der Wiederholbarkeit der Messungen wurde mit jedem Thermometer an
den entsprechenden Messpunkten einmalig zehnmal in Folge eine Messung
durchgeführt.
Die Tiere wurden einmal wöchentlich auf einer Durchlaufwaage (Bosche
Schweinewaage ETW-ZB, Damme, Deutschland) gewogen. Mit Hilfe von Futter und
eines Treibebretts wurden die Tiere auf die Waage geführt und wiederum
mit Futter belohnt, sobald sie vollständig auf der Waage standen.
Statistische Auswertung
Die Erfassung und Auswertung der Daten erfolgte mit Microsoft Excel (Version
16,56) und IBM SPSS Statistics (Version 26,0; IBM Corp., 2019). Die
Stichprobengröße ergab sich aus der für die
Transferstudie genehmigten und auf dem Versuchsgut des BfR eingestallten
Schweine. Der Zusammenhang der Raumtemperatur, Luftfeuchte und rektalen
Temperaturmessung zur Messung mittels Infrarotthermometer wurde mit dem
Korrelationskoeffizienten nach Pearson berechnet. Der Korrelationskoeffizient
stellt selbst ein Maß für die Effektstärke dar und wurde
entsprechend interpretiert: schwacher Effekt für
0,1≤r<0,3; mittlerer Effekt für
0,3≤r<0,5; starker Effekt für r>0,5 [21]. Der Einfluss des verwendeten Thermometers
und des Messpunktes auf die gemessene Temperatur wurde mit dem t-Test
für verbundene Stichproben bestimmt. Aus dem t-Wert wurde die
Effektstärke berechnet, wobei Effektstärken von
0,2≤d<0,5 als schwacher Effekt, 0,5≤d<0,8 als
mittlerer Effekt und d>0,8 als starker Effekt interpretiert wurde [21]. Das Signifikanzniveau betrug
p<0,05. Um die Wiederholbarkeit einer Messung zu prüfen, wurde
der Varianzkoeffizient der zehnmal in Folge am entsprechenden Messpunkt
gemessenen Messwerte berechnet als
CV(%)=Standardabweichung/Mittelwert.
Für die Überprüfung der Übereinstimmung zweier
Messmethoden (RT und IRT1 sowie RT und IRT2) empfehlen Grouven et al. [22] die Methode nach Bland-Altman. Im
Bland-Altman-Plot ([Abb. 3]) wird die
Differenz eines Messwertpaares (RT – IRT) über dem Mittelwert
des Messwertpaares dargestellt ([RT+IRT]/2) [23]. Dieser beinhaltet neben einer Linie, die
den Mittelwert der Differenz angibt, 2 weitere Linien – die obere und
die untere Übereinstimmungsgrenze. Berechnet werden letztere aus dem
Mittelwert der Differenz (MWD) und der Standardabweichung der
Differenz (SDD).
Abb. 3 Differenz der Messwerte der Rektaltemperatur (RT) und der
Körperoberflächentemperatur an Ohrbasis, Anus und Stirn
mit zwei Infrarotthermometern (IRT1 und IRT2) in Abhängigkeit
des Mittelwertes von RT und IRT; rote Linie – mittlere
Differenz, grün gestrichelte Linie – obere und untere
Übereinstimmungsgrenze (95%-Limit). Quelle:
Bundesinstitut für Risikobewertung.
Fig. 3 Difference between rectal temperature (RT) and body surface
temperature at ear basis, anus and forehead measured with two infrared
thermometers (IRT1 and IRT2) against mean of RT and IRT; red line
– mean, green dashed line – upper and lower limit of
agreement (95% limit). Source: German Federal Institute for Risk
Assessment.
Ergebnisse
Luftfeuchte, Raumtemperatur und Körpergewicht sowie RT und OFT, gemessen
mittels IRT an Ohr, Stirn und Anus, wurden bei 12 Schweinen zu 11 Messzeitpunkten
ausgewertet (n=132) ([Tab. 1]). Die RT
und mittels IRT1 und IRT2 gemessenen Temperaturen sind in [Abb. 2] dargestellt. An allen 3
Infrarot-Messpunkten war die Temperatur geringer als die RT (im Mittel
38,9°C). Die mittels IRT2 gemessenen Temperaturen (im Mittel 33,8°C)
waren geringer als bei Messungen mit dem IRT1 (im Mittel 36,4°C)
(p<0,05). Die Varianz der Messungen an
Ohrbasis/Anus/Stirn war größer für IRT2
(2,19/2,03/1,12) als für IRT1
(0,15/0,04/0,73) und das Rektalthermometer (0,2)
(p<0,05).
