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Tierärztliche Hochschule Hannover
Bewertung des Einsatzes der intradermalen
Applikation von Impfstoffen bei Saugferkeln
INAUGURAL – DISSERTATION
zur Erlangung des Grades eines Doktors
der Veterinärmedizin
- Doctor medicinae veterinariae -
( Dr. med. vet. )
vorgelegt von
Manuel Erhard Göller
Hünfeld
Hannover 2021Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Nicole Kemper, Institut für
Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie
1. Gutachter: Prof. Dr. med. vet. Nicole Kemper
Institut für Tierhygiene, Tierschutz und
Nutztierethologie der Stiftung Tierärztliche
Hochschule Hannover
2. Gutachter: Prof. Dr. med. vet. Isabel Hennig-Pauka
Außenstelle für Epidemiologie, Bakum, der
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Tag der mündlichen Prüfung: 19.05.2021
Dieses Forschungshaben wurde dankenswerterweise von
MSD Animal Health/Intervet Deutschland GmbH,
Unterschleißheim, Deutschland, teilfinanziert.Meiner Familie
Präsentationen Teile dieser Dissertation wurden auf folgenden Tagungen vorgestellt: Fiebig K, Fels M, Knöppel H, Göller M, Kemper N Evaluation of welfare aspects in suckling piglets after intradermal vaccine application with the IDAL injector. Poster Präsentation. P018. 7th European Symposium of Porcine Health Management, 22.–24.04.2015, Nantes. S. 136. Göller M, Fels M, Gerdts W, Knöppel HP, Fiebig K, Kemper N Vergleich der Applikationsarten für Impfstoffe beim Saugferkel – Verhalten und lokale Impfreaktionen bei Ferkeln nach intramuskulärer und intradermaler Impfung Vortrag auf der Vortragstagung der DGfZ und der GfT, 16.–17.09.2015, Berlin. Göller M, Knöppel HP, Fiebig K, Kemper N Intradermal vaccine application: effects on suckling behaviour. Poster Präsentation. PO-PT2-095. 24th International Pig Veterinary Society Congress, Dublin, 7.–10.06.2016. S. 625.
Abkürzungsverzeichnis______________________________________________ II
Abbildungsverzeichnis ______________________________________________ III
1 Einleitung _____________________________________________________ 1
M. hyopneumoniae: Ätiologie und Epidemiologie ____________________ 1
M. hyopneumoniae: Klinik und Pathologie _________________________ 4
M. hyopneumoniae: Therapiemöglichkeiten und Bekämpfungsstrategien _ 7
Präventionsmaßnahmen _______________________________________ 8
Intradermale Vakzinierung_____________________________________ 10
Zielsetzung ________________________________________________ 12
2 Publikation I __________________________________________________ 13
3 Publikation II __________________________________________________ 16
4 Diskussion____________________________________________________ 30
Lokale Hautreaktionen an der Impfstelle __________________________ 30
Ganzkörperbonitur ___________________________________________ 33
Körpergewicht ______________________________________________ 33
Verhaltensbeobachtungen_____________________________________ 34
Zeitaufwand und Arbeitssicherheit ______________________________ 37
Fazit ______________________________________________________ 39
5 Zusammenfassung _____________________________________________ 41
6 Summary _____________________________________________________ 43
7 Literaturverzeichnis ____________________________________________ 45
Danksagung ______________________________________________________ 57
IAbkürzungsverzeichnis Abb. Abbildung AMG Arzneimittelgesetz APP Actinobacillus pleuropneumoniae BALT Bronchus-Associated Lymphatic Tissue bspw. beispielsweise bzw. beziehungsweise EP Enzootische Pneumonie evtl. eventuell ggf. gegebenenfalls HI-Tier Herkunftssicherungs- und Informationssystems für Tiere i. d. intradermal IDAL Intradermal Application of Liquids IgG Immunglobulin G IgA Immunglobulin A i. m. intramuskulär k. A. keine Angabe MIRD Mycoplasma-Induced Respiratory Disease M. hyo Mycoplasma hyopneumoniae nm Nanometer nPCR nested Polymerase Chain Reaction p. i. post infectionem PRDC Porcine Respiratory Disease Complex PRRS Porcines Reproduktives und Respiratorisches Syndrom Tab. Tabelle TAM Tierarzneimittel Vgl. Vergleich z. B. zum Beispiel ® eingetragene Marke II
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Ergebnisse der Impfstellenbonitur in Bezug auf Rötungen und
Incrustination. Score 3 (Abszessbildung) wurde nicht berücksichtigt, da kein
Ferkel derartige Symptome zeigte. ..................................................................... 31
Abbildung 2: Mittlerer Boniturscore der Schwellungen an den Impfstellen ................ 32
Abbildung 3: IDAL Vakzinator 1G und 2G. ................................................................ 38
IIIIV
Einleitung
1 Einleitung
Infektionen mit Mycoplasma (M.) hyopneumoniae sind bei Schweinen in Form von
Monoinfektionen oder als Wegbereiter für bakterielle oder virale Sekundärinfektionen
weltweit Verursacher von geminderter Tiergesundheit, damit eingeschränktem
Tierwohl sowie erheblicher wirtschaftlicher Einbußen, insbesondere durch die
Minderung der Futteraufnahme und der daraus folgenden Wachstumsminderung und
Verlängerung der Mastperioden. Die gezielte Eliminierung von M. hyopneumoniae
innerhalb eines Schweinebestandes stellt sich als sehr zeit- und kostenintensiv dar,
weshalb die Impfung von Saugferkeln zur Abschwächung der Symptome weit
verbreitet ist. Diese Arbeit soll eine intradermale Impfmethode gegen
M. hyopneumoniae bei Saugferkeln im Hinblick auf Hautreaktionen,
Leistungsparameter, Verhaltensänderungen sowie arbeitstechnischer Aspekte mit
einer konventionell durchgeführten intramuskulären Impfung vergleichen, um mögliche
Konsequenzen für das Wohlbefinden der Tiere abzuleiten.
M. hyopneumoniae: Ätiologie und Epidemiologie
Der Erreger M. hyopneumoniae gehört zur Gattung Mycoplasma innerhalb der
Ordnung Mycoplasmatales, der Klasse Mollicutes und dem Stamm Firmicutes.
Mycoplasma hyopneumoniae ist als alleiniger und primärer Erreger der Enzootischen
Pneumonie (EP, Enzootic Pneumonia) nachgewiesen und gehört zu den häufigsten
und wichtigsten bakteriellen Krankheitserregern bei Schweinebeständen (SELBITZ
2015). Es handelt sich um eine weltweit zu großen wirtschaftlichen Einbußen führende
Erkrankung von Schweinen, die einen unterschiedlich schweren Verlauf nehmen kann
(CHASE et al. 2008).
