Evaluation der Stressbelastung bei Mastschweinen in Abhängigkeit vom Verhaltenstyp

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Evaluation der Stressbelastung bei Mastschweinen in Abhängigkeit vom Verhaltenstyp

INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades eines

Doktors der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -

(Dr. med. vet.)

vorgelegt von Lutz Brimmers

Geldern

Hannover 2020

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Aktuelle Adresse:

Prof. Dr. Marion Schmicke

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Naturwissenschaftliche Fakultät III

Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften Tiergesundheitsmanagement

Frau Prof. Dr. Nicole Kemper

Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie

1. Gutachterinnen: Frau JProf. Dr. Marion Schmicke und Frau Prof. Dr. Nicole Kemper

2. Gutachter: Herr Prof. Dr. M. Wendt

Tag der mündlichen Prüfung: 08.05.2020

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Meiner Familie

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Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung ... 1

2. Literaturübersicht ... 5

2.1. Definition Stress ... 5

2.1.1. Regulatorischer Bereich und Adaptationskapazität ... 7

2.2. Verhaltenstypen beim Schwein ... 11

2.3. Stressantwort ... 17

2.3.1. SAM-System ... 17

2.3.2. HPA-Achse ... 17

2.4. Dysregulation der HPA-Achse ... 22

2.4.1. Biomarker der HPA-Achse ... 25

2.5. Auswirkungen der dysregulierten HPA-Achse auf den Organismus und andere endokrine Systeme ... 29

2.5.1. Auswirkungen der HPA-Achse auf den Metabolismus ... 30

2.5.2. Auswirkungen der HPA-Achse auf das Immunsystem ... 31

2.5.3. Auswirkungen der HPA-Achse auf die Reproduktion ... 33

2.5.4. Auswirkungen der HPA-Achse auf Wachstum und Entwicklung ... 35

2.5.5. Auswirkungen der HPA-Achse auf die Schilddrüsenhormonachse ... 36

2.6. Zusammenfassung der Auswirkungen von Stress beim Schwein ... 38

2.7. Zielsetzung der Arbeit ... 40

3. Material und Methoden ... 41

3.1. I. Studie: Progression der neuroendokrinen Systeme in Abhängigkeit vom Coping Style und der Haltungsform... 41

3.1.1. Untersuchungsgut ... 41

3.1.2. Versuchsablauf ... 42

3.1.3. Backtest ... 43

3.1.4. Probenentnahme... 45

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3.1.5. Haltung der Schweine ... 46

3.2. II. Studie: Retrospektive neuroendokrine Untersuchung von Tieren am Schlachthof ... 50

3.3. Laboranalysen ... 53

3.3.1. Cortisolanalyse im Serum ... 53

3.3.2. DHEA-Analyse im Serum ... 53

3.3.3. Cortisolanalyse im Speichel ... 54

3.3.4. DHEA-Analyse im Speichel ... 55

3.3.5. Wachstumshormonanalyse im Plasma ... 56

3.3.6. IGF-1-Analyse im Serum ... 57

3.3.7. IGFBP-2, -3 und -5 im Plasma ... 58

3.3.8. Thyroxinanalyse im Plasma ... 59

3.3.9. Trijodthyroninanalyse im Plasma ... 59

3.3.10. Reverses-Trijodthyronin-Analyse im Plasma ... 60

3.3.11. Statistische Auswertung ... 61

4. Ergebnisse ... 62

4.1.1. Backtest ... 62

4.1.2. Versuchstiere ... 64

4.1.3. Cortisol im Serum ... 65

4.1.4. DHEA im Serum ... 69

4.1.5. Cortisol/DHEA-Ratio im Serum ... 72

4.1.6. Cortisol im Speichel ... 75

4.1.7. DHEA im Speichel ... 78

4.1.8. Cortisol/DHEA-Ratio im Speichel ... 79

4.1.9. Wachstumshormon im Plasma... 80

4.1.10. IGF-1 im Serum ... 81

4.1.11. IGFBP-2 im Plasma ... 84

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4.1.14. Total-IGFBPs im Plasma ... 93

4.1.15. IGF-1/Total-IGFBP ... 96

4.1.16. Thyroxin im Plasma ... 99

4.1.17. Trijodthyronin im Plasma ... 102

4.1.18. T4/T3-Ratio ... 105

4.1.19. Reverses Trijodthyronin im Plasma ... 108

4.1.20. Körpergewicht ... 111

4.2.1. Innere Organveränderungen am Schlachthof ... 114

4.2.2. Äußere Organveränderungen am Schlachthof ... 117

5. Diskussion ... 120

5.1.1. Backtest ... 122

5.1.2. Haltung der Versuchstiere ... 126

5.1.3. HPA-Achse ... 129

5.1.4. Somatotrope Achse ... 141

5.1.5. Thyreotrope Achse ... 149

6. Ausblick ... 157

7. Zusammenfassung ... 160

8. Summary ... 164

9. Literaturverzeichnis ... 167

10. Anhang ... 201

11. Danksagung ... 245

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Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

ACTH Adrenocorticotropes Hormon

AVP Argenin Vasopressin

BP Blutprobe

ca. circa

cAMP cyklisches Adenosinmonophosphat

C/DHEA-Ratio Ratio aus Cortisol und Dehydroepiandrosteron

cpm counts per minute

CRF Corticotropin Releasing Factor

DHEA Dehydroepiandrosteron

DHEA-S Dehydroepiandrosteronsulfat

EDTA Ethylendiamintetraessigsäure

ELISA Enzyme-linked Immunosorbent Assay

GH Growth Hormone (Wachstumshormon)

GHIH Growth Hormone Inhibiting Hormone

GHRH Growth Hormone Releasing Hormone

GnRH Gonadotropin Releasing Hormone

HPA-Achse Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse

HR high resistant

IGF Insulinähnlicher Wachstumsfaktor

IGF-1 Insulinähnlicher Wachstumsfaktor-1 IGF-2 Insulinähnlicher Wachstumsfaktor-2

IGFBP-2 Insulinähnlicher Wachstumsfaktor Bindungsprotein-2 IGFBP-3 Insulinähnlicher Wachstumsfaktor Bindungsprotein-3 IGFBP-5 Insulinähnlicher Wachstumsfaktor Bindungsprotein-5

IL Interleukin

Jak-Stat Januskinase Signal Transducers and Activators of Transcription

kg Kilogramm

km Kilometer

LH Luteinsierendes Hormon

LR low resistant

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LT Lebenstag

m² Quadratmeter

min Minuten

ml Milliliter

mm Millimeter

ng Nanogramm

nm Nanometer

NTI Non-Thyroidal Illness

pg Pikogramm

OM Ohrmarke

PGF 2α Prostaglandin F2 alpha

POMC Proopiomelanocortin

rpm rounds per minute

rT3 3,3´,5´-Trijodothyronin, reverses Trijodthyronin

s. siehe

SAM-System Sympatho-Adrenomedulläres-System T3 3,3´,5-Triiodothyronin, Trijodthyronin

