Effect of different head-neck-positions on endoscopic findings of the upper airway tract and on stress associated parameters in the ridden horse

In den letzten Jahren kann man bei der Ausbildung, im Training, aber auch bei Wettkämpfen immer häufiger den Einsatz der Hyperflexion, der sogenannten „Rollkur“ bei Reitpferden beobachten. Ziel der vorliegenden Studie war es, zum einen, in der Voruntersuchung, die Anwendbarkeit der Bewegungsendoskopie unter natürlichen Trainingsbedingungen zu testen und zum anderen, in der Hauptstudie, die Auswirkungen von verschiedenen Kopf-Hals-Positionen auf endoskopische Befunde der oberen Atemwege und Stressparameter beim Reitpferd zu untersuchen. In der Voruntersuchung wurden insgesamt 30 Pferde unterschiedlicher Nutzungsarten untersucht. Bei jeweils einem Drittel hat es sich um Galopprennpferde, Trabrennpferde und Reitpferde gehandelt. Die Pferde wurden in ihrer natürlichen Umgebung unter realen Trainingsbedingungen mit einem Videoendoskop untersucht. Dabei wurde das Verhalten während des Anbringens des Geräts und während der Untersuchung dokumentiert und die endoskopischen Aufnahmen aufgezeichnet. Später wurden diese in Bezug auf ihre Auswertbarkeit und Bildqualität bewertet. Insgesamt war die Untersuchung bei den meisten Pferden gut durchführbar. Vier Pferde zeigten starke Abwehrbewegungen beim Einführen des Geräts und bei drei dieser Pferde musste die Untersuchung deshalb abgebrochen werden. Die restlichen Pferde waren alle mit dem eingeführten Gerät belastbar, lediglich ein Pferd hat während der Belastung geringgradiges Kopfschütteln gezeigt. Zwei Pferde haben im Verlauf der Untersuchung geringgradiges Nasenbluten entwickelt. Die Bildqualität, die das Gerät geliefert hat, war qualitativ hochwertig genug, um Befunde der oberen Atemwege auswerten zu können. Die Voruntersuchung hat ergeben, dass mit der neuen Technik der „Overground-Endoskopie“ nun eine Möglichkeit zur Verfügung steht, Pferde unter natürlichen Trainingsbedingungen endoskopisch zu untersuchen. Die Anwendung hat sich als im Feld durchführbar erwiesen und die meisten Pferde haben die Untersuchung gut toleriert. IV. Zusammenfassung Des Weiteren war es das Ziel der vorliegenden Studie, den Einfluss von verschiedenen Kopf-Hals-Positionen auf die Befunde der oberen Atemwege von Reitpferden zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden mittels des vorher schon verwendeten Videoendoskopes Aufnahmen des Larynx von 14 Pferden gemacht. Die Videos wurden in Ruhe und während drei verschiedener Kopf-Hals-Positionen beim Reiten angefertigt: Erstens in Dehnungshaltung, zweitens in normaler Anlehnung und drittens in Hyperflexionshaltung. Beim Vergleich von normaler Anlehnung und Hyperflexion hat die Analyse eine signifikante Verringerung (p=0,001) der laryngealen Öffnungsfläche um 8,2 ± 5,0 % ergeben. Des Weiteren haben, bis auf die Kehlkopfhöhe, auch die anderen untersuchten Parameter des Larynx eine signifikante Verkleinerung aufgezeigt. Diese Veränderungen haben keine Korrelation mit dem Alter oder Ausbildungsstand der Pferde ergeben und waren unabhängig von den individuellen anatomischen Verhältnissen der Kopf-Hals- Region. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Hyperflexion zu einer beträchtlichen Kompression des Larynx geführt hat. In der vorliegenden Studie wurden auch die Auswirkungen von verschiedenen Kopf-Hals-Positionen auf Stressparameter untersucht. Bei 18 Pferden wurden die Herzfrequenz, die Herzfrequenzvariabilität (HRV) und der Blutcortisolspiegel gemessen. Die Werte wurden in Ruhe, beim Reiten mit normaler Anlehnung und beim Reiten mit Hyperflexionshaltung aufgenommen. Des Weiteren wurden die Rittigkeit und das Verhalten während der verschiedenen Untersuchungsstadien durch den Reiter und durch einen Beobachter bewertet. Die Herzfrequenz und die HRV haben keinen signifikanten Unterschied zwischen normaler Anlehnung (HR=105±22/min; LF/HF=3.89±5.68; LF=37.28±10.77%) und der Hyperflexionshaltung (HR=110±18; LF/HF=1.94±2.21; LF=38.39±13.01%) ergeben. LF und HF sind energieabhängige Komponenten der frequenzbereichsabhängigen Messung der HRV, die das Verhalten der beiden Teile des autonomen Nervensystems aufzeigen (Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology, 1996). Mit diesen Parametern soll die aktuelle Aktivität von Sympathikus und Parasympathikus im Sinne von Stressparametern bewertet werden können. Der Blutcortisolspiegel hingegen hat beim Vergleich von normaler Anlehnung (158±60nmol/l) und Hyperflexion (176±64nmol/l, p=0.01) einen signifikanten Anstieg gezeigt. Dies kann als Hinweis für Stress gewertet werden. Die Befragung und Bewertung von Reiter und Beobachter haben eine signifikante Verschlechterung der Rittigkeit bei allen erhobenen Parametern von normaler Anlehnung zur Hyperflexion ergeben. Es haben sich dadurch auch Hinweise auf Stress und eine Beeinträchtigung des Wohlbefindens gezeigt. Diese Studie hat ergeben, dass der Einsatz der „Overground-Endoskopie mit wenig Personal vor Ort bei den meisten Pferden gut einsetzbar war und qualitativ hochwertige Bilder geliefert hat. Abschließend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse der vorliegenden Studie aufgezeigt haben, dass die Hyperflexion zu einer signifikanten Kompression des Larynx geführt hat und dies unabhängig von der individuellen Ausprägung der Kopf-Hals-Region des einzelnen Pferdes stattgefunden hat. Des Weiteren hat die Hyperflexion zu einem signifikanten Anstieg des Cortisolspiegels geführt, was als Zeichen für Stress gewertet werden kann. Auch die Befragung von Reiter und Beobachter hat ergeben, dass die Pferde während der Hyperflexion Zeichen von Stress aufgewiesen haben und ihr Wohlbefinden beeinträchtigt erschien. Nichts desto trotz lassen sich viele Parameter in einer klinischen Studie mit Pferden, die unter natürlichen Bedingungen geritten werden, nicht optimal objektivieren und standardisieren. Weitere Studien, auch mit größeren Tierzahlen, sind nötig, um die Auswirkungen der Kopf-Hals-Position noch tiefergehend zu untersuchen. Interessant wäre dabei der Fokus auf die Auswirkungen der Kopf-Hals-Position und der Hyperflexion im speziellen auf die oberen Atemwege. Weiterführende Studien könnten die Luftströme mittels Drucksonden messen und Rückschlüsse darauf ermöglichen, ob die Hyperflexion und die damit einhergehende Verengung des Kehlkopfes zu starken Turbulenzen führt, durch die die Atemfrequenz und möglicherweise der gesamte Druck steigen. Ob dadurch unter Umständen Lungenkrankheiten sowie chronisch obstruktive Veränderungen begünstigt werden, könnte zukünftig ebenfalls untersucht werden. Des Weiteren sind die Auswirkungen der Verengung der oberen Atemwege auf die arteriellen Blutgasparameter zu untersuchen. Solche Studien könnten abklären, ob es durch die Hyperflexion zu einem verringerten Sauerstoffpartialdruck und damit unter Umständen zu einer Leistungsminderung kommen könnte bzw. diese erklären könnte. Insgesamt könnten solche Studien in der Zukunft helfen, wissenschaftlich zu belegen, ob die Hyperflexion das Wohlbefinden und die Gesundheit unserer Reitpferde beeinträchtigt oder nicht.In recent years one can observe more and more frequently the use of hyperflexion, the so-called "rollkur" at ridden horses in education, training, but also in competitions. The aim of this study was on the one hand, in a preliminary study, to test the applicability of the overground endoscopy under natural training conditions and on the other hand, in the main study, to investigate the effects of different head-neck-positions on endoscopic findings of the upper respiratory tract and stress parameters in the ridden horse. In the preliminary study a total of 30 horses of different types of use were examined. One-third were each gallop racing horses, trotters and riding horses. The horses were investigated in their natural environment under real training conditions with the overground endoscope. The behaviour during the application of the equipment and during the investigation was documented and the endoscopic images were recorded. Later, these were evaluated with regard to their picture quality and ease of interpretation. Overall, the study was very well practicable in most horses. Four horses showed strong defensive movements during insertion of the endoscope and in three of these horses the investigation had to be cancelled. The remaining horses were all trainable with the inserted endoscope, only one horse has shown slight head shaking during exercise. Two horses have developed slight nosebleeds during investigation. The quality of images was high enough to evaluate findings of the upper respiratory tract. The preliminary investigation has revealed that the new technique of overground endoscopy is an available option to examine horses under natural training conditions endoscopically. The application has been practicable in the field and most of the horses have tolerated the investigation. Furthermore goal of the present study was a comparison between the impacts of different head-neck-positions on findings in the upper respiratory tract of ridden horses. For this purpose video recordings of the larynx of 14 horses were recorded using the above mentioned overground endoscope. The videos were recorded at rest and during three different riding phases: first at stretching posture, secondly at a working head-neck-position and thirdly at hyperflexion. In comparison between the phases working head- neck-position and hyperflexion the analysis revealed a significant reduction of the laryngeal opening area (p = 0.001) with a value of 8.2 ± 5.0%. Beyond that, other evaluated parameters of the larynx, except its height, showed a significant diminishment as well. These changes did not correlate with the age of the horses or their level of education and they were independent of the individual anatomic conditions of the head-neck region. Capitulatory it can be stated that hyperflexion has caused a considerable compression of the larynx. In the present study the influence of different head-neck-positions on stress parameters were investigated, too. In 18 horses heart rate, heart rate variability (HRV) and blood cortisol levels were measured. Values were recorded at rest, while riding with a working