Die Bakterien sind unbehüllt und sind deshalb von pleomorpher Gestalt.
M. hyopneumoniae besitzt ein relativ kleines Genom von 893-920 Kilo-Basenpaaren
und misst 400–1200 nm (TAJIMA u. YAGIHASHI 1982; SELBITZ 2015). Die Anzucht
ist aufwendig und langwierig. Zur Wachstumshemmung der Begleitflora müssen
Hemmstoffe eingebracht werden. Aufgrund dieses zeitlichen Aufwandes wird die
bakterielle Kultur nicht routinemäßig zur Diagnostik herangezogen (ROLLE u. MAYR
2007).
1Einleitung Domestizierte Schweine und Wildschweine sind die derzeit einzig bekannten Wirte für M. hyopneumoniae (MAES et al. 2018). NATHUES (2013) konstatierte, dass die erste Exposition von Ferkeln mit M. hyopneumoniae während der Säugephase stattfindet, eine Infektion in utero ist nicht beschrieben. Untersuchungen von PIETERS et al. (2014) bestätigten, dass das Alter der Ferkel beim Absetzen einen Risikofaktor für die Kolonisation mit M. hyopneumoniae darstellt. Muttertiere und Ferkel in den Zuchtherden gelten als Reservoir für M. hyopneumoniae-Infektionen für das gesamte Produktionssystem. Es wird angenommen, dass die Zirkulation von M. hyopneumoniae bei bestehenden Sauen auftritt und auf ankommende Jungsauen übertragen wird, die aufgrund ihrer erhöhten Erregerlast in der Lage sind, den Erreger im Betrieb zu erhalten und stets neue Würfe zu infizieren (CALSAMIGLIA u. PIJOAN 2000; FANO et al. 2005). Auf diese Weise entsteht ein kontinulierliches Erregerreservoir. Auch bricht die Erkrankung aus, wenn Läuferschweine in neuen Gruppen zusammengestellt werden (ROLLE u. MAYR 2007). Die Infektion erfolgt aerogen, indem mikroskopisch kleine Tropfen von infizierten Tieren durch starke Exhalation während Hustenanfällen ausgeschieden oder durch direkten Körperkontakt zwischen den Tieren von Nase zu Nase als Schmierinfektion übertragen werden (HERMANN et al. 2008). In einer Untersuchung wurden infektiöse M. hyopneumoniae -Erreger noch nach 300 Metern (CARDONA et al. 2005), bzw. in einer weiteren Untersuchung 9,2 Kilometer von einem infizierten Schweinebestand entfernt mittels nPCR identifiziert (OTAKE et al. 2010). CARDONA et al. (2005) wiesen in einem Versuchsaufbau nach, dass M. hyopneumoniae aerogen zwischen zwei 150 Meter voneinander entfernten Schweinegruppen übertragen werden konnte. Mycoplasma hyopneumoniae ist gekennzeichnet durch eine lange Persistenz in den Ställen, wobei nicht bekannt ist, welche Faktoren die Persistenz beeinflussen (LE CARROU et al. 2006). PIETERS et al. (2009) konnten belegen, dass 200 Tage post infectionem (p. i.) noch ausreichend Erreger von kolonisierten Tieren ausgeschieden werden, um naive Tiere zu infizieren. Außerdem können infizierte Tiere zu asymptomatischen Trägern 2
Einleitung
von M. hyopneumoniae werden. Die Untersuchungen von PIETERS et al. (2009)
ergab, dass erst 254 Tage p. i. eine Clearance in dem experimentell infizierten Bestand
belegt werden konnte.
Die minimale Infektionsdosis zur Induktion von Lungenläsionen ist aufgrund der
Diversität der Virulenz zwischen den Stämmen von M. hyopneumoniae nicht eindeutig
bestimmt (MAES et al. 2018). Nichtsdestotrotz stellt die Virulenz des jeweiligen
M. hyopneumoniae-Stammes einen Faktor für die Schwere der Erkrankung dar.
Der direkte Übertragungsweg von Nase zu Nase als Schmierinfektion gilt grundsätzlich
als langsamer Übertragungsweg (THACKER u. MINION 2012).
In einer experimentellen Studie von MEYNS et al. (2006) lag die Reproduktionszahl
während der sechs Wochen andauernden Aufzuchtphase bei geimpften Tieren bei
Rn=2,38 (1,07-7,53) und bei ungeimpften Tieren bei Rn=3,51 (1,51-9,34), was keinen
signifikanten Unterschied bedeutete (p=0,77). In diesem Versuch wurden während der
konventionellen Aufzuchtperiode von sechs Wochen 30 im Alter von einer Woche
geimpfte und 30 ungeimpfte Ferkel, die M. hyopneumoniae-frei waren, in sechs
separaten Buchten untergebracht. In jeder Bucht wurden zu den sieben gesunden
Tieren drei Tiere untergebracht, die zuvor intratracheal mit M. hyopneumoniae infiziert
wurden. Nach den sechs Wochen wurde der Infektionsstatus der Tiere anhand der
nPCR-Ergebnisse aus einer BAL-Flüssigkeitsprobe bestimmt.
In einer neueren Feldstudie von VILLARREAL et al. (2011) wurden die
Flüssigkeitsproben, die über eine bronchoalveoläre Lavage (BAL) gewonnen wurden,
von Schweinen im Alter von drei, neun und 27 Wochen mittels nPCR auf
M. hyopneumoniae untersucht. Der Prozentsatz positiver Proben betrug in der
geimpften Tiergruppe im Alter von drei Wochen 14 % (n=5 von 36 Ferkeln) und 36 %
(n=13 von 36 Ferkeln) in der nicht geimpften Tiergruppe. In einem Alter von neun
Wochen waren in der geimpften Tiergruppe 31 % (n=11 von 36 Tieren) positiv auf
M. hyopneumoniae getestet, während es in der Tiergruppe, die nicht geimpft wurde,
64 % waren (n=23 von 36 Tieren). Alle Ferkel, die mit drei Wochen positiv auf
M. hyopneumoniae getestet wurden, waren auch im Alter von neun Wochen noch
positiv. Hieraus ergab sich eine Reproduktionszahl von Rn=0,71 (0,32, 2,06) für die
3Einleitung
geimpften Tieren und Rn=0,56 (0,29, 1,05) für die ungeimpften Ferkel (95 %
Konfidenzintervall, p>0,05).