T4 Thyroxin

T4/T3-Ratio Ratio aus T4 und T3

TH-1 T-Helferzellentyp-1

TH-2 T-Helferzellentyp-2

TMB Tetramethylbenzidine

TNFα Tumornekrosefaktor alpha

TRH Thyrotropin Realising Hormone

TSH Thyroid Stimulating Hormone

vgl. vergleiche

VK Variationskoeffizient

z. B. zum Beispiel

ZNS Zentrales Nervensystem

µl Mikroliter

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Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Schematische Darstellung des Stresskonzepts mit einem regulatorischen Bereich (grauer Bereich) und der Adaptationskapazität (schwarz hinterlegter Bereich) (A) und der möglichen Effekte eines Stressors auf einen Organismus. Die x-Achse zeigt die Umweltbedingungen, wie Temperatur, Nahrungsangebot oder Stabilität der Sozialstruktur. (B) zeigt die reduzierte Adaptationskapazität verglichen mit der originalen Adaptationskapazität (gestrichelte Linie). Bei (C) verschiebt sich der regulatorische Bereich durch Stress, während die Adaptationskapazität gleich bleibt; nach KOOLHAAS et al. (2011), modifiziert durch BRIMMERS (2020). ... 9

Abbildung 2 Darstellung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse.

Cortisol diffundiert direkt durch die Zellmembran und bindet innerhalb der Zelle an den nukleären Glukokortikoidrezeptor und entfaltet so seine Haupteffekte auf den Organismus. ... 20

Abbildung 3 Vereinfachte Darstellung der Steroidbiosynthese unter Stressbedingungen. Verschiebung der Pregnenolon-Verfügbarkeit zu Gunsten des Cortisols... 24

Abbildung 4 Ausschüttung der adrenalen Hormone (Cortisol, Pregnenolon und DHEA) in Abhängigkeit des Stadiums der Stressreaktion nach SELYE (1976) und GUILLIAMS und EDWARDS (2010); modifiziert durch BRIMMERS (2020). ... 28

Abbildung 5 Übersichtsdarstellung einiger für die Beschreibung von Stress beim Schwein wichtigen Interaktionen zwischen dem Hypothalamus-Hypophysen- Nebennieren-System und anderen neuroendokrinen Achsen ... 30

Abbildung 6 Regulationsmechanismen und Interaktionen der Körperabläufe im Rahmen einer akuten und chronischen Stressantwort nach CHROUSOS (2009);

modifiziert nach BRIMMERS (2020) ... 39

Abbildung 7 Illustration der Auswirkungen von Stress in Abhängigkeit vom Coping Style auf die HPA-Achse, Stress-assoziierte Erkrankungen, die Schilddrüse und somatotrope Achse und daraus resultierende potenzielle innovative Biomarker beim Schwein ... 40

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Abbildung 8 Schematische Darstellung des Versuchsablaufs von Versuchsbeginn an und Gruppeneinteilung mittels Backtest am 2. Lebenstag (LT) bis Versuchsende nach der letzten Blutproben (BP)- und Speichelprobenentnahme am 150. LT.

Aufgrund der sehr unterschiedlichen Perioden der Haltungsabschnitte ist keine maßstabsgetreue Abbildung möglich. Die Tiere wurden ab der Ferkelaufzucht in

unterschiedlichen Haltungsformen gehalten. ... 43

Abbildung 9 Durchführung des Backtests bei einem Ferkel am zweiten Lebenstag nach HESSING et al. (1993) ... 44

Abbildung 10 Blutprobenentnahme im Rahmen des Versuches bei einem Mastschwein am letzten Probezeitpunkt (150. Lebenstag) ... 45

Abbildung 11 Das Foto zeigt zwei Salivetten (Probe 369) nach dem Auftauen und der Zentrifugation. ... 46

Abbildung 12 Tiere am 30. LT aus der konventionellen Gruppe in der Ferkelaufzucht. ... 49

Abbildung 13 Tiere am 80. LT aus der konventionellen Gruppe in der Mast. ... 49

Abbildung 14 Tiere am 30. LT aus der Tierwohl-Gruppe in der Ferkelaufzucht. ... 49

Abbildung 15 Tiere am 80. LT aus der Tierwohl-Gruppe in der Mast. ... 49

Abbildung 16 Tiere am 30. LT aus der high-enriched-Gruppe in der Ferkelaufzucht. ... 49

Abbildung 17 Tiere am 80. LT aus der high-enriched-Gruppe in der Mast. ... 49

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Abbildung 18 Anzahl der Ausbruchsversuche nach Backtest am zweiten Lebenstag.

Ferkel mit drei oder weniger Ausbruchsversuchen wurden als LR (weiße Säulen) klassifiziert und Ferkel mit acht oder mehr Ausbruchsversuchen als HR (schwarze Säulen) klassifiziert. Als unklar wurden Ferkel mit vier bis sieben Ausbruchsversuchen bezeichnet. Der Backtest wurde an n=135 Ferkeln durchgeführt. ... 63

Abbildung 19 Darstellung der Serumcortisolkonzentration in nmol/l vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der Serumcortisolkonzentration. ... 65

Abbildung 20 Cortisolkonzentration im Serum in nmol/l im zeitlichen Verlauf und in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 67

Abbildung 21 Cortisolkonzentration im Serum in nmol/l im zeitlichen Verlauf und in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 67

Abbildung 22 Cortisolkonzentration im Serum in nmol/l im zeitlichen Verlauf und in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 68

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Abbildung 23 Darstellung der Serum-DHEA-Konzentration in ng/ml vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der Serum- DHEA-Konzentration. ... 69

Abbildung 24 DHEA-Konzentration im Serum in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 70

Abbildung 25 DHEA-Konzentration im Serum in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 70

Abbildung 26 DHEA-Konzentration im Serum in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 71

Abbildung 27 Darstellung Cortisol/DHEA-Ratio (C/DHEA-Ratio) im Serum vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der C/DHEA- Ratio. ... 72

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Abbildung 28 Cortisol/DHEA-Ratio im Serum im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 73

Abbildung 29 Cortisol/DHEA-Ratio im Serum im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 73

Abbildung 30 Cortisol/DHEA-Ratio im Serum im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 74

Abbildung 31 Darstellung der Cortisolkonzentration im Speichel in ng/ml vom 29. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der Cortisolkonzentration im Speichel. ... 75

Abbildung 32 Cortisolkonzentration im Speichel in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 76