Abb. 2 Boxplot für die Darstellung der Streuung der gemessenen
Temperaturwerte (n=132) mit 3 verschiedenen Thermometern
(Rektalthermometer [RT], Infrarotthermometer 1 [IRT1] und
Infrarotthermometer 2 [IRT2]) an unterschiedlichen Messpunkten mit Median,
1. und 3. Quartil (Box) sowie Minimal- und Maximalwerte (Antennen) und
Ausreißer (Punkte). Quelle: Bundesinstitut für
Risikobewertung.
Fig. 2 Boxplot for demonstration of variation of temperatures measured
(n = 132) with 3 different thermometers (rectal [RT] and infrared
[IRT1 and IRT2]) at different body parts with median, 1st and 3rd quartil
(box), minimum and maximum (whiskers) and outliers (dots). Source: German
Federal Institute for Risk Assessment.
Tab. 1 Mittelwert (MW), Minimum (Min), Maximum (Max) und
Standardabweichung (SD) der Luftfeuchte, Raumtemperatur,
Körpergewicht, Rektaltemperatur (RT) und
Körperoberflächentemperatur an Ohrbasis, Anus und Stirn
gemessen mit 2 Infrarotthermometern (IRT1 und IRT 2) beim Schwein
(n=12).
Table 1 Mean (MW), minimum (Min), maximum
(Max) and standard deviation (SD) of humidity, room temperature,
bodyweight, rectal temperature (RT) and body surface temperature at the
base of the ear, anus and forehead of pigs (n=12) measured with
2 infrared thermometers (IRT1 and IRT2).
Parameter
|
MW
|
Min
|
Max
|
SD
|
Luftfeuchte, %
|
31,8
|
20,0
|
43,0
|
6,3
|
Raumtemperatur, °C
|
19,2
|
18,0
|
20,2
|
0,5
|
Körpergewicht, kg
|
Woche 1
|
24,7
|
21,2
|
27,0
|
1,6
|
Woche 12
|
88,6
|
80,6
|
100,0
|
6,0
|
Körpertemperatur, °C
|
RT
|
38,9
|
37,8
|
40,1
|
0,5
|
IRT - Ohr
|
|
|
|
|
IRT1
|
36,3
|
35,0
|
36,9
|
0,4
|
IRT2
|
33,6
|
29,2
|
36,6
|
1,5
|
IRT - Anus
|
IRT1
|
36,5
|
35,9
|
36,9
|
0,2
|
IRT2
|
34,5
|
30,4
|
37,2
|
1,4
|
IRT - Stirn
|
IRT1
|
36,3
|
35,3
|
36,8
|
0,3
|
IRT2
|
33,2
|
30,1
|
36,8
|
1,1
|
Der Korrelationskoeffizient für Raumtemperatur und Luftfeuchte war
r=0,334 (p<0,05). Der Zusammenhang von Raumtemperatur und
Luftfeuchte zur RT und OFT war nicht signifikant für IRT1 bzw. schwach
für IRT2 (r=0,198 bis r=0,297; p<0,05). Die RT sowie
OFT und das Körpergewicht korrelierten nicht. Die Korrelation der
Rektaltemperatur mit der OFT gemessen mit IRT1 und IRT2 an Ohrbasis, Anus und Stirn
ist in [Tab. 2] dargestellt.
Tab. 2 Pearson-Korrelationskoeffizient zur Beschreibung des
Zusammenhangs zwischen gemessenen Körpertemperaturen beim
Schwein (n=12); RT – Rektaltemperatur, 2 IRT –
Infrarotthermometer (IRT1 und IRT2).