head-neck-position and while riding in hyperflexion of the horses’ head and neck. In addition rideability and behaviour during the different investigation stages were evaluated by the rider and by an observer. The heart rate (HR) as well as the HRV did not show a significant difference between working head-neck-position (HR=105±22/min; LF/HF=3.89±5.68; LF=37.28±10.77%) and hyperflexion (HR=110±18; LF/HF=1.94±2.21; LF=38.39±13.01%). LF and HF are power components which show the behaviour of the two branches of the autonomic nervous system in the frequency domain measurement of HRV (Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology, 1996). These parameters show the current activity of the sympathetic and parasympathetic nervous system. They can serve as stress parameters. However, in comparison between working head-neck-position (158±60nmol/l) and hyperflexion (176±64nmol/l, p=0.01) blood cortisol levels revealed a significant increase. This could be interpreted as an indication of stress. The survey and evaluation of rider and observer have resulted in a significant change of rideability to the worse in all collected parameters between working head-neck-position and hyperflexion. Thereby indications to stress and adverse effects on wellbeing have appeared. This study has clearly shown that the use of overground endoscopy technique could be used quite well with little on-site staff in most horses and has delivered high-quality images. In conclusion, the results of the study have shown that the hyperflexion has led to a significant compression of the larynx and this has taken place regardless of the individual form of the head-neck region of the single horse. The evaluation of rider and observer has revealed that horses have shown signs of stress during hyperflexion and negative effects on their well-being. Nevertheless many parameters can`t be optimal objectified and standardized in a clinical trial with horses that are ridden under natural conditions. To examine the effects of head-neck-position even more, further studies with larger numbers of animals are needed. The focus on the impact of head-neck-position and hyperflexion especially on the upper respiratory tract would be interesting. Further studies could measure the air flow by means of pressure probes and could allow conclusions regarding to the hyperflexion-associated narrowing of the larynx, if it leads to strong turbulences, which could increase the respiratory rate and possibly the total pressure. Also it could be investigated in the future whether lower airway diseases and chronic obstructive changes could be favoured under certain circumstances. Furthermore, the impact of the narrowing of upper airway tract on the arterial blood gas parameters has to be examined. Such studies could clarify whether there could be a reduced oxygen partial pressure and reduction in performance by hyperflexion or may explain this. Overall, in future such studies could help to prove scientifically whether the hyperflexion impairs the well-being and health of our horses or not

Advancing Sequential Managed Aquifer Recharge Technology (SMART) Using Different Intermediate Oxidation Processes

Managed aquifer recharge (MAR) systems are an efficient barrier for many contaminants. The biotransformation of trace organic chemicals (TOrCs) strongly depends on the redox conditions as well as on the dissolved organic carbon availability. Oxic and oligotrophic conditions are favored for enhanced TOrCs removal which is obtained by combining two filtration systems with an intermediate aeration step. In this study, four parallel laboratory-scale soil column experiments using different intermittent aeration techniques were selected to further optimize TOrCs transformation during MAR: no aeration, aeration with air, pure oxygen and ozone. Rapid oxygen consumption, nitrate reduction and dissolution of manganese confirmed anoxic conditions within the first filtration step, mimicking traditional bank filtration. Aeration with air led to suboxic conditions, whereas oxidation by pure oxygen and ozone led to fully oxic conditions throughout the second system. The sequential system resulted in an equal or better transformation of most TOrCs compared to the single step bank filtration system. Despite the fast oxygen consumption, acesulfame, iopromide, iomeprol and valsartan were degraded within the first infiltration step. The compounds benzotriazole, diclofenac, 4-Formylaminoantipyrine, gabapentin, metoprolol, valsartan acid and venlafaxine revealed a significantly enhanced removal in the systems with intermittent oxidation compared to the conventional treatment without aeration. Further improvement of benzotriazole and gabapentin removal by using pure oxygen confirmed potential oxygen limitation in the second column after aeration with air. Ozonation resulted in an enhanced removal of persistent compounds (i.e., carbamazepine, candesartan, olmesartan) and further increased the attenuation of gabapentin, methylbenzotriazole, benzotriazole, and venlafaxine. Diatrizoic acid revealed little degradation in an ozone–MAR hybrid system