Abbildung 33 Cortisolkonzentration im Speichel in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 76

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Abbildung 34 Cortisolkonzentration im Speichel in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 77

Abbildung 35 Darstellung der DHEA-Konzentration im Speichel in pg/ml vom 29. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. ... 78

Abbildung 36 Darstellung der Cortisol/DHEA-Ratio (C/DHEA-Ratio) im Speichel vom 29. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. ... 79

Abbildung 37 Exemplarische Darstellung einer Standardkurve des durchgeführten GH-Assays (Swine Growth Hormone Elisa Test Kit, endocrinetech, Newark, Kalifornien, USA). ... 80

Abbildung 38 Darstellung der IGF-1-Konzentration im Serum in ng/ml vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der IGF-1- Konzentration im Serum. ... 81

Abbildung 39 IGF-1-Konzentration im Serum in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 82

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Abbildung 40 IGF-1-Konzentration im Serum in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 82

Abbildung 41 IGF-1-Konzentration im Serum in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 83

Abbildung 42 Darstellung der IGFBP-2-Konzentration im Plasma in ng/ml vom 3. Lebenstag bis zum 115. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der IGFBP-2- Konzentration im Plasma. ... 84

Abbildung 43 IGFBP-2-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 85

Abbildung 44 IGFBP-2-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 85

Abbildung 45 IGFBP-2-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 86

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Abbildung 54 Darstellung der Total-IGFBP-Konzentration im Plasma in ng/ml vom 3. Lebenstag bis zum 115. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der Total- IGFBP-Konzentration im Plasma. ... 93

Abbildung 55 Total-IGFBP-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 94

Abbildung 56 Total-IGFBP-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 94

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Abbildung 57 Total-IGFBP-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf, in Abhängigkeit vom Coping Style, bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 95

Abbildung 58 Darstellung der Ratio aus IGF-1 und den Total-IGFBPs (IGF-1/Total- IGFBP-Ratio) vom 3. Lebenstag bis zum 115. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der IGF-1/Total-IGFBP-Ratio. ... 96

Abbildung 59 Ratio aus IGF-1 und den Total-IGFBPs im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 97

Abbildung 60 Ratio aus IGF-1 und den Total-IGFBPs im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 97

Abbildung 61 Ratio aus IGF-1 und den Total-IGFBPs im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 98

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Abbildung 62 Darstellung der T4-Konzentration im Plasma in nmol/l vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der T4- Konzentration im Plasma. ... 99

Abbildung 63 T4-Konzentration im Plasma in nmol/l im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 100

Abbildung 64 T4-Konzentration im Plasma in nmol/l im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 100

Abbildung 65 T4-Konzentration im Plasma in nmol/l im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 101

Abbildung 66 Darstellung der T3-Konzentration im Plasma in nmol/l vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der T3- Konzentration im Plasma. ... 102

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Abbildung 67 T3-Konzentration im Plasma in nmol/l im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 103

Abbildung 68 T3-Konzentration im Plasma in nmol/l im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 103

Abbildung 69 T3-Konzentration im Plasma in nmol/l im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 104

Abbildung 70 Darstellung der Ratio aus T4 und T3 (T4/T3-Ratio) vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der T4/T3-Ratio. ... 105

Abbildung 71 T4/T3-Ratio im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 106

Abbildung 72 T4/T3-Ratio im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall).

... 106

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Abbildung 73 T4/T3-Ratio im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 107

Abbildung 74 Darstellung der rT3-Konzentration im Plasma in ng/ml vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe der rT3- Konzentration im Plasma. ... 108

Abbildung 75 rT3-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 109

Abbildung 76 rT3-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 109

Abbildung 77 rT3-Konzentration im Plasma in ng/ml im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 110

Abbildung 78 Darstellung des Körpergewichts in kg vom 3. Lebenstag bis zum 150. Lebenstag in Abhängigkeit vom Coping Style und in drei verschiedenen Haltungsformen (konventionell, Tierwohl und high enriched). Die Daten sind in einem Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil dargestellt. In der Tabelle sind Ergebnisse der ANOVA für Messwiederholungen gezeigt. Dargestellt sind Veränderungen im zeitlichen Verlauf (Zeit) in Abhängigkeit der Haltungsform (HF), des Coping Styles (CS) und der HF x CS sowie der Einfluss der HF, des CS und der HF x CS auf die Höhe des Körpergewichts. ... 111

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Abbildung 79 Körpergewicht im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der konventionellen Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 112

Abbildung 80 Körpergewicht im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der Tierwohl-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall).

... 112

Abbildung 81 Körpergewicht im zeitlichen Verlauf in Abhängigkeit vom Coping Style bei Schweinen in der high-enriched-Haltung. Low resistant als gestrichelte Linie und high resistant als durchgezogene Linie dargestellt (Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall). ... 113

Abbildung 82 Blutparameter von Schweinen am Schlachthof, eingeteilt nach inneren Organbefunden nach BLAHA und BLAHA (1995). Schweine mit einem Score =0 verglichen mit Schweinen mit einem Score ≥2 im Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil. A: Cortisolkonzentration in nmol/l; B:

DHEA-Konzentration in ng/ml; C: C/DHEA-Ratio; D: IGF-1-Konzentration in ng/ml, E:

IGFBP-2-Konzentration in ng/ml; F: IGFBP-3-Konzentration in ng/ml ... 115

Abbildung 83 Blutparameter von Schweinen am Schlachthof, eingeteilt nach inneren Organbefunden nach BLAHA und BLAHA (1995). Schweine mit einem Score =0 verglichen mit Schweinen mit einem Score ≥2 im Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil. A: IGFBP-5-Konzentration in ng/ml; B:

Total-IGFBP-Konzentration in ng/ml; C: IGF-1/Total-IGFBP-Ratio; D: T4- Konzentration in nmol/l, E: T3-Konzentration in nmol/l; F: rT3-Konzentration in ng/ml;

G: T4/T3-Ratio ... 116

Abbildung 84 Blutparameter von Schweinen am Schlachthof, eingeteilt mittels Integumentschlüssel nach EKESBO und VAN DEN WEGHE (1998) und Schwanzverletzungsscore nach KRITAS und MORRISON (2007), beide Scores modifiziert und zusammengefasst nach BRIMMERS (2018). Schweine mit einem Score 0–1 verglichen mit Schweinen mit einem Score ≥4 im Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil. A: Cortisolkonzentration in nmol/l; B: DHEA-Konzentration in ng/ml; C: C/DHEA-Ratio; D: IGF-1-Konzentration in ng/ml, E: IGFBP-2-Konzentration in ng/ml; F: IGFBP-3-Konzentration in ng/ml ... 118