Table 2 Pearson
correlation coefficient describing the relation between body
temperatures in pigs (n = 12); RT – rectal temperature,
2 IRT – infrared thermometer (IRT1 and IRT2).
|
Korrelation
|
Signifikanz
|
Effektstärke
|
RT und IRT
|
Ohr
|
IRT1
|
0,21
|
0,15
|
schwach
|
IRT2
|
0,43
|
0,00
|
mittel
|
Anus
|
|
|
|
IRT1
|
0,15
|
0,08
|
-
|
IRT2
|
0,26
|
0,03
|
schwach
|
Stirn
|
|
|
|
IRT1
|
0,01
|
0,94
|
-
|
IRT2
|
0,20
|
0,02
|
schwach
|
IRT1 und IRT2
|
Ohr
|
0,37
|
0,00
|
mittel
|
Anus
|
0,26
|
0,00
|
schwach
|
Stirn
|
0,49
|
0,00
|
mittel
|
Um die Wiederholbarkeit der Messungen der Körpertemperatur zu
prüfen, wurden der Varianzkoeffizient (%) bei 10
aufeinanderfolgenden Messungen mit dem jeweiligen Thermometer an den entsprechenden
Messstellen errechnet und miteinander verglichen. Die Wiederholbarkeit einer Messung
ist umso besser, je geringer die Varianz der in Folge gemessenen Messwerte ist [23]. Die Varianzen der Messung waren am geringsten
für die RT und OFT an Stirn und Anus gemessen mit IRT1. Die Varianzen sind
überwiegend nicht homogen zwischen den Thermometern bzw. Messpunkten
(p>0,05) ([Tab. 3]).
Tab. 3 Mittelwert (MW), Standardabweichung (SD) und
Varianzkoeffizient (CV [%]) von 10 Messwiederholungen der
Rektaltemperatur (RT) und mittels 2 Infrarotthermometern (IRT1 und IRT2)
gemessenen Temperatur bei einem Schwein.
Table 3 Mean (MW),
standard deviation (SD) and coefficient of variance (CV [%]) of
10 repeated measurements of rectal temperature and temperature measured
using 2 different infrared thermometers (IRT1 and IRT2) in one
pig.
|
MW
|
SD
|
CV (%)
|
RT
|
38,5
|
0,17
|
0,4
|
IRT1
|
Stirn
|
36,4
|
0,19
|
0,5
|
Ohr
|
35,8
|
0,29
|
0,8
|
Anus
|
36,7
|
0,08
|
0,2
|
IRT2
|
Stirn
|
32,9
|
0,55
|
1,7
|
Ohr
|
32,7
|
0,78
|
2,4
|
Anus
|
35,6
|
0,53
|
1,5
|
Die Mittelwerte der Thermometer unterschieden sich an den entsprechenden
Messpunkten signifikant voneinander (p<0,05) mit Ausnahme des IRT1 an Stirn
und Ohr (p>0,05). Nach Cohen ist der Effekt schwach bis mittel ([Tab. 4]).
Tab. 4 Unterschied der Mittelwerte der Infrarotthermometer
(IRT1 und IRT2) an den verschiedenen Messpunkten mit Mittelwertdifferenz
(DiffMW), Standardabweichung (SD),
Effektgröße (d) und Signifikanz (p).
Table
4 Difference of mean of the infrared thermometers (IRT1 and IRT2)
at the distinct body locations with mean difference (DiffMW), standard
deviation (SD), Cohens effect (d) and significance (p).
|
DiffMW
|
SD
|
d
|
p
|
IRT1
|
Ohr Anus
|
0,24
|
0,39
|
0,61
|
<0,001
|
Ohr Stirn
|
0,06
|
0,46
|
0,12
|
0,156
|
Anus Strin
|
0,18
|
0,30
|
0,61
|
<0,001
|
IRT2
|
Ohr Anus
|
0,75
|
1,83
|
0,41
|
<0,001
|
Ohr Stirn
|
0,48
|
1,66
|
0,29
|
0,001
|
Anus Stirn
|
1,2
|
1,76
|
0,69
|
<0,001
|
Vergleichbarkeit der Messwertreihen
Der Bland-Altman-Graph für die Darstellung der Differenz zwischen RT und
IRT1 sowie IRT2 und den Mittelwerten von RT und IRT1 sowie IRT2 zeigt, dass die
meisten Messwerte innerhalb der oberen und unteren
Übereinstimmungsgrenze, dem akzeptablen Schwankungsbereich, liegen
(95%-Limit). Dennoch ist die tatsächliche Differenz der
Messwerte zwischen der RT und IRT für beide IRT für alle
Messpunkte (Ohrbasis, Anus und Stirn) höher als der akzeptable
Schwankungsbereich ([Abb. 3]). Unter der
Annahme, dass Unterschiede innerhalb des akzeptablen Schwankungsbereich klinisch
nicht relevant wären, sind die beiden Messmethoden, rektale und
Infrarotmessung, gleichwertig einsetzbar. Der mittlere Schwankungsbereich
für die Differenz RT-IRT1 (1,5–3,5°C) ist kleiner als
für die Differenz RT-IRT2 (2,6–7,6°C). Der
Schwankungsbereich gibt an, dass die Infrarotmessungen in 95% der
Fälle einen Wert liefern, der sich im Mittel um
1,5–3,5°C (IRT1) bzw. 2,6–7,6°C (IRT2) von dem
Wert der rektalen Temperaturmessung unterscheidet.
