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SCHMIDT-BURBACH, J. (2008)

Thermografische Ermittlung physiologischer Wärmeprofile und pedografische Untersuchungen an den Extremitäten sowie Haltungsanalysen beim Asiatischen Elefanten (Elephas maximus) in menschlicher Obhut.

Thermographic determination of physiological heat profiles and pedographic examinations on the extremities as well as husbandry analyses of captive Asiatic Elephants (Elephas maximus).

Doktorarbeit

94 Seiten.

Ganzer Text

Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig
Leitung: Prof. Dr. Eulenberger
Zoo Leipzig und weitere Europäische Zoos

Zusammenfassung:

Fußkrankheiten sind eine der häufigsten Krankheiten von Elefanten in Zoos und meist schwer nachhaltig zu therapieren, da häufig haltungsbedingt verursacht. Die Thermografie zeigte hier in der Vergangenheit als nicht-invasives, diagnostisches Hilfsmittel vielversprechende Resultate, um Fußkrankheiten früh im Entstehungsprozess zu erkennen. Allerdings fehlen bisher physiologische thermografische Normwerte, die eine breite Anwendung dieser Technik und eine hinreichend objektive Befundung erlauben würden.

Die Pedografie wird in der Humanmedizin schon lange angewandt, um Fehlbelastungen und andere pathologische Zustände am Fuß zu erkennen. Pedografische Untersuchungen an Elefanten wurden bisher nicht durchgeführt, könnten aber wichtige Erkenntnisse über die Druckverteilung am Elefantenfuß und seine Beeinflussung durch Haltungsfaktoren erbringen.

Im Zuge systematisch durchgeführter thermografischer Untersuchungen an 95 Asiatischen Elefanten in europäischen Zoos konnten physiologische Wärmeprofile aller nicht von Fußkrankheiten betroffener Elefanten erstellt werden. Um eine objektivere Befundung zu ermöglichen, wurden dafür definierte Messbereiche an den Füßen festgelegt und deren Temperaturdaten als Wärmekurven für jeden Zeh dargestellt.

Es zeigte sich, dass die Bandbreite von Temperaturen gleicher Messbereiche starken individuellen Schwankungen unterliegt, weshalb eine Befundung nicht anhand absoluter Temperaturwerte erfolgen sollte. So wurden über gleichen Messbereichen unterschiedlicher Elefanten Temperaturunterschiede von bis zu 8 °C festgestellt. Auch die Umgebungsfaktoren während der Untersuchung tragen zu dieser Varianz bei. Bei Umgebungstemperaturen zwischen 17,5 °C und 23 °C stellt sich durch Erhöhung der Außentemperatur um 1 °C eine um 0,5 °C erhöhte Wärmeabstrahlung über der Haut dar. Eine Erhöhung der Luftfeuchte um 1 % verursacht eine um 0,03 °C vermehrte Wärmeabstrahlung. Die Wärmeprofile stellten sich für die Kronsaum- und Hufwandbereiche der Zehen eines Fußes von medial nach lateral in einem parabelförmigen Verlauf dar, wobei die höchsten Temperaturen an den kranialen Zehen gemessen wurden. Die Differenz zwischen Kronsaum- und Hufwandbereichen blieb dabei konstant. Die Temperaturen der Zehenregion oberhalb des Kronsaums folgten nicht dieser Parabelform, lagen aber, außer an der jeweils medialen Seite, konstant unterhalb der Kronsaumtemperaturen. Bei Vergleich mit thermografischen Befunden erkrankter Zehen zeigte sich meist ein starker Anstieg der Zehenregiontemperatur weit über die Kronsaumtemperaturen hinaus, weshalb sich dieses Verhältnis als Indiz für ein akutes Enzündungsgeschehen nutzen lässt.

Ein gleichmäßiges Wärmeprofil, welches möglichst dicht dem in dieser Arbeit entwickelten Profil gleicht und konstante Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Messbereichen aufweist, ist ein gutes Indiz für einen gesunden Fuß.

Thermografische Befundungen sollten immer mit Hilfe herkömmlicher visueller Auswertung und zusätzlich der Erstellung eines Wärmeprofils vorgenommen werden, um die Subjektivität zu minimieren. Erstmalig wurden in dieser Arbeit drei Elefanten mittels Pedografie untersucht, um Aufschlüsse über die Druckverteilung unter dem Elefantenfuß zu erhalten. Wie bei Menschen und pedografisch vermessenen Rindern fanden sich auch beim Elefanten charakteristische Druckprofile. Druckspitzenwerte tauchten hierbei vor allem im kranialen Bereich der Füße als Druckleiste, aber auch im kaudalen Bereich in Form zweier Druckpfeiler auf. Experimente mit einer Methode zur Simulierung weicheren Untergrundes schienen die Druckspitzenwerte etwas abzuschwächen und das allgemeine Druckprofil einzuebnen, waren aber nur schwer auszuwerten. Die Methode eignet sich ebenso zur Erfassung der tatsächlich belasteten Fläche der Füße, welche sich bei stärkerer Belastung, beispielsweise dreibeinigem Stehen, vergrößerte. Trotz noch einiger methodischer und technischer Probleme, eröffnet sich mit der Pedografie ein sicherlich lohnenswertes Forschungsfeld für weitere Studien, die einen besseren Einblick in die Druckphysiologie des Elefantenfußes gewähren könnten.

