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Diese Dissertation beschreibt Versuchsanordnung, Ergebnisse und Interpretation einer vergleichenden Beobachtungsstudie an Legehennen der Linien Lohmann Selected Leghorn in Kleingruppenhaltungen drei verschiedener Hersteller und in vier Anlagen (A, B, C und D) sowie in einer Bodenhaltung (Anlage E). Die Anlagen A bis D unterschieden sich in der Gruppengröße (von 33 bis 50 Tiere pro Abteil) sowie in der Anordnung und Einteilung der Funktionsbereiche Staubbad, Sitzstangen und Nest. In der Bodenhaltung befanden sich 100 Tiere pro Abteil. In allen Stallungen wurde ausschließlich Kunstbeleuchtung verwendet. Die Förderung des Vorhabens erfolgte aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung. Im Laufe der Legeperiode wurde während drei Untersuchungszeiträumen (1. UZR 24./25. Lebenswoche, 2. UZR 47./48. Lebenswoche, 3. UZR 63./64. Lebenswoche) für jeweils 48 Stunden Verhaltensbeobachtungen per Videoaufzeichnung durchgeführt. Die Kameras wurden so ausgerichtet, dass die Sitzstangen, der Staubbadebereich und der Gitterbereich der Abteile gut einsehbar waren. Die Auswertung der Aufzeichnungen erfolgte für die Hellphase und Dunkelphase getrennt. Während der Hellphase wurde anhand des „Focal Animal Sampling“ zu drei festgelegten Tageszeiträumen (TZ) das Staubbadeverhalten genau beobachtet. Die Zeiträume für das „Focal Animal Sampling“ waren 30 Minuten während (TZ I) und 60 Minuten nach der Dämmerungsphase in der Früh (TZ II) sowie 60 Minuten im Anschluss an das erste Einstreuintervall des Tages (TZ III). Dabei wurde die Dauer, die Häufigkeit und Ursache von Unterbrechungen sowie das Beenden des Staubbadens notiert. Der Anteil staubbadender Hennen auf der Staubbadematte und auf dem Gitter wurde anhand des „Behaviour Sampling“ jeweils stündlich, 30 Minuten nach Beginn der Hellphase, sowie im 20 Minuten Intervall während der Hauptstaubbadezeit (9:30 bis 14:30) dokumentiert. Der genaue Aufenthaltsort der Hennen in den verschiedenen Funktionsbereichen wurde per „Scan Sampling“ 30 Minuten nach Beginn der Hellphase stündlich durchgeführt und während der Dunkelphase zu zwei Beobachtungszeitpunkten aufgezeichnet. Die Beleuchtungsstärke wurde in der 31./34., 51. und 64./65. Lebenswoche nach dem Prinzip der 6-Seiten-Messung in Lux gemessen, wobei der Mittelwert aus sechs Einzelwerten für jeden Untersuchungspunkt (Staubbad, Futtertrog, Legenest, Sektionsmitte) gebildet wurde. Eine Untersuchung auf Verletzungen der Haut wurde im Laufe der Legeperiode drei Mal durchgeführt. In den Kleingruppenhaltungen (Anlagen A bis D) befanden sich während aller Untersuchungszeiträume signifikant weniger Tiere (12,8 % bis 10,9 %) im Bereich der Einstreumatte als in der Bodenhaltung (Anlage E, 27,6 % bis 35,7 %). Auf den Sitzstangen der Kleingruppenhaltung (22,1 % bis 26,8 %) wurden dagegen während der Hellphase mehr Tiere beobachtet als auf den Sitzgelegenheiten (Sitzstangen und Anflugbalkon) der Bodenhaltung (Anlage E, 15,1 % bis 11,3 %), teilweise waren diese Unterschiede signifikant. Während der Dunkelphase befanden sich in den Anlagen A bis D zwischen 59,5 % und 65,5 % der Hennen auf den Sitzstangen, in der Anlage E 64,3 % bis 68,4 % auf den Sitzgelegenheiten. In einigen Anlagen gab es deutlich erkennbare Präferenzen für unterschiedliche Sitzstangen. Während der Hellphase wurden z. B. in zwei der vier Kleingruppenanlagen, in denen Sitzstangen unter einer Tränkelinie installiert waren, diese signifikant mehr genutzt als andere Sitzstangen. Niedrige Sitzstangen, die nicht unter einer Tränkelinie verliefen, wurden dagegen weniger genutzt als