PIETERS et al. (2014) identifizierten die vertikale Übertragung von Sauen auf ihre
Ferkel als entscheidenden Risikofaktor für das Vorkommen von M. hyopneumoniae
bei Absetzern, wobei eine Untersuchung von NATHUES et al. (2014) zeigte, dass
jeder zusätzliche Tag bei der Sau das Risiko für eine spätere Erkrankung an
Enzootischer Pneumonie in der Mast signifikant erhöhen würde, während Maßnahmen
wie das Schleifen der Eckzähne, die zweimalige Applikation von Eisen und hohe
Temperaturen im Ferkelnest das Risiko für eine Infektion im Saugferkelalter signifikant
reduzieren könnten (NATHUES et al. 2013).
M. hyopneumoniae: Klinik und Pathologie
Die Inkubationszeit beträgt unter experimentellen Bedingungen sieben bis vierzehn
Tage (BLANCHARD et al. 1992), unter Feldbedingungen ist die Inkubationszeit
aufgrund der Abhängigkeit von Umweltfaktoren, der Virulenz des M. hyopneumoniae-
Stammes, des Infektionsdruckes und dem Immunstatus der Tiere nicht eindeutig zu
bestimmen (SIBILA et al. 2009). Es wurde jedoch in klinisch betroffenen Betrieben
beobachtet, dass die Serokonversion und klinische Symptome wie Husten etwa ein
bis sechs Wochen p. i. auftreten (LEON et al. 2001).
Als Monoinfektion verläuft die Erkrankung durch M. hyopneumoniae zumeist
subklinisch (ROLLE u. MAYR 2007; SELBITZ 2015) und ist durch eine hohe Morbidität
bei geringer Mortalität gekennzeichnet (PIETERS u. MAES 2019).
Durch die Infektion mit M. hyopneumoniae wird das Flimmerepithel des
Respirationstraktes geschädigt. In Folge dieser Schädigung der Zilien ist das
bronchopulmonale Gewebe aufgrund mangelnder Lungen-Clearance bedeutend
anfälliger für andere Krankheitserreger wie Pasteurella multocida, Bordetella
bronchiseptica, Actinobacillus pleuropneumoniae, Streptococcus suis oder
Haemophilus parasuis, die durch Fehlen der mukoziliären Clearance besser am
Epithel haften. Im Zusammenwirken mit belastenden Umweltfaktoren wie des
Stallklimas und der Haltungsbedingungen können sich die Infektionen zu akuten,
schweren Krankheitsverläufen entwickeln (DEBEY et al. 1992; ZIMMERMANN u.
4Einleitung
PLONAIT 2004; SELBITZ 2015), deren Folge katarrhalisch-eitrige bis eitrig-
nekrotisierende Bronchopneumonien oder Pleuropneumonien sein können
(HEINRITZI 2011).
Der Krankheitskomplex, bestehend aus der Primärinfektion mit M. hyopneumoniae
und die von Umweltfaktoren beeinflusste Sekundärinfektion mit weiteren bakteriellen
Krankheitserregern, wird Mycoplasma-Induced Respiratory Disease, MIRD,
bezeichnet (SELBITZ 2015).
Findet neben der Besiedelung mit M. hyopneumoniae eine zusätzliche Infektion mit
viralen Pathogenen wie dem Porcinen Reproduktiven und Respiratorischen Syndrom
Virus (PRRSV), dem Porcinen Circovirus Typ 2 oder Influenza-Viren statt, wird der
Krankheitskomplex als PRDC (Porcine Respiratory Disease Complex) bezeichnet
(ROLLE u. MAYR 2007).
Als charakteristisch für Pneumonien, die durch M. hyopneumoniae verursacht werden,
ist ein trockener, chronischer Husten, der etwa zwei bis vier Wochen p. i. auftritt. Er
lässt sich durch das Auftreiben ruhender Tiere provozieren (ZIMMERMANN u.
PLONAIT 2004).
Aufgrund einer geringeren Futteraufnahme und schlechteren Futterverwertung kommt
es zu einer verminderten Leistung und einer Wachstumsdepression (SELBITZ 2006).
RAUTIAINEN u. WALLGREN (2001) wiesen nach, dass durch die Erkrankung die
Mastleistung um ca. 60 g pro Tag reduziert wird, was auch zu verlängerten Mastzeiten
und folglich wirtschaftlichen Einbußen führt.
Die Enzootische Pneumonie tritt bevorzugt innerhalb des ersten Lebensjahres auf,
beispielsweise wenn Läuferschweine in neuen Gruppen zusammengestellt werden
(ROLLE u. MAYR 2007). Mit zunehmendem Alter weisen die Tiere weniger
schwerwiegende Krankheitsverläufe auf.
Tiere, die eine zusätzliche Besiedelung mit weiteren bakteriellen pathogenen Erregern
erleiden, zeigen produktiven Husten, Dyspnoe und Fieber (MAES et al. 2018). Die
Schwere des Krankheitsverlaufs bei einer zusätzlichen Infektion mit viralen Erregern
ist abhängig vom Virus (THACKER et al. 2001)
5Einleitung Der Husten stellt eine unmittelbare Konsequenz der Lungenläsionen dar, die in erkrankten Tieren nachgewiesen werden. Bei der makroskopischen Beurteilung des Lungengewebes zeigen sich cranio-ventrale oder diffuse Veränderungen der Spitzenlappen, wobei je nach Schweregrad der Erkrankung auch eine großflächige Ausbreitung auf die Spitzenlappen, Mittel- und Hauptlappen möglich ist (GROSSE BEILAGE et al. 2013; DEFFNER 2020). Das Lungengewebe ist verdichtet und weist ein Lungenödem auf (THACKER u. MINION 2012). Es zeigen sich insbesondere im cranio-ventralen Bereich der Lunge charakteristische lila-graue, konsolidierte Bereiche, die lobulär gezeichnet sind (THACKER u. MINION 2012). Diese können, wenn konsolidierte dunklere Läppchen neben hellrosa, emphysematösen Läppchen liegen, eine schachbrettartige Musterung aufweisen (GROSSE BEILAGE et al. 2013) Bei weniger dramatischem Krankheitsverlauf treten nach Anschneiden der Lunge und Ausübung von Druck Luft und katarrhalisches Exsudat aus, das Lungenparenchym ist homogen in seiner Farbgebung (THACKER u. MINION 2012). Eine akute Mykoplasmose zeigt sich in der Pathologie als diffuse interstitielle Pneumonie, während eine chronische Mykoplasmose, meist unter Beteiligung von Sekundärerregern, herdförmige Bronchopneumonien mit multilobulären Atelektasen und Emphysemen aufweist (WEISS u. ROLAND 2007). Die abgeheilten Läsionen und Vernarbungen im Lungengewebe sind bis zu vier Monate nach der Infektion makroskopisch durch verdicktes interlobuläres Gewebe und vergrößerte Lungenlymphknoten von derber Konsistenz erkennbar (KOBISCH et al. 1993; THACKER u. MINION 2012). Die mikroskopische Beurteilung lässt nur bei subakuten bis chronischen Infektionen mit M. hyopneumoniae in Kombination mit einer Besiedelung von sekundären Krankheitserregern eine Befundung in Form einer katarrhalisch-interstitiellen bis katarrhalisch-eitrigen Bronchopneumonie zu (THACKER u. MINION 2012). Charakteristisch ist eine Hyperplasie des bronchusassoziierten lymphatischen Gewebes (BALT) mit Makrophagen und B-Lymphozyten als Hauptbestandteilen der Keimzentren, während T-Lymphozyten in den perifollikulären Bereichen des BALT in der Lamina propria und innerhalb des Epithels vorkommen (SARRADELL et al. 2003). 6
Einleitung
IgG- und IgA-assoziierte Plasmazellen sind an der BALT-Peripherie, in der Lamina
propria, der Bronchien, Bronchiolen, in Alveolarsepten und um die submukosalen
Bronchialdrüsen vorhanden (SARRADELL et al. 2003). CD4+-Zellen sind häufiger
anzutreffen als CD8+-Zellen. SARRADELL et al. (2003) vermuten, dass die lokale
humorale Immunität, die durch den Anstieg von IgG- und IgA-Lymphozyten und
Plasmazellen in den Wänden von BALT, Bronchien und Bronchiolen sowie in den
Alveolarsepten bestimmt wird, eine wichtige Rolle bei der Infektion spielt.