Diskussion
Ziel dieser Studie war es, zu testen, ob Infrarotthermometer für die
Köpertemperaturmessung zur Gesundheitsüberwachung von Schweinen
geeignet sind. Eine Messung mit einem IRT könnte den Arbeitsaufwand und den
Stress für die Tiere bei der Kontrolle der Körpertemperatur
verringern.
In dieser Studie hat sich gezeigt, dass der Messpunkt einen Einfluss auf die
gemessene Körpertemperatur hat. Die Mittelwerte unterscheiden sich an den
Messpunkten für das jeweilige IRT signifikant voneinander (außer
Ohr-Stirn [IRT1]). Die Durchblutung der Haut an der Messstelle spielt dabei eine
Rolle. Areale, die stets gut durchblutet sind (z. B. Ohrbasis), eignen sich
am besten für Infrarotmessungen [24]. Sie
spiegeln die innere Körpertemperatur besser wider als Hautareale, die von
der Umgebungstemperatur stark beeinflusst werden (z. B. Ohrspitze) oder
durch einen hohen Körperfettanteil gut isoliert sind (z. B.
Schulter). Dementsprechend zeigte die OFT an der gut durchbluteten Ohrbasis
für beide IRT die beste Korrelation zur RT. Für IRT2 war die
Korrelation zwar für Stirn und Anus ebenfalls signifikant, aber weniger
deutlich. Andere Studien untersuchten Messstellen an Ohr, Stirn und Anus sowie an
Auge, Rücken, Vulva, Gesäuge, Flanke und Klaue [9]
[17]
[25]. Wendt et al. [25] stellten gleichsam zu unseren Untersuchungen die beste Korrelation
zwischen der RT und OFT an der Ohrbasis fest. Schmidt et al. [9] identifizierten Messungen am Auge und an der
Ohrbasis als am geeignetsten. Im Gegensatz dazu sahen Dewulf et al. [17] keinen Zusammenhang der RT zur OFT am Ohr, ohne
exakte Beschreibung der Lokalisation. Grund für dieses abweichende Ergebnis
ist möglicherweise die Messung der Temperatur an einer von der Ohrbasis
abweichenden Stelle. Studien mit Wärmebildkameras zeigen einen Abfall der
OFT am Ohr von der Ohrbasis in Richtung Ohrspitze [4]
[6]. Zwei Studien, in denen
Infrarotthermografie angewendet wurde, identifizierten die Vulva bei liegenden Sauen
und das Gesäuge als Messstellen mit der besten Korrelation zur RT [9]
[14]. Jedoch
sind diese Messpunkte aufgrund von säugenden Ferkeln am Gesäuge und
Verschmutzungen im Anal- und Schambereich in der praktischen Anwendung
ungeeignet.
Die vorliegende Studie untersuchte 2 unterschiedliche Infrarotthermometer. Es wurde
festgestellt, dass der Typ des Thermometers (RT, IRT1 bzw. IRT2) einen Einfluss auf
die gemessene Temperatur hat. Die Mittelwerte an den jeweiligen Messpunkten
unterschieden sich voneinander. Ein Vergleich der Rektaltemperatur mit 4
verschiedenen Rektalthermometern zeigte hingegen kaum Abweichungen der gemessenen
Temperatur (0,1–0,3°C) [20].
Schmidt et al. [9] untersuchten vergleichend die
Eignung einer Infrarotkamera und eines Infrarotthermometers zur Messung der OFT. Als
Fazit der Untersuchungen eignet sich das Infrarotthermometer aufgrund geringerer
Varianzen der Messwerte besser zur Erkennung von Veränderungen der OFT. In
der vorliegenden Studie sind die Varianzen bei Messwiederholungen ([Tab. 3]) höher für IRT2 als
für IRT1 und die RT. Die Wiederholbarkeit der Messung als ein Parameter der
Evaluation der Qualität einer Methode ist folglich besser für RT und
IRT1 [23].