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Abbildung 85 Blutparameter von Schweinen am Schlachthof, eingeteilt mittels Integumentschlüssel nach EKESBO und VAN DEN WEGHE (1998) und Schwanzverletzungsscore nach KRITAS und MORRISON (2007), beide Scores modifiziert und zusammengefasst nach BRIMMERS (2018). Schweine mit einem Score 0–1 verglichen mit Schweinen mit einem Score ≥4 im Box-Plot-Diagramm mit Mittelwert, Quartilen und 5 %- sowie 95 %-Perzentil. A: IGFBP-5-Konzentration in ng/ml; B: Total-IGFBP-Konzentration in ng/ml; C: IGF-1/Total-IGFBP-Ratio; D: T4- Konzentration in nmol/l, E: T3-Konzentration in nmol/l; F: rT3-Konzentration in ng/ml;

G: T4/T3-Ratio ... 119

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Coping Style assoziiert mit unterschiedlicher Neuroendokrinologie und Physiologie nach KOOLHAAS et al. (1999) ... 21

Tabelle 2 Gruppeneinteilung nach Backtest bei n=135 Schweinen am zweiten Lebenstag ... 44

Tabelle 3 Befundschlüssel für die Erhebung von pathologisch-anatomischen Veränderungen beim Schlachtschwein nach BLAHA und BLAHA (1995); modifiziert nach BRIMMERS (2020) ... 51

Tabelle 4 Integumentschlüssel nach EKESBO und VAN DEN WEGHE (1998) und Score für Schwanzverletzungen nach KRITAS und MORRISON (2007); modifiziert nach BRIMMERS (2020) ... 52

Tabelle 5 Anteil der auf DHEA untersuchten Speichelproben in Prozent (%). ... 78

Tabelle 6 Die Tabelle zeigt die Anzahl Schweine, eingeteilt nach den Organveränderungen (BLAHA u. BLAHA 1995), in drei Kategorien ... 114

Tabelle 7 Die Tabelle zeigt die Anzahl Schweine je Befundscore, eingeteilt mittels Integumentschlüssel nach EKESBO und VAN DEN WEGHE (1998) und Schwanzverletzungsscore nach KRITAS und MORRISON (2007), beide Scores modifiziert nach BRIMMERS (2020), in drei Kategorien. ... 117

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1. Einleitung

In der modernen Schweinezucht erlangt die Beurteilung von Stress im Rahmen des Diskurses um verbesserte Tierwohlbedingungen eine zunehmende Bedeutung.

Beschäftigt man sich eingehender mit Stress, wird einem schnell die Komplexität neuroendokriner Vorgänge klar.

SELYE (1936) definierte Stress noch als „eine unspezifische Antwort des Organismus auf jegliche schädliche Einwirkung“. Dieses sehr allgemeine Stresskonzept wurde im Laufe der Zeit zunehmend weiterentwickelt und präzisiert.

So beschränken KOOLHAAS et al. (2011) Stress oder einen Stressor auf Bedingungen, welche die Regulationsfähigkeit des Organismus übersteigen. Dies geschieht nur dann, wenn ein Stimulus unkontrollierbar und/oder unvorhersehbar für das Individuum ist. Der Organismus nimmt diesen Stimulus dann als einen Stressor wahr (KOOLHAAS et al. 2011).

Die Reaktion des Organismus auf einen Stressor wird gewöhnlich auch als Stressantwort bezeichnet. Endokrinologisch wird diese Stressantwort vor allem durch die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA-Achse) und das Sympatho-Adrenomedulläre System (SAM-System) gesteuert (MINTON 1994;

WINGFIELD u. KITAYSKY 2002). Die Hormone, die beteiligt sind, sind primär Katecholamine (Noradrenalin und Adrenalin) und Cortisol (MINTON 1994).

Neben der Definition, was ein Stressor eigentlich ist, sollte im Sinne des Diskurses um mehr Tierwohl zwischen akutem und chronischem Stress unterschieden werden, insbesondere, wenn Auswirkungen von Stress auf das Schwein untersucht werden.

Bei akutem Stress, welcher durch diverse Stressoren ausgelöst werden kann, folgt eine akute biologische Stressantwort über die HPA-Achse und das SAM-System.

Hingegen kann chronischer Stress zum Beispiel (z. B.) durch das Wiederkehren eines akuten Stressors entstehen oder wenn ein Organismus einem Stressor kontinuierlich ausgesetzt ist und diesen nicht kontrollieren kann (KOOLHAAS et al.

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2011). Eine chronische Aktivierung der Stressantwort kann zusammenfassend in einer „Überbelastung“ (MCEWEN u. WINGFIELD 2003) oder einer „Erschöpfung“

(GUILLIAMS u. EDWARDS 2010) der physiologischen Regulationsmechanismen des Organismus enden. Infolge dieser Überforderung der Anpassungsfähigkeit, welche auch als Adaptationskapazität des Organismus bezeichnet wird, kann die Stressantwort nicht adäquat beendet werden. Dieser Zustand kann zu pathologischen Veränderungen im Organismus führen (MCEWEN u. STELLAR 1993; CHROUSOS 2009).

In den meisten vorangegangenen Studien wurden als adrenale Stressmarker für akuten Stress beim Schwein Adrenalin, Noradrenalin und Cortisol betrachtet (DE JONG et al. 2000; RUIS et al. 2002; KOOLHAAS et al. 2011). Nur einige wenige Untersuchungen beschäftigten sich beim Mastschwein mit der Evaluation messbarer Biomarker für chronischen Stress. Vorrangiges Ziel bei der Beurteilung des Tierwohls in der Nutztierhaltung sollte es jedoch sein, chronischen Stress zu evaluieren und früh zu erkennen, wann die Adaptationskapazität eines Individuums erschöpft ist. So ist die zentrale Fragestellung dieser Arbeit, ob es mittels des vielfach gemessenen Cortisols möglich ist, schon früh zu erfassen, wann ein Tier nicht mehr in der Lage ist, mit seinen Regulationsmechanismen an Stressoren zu adaptieren.

Daher soll in dieser Dissertation erstmals nicht nur Cortisol als wichtiges akutes Stresshormon gemessen werden, sondern Parameter, welche langfristigere Stress- assoziierte Veränderungen des Endokriniums anzeigen. In diesem Zusammenhang ist bekannt, dass eine chronische Aktivierung der HPA-Achse Einflüsse auf andere endokrine Systeme, wie die somatotrope und thyreotrope Achse, hat (CHOPRA 1997; MCIVER u. GORMAN 1997; DE GROOT 1999; WIRTHGEN et al. 2018).

Demnach ist Ziel dieser Arbeit, sowohl die somatotrope Achse als auch die Schilddrüsenhormone im Rahmen unterschiedlicher Haltungssysteme (Platzangebot, Beschäftigungsmaterial) beim Mastschwein zu untersuchen.