die hohen Sitzstangen. Das Staubbadeverhalten zeigte sowohl zwischen den Haltungssystemen Kleingruppenhaltung und Bodenhaltung, als auch zwischen den verschiedenen Kleingruppenanlagen Unterschiede. In der Anlage C mit der größten und zusammenhängenden Staubbadefläche wurden (teilweise signifikant) mehr Staubbadesequenzen im TZ III beobachtet als in den anderen Anlagen. Der Gesamtanteil staubbadender Hennen im Tagesverlauf war in allen UZR in der Anlage B signifikant niedriger, als in den Anlagen A, C und D sowie im 2. und 3. UZR signifikant weniger, als in allen anderen Anlagen (A, C, D und E). In den Anlagen A und B wurde der größere Anteil der Tiere in allen UZR beim Staubbaden auf dem Gitter und nicht auf der dafür vorgesehenen Staubbadematte beobachtet, in der Anlage B war dieser Unterschied zu allen UZR, und in der Anlage A im 1. und 3. UZR signifikant. Staubbaden auf dem Gitter wurde insbesondere in den Anlagen A und B zu allen UZR und in der Anlage D während des 2. und 3. UZR signifikant häufiger im Bereich vor dem Futtertrog, als auf dem Gitter zwischen den Sitzstangen beobachtet. In den Anlagen C, D und E wurden während aller UZR signifikant mehr Tiere beim Staubbaden auf der Staubbadematte als auf dem Gitter beobachtet. In der Anlage E wurde zu keinem UZR Staubbadeverhalten auf dem Gitter beobachtet. Die durchschnittliche Dauer einer Staubbadesequenz variierte, in allen Anlagen wurden sehr kurze und sehr lange Staubbäder beobachtet. Das kürzeste beobachtete Staubbad betrug 0,07 Minuten (Anlage C), das längste 44,03 Minuten (Anlage D). In der Anlage B wurden in allen UZR durchschnittlich die kürzesten Staubbadedauern beobachtet. Die Beendigung der Staubbadesequenzen zeigten Unterschiede zwischen dem Haltungssystem Kleingruppenhaltung und der Bodenhaltung, wobei ausschließlich in der Bodenhaltung in allen UZR signifikant mehr Staubbadesequenzen ohne als mit störendem Einfluss beendet wurden. Die Unterbrechung von Staubbädern wurde in allen UZR (im 2. und 3. UZR signifikant) in den Anlagen A, C und D häufiger beobachtet als in der Anlage E, zumeist ließ sich keine offensichtliche Erklärung für die Unterbrechung finden. In der Anlage E wurden im Laufe der Legeperiode Beleuchtungsstärken von durchschnittlich 24,2 Lux, in den Kleingruppenanlagen höchstens durchschnittliche 7,5 Lux gemessen. Ein direkter Zusammenhang zwischen einer hohen Lichtintensität und starken Verletzungen bzw. höheren Mortalitäten konnte nicht beobachtet werden, jedoch wurden aufgrund des Kannibalismus der vorherigen Legeperioden die Anlagen A, B und D von Beginn der Legeperiode mit niedrigen Beleuchtungsstärken eingestellt. In der Anlage A, in Abteilen mit horizontal installierten LED Lichtrohren über dem Staubbadebereich, wurde eine deutliche Steigerung der Beleuchtungsstärke (in Lux) erreicht. Dies war in der Anlage D nicht der Fall, möglicherweise weil die Beleuchtungsstärke vor allem von der Lage des Abteils im Stall und der daraus resultierenden Ausleuchtung durch die Leuchtstoffröhren abhing. In der Anlage D wurden im Tagesverlauf aller UZR in Abteilen ohne LED mehr staubbadende Hennen beobachtet als in Abteilen mit LED, in der Anlage A war dies nicht konstant, sondern variierte. Jedoch wurden in der Anlage A, in allen UZR im Tagesverlauf, mehr Hennen beim Staubbaden auf der Staubbadematte in Abteilen mit LED über diesem Bereich beobachtet. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass in weiterführenden Untersuchungen eher die Beleuchtungsstärke als das Vorhandensein von LED Lichtrohren als vergleichender Faktor verwendet werden sollte. In der Anlage E wurden in allen UZR weniger bzw. weniger schwere Verletzungen notiert als in den Anlagen A, B, C und D. In der Anlage B wurden in allen UZR mehr bzw. schwerere Verletzungen aufgezeichnet als in den anderen Anlagen. In den Anlagen B und D wurden im Laufe der Legeperiode hohe Mortalitätsraten von 15,7 % (Anlage B) und 29,9 % (Anlage D) beobachtet. Die Hauptabgangsursache war in diesen Anlagen Kannibalismus. In dieser Studie wurden die Verhaltensstörungen Pseudostaubbadeverhalten und Kannibalismus bei mehreren der untersuchten Kleingruppenanlagen beobachtet. Optimierungsmaßnahmen dieser Haltungsform zur Verbesserung der Möglichkeit der Ausübung arteigener Verhaltensweisen erscheinen daher notwendig und sollten vor allem die Anordnung des Funktionsbereiches „Staubbad“ betreffen. Dafür sollte eine entsprechend große, zusammenhängende Fläche vorhanden sein, die 25 % bis 35 % der Tiere gleichzeitig Platz bietet. Andere Funktionsbereiche, z.B. Tränke, Futtertrog oder Sitzstangen sollten diesen Bereich nicht überlappen oder direkt anliegen.

Da man sich den negativen Auswirkungen der totalen sowie partiellen Meniskektomie bewusst ist, wird seit mehreren Jahren nach einem geeigneten Ersatzmaterial für geschädigtes Meniskusgewebe gesucht. Bisher konnte allerdings keines der getesteten Materialien das Meniskusgewebe zufriedenstellend ersetzen. Daher war es Ziel der vorliegenden Studie, ein neuartiges Scaffold auf seine Fähigkeit geschädigtes Meniskusgewebe zu ersetzen zu untersuchen. Das getestete Scaffold wurde aus Seidenfibroin, einem Hauptbestandteil der Seide der Seidenspinnerraupe Bombyx mori, hergestellt. Viele Materialien aus Seide konnten bereits in anderen Einsatzgebieten durch ihre gute Biokompatibilität sowie durch hervorragende mechanische Eigenschaften überzeugen. Voruntersuchungen der neuartigen Seidenfibroin-Scaffolds zeigten eine durchschnittliche Porengröße von > 100 μm. Zusätzlich konnten in vitro geeignete mechanische Eigenschaften für den Meniskusersatz sowie eine gute Biokompatibilität der Scaffolds nachgewiesen werden. Daher sollte in der vorliegenden Studie in vivo am Schafmodell getestet werden, ob die Seidenfibroin-Scaffolds auch im Kniegelenk biokompatibel sind, ob sie eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen und ob sie die Entstehung degenerativer Knorpelveränderungen verzögern können. Am medialen Meniskus wurde eine partielle Meniskektomie durchgeführt und die Seidenfibroin-Scaffolds in den Meniskusdefekt implantiert. Es gab zwei Scaffold-Gruppen mit unterschiedlichen Untersuchungszeiträumen. In einer Gruppe betrug die Implantationszeit drei Monate. Das Hauptaugenmerk lag in dieser Gruppe auf möglichen Immunreaktionen gegen das Scaffold. In der anderen Scaffold-Gruppe betrug die Implantationszeit sechs Monate. Als orientierende Vergleichsgruppen wurde eine Tiergruppe shamoperiert, bei einer anderen wurde eine Teilresektion durchgeführt. Der Untersuchungszeitraum dieser beiden Gruppen betrug ebenfalls sechs Monate. Im Vergleich der drei Sechsmonatsgruppen war es möglich die Auswirkungen der Scaffoldimplantation auf die Gelenkgesundheit zu beurteilen. Je Versuchsgruppe wurden 9-10 Tiere operiert. Durch makroskopische, histologische und immunchemische Untersuchungen von Gelenkkapsel, Meniskus und Scaffold sowie Gelenkflüssigkeit wurde die Biokompatibilität der Scaffolds im Kniegelenk überprüft. Die histologischen Untersuchungen der Scaffolds ließen Aussagen über die Bioaktivität und das Einwachsverhalten der Scaffolds zu. Mit makroskopischen, biomechanischen und histologischen Untersuchungsmethoden wurde der Degenerationsgrad des artikulären Knorpels