Analyse der Herzfrequenz-Variabilität als Methode zur Erfassung und Überwachung von Stressreaktionen beim Pferd

• Forschungsstelle: BLV
• Projektnummer: 2.01.07
• Projekttitel Englisch: Heart rate variability as a method for assessment of stress reactions in the horse

Schlüsselwörter (Deutsch)

Herzfrequenzvariabilität, HRV, Stress-Monitoring, emotionaler Stress, Schmerz, Pferd

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Stress ist eine unspezifische Reaktion des Gesamtorganismus auf exogene oder endogene Reize, die sich in erhöhter Aktivität von Endokrinium und Vegetativum, sowie allenfalls auch in Änderungen des Verhaltens äussert. Die Objektivierung von Stress mittels nachvollzieh-barer und überprüfbarer Parameter stellt beim Tier immer wieder ein Problem dar. Zudem liegt für die Felddiagnostik von Belastungszuständen nach wie vor keine einfache, rasche und nicht-invasive Methode vor. Die Analyse der Herzfrequenz-Variabilität (HRV) als indirekte Erfassung des vago-sympathischen Gleichgewichtes ist eine beim Menschen etablierte Methode zur Quantifizierung von Stress. Das vorliegende Projekt hat zum Ziel, die HRV-Methode beim Pferd zu validieren und die Sensitivität und Zuverlässigkeit im Rahmen der Stressobjektivierung zu überprüfen. Dazu soll der Bezug der HRV einerseits zu Schmerz (Monitoring von Hufrehe-Patienten) und andererseits zu gezielt induzierten Stressoren, welche Pferde auf emotioneller Ebene fordern, untersucht werden.

Projektziele (Deutsch)

Ziel des Forschungsprojektes ist die Validierung der Methode der Analyse der Herzfrequenz-Variabilität beim Pferd. Insbesondere soll untersucht werden, wie sensitiv und zuverlässig mittels HRV-Analyse Situationen, die mit erheblicher Stressbelastung verbunden sind, er-fasst und bezüglich nachteiliger Wirkungen für das Pferd quantitativ beurteilt werden können.
Chronischer oder situationsabhängig wiederholt auftretender Stress, den ein Individuum nicht durch Eigenaktivität (z.B. eine Verhaltensänderung) bewältigen bzw. vermeiden kann, tritt im Zusammenhang mit Schmerz sowie mit exogenen physischen und psychischen Stressoren auf. Für die experimentelle Methodenvalidierung soll darum der Bezug der HRV einerseits zu Schmerz und andererseits zu gezielt induzierten Stressoren, welche Pferde auf emotioneller Ebene fordern, überprüft werden. Die Resultate der HRV-Messungen sollen klinischen und ethologischen Befunden sowie Stresshormontitern im Blutplasma gegenüber-gestellt werden.

Abstract (Englisch)

Humans often neglect the welfare of domestic animals. By ignoring the animal's physical and psychological needs, humans create stress to animals. In horses, stress can be elicited by a number of factors such as aggressiveness-inducing handling, inappropriate stabling and feeding or long-distance travelling. Stress also arises from physical exercise, illness or pain. And last but not least, stress is a normal feature of life, necessary for learning and developing effective behaviour in social interaction. It happens that horse people and laypeople discuss the sources, the significance and the possibly deleterious effects of stress controversially relying on personal experience or antiquated, empirical knowledge. It is, therefore, indispensable to know as much as possible about the behavioural and physiological mechanisms of horses interfering with potentially stressful life conditions. The prerequisite for that is an accurate assessment of the stress response in horses.