Neben der Adaptationskapazität eines Organismus, gegenüber Stressoren mit einer physiologischen Adaptation zu reagieren, ist der Einfluss eines aversiven Stressors auf ein Individuum davon abhängig, wie das einzelne Tier die Situation bewältigt.

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Man unterscheidet hier verschiedene physiologische Reaktionstypen und Verhaltensweisen, die es Individuen ermöglichen, Stressoren unterschiedlicher Art zu tolerieren oder nicht zu tolerieren. Man spricht von sogenannten Reaktionstypen oder auch „Coping Styles“ (WECHSLER 1995; KOOLHAAS et al. 1999). KOOLHAAS et al. (1999) unterscheiden einen „reaktiven“ und einen „proaktiven“ Coping Style. Es konnte bereits gezeigt werden, dass Schweine schon kurz nach der Geburt den entsprechenden Coping Styles mittels eines sogenannten „Backtest“ zugeordnet werden können (HESSING et al. 1993). Ob oben genannte Biomarker sich in Abhängigkeit der Haltungsform oder des Coping Styles beim Schwein unterscheiden, soll in dieser Arbeit untersucht und vor allem Cortisol als Biomarker für chronischen Stress kritisch hinterfragt werden.

Die geplanten Untersuchungsmethoden werden im Folgenden erläutert.

1. Progression der neuroendokrinen Systeme in Abhängigkeit des Coping Styles und der Haltungsform

Zu diesem Zweck werden Ferkel aus einer Herkunft mittels des Backtestes nach HESSING et al. (1993) in die zuvor genannten zwei Coping Styles eingeteilt. Nach der Säugezeit werden in drei verschiedenen Haltungssystemen je neun Ferkel mit einem reaktiven und neun Ferkel mit einem proaktiven Coping Style gehalten. Hierbei handelt es sich um eine konventionelle Haltung, eine Haltungsform nach Richtlinien der Initiative Tierwohl und eine dritte Haltung mit einer zusätzlichen Anreicherung an Platzangebot, Wühl- und Beschäftigungsmaterial („high enriched“). Es wird die Hypothese geprüft, ob deutliche Umweltanreicherung, Wühl- und Beschäftigungsmaterial und ständiger Tier/Pfleger-Kontakt zu einer geringeren Stressbelastung führen, welche sich in einer deutlichen Reduktion von Stress-assoziierten endokrinologischen Veränderungen abbilden lässt. Daher werden regelmäßig Blut- und Speichelproben entnommen, um die Entwicklung der Hormonprofile in Abhängigkeit von Coping Style und Haltung zu analysieren.

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2. Retrospektive neuroendokrine Untersuchung von Tieren mit und ohne

„Stress-assoziierten Erkrankungen“

Am Schlachthof werden Mastschweine mit Stress-assoziierten pathologischen Befunden wie Schwanzbeißen oder Ohrbeißen sowie äußeren Verletzungen identifiziert. Diese werden hinsichtlich der potenziellen Biomarker Cortisol, DHEA, dem IGF-System und den Schilddrüsenparametern mit Mastschweinen ohne Stress-assoziierte Erkrankungen verglichen. Mit diesen Analysen soll die Frage untersucht werden, ob mit den ausgewählten Biomarkern auch retrospektiv Unterschiede zwischen Tieren mit und ohne Stress-assoziierten Erkrankungen zu identifizieren sind.

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2. Literaturübersicht

2.1. Definition Stress

Aus den „fünf Freiheiten“ des im Jahr 1979 gegründeten Farm Animal Welfare Council in Großbritannien geht hervor, dass die Abwesenheit von Stress ein potenzieller Indikator für Tierwohl und Tierschutz ist. Daher kommt zunächst der exakten Definition der Termini Stress und Stressor im Rahmen dieser Arbeit eine besondere Bedeutung zu und soll somit im Folgenden ausführlich beschrieben werden.

Das von SELYE (1936) eingeführte Stresskonzept beschreibt Stress als „ein Syndrom, welches nach einer schädlichen Einwirkung auftaucht und eine unspezifische Reaktion des Organismus gegen diesen Schaden hervorruft“. Unter der Prämisse, dass dieses so beschriebene Stresssyndrom eine generelle Adaptation des gesamten Organismus an neue Bedingungen darstellt, nannte SELYE (1936) es „generelles Adaptionssyndrom“. Die Definitionen der Begriffe Stress und Stressor sowie die Beschreibung eines Stresskonzeptes sind seitdem ein viel diskutiertes Thema. Vor allem, da neue Forschungsergebnisse und Definitionsansätze die Komplexität des Stresssystems und der Regulationsmechanismen aufzeigen, welche deutlich über das Stresskonzept nach SELYE (1936) hinausgehen.

CHROUSOS und GOLD (1992) definieren Stress Jahre nach SELYE (1936) als eine Imbalance oder Gefährdung der Homöostase des Organismus mit dem Ziel der Wiedererlangung der Homöostase „Allostase“ (STERLING u. EYER 1988). Der Begriff „Homöostase“ wurde dabei erstmals von CANNON (1932) verwendet. Dabei bezog sich CANNON (1932) auf das Konzept der Konstanterhaltung des „inneren Milieus“, welches erstmals von Claude Bernard im Jahre 1854 beschrieben wurde.

Die Antwort des Organismus auf einen Stressor, welche von CHROUSOS und

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GOLD (1992) auch als „Stressantwort“ bezeichnet wird, stellt nicht nur eine unspezifische und ziellose Reaktion dar, sondern sie führt laut CHROUSOS und GOLD (1992) zu zielgerichteten temporären wie permanenten Veränderungen, welche der Wiedererlangung des Gleichgewichts der Körperfunktionen, also der Homöostase, dienen. Tiere haben dabei die Fähigkeit, sich an veränderte Situationen durch vielfältige physiologische, morphologische Veränderungen und Änderungen des Verhaltens anzupassen (MÖSTL u. PALME 2002). An dem Stressmodell, welches auf der Gefährdung der Homöostase basiert, hielten viele Jahre diverse Autoren fest (MCEWEN 1998; DAY 2005; LEVINE 2005; ROMERO et al. 2009). Da allerdings der Erhalt der Homöostase und die damit einhergehenden Regulationsprozesse auch im Rahmen physiologischer Adaptationen stattfinden, sah sich dieses Stresskonzept in den letzten Jahren Kritik ausgesetzt (KOOLHAAS et al.

2011). Um vor allem exakter zwischen Stressarten zu differenzieren, prägte bereits SELYE (1976) den Begriff „Eustress“, welcher tolerierbaren oder gesunden Stress darstellt, und den Begriff „Disstress“, dieser sei nicht tolerierbar und stelle pathologischen Stress dar. Einige Wissenschaftler vertreten jedoch die Meinung, dass es diesen sogenannten „guten Stress“ nicht gäbe (BROOM 2011).