bestimmt, um mögliche chondroprotektive Eigenschaften der Scaffolds zu ermitteln. Zusätzlich wurden Scaffold- und Meniskusproben biomechanisch untersucht. So konnte überprüft werden, ob die Scaffolds vor sowie nach Implantation aus mechanischer Sicht geeignet sind, verletztes Meniskusgewebe adäquat zu ersetzen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Seidenfibroin-Scaffolds durchaus Potential für die Anwendung als Meniskusteilersatz haben. Die Biokompatibilität der Scaffolds konnte bestätigt und eine Schädigung des Gelenkknorpels durch die Scaffoldimplantation ausgeschlossen werden. Außerdem scheinen die Scaffolds das Auftreten degenerativer Knorpelveränderungen, wie sie nach partieller Meniskektomie zu beobachten sind, verzögern zu können. Vor Implantation wiesen die Scaffolds eine geringere Steifigkeit auf als das native Meniskusgewebe. Im Laufe der Implantation nahm die Steifigkeit der Scaffolds allerdings zu und unterschied sich nach sechs Monaten nicht mehr signifikant von der Steifigkeit des Meniskus. Auf lange Sicht scheinen die Scaffolds demnach das Meniskusgewebe mechanisch ersetzen zu können. Dies ist besonders wichtig, da die Seidenfibroin-Scaffolds einen dauerhaften Meniskusersatz darstellen und nicht wie andere Materialien einer raschen Resorption und Substitution durch Regenerationsgewebe unterliegen. Allerdings zeigte sich in dieser Studie auch, dass die Fixation der Scaffolds nicht in allen Fällen erfolgreich war. Zudem fand während der Implantationszeit keine Integration der Scaffolds in das Meniskusgewebe statt. Meniskusnah waren zwar einige Scaffoldporen mit Zellen und Bindegewebe gefüllt, eine bindegewebige Verwachsung zwischen Scaffold und Meniskus war hingegen weder nach drei- noch nach sechsmonatiger Implantation zu sehen. Veränderungen der Poreninterkonnektivität, der Porengröße sowie der Fixierbarkeit sind daher vor einem weiteren Einsatz der Scaffolds notwendig. Zudem sollten in einer weiteren in vivo Studie die chondroprotektiven Eigenschaften der Seidenfibroin- Scaffolds über einen längeren Zeitraum untersucht werden.

Bisher wird in der Literatur keine standardisierte tierexperimentelle Methode beschrieben, mit der in der Frühphase der Knochenheilung ausreichend interfragmentäres Gewebevolumen für die histologische, biochemische oder immunocytochemische Analyse gewonnen werden kann. Es wird ein entsprechend variiertes Distanzosteosynthesemodell vorgestellt, das aus dem Frakturbereich der Kaninchentibia ausreichend Gewebe für differenzierte Analysen liefert. Mit guter Vaskularität, hoher Knochenappositionsrate sowie schneller Zellproliferation und –differenzierung scheint der Kaninchenknochen für relativ begrenzte Untersuchungszeiträume und für Fragestellungen zur Frühphase der Knochenheilung besonders geeignet. Untersuchungen an diesem Modell zum qualitativen und quantitativen Nachweis unterschiedlicher Zellen im interfragmentären Raum zu verschiedenen Zeitpunkten der Frakturheilung werden beschrieben, besondes berücksichtigt dabei neuropeptidpositive Nervenfasern, vor allem das Calcitonin gene-related peptide (CGRP). Daten und Fakten zu Vorkommen, Verteilung, Struktur, Sequenz und Biochemie des Peptids, wie sie die aktuelle internationale Literatur dokumentiert, ergänzen den experimentellen Teil der Arbeit. An der Tibia von insgesamt 30 Tieren wurde – in einem standardisierten operativen Verfahren – ein definierter interfragmentärer Raum geschaffen. Nach Ablauf des vorgesehenen Beobachtungszeitraumes erfolgte die Tötung der Tiere vor Entnahme des jeweiligen Präparates. Nach Freilegen der Osteosynthese wurde im interfragmentären