Bei schweren Verläufen von Enzootischer Pneumonie treten lymphoide Zellen um die
Bronchien, Bronchiolen und die Blutgefäße massenhaft auf und das Alveolarepithel
weist eine Hypertrophie und Hyperplasie von Typ-II-Pneumozyten auf, wodurch die
Lumina der Alveolen und Bronchioli von außen verengt werden können (REDONDO
et al. 2009). Weiter sind atelektatische Alveolen und obliterierte Bronchienlumina zu
beobachten (THACKER et al. 1998; SARRADELL et al. 2003; THACKER u. MINION
2012). In den Alveolarlumina befinden sich neben Sekret auch neutrophile
Granulozyten und mononukleäre Zellen (REDONDO et al. 2009). In der
Erholungsphase nach durchstandener Erkrankung werden neben emphysematösen
und kollabierten Alveolen auch lymphoide Knötchen und eine Fibrose der
peribronchialen Areale beobachtet (THACKER u. MINION 2012).
Die klinischen wie auch makroskopischen Läsionen sind zwar hinweisend, aber nicht
belegend für eine Infektion mit M. hyopneumoniae (MAES et al. 2018). Als
Differentialdiagnosen führen SIBILA et al. (2009) unter anderem Infektionen mit
Pasteurella multocida oder Influenzaviren an.
M. hyopneumoniae: Therapiemöglichkeiten und
Bekämpfungsstrategien
Zur Behandlung von M. hyopneumoniae werden häufig Tetracycline und
Makrolidantibiotika eingesetzt (PIETERS u. MAES 2019). Weitere potentiell wirksame
Antibiotika sind Aminoglycoside, Aminocyclitole, Fluorchinolone, Florfenicol,
Lincosamide und Pleuromutiline (HANNAN et al. 1982; HANNAN et al. 1989; TER
LAAK et al. 1991; HANNAN et al. 1997a; HANNAN et al. 1997b; FELDE et al. 2018;
MAES et al. 2020).
7Einleitung
Da M. hyopneumoniae unbehüllt ist, ist es unempfindlich gegenüber Antibiotika, die
auf die Zellwandsynthese abzielen, also β-Lactam-Antibiotika wie Penicillinen oder
Cephalosporinen, Erythromycin, Neomycin, Oleandomycin, Polymyxin, Rifampicin,
Streptomycin, Sulfonamiden oder Trimethoprim (YAMAMOTO et al. 1986; TER LAAK
et al. 1991; HANNAN et al. 1997a). Sulfonamide haben zwar wenig Einfluss auf
M. hyopneumoniae, werden aber häufig zur Behandlung der bakteriellen
Sekundärinfektion eingesetzt (PIETERS u. MAES 2019). Zwar wurden vereinzelt Fälle
erworbener Antibiotikaresistenz dokumentiert, allerdings ist dieses Phänomen nicht so
verbreitet, als dass es ein grundlegendes Problem für die Behandlung darstellen würde
(PIETERS u. MAES 2019).
Aufgrund der wirtschaftlichen Bedeutung, die durch finanzielle Einbußen wegen des
Leistungsabfalls und der Wachstumsdepression der Tiere sowie den
Behandlungskosten entstehen, gilt der effizienten Bekämpfung von
M. hyopneumoniae besondere Aufmerksamkeit. Für die vollständige Elimination aus
einem Betrieb wurden unterschiedliche Protokolle beschrieben und erprobt, wobei
diese stets mit einem sehr hohem finanziellen und zeitlichen Aufwand einhergehen
und eine fortwährende Erregerfreiheit aufgrund der hohen Verbreitung von
M. hyopneumoniae in Schweineherden durch Einschleppung zugekaufter Tiere stets
gefährdet ist (HOLST et al. 2015).
Präventionsmaßnahmen
Die Prävention über Vakzinierung erhält insbesondere im Zuge des Ziels der
Reduzierung des Einsatzes von Antibiotika im Rahmen der 17. Novellierung des
Arzneimittelgesetzes (17. AMG-Novelle) einen neuen Stellenwert. Tierhalter müssen
für ihre Tiere den Einsatz von Antibiotika an die Tierarzneimitteldatenbank, die an die
Datenbank des Herkunftssicherungs- und Informationssystems für Tiere (HI-Tier)
angeschlossen ist, melden. Das Bundesamt für Verbraucherschutz und
Lebensmittelsicherheit ermittelt hieraus zweimal jährlich die Kennzahlen 1 und 2.