KOOLHAAS et al. (2011) kritisierten vor allem die fehlende Konsistenz in der Verwendung des Begriffs „Stress“ zwischen Wissenschaftlern und auch innerhalb unterschiedlicher Stressmodelle. Während eines von KOOLHAAS und FUCHS (2009) geleiteten Workshops in Göttingen wurde eine gemeinschaftliche Definition diverser sich mit Stress beschäftigender Wissenschaftler erarbeitet. Im weiteren Verlauf der hier beschriebenen Arbeit wird dieser gemeinschaftlichen Definition für Stress nach KOOLHAAS et al. (2011) gefolgt. KOOLHAAS et al. (2011) unterscheiden die Auslöser einer Stresssystemaktivierung und der nachfolgenden Stressantwort in Stimuli und Stressoren. Dabei wird ein Stressor oder Stress auf ein Stadium beschränkt, in dem eine Änderung der Umweltbedingung die natürliche Regulationskapazität eines Organismus übersteigt, insbesondere in Situationen, in denen Unvorhersehbarkeit und/oder Unkontrollierbarkeit eine Rolle spielen (KOOLHAAS et al. 2011). Die Autoren legen Wert darauf, dass nicht wie bei vorherigen Stresskonzepten die physiologische Reaktion auf einen Stimulus per se

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als Stress oder Stressantwort definiert wird, sondern sich Stress auf Situationen beschränkt, in denen der Stimulus nicht kontrollierbar und vorhersehbar ist und dann als Stressor definiert wird. Dies widerspricht dem Konzept nach SELYE (1976), welcher zwischen einer adaptiven und maladaptiven Stressantwort unterschied und den Charakter der Stressantwort mit den bereits beschriebenen Begriffen „Eustress“

und „Disstress“ assoziierte. KOOLHAAS et al. (2011) sehen jedoch eine Gefahr in der Einordnung jeder Stressantwort in diese beiden Extreme (Eustress/Disstress) und argumentieren, dass sich die Stressterminologie auf die Unkontrollierbarkeit und Unvorhersehbarkeit eines Stimulus beschränken sollte. Die fehlende Vorhersehbarkeit spiegelt sich in der Abwesenheit einer nicht angepassten Antwort des Organismus wider, wohingegen der Kontrollverlust des Stressors durch eine verzögerte Abschaltung der Stressantwort und ein typisches neuroendokrinologisches Profil charakterisiert ist (KOOLHAAS et al. 2011).

KOOLHAAS et al. (2011) sprechen einem Stimulus neben einer qualitativen Ebene (unkontrollierbar und/oder unvorhersehbar) auch eine quantitative Ebene zu. Denn die individuelle Interpretation der Situation und damit auch die Reaktion des Organismus variiert von voller Kontrolle über sämtliche Stadien der partiellen Kontrolle bis hin zu einem kompletten Kontrollverlust. Die individuelle Wahrnehmung einer Situation ist folglich abhängig von der Anpassung oder Adaptation des Organismus (KOOLHAAS et al. 2011).

2.1.1. Regulatorischer Bereich und Adaptationskapazität

Aus evolutionärer Sicht hat nicht nur jede Spezies, sondern auch jedes Individuum selbst einen Bereich optimaler Umweltbedingungen, in denen physiologische Regulationsprozesse adäquat und ohne Anpassungsvorgänge ablaufen (ROMERO et al. 2009). KOOLHAAS et al. (2011) bezeichnen diesen Bereich als

„regulatorischen Bereich“. Umweltbedingungen beinhalten z. B. eine bestimmte Spanne an Umgebungstemperatur, eine gewisse Art an Nahrungsverfügbarkeit oder soziale Stabilität innerhalb der Gruppe. Der regulatorische Bereich wird von der

„Adaptationskapazität“ unterschieden (KOOLHAAS et al. 2011). Wird der Organismus beispielsweise einer kälteren Umgebungstemperatur ausgesetzt und die

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Nahrungsvorräte in der Umwelt werden knapp, so hat ein Organismus eine gewisse Adaptationskapazität, um sich an die veränderten Bedingungen anzupassen. Solche Anpassungsmechanismen sind z. B. Nestbauverhalten, um die Energieabgabe zu senken, das Anlegen von Nahrungsvorräten oder das saisonale Absenken der Körpertemperatur. KOOLHAAS et al. (2011) schlussfolgern daher in ihrem theoretischen Stresskonzept, dass in nicht gestressten, gesunden Lebewesen die individuelle Adaptationskapazität perfekt an bestimmte Umweltbedingungen angepasst ist (regulatorischer Bereich). In Abbildung 1 wird das Konzept des regulatorischen Bereichs und der Adaptationskapazität grafisch dargestellt. In gesunden, nicht gestressten Lebewesen überschneiden sich die Adaptationskapazität und der regulatorische Bereich oft (s. Abbildung 1 A). Der genaue Kurvenverlauf der Adaptationskapazität innerhalb des regulatorischen Bereichs ist dabei unter anderem abhängig von Erfahrungen des Organismus, des Alters, des Geschlechts oder auch der körperlichen Kondition (WINGFIELD 2008).

Ein Stressor kann im Organismus entweder Auswirkungen auf die Adaptationskapazität (s. Abbildung 1 B) oder auf den regulatorischen Bereich haben (s. Abbildung 1 C). So hat eine reduzierte Adaptationskapazität, wie in Abbildung 1 B dargestellt, zur Folge, dass eine ursprünglich kontrollierbare Stimulusintensität, welche nicht als Stressor wahrgenommen wurde, nun vom Organismus als unkontrollierbar und daher als Stressor wahrgenommen wird. Alternativ kann eine Verschiebung des regulatorischen Bereichs infolge von Stress auch bedeuten, dass Bedingungen, die ursprünglich als Stressor wahrgenommen wurden, in Folge als kontrollierbar und daher nicht mehr als Stressor eingestuft werden (s. Abbildung 1 C) (KOOLHAAS et al. 2011).