Raum ein definiertes 3mm dickes zylinderförmiges Segment entnommen und fixiert; außerdem wurden jeweils osteotomienah und –fern zwei weitere Gewebeproben aus dem Markraum der Tibia isoliert. Die anschließenden Untersuchungen im gewonnenen Material umfaßten mikroskopische Analysen der Morphologie von Hämatom, Fibringerüst, Granulationsgewebe während unterschiedlicher Phasen der Frakturheilung, die immunocytochemische Darstellung neuropeptidpositiver Fasern und mikroskopische qualitative und quantitative Analysen neuropeptidpositiver Fasern zu den gewählten Zeitpunkten. Bei den nach 5 Tagen getöteten Tieren fanden sich in den untersuchten Präparaten vor allem ein konsolidiertes Frakturhämatom. Ein feines Fibrinnetz war in den Randgebieten des interfragmentären Raumes zu sehen. Gefäßlakunen, Kapillaren und Mineralisationsinseln waren nicht erkennbar. In der zweiten Tiergruppe konnte gezeigt werden, daß nach 10 Tagen der Abbau schollig zerfallener Erythrozyten durch Phagozyten weiter vorangeschritten war; Der Zellgehalt verringerte sich insgesamt zugunsten einer beginnenden Faserbildung. Das Fibrinnetz hatte weiter zugenommen und zeigte vereinzelt Septen; Am 15. Tag postop. war das Fibrinnetz nicht mehr erkennbar, stattdessen neu entstandenes Bindegewebe, Gefäßstrukturen und vereinzelte Mineralisations-inseln. Perivaskulär, an den Gefäßsinusoiden und begleitend zu Precursorzell-ansammlungen ließen sich frühestens am 10. und spätestens am 15. Tag nach der Osteotomie mit Hilfe immunocytochemischer Verfahren neuropeptidpositive Fasern nachweisen. In diesen Untersuchungen konnte CGRP im Gegensatz zu bisher durchgeführten Versuchen unterschiedlicher Autoren erstmals schon in der Frühphase der Frakturheilung nachweisen werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die Innnervation des Knochens ein hochentwickeltes regulatorisches Element repräsentiert, das sowohl lokale Anforderungen registriert wie auch durch Freisetzung aktiver Neuropeptide den gesamten Knochenstoffwechsel unmittelbar beeinflußt. Wie aus früheren Studien hervorgeht, sind Neuropeptide dort zahlreich vorhanden, wo hohe Knochenstoffwechselraten zu verzeichnen sind. Außerdem sind sie häufig in unmittelbarer Nähe von Blutgefäßen konzentriert. Die Beobachtung, daß CGRP während der frühen Frakturheilung hauptsächlich in der Nähe von Blutgefäßen auftritt, legt den Schluß nahe, daß es durch seine bekannten vasodilatierenden Eigenschaften den Blutfluß in die verletzte Region verstärkt und so die Knochenheilung unterstützt. Experimentelle Untersuchungen zeigen, daß neurale Einflüsse auf den Knochen von Neuropeptiden vermittelt werden. Wie alle regulativen Proteine und Faktoren agieren Neuropeptide über Second-messenger-Systeme und können auch in niedrigen Konzentrationen das Remodeling beeinflussen. Durch ihre sensorische Funktion nehmen Nervenfasern mechanische Ansprüche wahr und setzen im weiteren Verlauf Neuropeptide frei. Sie sind in der Lage, die Lücke zwischen systemischen und primär lokalen regulativen Elementen zu füllen. Grundsätzlich ist die Selbstheilung des Knochens durch die Größe des Defekts limitiert. Meist sind chirugische Interventionen nötig und die unterschiedlichsten Hilfsmittel unumgänglich. In jüngster Zeit sind v.a. Knochenersatzmaterialien von zunehmender Bedeutung. Ihre Zukunft scheint in der Entwicklung osteoinduktiver Implantate zu liegen. Auch unter diesem Aspekt gewinnt unser Distanzosteosynthesemodell besondere Bedeutung. Der große interfragmentäre Raum bietet optimale Bedingungen für gezielte Untersuchungen, die zur Weiterentwicklung von Knochen-ersatzmaterialien führen können.