Landwirte müssen ihre halbjährliche betriebliche Therapiehäufigkeit mit diesen
Kennzahlen abgleichen. Ein Ampelsystem sieht vor, dass Betriebe, die unter der
Kennzahl 1 liegen, „grün“ markiert werden und nichts zu veranlassen ist. Liegt die
8Einleitung
halbjährliche betriebliche Therapiehäufigkeit zwischen Kennzahl 1 und Kennzahl 2,
also „gelb“, ist zu prüfen, welche Ursachen zu dem überdurchschnittlich hohen
Verbrauch von Antibiotika geführt haben. Liegt die halbjährliche betriebliche
Therapiehäufigkeit über der Kennzahl 2, hat dies zur Folge, dass gemeinsam mit dem
bestandsbetreuenden Tierarzt die Ursachen für den erheblich überdurchschnittlichen
Verbrauch zu ermitteln und ein Maßnahmenplan zu erarbeiten ist, um die
Tiergesundheit für diesen Tierbestand soweit zu verbessern, dass eine nachhaltige
Reduktion des Einsatzes von Antibiotika gewährleistet sein kann. Seit der
17. Novellierung des AMG im Jahr 2020 muss auch übermittelt werden, wenn keine
Antibiotika in einem Tierbestand eingesetzt wurden („Nullmeldung“), um so eine
unbeabsichtigte Erhöhung der Kennzahlen zu verursachen. Auch aufgrund dieser
Maßnahmen zur Reduktion des Einsatzes von Antibiotika stellt die Impfung die am
häufigsten durchgeführte präventive Maßnahme gegen M. hyopneumoniae-
Infektionen dar.
MAES et al. (2008) konstatieren, dass kommerzielle Impfstoffe aus inaktivierten
Ganzzelllysaten und Adjuvanzien bestehen und weltweit genutzt werden
(MAKOSCHEY 2015; KLOKER 2019). In vielen Ländern werden mehr als 70 % der
Schweinebetriebe regelmäßig geimpft (THACKER et al. 1998; THACKER u. MINION
2012). Impfungen schützen meist nur unvollständig vor klinischen
Lungenentzündungen und können eine Kolonisierung mit M. hyopneumoniae nicht
vollständig verhindern (THACKER et al. 1998). Dennoch liegen die Hauptvorteile der
Impfung in der Verbesserung der täglichen Gewichtszunahmen um 2-8 % und des
Futterverwertungsverhältnisses um 2-5 %, was zu kürzeren Mastzeiten bis zum
Erreichen des Schlachtgewichts, geringeren klinischen Symptomen und
Lungenläsionen sowie manchmal auch einer reduzierten Mortalität führt (MAES et al.
1998; MAES et al. 1999; MAES et al. 2008). Infizierte Tiere sind trotz Impfung weiterhin
potentielle Überträger von M. hyopneumoniae, weshalb kommerziell erhältliche
Impfstoffe nicht zur Elimination des Erregers aus Schweinebeständen geeignet sind
(MEYNS et al. 2006; VILLARREAL et al. 2011). Ursprünglich handelte es sich um
Two-Shot-Impfungen, also Vakzinen, die zweimal im Abstand eines gewissen
Zeitraumes zumeist intramuskulär appliziert werden mussten, wobei der Trend in der
9Einleitung
Entwicklung und Zulassung in den vergangenen Jahren zu intramuskulär zu
injizierenden One-Shot-Impfstoffen wies. Hierbei handelt es sich um Vakzinen, die nur
einmal appliziert werden müssen und die bei gleicher Wirksamkeit weniger Arbeits-
und Materialaufwand (MAES et al. 2008) und auch weniger Stress für die Tiere
bedeuten (TEMPLE et al. 2017).
Diese Impfstoffe werden stetig weiterentwickelt. Mit dem Blick auf die Verbesserung
von Tierwohl- und Tiergesundheitsparametern und die Arbeitssicherheit wurde bereits
1994 ein intradermal zu applizierender Impfstoff gegen die Aujeszkysche Krankheit
beim Schwein zugelassen (VANNIER u. CARIOLET 1989, 1991). In der weiteren
Entwicklung von intradermal applizierbarer Vakzinen wurden diverse Präparate gegen
unterschiedliche virale und bakterielle Erkrankungen entwickelt und zugelassen,
beispielsweise Porcilis® PRRS, Porcilis® PCV ID oder Porcilis® M Hyo ID Once.
Intradermale Vakzinierung
Die Haut ist ein besonders attraktives Zielgewebe für die Applikation von Impfstoffen,
da sie einen wesentlichen Bestandteil des Immunsystems darstellt (BABIUK et al.
2000; MITRAGOTRI 2005). Die Epidermis ist mit Langerhans-Zellen angereichert, die
über die Struktur eines Netzwerkes in der Lage sind, Antigene effizient aufzunehmen
und spezifische Immunantworten auszulösen, indem sie die Antigenfragmente
verarbeiten und naiven T-Zellen in den Lymphknoten präsentieren (STOITZNER et al.
2003). Hierdurch wird mittels der Erzeugung der systemischen Immunglobuline IgG
und IgM sowie mukosalen Immunglobuline IgA eine humorale Immunantwort
provoziert. Aufgrund der direkten Präsentation der Antigene bei der Anwendung
intradermaler Impfstoffe gegenüber den Langerhans-Zellen wird die erforderliche
Impfstoffdosis drastisch reduziert (REN et al. 2002). Förderlich ist weiter, dass die von
Flüssigkeitsinjektoren abgegebenen Impfstoffe sich fächerförmig und über ein
größeres Gewebevolumen ausbreiten als per Nadel injizierte Impfstoffe, wodurch sie
schneller und mehr Kontakt mit Antigen-präsentierenden Zellen herstellen können
(BAXTER u. MITRAGOTRI 2006).
Flüssigkeitsstrahlinjektoren nutzen die kinetische Energie eines
Hochgeschwindigkeitsimpfstoffstrahls. Dieser besitzt für gewöhnlich eine
10Einleitung
Geschwindigkeit von über 100 m/s, wobei eine Geschwindigkeit von 80 m/s die
Mindestgeschwindigkeit darstellt, um die Haut von Schweinen erfolgreich zu
durchdringen (SCHRAMM-BAXTER u. MITRAGOTRI 2004a). Der Durchmesser des
Impfstoffstrahls liegt unter dem Außendurchmesser einer Standard-Injektionsnadel
von 21 Gauge (810 µm) in einem Bereich von 76 µm bis 360 µm (MITRAGOTRI 2005).
Flüssigkeitsstrahlinjektoren können flüssige Arzneimittel intradermal, subkutan oder
intramuskulär applizieren.