Für den direkten Methodenvergleich ist die Verwendung des
Korrelationskoeffizienten ungeeignet, da eine hohe Korrelation nicht
notwendigerweise mit einer Übereinstimmung der Werte zweier Messmethoden
gleichzusetzten ist [23]. Bland und Altman [23] schlagen ein einfaches grafisches Verfahren
vor, um 2 Messmethoden zu vergleichen. Nach deren Verfahren sind die Messmethoden
in
der aktuell vorliegenden Studie statistisch gleichwertig. Die innere
Körpertemperatur bewegt sich in einem engen physiologischen
Schwankungsbereich (38,3–39,3°C), der geringer ist als der
Schwankungsbereich der Temperaturdifferenz zwischen rektaler und Infrarotmessung
([Abb. 3]). Unter Berücksichtigung
klinischer Schwankungsbereiche sind die Messwertdifferenzen zu groß, als
dass eines der beiden Infrarotthermometer als direkte Alternative zur rektalen
Temperaturmessung verwendet werden kann. [Abb. 3]
lässt vermuten, dass die Unterschiede zwischen den rektal gemessenen
Temperaturen und den OFT von der Körpertemperatur abhängen. Bei dem
IRT1 sind die Unterschiede bei niedrigeren Körpertemperaturen kleiner als
bei höheren Temperaturen, wogegen bei dem IRT2 die Unterschiede bei
niedrigeren Körpertemperaturen höher sind. Eine mögliche
Erklärung für diesen Effekt sind die unterschiedlichen technischen
Voraussetzungen der Thermometer.
Infrarotmessungen sind bei Schweinen gut anwendbar, da durch die geringe
Ausprägung des Haarkleides die direkte Hauttemperatur gemessen wird [24]. Ein direkter Tierkontakt ist bei Verwendung
von Infrarotmessmethoden nicht notwendig, sodass das Risiko der Übertragung
von Krankheitserregern durch Untersucher und Untersuchungsgerät stark
verringert ist. Gleichzeitig ist die Methode dadurch einfach durchführbar
und tierschonender, vor allem für Tiere, die Umgang mit dem Menschen nicht
oder kaum gewohnt sind.
Allerdings deuten die Ergebnisse der vorliegenden Studie darauf hin, dass bei der
Verwendung eines Infrarotthermometers für die Kontrolle der
Körpertemperatur bei Schweinen zu beachten ist, dass die Werte von
Thermometer und Messpunkt abhängen können. Bisher wurden keine
Referenzwerte für Infrarotmessungen etabliert. Da in den meisten bisherigen
Studien zu Infrarotmessungen unterschiedliche Tierarten, Altersklassen und
Messgeräte Gegenstand der Untersuchungen waren, ist die Vergleichbarkeit
untereinander und das Ableiten entsprechender Referenzwerte schwierig. Trotz der
großen Varianz der Ergebnisse, sehen Soerensen and Pedersen [24] großes Potential in
Infrarotmessungen.
Im Laufe dieser Studie kam es zu fast keiner Veränderung der physiologischen
Körpertemperatur der Studientiere. Nur bei 2 Messungen zum ersten
Messzeitpunkt von insgesamt 132 Messungen wurde eine
Rektaltemperatur≥40°C gemessen. Da diese Tiere keine Anzeichen
reduzierten Allgemeinbefindens oder andere Krankheitssymptomatik zeigten, ist die
erhöhte Temperatur mit hoher Wahrscheinlichkeit auf den Stress in der
ungewohnten Situation zurückzuführen [7]. Somit ist eine Beurteilung der Erkennung von fieberhaften
Erkrankungen mit Infrarotthermometern in dieser Studie nicht möglich. Andere
Studien berichten über unterschiedliche Ergebnisse bei der Erkennung von
Fieber beim Schwein mittels Infrarotmessungen. In einigen Studien konnten
Infrarottemperaturmessungen an Auge, Ohr und Gesäuge kranke Schweine
identifizieren [9]
[14]. Andere Studien beschreiben die Verwendung der OFT zur Diagnose von
Fieber als ungeeignet [17]
[25]. Messungen der Temperatur mittels IRT am Auge
von Rindern ergaben keinen Zusammenhang zur RT [26]. Infrarotkameras hingegen konnten mit hoher Sensitivität
Fieber in Zusammenhang mit Atemwegserkrankungen beim Rind identifizieren [15]. In einer Studie mit 24 Ponys konnten mit IRT
am Auge mit einer Sensitivität von 74,6% und einer
Spezifität von 92,3% fieberhaft erkrankte Tiere identifiziert werden
[3].