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Laut KOOLHAAS et al. (2011) ist es von Bedeutung, dass das Konzept des regulatorischen Bereichs nicht nur quantitativen, sondern auch qualitativen Charakter hat. So unterscheiden sich Individuen dahingehend, wie sie mit unterschiedlichen Umweltherausforderungen umgehen. Studien an verschiedenen Spezies, darunter auch das Schwein, beschreiben verschiedene Verhaltenstypen. Diese unterscheiden sich in ihrem Reaktions- und Bewältigungsmuster gegenüber einer Umweltherausforderung (HESSING et al. 1993; BOLHUIS et al. 2005). In dem konzeptionellen Stressmodell von KOOLHAAS et al. (2011) bedeutet dies, dass sich

Abbildung 1 Schematische Darstellung des Stresskonzepts mit einem regulatorischen Bereich (grauer Bereich) und der Adaptationskapazität (schwarz hinterlegter Bereich) (A) und der möglichen Effekte eines Stressors auf einen Organismus. Die x-Achse zeigt die Umweltbedingungen, wie Temperatur, Nahrungsangebot oder Stabilität der Sozialstruktur. (B) zeigt die reduzierte Adaptationskapazität verglichen mit der originalen Adaptationskapazität (gestrichelte Linie). Bei (C) verschiebt sich der regulatorische Bereich durch Stress, während die Adaptationskapazität gleich bleibt; nach KOOLHAAS et al. (2011), modifiziert durch BRIMMERS (2020).

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Individuen derselben Spezies in derselben Umgebung in ihrem regulatorischen Bereich unterscheiden. So kann derselbe Stimulus für zwei Individuen derselben Spezies und zur selben Zeit auf eine unterschiedliche Wahrnehmung treffen und nur von einem der beiden als Stressor wahrgenommen werden.

Zusammengefasst bedeutet dies, dass ein Stressor ein Stimulus oder eine Umweltbedingung ist, welche in der Reaktion die Adaptationskapazität des Organismus übersteigt. Hingegen gehören Herausforderungen, welche in den Bereich der Adaptationskapazität fallen, zum physiologischen Anpassungsmuster und somit zum normalen Verhalten eines Organismus und sollten daher nach KOOLHAAS et al. (2011) auch auch nicht als Stressor bezeichnet werden.

Kommt es durch einen Stressor zu einer dauerhaften Überschreitung der Adaptationskapazität des Organismus (chronischer Stress), kann dies pathologische Veränderungen im Organismus zur Folge haben (MCEWEN u. STELLAR 1993).

Diese pathologischen Veränderungen im Zusammenhang mit Stress werden auch als „Stress-assoziierte“ oder „Dyshomeostase-assoziierte“ Erkrankungen bezeichnet (TSIGOS u. CHROUSOS 2002; CHROUSOS 2009).

Auf das Konzept verschiedener Verhaltenstypen, insbesondere beim Schwein, sowie die Bedeutung von chronischem Stress für die Ätiologie Stress-assoziierter Erkrankungen beim Schwein wird im Folgenden näher eingegangen.

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2.2. Verhaltenstypen beim Schwein

Seit der Zeit der griechischen Philosophen versuchen Wissenschaftler, die individuelle Variabilität des Verhaltens und seiner zugrunde liegenden Physiologie bestimmten Persönlichkeiten oder Temperamenten zuzuordnen (KOOLHAAS et al.

2010). Diese Individualität im Verhalten von Tieren findet in zunehmendem Maße nicht nur bei Evolutionsökologen Beachtung, sondern auch im Bereich der Nutztierhaltung (ZEBUNKE et al. 2017). Stabile Verhaltensmuster wurden mittlerweile bei vielen Tierarten beschrieben; allerdings wurden dafür verschiedenste Termini verwendet, um die Extreme der individuellen Variation zu kategorisieren. Es wurden Begriffe wie scheu versus mutig, passiv versus aktiv, reaktiv versus proaktiv und Taube versus Falke verwendet (KOOLHAAS et al. 1999; KORTE et al. 2005).

Dabei fehlt in der Literatur eine Konsistenz in den Begrifflichkeiten und den Beschreibungen, um Verhaltensmuster einheitlich zu kategorisieren. Ein bestimmtes Verhaltensmuster oder ein Verhaltenstyp ist laut KOOLHAAS et al. (2010) dadurch charakterisiert, dass eine Konsistenz im Verhalten im Verlauf der Zeit und über verschiedene Situationen hinweg besteht.

Im Bereich der Biomedizin wird bei Ratten und Mäusen von verschiedenen Verhaltens- oder Reaktionstypen während einer Stresssituation gesprochen (WEISS 1968). Auch beim Schwein können verschiedene Verhaltens- oder Reaktionstypen unterschieden werden (HESSING et al. 1993). KOOLHAAS et al. (2010) bezeichnen diese Verhaltenstypen als sogenannte „Coping Styles“ (von „to cope“, bewältigen).

Ein Coping Style wird definiert als ein einheitliches Set einer physiologischen Stressantwort und Verhaltensreaktion, welches beständig über die Zeit und charakteristisch für eine Gruppe von Individuen ist (BOLGER 1990; KOOLHAAS et al. 1999). Die unterschiedlichen Coping Styles ermöglichen es Individuen, Stimuli und Stressoren auf unterschiedliche Art und Weise zu tolerieren und zu bewältigen (BOLGER 1990). Denn die kognitive Einschätzung einer Situation durch das Individuum spielt, neben der Intensität des Stimulus, eine entscheidende Rolle für die Stressantwort (KOOLHAAS et al. 1999). Bereits 1968 beschrieb WEISS die Bedeutung der Möglichkeit des Bewältigens (Coping) für die Gesundheit von Ratten.

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So wurden 90 Tage alte Albino-Ratten in einer Versuchskammer gehalten und eine Elektrode am Schwanz fixiert. Die eine Gruppe erhielt einen elektrischen Stromschlag, konnte diesen aber durch Berührung einer Platte vermeiden. Eine zweite Gruppe bekam exakt die gleiche Anzahl und Dauer elektrischer Stromschläge, doch konnte diese Gruppe die Stromschläge nicht durch Berührung einer Platte kontrollieren. Im Gegensatz zur Kontrollierbarkeit der Situation unterschied sich der physiologische Reiz zwischen beiden Rattengruppen nicht. Bei dem Versuch zeigten die Ratten, welche die Möglichkeit hatten, die Situation aktiv zu bewältigen, gegenüber den Ratten, welche keine Bewältigungsmöglichkeit hatten, einen signifikant geringeren Gewichtsverlust und signifikant weniger Magenerosionen, obwohl alle Ratten die gleiche Anzahl an elektrischen Stößen erhielten (WEISS 1968).

Auf Basis der Sozialstressforschung bei Tieren und Menschen von HENRY und STEPHENS (1977) werden zwei Stressantworttypen unterschieden. Ein Antworttyp ist vom reagierenden Typus, welcher sich durch ein geringes Aggressionslevel, Rückzugsverhalten und Immobilität in Gefahrensituationen auszeichnet (ENGEL u.

SCHMALE 1972), wohingegen der zweite Antworttyp eine aktive Reaktion im Sinne

„Fight-or-Flight“-Reaktion zeigt. Die aktive Bewältigungsstrategie zeigt sich vor allem durch territoriale Kontrolle und ein hohes Aggressionslevel (KOOLHAAS et al. 1999).