By analysing the temporal variability within consecutive heart beats (heart rate variability; HRV) it is possible to monitor indirectly and in a non-invasive way the changes of the balance between the sympathetic and the vagal part of the autonomic nervous system. An increased activity of the sympathetic and a decreased tone of the vagal branch are basic components of the stress response leading to increased "flight and fight" or decreased "rest and digest" responses. The aim of this work was to quantify the sympatho-vagal adaptation of horses in stressful situations using spectral analyses of HRV. Based on two studies this method was evaluated for its use in stress monitoring in horses. The first study comprised the quantification of the reaction to mental stress in a defined training situation. The results were compared to basal rest values, to very low intensity exercise without mental stress load and to values obtained during the repetition of the initial training situation (Rietmann, T.R., Stuart, A.E.A., Bernasconi, P., Stauffacher, M., Auer, J.A., Weishaupt, M.A.. Assessment of mental stress in Warmblood horses: Heart rate variability in comparison to heart rate and selected behavioural parameters. Submitted to Appl. Anim. Behav. Sci.). The second stress model was addressed to pain arising from primary laminitis. The horses were assessed after admission to the Equine Hospital, University of Zurich, Switzerland, and re-evaluated during the first hour after analgesic treatment with non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). The long-term effect of the treatment was also considered in a third measurement at the seventh day. The pain was assessed clinically with the aid of an orthopaedic examination index and the frequency of weight shifting between contralateral forelimbs. As complementary stress parameters heart rate, blood plasma adrenalin, noradrenalin and cortisol were chosen (Rietmann T.R., Stauffacher, M., Bernasconi, P., Auer, J.A., Weishaupt, M.A.. The association between heart rate variability, heart rate, endocrine and behavioural pain measures in horses suffering from laminitis. Submitted to Vet. Med. A.).

These experiments showed that "flight or fight" behaviour and clinical pain behaviour correlated significantly with HRV-parameters. In both studies a reduction of the sympathetic, low frequency component (LF) of HRV and a simultaneous increase of the vagal, high frequency component (HF) was observed with decreasing stress load. LF and HF correlated to the same extent also with the catecholamine concentration in study 2. Inter-individual fluctuation in HRV-parameters was present reciprocally to the extent of the stress-load. We conclude that spectral analysis of HRV may be a suitable method for monitoring the sympatho-vagal balance in horses. However, it is imperative to simultaneously record the behaviour, because it may document undesirable environmental influences.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Rietmann T.R. (2003): Die Analyse der Herzfrequenzvariabilität (HRV) zur nicht-invasiven, quantitativen Erfassung von Stress beim Pferd. Dissertation, Veterinärmedizinische Fakultät der Universität Zürich.

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

Stuart, A., E., A. (2002): Assessment of Stress Behaviour and Heart Rate in the Horse during a Defined Emotional Stimulus. Diplomarbeit August 2002, Equine Clinic, Faculty of Veterinary Medicine, University of Zürich.

Rietmann, T.R., Stuart, A.E.A., Bernasconi, P., Stauffacher, M., Auer, J.A., Weishaupt, M.A. (2004): Assessment of mental stress in warmblood horses: heart rate variability in comparison to heart rate and selected behavioural parameters. Applied Animal Behaviour Science 88, 121-136.

Rietmann, T.R., Stauffacher, M., Bernasconi, P., Auer, J.A., Weishaupt, M.A. (2004): The Association between Heart Rate, Heart Rate Variability, Endocrine and Behavioural Pain Measures in Horses Suffering from Laminitis. J. Vet. Med. A 51, 218-225.

Rietmann, T.R., Stuart, A.E.A., Bernasconi, P., Stauffacher, M., Auer, J.A., Weishaupt, M.A. (2004): Assessment of mental stress in warmblood horses: heart rate variability in comparison to heart rate and selected behavioural parameters. Applied Animal Behaviour Science 88, 121-136.

Rietmann, T.R., Stauffacher, M., Bernasconi, P., Auer, J.A., Weishaupt, M.A. (2004): The Association between Heart Rate, Heart Rate Variability, Endocrine and Behavioural Pain Measures in Horses Suffering from Laminitis. J. Vet. Med. A 51, 218-225.

Stuart, A., E., A. (2002): Assessment of Stress Behaviour and Heart Rate in the Horse during a Defined Emotional Stimulus. Diplomarbeit August 2002, Pferdeklinik, Vet.-med. Fakultät der Universität Zürich.