Das Gerät IDAL (Intra Dermal Application of Liquids-Vakzinator, MSD Animal
Health/Intervet Deutschland GmbH, Unterschleißheim), welches für diese
Untersuchung genutzt wurde, gehört zu den nadellosen
Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsinjektoren, bei denen ein Flüssigkeitsstrahl mittels
Druckluft durch eine Düse gepresst wird und eine Geschwindigkeit von 80-130 m/s
erreicht, um das Volumen des Arzneimittels, zumeist 0,2 ml, in die Haut zu applizieren
(BEFFORT 2015). Der Düsenkopf des Geräts beträgt im Durchmesser 250 µm, was
einer 21 G-Kanüle von Braun Sterican® nach DIN EN ISO 7864 entspricht (BEFFORT
2015). Das Gerät verfügt über einen wiederverwendbaren, direkt mit der Haut in
Kontakt stehendem Düsenkopf und gehört deshalb zu den MUNJI, den multi-use-
nozzle jet Injektoren (MITRAGOTRI 2005). Diese Injektoren werden stetig
weiterentwickelt. Auf den in dieser Studie genutzten Typ IDAL 1G und 2G, die ein
Nettogewicht von 1700 g besitzen und nach 10.000 (IDAL 1G) bzw. 12.000 (IDAL 2G)
Impfungen eine Inspektion benötigten, folgte der wartungsärmere IDAL 3G Mono, der
ein Nettogewicht von 1400 g aufweist. Im Gegensatz zu den Geräten der ersten und
zweiten Generation benötigt es nur alle 100.000 Impfungen eine Inspektion über den
Fachhandel und nur alle 20.000 Impfungen einen Düsenkopfwechsel. Zuletzt wurde
der IDAL 3G TWIN in den Markt eingeführt. Es ist eine Weiterentwicklung des
IDAL 3G Mono, wiegt 1700 g und kann zwei Impfstoffe simultan über zwei Düsenköpfe
applizieren. Auch von anderen Herstellern gibt es vergleichbare Geräte und Impfstoffe,
die eine Zulassung zur intradermalen Applikation von Impfstoffen besitzen,
beispielsweise das Gerät Hipradermic® der Firma Hipra, für das der Impfstoff
Unistrain® PRRS zugelassen ist. Andere, komplexere Systeme stellen beispielsweise
das kanadische Gerät AcuShot® oder das niederländische MS Pulse dar, die nadellos
11Einleitung
intramuskulär, subkutan, intradermal und transdermal Arzneimittel mit einem Volumen
von 0,1–2,5 ml applizieren können. Die Applikationstiefe wird hierbei über den
Injektionsluftdruck gesteuert. Diese Geräte sind mit 3,1 kg für das AcuShot®,
beziehungsweise 5,5 kg für das MS Pulse deutlich schwerer als die Handgeräte. Das
AcuShot® besteht aus dem eigentlichen Handinjektor sowie einem umhängbaren
Kompressor, während das MS Pulse Bestandteil eines Behandlungswagens ist, mit
dem der Handinjektor mittels eines Druckluftschlauches verbunden ist. Mit diesen
Geräten können Eisenpräparate, Impfstoffe und Seren appliziert werden, von einer
Applikation von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität oder Antibiotika wird vom Hersteller
abgeraten.
Zielsetzung
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen und die Praxistauglichkeit
des intradermalen Impfsystems bei der Impfung gegen M. hyopneumoniae an
Saugferkeln zu erfassen und mit dem herkömmlichen Impfsystem per intramuskulärer
Injektion zu vergleichen.
Besonders bei den empfindlichen Saugferkeln liegen - über die zur Zulassung
erforderlichen Studien hinaus - noch keine Erkenntnisse zur Verträglichkeit der
intradermalen Applikation und zur möglichen Beeinflussung des Wohlbefindens vor.
Hierfür sollten detaillierte Beschreibungen der lokalen Impfreaktionen der Ferkel
zwischen der per Nadelinjektion geimpften Kontrollgruppe und der Versuchsgruppe
der intradermal geimpften Tiere miteinander verglichen werden. Ausgewählte
Saugferkelgruppen wurden zudem per Video überwacht und das Verhalten der
Saugferkel in den Tagen vor und nach der Impfung beobachtet und beurteilt. Ein
weiterer Fokus der Untersuchungen lag auf der Handhabbarkeit der Injektoren und
des Arbeits- und des Zeitaufwandes, die durch die jeweiligen Impfmethoden
entstehen.
12Publikation I
2 Publikation I
Intradermale versus intramuskuläre Impfstoffapplikation bei Saugferkeln.
Vergleich hinsichtlich Hautreaktionen, Leistungsparametern und arbeitstechnischer
Gesichtspunkte.
Intradermal versus intramuscular vaccine application in suckling piglets.
Comparison with regard to dermal reactions, performance and procedural aspects.
Manuel Göller, Michaela Fels, Wiebke-Rebekka Gerdts, Nicole Kemper
Institut für Tierschutz, Tierhygiene und Nutztierethologie
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Bischofsholer Damm 15, Gebäude 116
30173 Hannover
Tierärztliche Praxis Großtiere 2018; 46: 317 – 322
https://dx.doi.org/10.15653/TPG-180461
Eingegangen: 3. April 2018
Akzeptiert nach Revision: 17. Mai 2018
This is a published Manuscript of an article published by Thieme Publishing Group in
Tierärztliche Praxis Großtiere on May 17 2018, available online at
https://www.thieme-connect.de/products/ejournals/abstract/10.15653/TPG-180461
13Publikation I Zusammenfassung Ziel dieser Studie war, eine intradermale Impfmethode gegen Mycoplasma hyopneumoniae bei Saugferkeln im Hinblick auf Hautreaktionen, Leistungsparameter und arbeitstechnische Gesichtspunkte mit einer konventionell durchgeführten intramuskulären Impfung wissenschaftlich zu vergleichen und mögliche Konsequenzen für das Wohlbefinden der Tiere abzuleiten. Material und Methoden: Unter Feldbedingungen wurden insgesamt 672 Saugferkel in drei Durchgängen geimpft, davon 338 intradermal und 334 intramuskulär. Neben einer umfassenden Bonitur wurde die lokale Hautreaktion an der Impfstelle bonitiert, indem die Größe der Schwellung (Scoring 0–5) sowie die Rötung und Krustenbildung (Scoring 0–3) benotet wurden. Die Ferkel am Tag vor der Impfung und 8 Tage später einzeln gewogen. Ferner erfolgten eine Messung und Dokumentation der für die jeweilige Impfung benötigten Zeit. Ergebnisse: Am 1. Tag nach der Impfung zeigten 71,3% der intramuskulär geimpften und 2,7% der intradermal geimpften Ferkel keine Schwellung an der Impfstelle. Diese Unterschiede nivellierten sich mit zunehmend zeitlichem Abstand zur Impfung. Die tägliche Gewichtszunahme der Ferkel differierte zwischen der intradermal (247g) und der intramuskulär (258g) geimpften Gruppe nicht signifikant. Die intradermale Impfung benötigte je Ferkel im Schnitt 11 Sekunden, während die intramuskuläre Impfung 17 Sekunden. Schlussfolgerungen und klinische Relevanz: In dieser ersten Studie konnten keine nachteiligen Effekte der intradermalen Impfung auf Leistungsparameter und keine länger anhaltenden Hautreaktionen bei Saugferkeln nachgewiesen werden. An den Hautreaktionen zeigt sich sehr gut die bei der intradermalen Impfung gewünschte Immunantwort an der Impfstelle, welche nach 7 Tagen aber nicht mehr offensichtlich war. Darüber hinaus stellte sich der arbeitstechnische Vorteil der intradermalen Impfung klar heraus. Um letztendlich mögliche Vorteile hinsichtlich der Auswirkungen auf das Wohlbefinden von Saugferkeln zu evaluieren sind weitere Analysen anhand von Videobeobachtungen erforderlich. 14
Publikation I
Summary
Objective: The aim of this study was the scientific evaluation of an intradermal
vaccination method in comparison to an intramuscular vaccination against
Mycoplasma hyopneumoniae in suckling piglets with regard to skin reactions,
performance parameters and procedural aspects. Possible effects on animal welfare
should be deduced.