Weiterhin wurden in dieser Arbeit Daten der Elefantenhaltungssysteme von 17 besuchten europäischen Zoos, sowie Daten über Häufigkeit und Art der Gliedmaßenkrankheiten und anderer gesundheitlicher Parameter aller 95 untersuchter Elefanten ausgewertet. Hierbei zeigte sich immer noch starker Verbesserungsbedarf im Hinblick auf Innengehegegrößen und die verwendeten Bodenmaterialien. Auch Bewegungsprogramme für den Aufenthalt im Außengehege wurden nur in weniger als der Hälfte der Zoos eingesetzt. Positiv fiel auf, dass die Elefanten in den besuchten Zoos kaum noch angekettet werden und falls doch, nur kurzzeitig zu Untersuchungszwecken. Den Daten der Haltungsanalysen entsprechend, fielen die Auswertungen zur Fußgesundheit aus: Nur 36 % der untersuchten Elefanten litten bisher noch niemals unter Fußerkrankungen. Allein zum Zeitpunkt der Untersuchung wurden bei 27 % der Tiere akute Erkrankungen festgestellt, die unter Behandlung standen. Hierbei handelte es sich hauptsächlich um Abszesse oder andere entzündliche Veränderungen im Bereich des Nagelbetts. Weiterhin wurden 30 % der Elefanten als übergewichtig eingeschätzt und 36 % der Tiere zeigten stereotype Bewegungsmuster.

Abstract:

Foot diseases are one of the most frequent diseases in zoo elephants and usually therapy is difficult due to the diseases often being caused by husbandry conditions. In the recent past thermography used as a non-invasive diagnostic aid showed promising results in detecting foot diseases at an early stage. Thus far, missing data on the physiologic thermographic heat pattern and its influencing factors prevented a wider use of this diagnostic method and a more objective evaluation of its findings.

Pedography has been used commonly in human healthcare for a number of years to detect pathological conditions related to pressure distribution in the foot. In Elephants this diagnostic method has not been used so far, but it might produce important insights into the pressure distribution under the elephant’s foot and the impact of husbandry conditions.

A total of 95 Asiatic Elephants in 17 European zoos were systematically examined using a high resolution thermographic camera and physiologic heat profiles of elephant’s feet without known foot diseases were established. To allow a more objective evaluation of thermographic findings, the feet and toes were divided schematically into defined areas for measurement purposes, based on anatomical features for which the temperature data was then plotted to produce heat curves for each area.

Measurements of temperatures pertaining to similar areas of different elephants showed strong individual fluctuation. Temperature variation was as high as 8 °C in similar areas between elephants. Thus, evaluation of thermographic findings should never be based on absolute temperature readings alone. This strong variation is partly caused by environmental factors during the examination. With environmental temperatures between 17,5 °C and 23 °C, a one degree increase of this temperature will cause a 0,5 °C increase of the heat radiation of the feet. An increase of air humidity by 1 % will cause an increase of 0,03 °C of the measured thermographic heat radiation.

The physiological heat profiles for coronary and hoof wall areas of the toes showed an arched, parable-like shape when plotted from the medial over the cranial to the lateral toes. The highest temperature readings were found on the cranial toes. The difference between coronary and hoof wall temperatures of similar toes were constant all over the foot. The physiological heat profiles of the toe areas above the coronary region did not show this arched shape but stayed below the coronary temperature readings except on the medial toe. On comparison with thermographic findings of inflammated toes, a strong increase of this area above the coronary band was found which exceeded the temperature of the coronary region. This characteristic can be used as an indicator for acute inflammations. A regular heat profile, which resembles closely the physiological heat profile created in this study and which shows constant temperature differences between the defined areas of the single toes, is a good indicator of healthy foot. It is recommended that thermographic examinations always are evaluated using conventional observation of the heat patterns in conjunction with the additional creation of a heat profile to minimize subjectivity by the clinician.

For the first time three elephants were examined in this study using a new pedographic method to gain information on the pressure distribution below the elephant’s foot. As found in humans as well as in pedographically examined cows, the pressure distribution in elephant’s feet showed a characteristic profile. Pressure peaks showed up especially in the cranial area of the foot, possibly the border between sole and pad, as well as in the caudal region in the shape of two pressure pillars. Experiments with a method to simulate softer ground seemed to lower the pressure peaks slightly in favor of a broader distribution, but were very difficult to evaluate, especially considering the small sample size. This method is also suited to register the actual area size put under pressure by the elephant, which was shown to rise under increased pressure, e. g. three legged standing. Despite some encountered methodical and technical problems, pedography of elephants is going to be a very promising field for further scientific studies in order to acquire more information on the physiology of pressure distribution.

Data on husbandry conditions of the 17 visited zoos and as well as data on frequency and type of foot diseases and other health parameters of all 95 examined elephants were also collected and evaluated. A strong need for improvement was observed in terms of enclosure sizes and the surface materials used in indoor enclosures. Also, daily routines to increase activity of the elephants in the outdoor enclosures were found to be carried out only in half of the visited zoos. On a positive note, elephants in the evaluated zoos were hardly ever chained and if so, only for examination purposes. According to the data of the husbandry evaluation the information on the current status of foot health showed the need for improvement: Only in 36 % of the examined elephants foot problems were so far not encountered. On the time of examination 27 % of the animals were found to be under ongoing treatment for foot diseases. Mostly these were abscesses or other inflammated processes in the area of the nail’s laminar tissue. Out of the study sample, 30 % of the elephants were estimated to be overweight and 36 % showed stereotypic movement patterns.

 

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© Peter Dollinger, Zoo Office Bern hyperworx