BENUS et al. (1991) untersuchten die Hypothese, ob das individuelle Level aggressiven Verhaltens mit generellen Verhaltensmustern während Umweltherausforderungen assoziiert ist. Diese Hypothese konnte in diversen Studien an Mäusen und Ratten (BENUS et al. 1987; VAN OORTMERSSEN et al.

1990; BENUS et al. 1991), aber auch an Schweinen bestätigt werden (HESSING et al. 1993; RUIS et al. 2000). So teilten BENUS et al. (1987) Mäuse nach ihrem Aggressionsverhalten in zwei Gruppen „nicht aggressiv“ und „aggressiv“ ein und beobachteten das Verhalten der Tiere in einer sich ändernden Umwelt. Bei einem Experiment wurden nicht aggressive und aggressive Mäuse an ein Labyrinth gewöhnt, welches dann plötzlich verändert wurde. Dabei zeigte sich ein deutlicher Unterschied im Verhalten beider Gruppen. Die aggressiveren Tiere entwickelten schneller Routinen und reagierten im Gegensatz zu den nicht aggressiven Mäusen

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schlechter auf die Veränderung des Labyrinths (BENUS et al. 1987). So vermuteten KOOLHAAS et al. (1999) in Anlehnung an diesen und weitere Versuche der Arbeitsgruppe (BENUS et al. 1987; VAN OORTMERSSEN et al. 1990; BENUS et al.

1991), dass mindestens zwei Coping Styles beschrieben werden können.

KOOLHAAS et al. (1999) bezeichnen den Reaktionstyp der nicht aggressiven Mäuse als „reaktiven Coping Style“ und suggerieren nach den Erkenntnissen der Arbeitsgruppe von BENUS et al. (1987), dass diese Tiere anpassungsfähiger sind und unter variierenden Umweltbedingungen besser zurechtkommen. Der zweite Reaktionstyp dagegen, die aggressiveren Tiere, wird als „proaktiver Coping Style“

bezeichnet (KOOLHAAS et al. 1999). Laut VAN OORTMERSSEN et al. (1990) entwickeln diese Tiere schneller Routinen und zeigen mehr territoriales Verhalten.

Die Autoren vermuten, dass diese proaktiven Tiere oft Vorteile unter beständigen Bedingungen haben. Ein weiteres überzeugendes Experiment an Ratten zeigt die unterschiedlichen Lösungsstrategien der beiden Coping Styles (BENUS et al. 1987).

In dem Versuch wurde eine Stromquelle in dem Käfig einer Ratte positioniert. Da diese Stromquelle als ein neues Objekt wahrgenommen wurde, erkundeten die Ratten es und erhielten einen elektrischen Schlag. Um diesem Stimulus zu entgehen, haben die Tiere unterschiedliche Vermeidungsstrategien gezeigt. Die Tiere des reaktiven Coping Styles verfielen in ein Immobilitätsmuster, wohingegen Ratten des proaktiven Coping Styles Nestbaumaterial vor die Stromquelle verbracht haben, um diese zu verstecken. Beide Gruppen erreichten dabei das Ziel der Vermeidung weiterer Stromstöße (BENUS et al. 1987).

Die Bedeutung von Verhaltenstypen beim Schwein nimmt auch im Rahmen der Beurteilung intensiver Haltungsformen von landwirtschaftlichen Nutztieren zu (WECHSLER 1995). Je nach Coping Style unterscheiden sich auch Schweine in ihrem Verhaltensmuster, welches sie beständig in verschiedenen und neuen Herausforderungen zeigen (HESSING et al. 1993). HESSING et al. (1993) teilten Schweine im Rahmen eines sozialen Konfrontationstests in nicht aggressive und aggressive Individuen ein. Für den sozialen Konfrontationstest wurden je zwei bis drei Ferkel im Alter von ein bis zwei Wochen für 30 Minuten in einem Metallkäfig gehalten und ihr Aggressionsverhalten untereinander dokumentiert. Nach einem

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Neugruppieren der Tiergruppen im Alter von zehn und 15 Wochen im Stall wurde aggressives Verhalten primär durch Schweine gezeigt, welche bereits im sozialen Konfrontationstest als aggressiv eingestuft wurden (HESSING et al. 1993). Ein einfacherer Test zur Einteilung von Schweinen nach Coping Styles wurde ebenfalls durch diese Arbeitsgruppe beschrieben. HESSING et al. (1993) drehten dazu im Rahmen des sogenannten „Backtests“ Saugferkel auf den Rücken, fixierten diese für 60 Sekunden in dieser Position und registrierten die Anzahl der Ausbruchsversuche.

Nach diesem Test wurden die Ferkel in drei Gruppen eingeteilt. Ferkel mit weniger als einem Ausbruchsversuch wurden als nicht resistente Ferkel klassifiziert. Ferkel mit ein bis zwei Ausbruchsversuchen wurden als unklare Gruppe und Ferkel mit mehr als zwei Ausbruchsversuchen als resistente Tiere bezeichnet. HESSING et al.

(1993) führten den Test zwischen der ersten und dritten Lebenswoche insgesamt fünfmal durch. Die Ferkel, welche im Backtest als wenig resistent auffielen, waren später vor allem die weniger aggressiven Schweine. Dabei konnte keine Relation zum Geschlecht oder zu Wurfgeschwistern erkannt werden. Es konnte gezeigt werden, dass sich resistente Ferkel im Backtest später aggressiver verhielten (HESSING et al. 1993). Die Autoren folgerten aus diesen Beobachtungen, dass die Konsistenz von Verhaltensmuster im zeitlichen Verlauf auch die Existenz verschiedener Verhaltenstypen beim Schwein bestätigt und diese Coping Styles schon in den frühen Lebenswochen mittels Backtest bestimmbar sind (HESSING et al. 1993; HESSING et al. 1994).

Der Backtest wurde in folgenden Studien immer wieder kritisch überprüft, und es wurde ebenfalls versucht, Ferkel mittels anderer Verhaltensteste den Coping Styles zuzuordnen. Hier sind unter anderem der „Novel object test“, der „human approach test“ oder der „open door test“ zu nennen (SPAKE et al. 2012; ZEBUNKE et al.

2017). JENSEN (1995) stellte nicht nur den Backtest, sondern sogar das Vorhandensein von Coping Styles bei Schweinen infrage. Auch ZEBUNKE et al.

(2017) hinterfragten die Aussagekraft des Backtests. Sie kamen dabei zu dem Schluss, dass mittels des Backtests zwar angeborene Verhaltensdispositionen, welche durch Umwelteinflüsse modulierbar sind, detektiert werden könnten. Jedoch könnten keine klaren Coping Styles mittels des Backtests beim Schwein