Material and Methods: Under field conditions, 672 suckling piglets in three batches
were vaccinated; 338 of those intradermally, and 334 intramuscularly. In addition to a
detailed scoring of the integument, the injection site with the local reaction was
evaluated, scoring the size of swelling (score 0–5), and rubor and incrustation
(score 0–3). Moreover, piglets were weighed individually 1 day before vaccination and
8 days later. In addition, the time required for each vaccination was documented.
Results: On the first day after vaccination, 71.3% of the intramuscularly vaccinated
piglets and 2.7% of the intradermally vaccinated piglets displayed no swelling at the
vaccination site. No differences remained by the 7th day after vaccination. Daily weight
gain did not differ significantly between piglets in the intramuscularly (258g) and
intradermally (248g) vaccinated group. Intradermal vaccination took a mean of 11
seconds per piglet, while 17 seconds were required for intramuscular vaccination.
Conclusions and clinical relevance: In this first study, no negative effects of the
intradermal vaccination on performance parameters and no long-standing skin
reactions were detected in the suckling piglets. Skin reactions were related to the
desired immune reaction of the intradermal vaccination, but were no longer present
after 7 days. Moreover, with regard to procedural aspects, the intradermal vaccination
offered time saving advantages. To evaluate further possible effects on animal welfare,
further analyses via video recordings are required.
15Publikation II 3 Publikation II Evaluation of Behavioral Aspects after Intradermal and Intramuscular Vaccine Application in Suckling Piglets Manuel Göller, Nicole Kemper, Michaela Fels Institut für Tierschutz, Tierhygiene und Nutztierethologie Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Bischofsholer Damm 15, Gebäude 116 30173 Hannover Agriculture 2020, 10 (12), 637 https://doi.org/10.3390/agriculture10120637 Eingegangen: 30. Oktober 2020 Akzeptiert: 11. Dezember 2020 16
Publikation II
agriculture
Article
Evaluation of Behavioral Aspects after Intradermal
and Intramuscular Vaccine Application in
Suckling Piglets
Manuel Göller, Nicole Kemper and Michaela Fels *
Institute for Animal Hygiene, Animal Welfare and Farm Animal Behavior, University of Veterinary Medicine
Hannover, Foundation, Bischofsholer Damm 15, D-30173 Hannover, Germany;
manuel.goeller@tiho-hannover.de (M.G.); nicole.kemper@tiho-hannover.de (N.K.)
* Correspondence: michaela.fels@tiho-hannover.de; Tel.: +49-511-856-8954
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Received: 30 October 2020; Accepted: 11 December 2020; Published: 15 December 2020 !"#$%&'
Abstract: The aim of this study was to analyse the behavioral aspects of suckling piglets after an
intradermal vaccination method in comparison to an intramuscular vaccination applied on the seventh
day of life. Possible e↵ects on piglet welfare should be evaluated. Under field conditions, 135 suckling
piglets from 12 litters were vaccinated against Mycoplasma hyopneumoniae—64 of those intradermally
and 71 intramuscularly, from six litters each. For behavioral analyses, videos were recorded per
pen, starting three days before the vaccination and ending three days after the vaccination. In the
video analyses, the observation periods 6.00–10.00, 13.00–17.00, and 19.00–21.00 were analysed
via scan sampling for the behaviors lying, standing, walking, suckling, and social contact. In the
behavioral observations, in all piglets, the most frequent behavior was lying, followed by suckling at
the sow’s teats. After vaccination, less lying behavior and more suckling behavior were assessed in
intradermally vaccinated piglets compared to intramuscularly vaccinated piglets, which indicates that
the piglets were not impaired by stress following vaccination. The results of this study showed that
intradermal needle-free vaccination has clear advantages, as it caused fewer vaccination-associated
behavior changes in suckling piglets than the intramuscular vaccination method with a needle.
Keywords: farrowing farms; health management; immune response; immunization; suckling
piglets; behavior
1. Introduction
In modern pig husbandry systems, preventive animal health management is of the utmost
importance. In addition to biosecurity measures, advanced vaccination programmes, taking into
account the respective life stages of the animals, are one cornerstone for realizing optimal animal
health. In veterinary medicine, numerous vaccines for pigs have been approved and registered
for intramuscular injection. However, intramuscular administration can have some disadvantages,
especially in large animal populations, for which the hygienically required needle change for at least
each pen is not practicable. Moreover, especially for suckling piglets in the first days of life, vaccination
can be a considerable strain, but can be obligatory when the infection pressure in the herd is high.
For example, Mycoplasma hyopneumoniae, which is the causative agent of enzootic pneumonia, is present
in many pig herds and, under the protection of maternal antibodies, suckling piglets are often already
infected, though without initially developing symptoms. The vaccination of suckling piglets at the
end of the first week of life ensures early protection against infection immunity [1]. In the absence of
immune protection, the symptoms usually only become apparent after weaning. A↵ected animals show
chronic coughing with a low mortality and high morbidity. They are significantly more susceptible to
Agriculture 2020, 10, 637; doi:10.3390/agriculture10120637 www.mdpi.com/journal/agriculture
17Publikation II
Agriculture 2020, 10, 637 2 of 13
other serious pathogens due to damage to the ciliated epithelium of the respiratory tract. The infection
causes major economic losses worldwide [2–4]. Therefore, numerous vaccines against Mycoplasma
hyopneumoniae for pigs are commercially available, and most of them are injected intramuscularly.