Die Lufttemperatur hat auf alle Hautlokalisationen einen signifikanten Einfluss bei
der Temperaturmessung [14]
[18]. Trotz der schwachen Korrelation von
Raumtemperatur und Luftfeuchte zu Messungen mit dem IRT2, konnte deren Einfluss in
der vorliegenden Studie weitestgehend ausgeschlossen werden, da die
Umgebungsbedingungen zu allen Messzeitpunkten gleich waren. Weitere mögliche
Einflüsse, wie Schmutz auf dem Tier an den Messlokalisationen oder das
Geschick im Umgang mit der Infrarotkamera oder -thermometer können zu
variierenden Messergebnissen führen. Letzteres lässt sich durch
Übung am Tier sowie die Gewöhnung der Tiere an die Anwesenheit von
Personen schnell verbessern und führt zu einem Messergebnis innerhalb
weniger Sekunden. Weiterhin sorgt ein Futteranreiz für das Tier für
die notwendige Nähe und das kurzzeitige Stillhalten des Tieres
während der Messung.
Die Messung der Körperoberflächentemperatur mittels
Infrarotthermometer ergibt Werte, die mit der gemessenen Rektaltemperatur
korrelieren. Obwohl Infrarotmessungen nicht direkt gleichwertig zur rektalen Messung
eingesetzt werden können, ist möglicherweise die Etablierung von
Referenzwerten für Infrarotmessungen eine Alternative, um Infrarotmessungen
in der klinischen Untersuchung und Diagnostik verlässlich einsetzen zu
können. Insbesondere im Versuchstierbereich, wo eine engmaschige Kontrolle
der Körpertemperatur (Scoresheet) erfolgen muss und die Tiere meist unter
standardisierten klimatischen Bedingungen gehalten werden, können
Infrarotmessungen zum Refinement beitragen. Die Unterschiede zwischen den in der
vorliegenden Studie verwendeten Infrarotthermometern zeigen, dass jedoch
zunächst Referenzwerte für die eingesetzten Infrarotthermometer und
Messpunkte mit Hilfe eines Standard-Messprotokolls für Infrarotmessungen
bestimmt werden müssen, die auch Veränderungen der
Körpertemperaturen außerhalb des physiologischen Bereiches mit
einschließen.
Die Durchführbarkeit der berührungslosen Messung der
Körpertemperatur beim Schwein mittels Infrarotthermometer ist einfach
und mit geringem Zeitaufwand möglich. Das Stresslevel für das
Tier ist minimal, da eine Fixation nicht notwendig ist. Als geeignetste
Messstelle mit der besten Korrelation zur Rektaltemperatur ist die Ohrbasis zu
empfehlen. Die Möglichkeit, Fieber mittels Infrarotthermometer zu
detektierten, konnte in der vorliegenden Studie nicht evaluiert werden, da
Körpertemperaturen lediglich bei 2 Messungen außerhalb des
physiologischen Schwankungsbereiches detektiert wurden. In dieser Studie hatten
Messpunkt und Typ des Thermometers Einfluss auf die Messwerte. Daher empfehlen
wir bei der Verwendung von Infrarotthermometrie als Alternativmethode zur
rektalen Temperaturmessung das jeweils zu verwendende Thermometer am
entsprechenden Messpunkt mit einigen Referenzmessungen mit einem
Rektalthermometer zu validieren, unter Einbeziehung physiologischer und
pathologischer Werte der Körpertemperatur.
Erklärung zur Einhaltung der Tierschutzrichtlinien
Erklärung zur Einhaltung der Tierschutzrichtlinien
Die Studie wurde im Rahmen eines vom Landesamt für Gesundheit
und Soziales (LaGeSo) genehmigten Tierversuches (Reg.-Nr. 0123/20)
unter Einhaltung nationaler tierschutzrechtlicher Gesetzgebung
(TierSchG, TierSchVersV) und der EU-Richtlinie 2010/63/ EU
durchgeführt.
Widmung
Die Arbeit ist Prof. Dr. Rolf Mansfeld gewidmet, für seine wertvolle
Arbeit im Bereich der Nutztiermedizin.