For reasons of labor economy and hygiene, alternatives to intramuscular injection were already sought
over 20 years ago [5,6]. Intradermal vaccination represents a practicable option. Here, the vaccine is
applied into the skin by means of compressed air and causes a strong immune reaction there. Therefore,
no needles are used for intradermal vaccination, which would also solve the problem related to the
environmentally friendly disposal of used needles. This method has been known in human medicine
for over eight decades [7]. In veterinary medicine, the first studies on the efficacy of intradermal
vaccination compared to the intramuscular application of vaccines in the fight against Aujeszky’s
disease were conducted in the 1990s [6]. For over 10 years, an applicator has been on the market in
Germany, with which commercially available vaccines against Mycoplasma hyopneumoniae, Porcine
Circovirus Type 2 (PCV2), and Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus (PRRS) can be
applied needle-free intradermally. Studies have shown that intradermal vaccination is equivalent to
intramuscular vaccination in terms of the induction of an adequate immune response and the resulting
protection at significantly lower-dose volumes [8–10]. Previous studies have dealt not only with the
induced immune response of intradermal vaccination, but also with the local vaccination reactions and
the penetration depth of the applied drugs (e.g., [3,10]).
In addition, the risk of the cannula breaking during vaccination [5], as well as the risk of the
hematogenic transmission of pathogens from animal to animal [11,12], are reduced. Moreover, the risk
of injuries to the vaccinating persons from needle sticks can be lowered. The manner in which the
vaccine is administered also has an impact on animal welfare, and the fact that intradermal vaccination
is clearly beneficial in this respect was first shown for pregnant sows [13].
To date, detailed investigations of the e↵ects of intradermal vaccination on the behavior of sensitive
suckling piglets are lacking. The present pilot study aims to contribute to the understanding of the
e↵ects of vaccination application methods on the behavior of suckling piglets under field conditions.
2. Materials and Methods
The study was carried out on a commercial German pig farm, where 240 sows (BHZP Viktoria
and Danbreed) were kept and managed in a three-week rhythm with a suckling period of 28 days.
All of the animals were housed in accordance with EU and German law. The study was approved by
the Animal Welfare Officer of the University of Veterinary Medicine, Hannover, Germany.
The pregnant sows were brought over to the farrowing unit one week before the expected farrowing.
Per batch (i.e., every three weeks), a group of 30 sows was housed in a farrowing compartment. During
the study period, the sows and their litters were kept in farrowing pens (197 cm ⇥ 259 cm) with crates
for the sows on a partially slatted floor. The creep areas (47 cm ⇥ 152 cm) for piglets were equipped
with floor heating and infrared heat lamps. The sows were fed twice a day automatically. Water was
available ad libitum and the drinker was integrated into the feeding trough of the sow. From three
days of age until weaning, piglets were given dry feed ad libitum in the farrowing pen. Three nipple
drinkers per pen were available for the piglets. The farrowing unit was illuminated 12 h per day (from
8.00 to 20.00). Male piglets were castrated before the study began and all piglets were tail docked at
the same time. Piglets were weaned at their 28th day of life.
Three batches were considered for the study. In total, data from 672 piglets from 59 sows were
available and used to determine the animal health and performance, as described by Göller et al. [14].
For the present experiment, a subgroup of 135 piglets originating from 12 sows was considered. The
study was based on practical preconditions. Therefore, all vaccines were applied in consultation with
the farm veterinarian within the farm-specific vaccination scheme. In the experimental group, 64 piglets
from six sows (two sows per batch in three batches) were vaccinated intradermally on the seventh
day of life (Intra Dermal Application of Liquids (IDAL)-Vaccinator, MSD Animal Health/Intervet
Deutschland GmbH, Unterschleissheim, Germany) against Mycoplasma hyopneumoniae (Porcilis M Hyo
18Publikation II
Agriculture 2020, 10, 637 3 of 13
ID ONCE, MSD Animal Health/Intervet Deutschland GmbH) using one-shot vaccination. For this
purpose, the vaccine was administered needle-free into the skin with a dose volume of 0.2 mL at 46 bar
compressed air.
In the control group, 71 piglets from six sows (two sows per batch in three batches) were vaccinated
intramuscularly with the vaccine usually used on the farm (Stellamune One, Zoetis Deutschland
GmbH, Berlin, Germany; one-shot vaccination). Hence, 2 mL of vaccine was injected intramuscularly
with a vaccination gun (HSW ECO-MATIC® 2 mL, Henke-Sass, Wolf GmbH, Tuttlingen, Germany with
a 20-gauge cannula). In both the experimental and control groups, the vaccinations were administered
at the same location in the lateral neck on the left side of the body at the highest point of the base of the
ear in a horizontal injection direction. Two persons carried out the vaccinations together; one person
fixed the piglet and the second person vaccinated the animals.
For the present study, in each batch, piglets from two pens of the experimental and control groups,
respectively, were subjected to a detailed video analysis. In total, the behavior of 12 litters, including
six of the experimental group (litter size: 10.7 +/ 1.5 piglets) and six of the control group (litter size:
11.8 +/ 1.3 piglets), was analysed.
For video recordings, above each experimental and control pen, a camera (Everfocus, EQ550T,
Taipeh, Taiwan) was installed and connected to a digital video recorder (Everfocus, ECOR 264-9X1,
Taipeh, Taiwan), which recorded on hard drives. A total of 25 images were taken per second.
Video-based behavioral analyses were carried out using the EverFocus Player Application (EFPlayer)
1.0.8.4 program (EverFocus, Taipeh, Taiwan) on a personal computer. Video recording started three
days before the vaccination and ended three days after the vaccination. Therefore, videos were recorded
continuously over seven days (4th–10th days of the piglets’ life, Table 1). For video analysis, three
observation periods were chosen per day: 6.00–10.00; 13.00–17.00; and 19.00–21.00. For all piglets, the
vaccination was carried out outside the observation period on day 4 between 10:00 and 13:00. In each
observation period, data were collected via scan sampling (instantaneous sampling). The video was
stopped every five minutes and the number of piglets showing the following behaviors was counted:
Lying; standing; walking; suckling; and social contact. Lying was defined as a recumbent position in
which the piglet’s body was not supported by the legs. Standing was assigned when the piglet was
standing upright on its legs. Walking was defined as any form of locomotor behavior. Suckling was
assigned when a piglet was in direct contact with the sow’s teats, and social contact was defined as any
form of body contact between di↵erent piglets, except for lying with huddling. For each observed
litter and each observation moment (every five minutes), the number of piglets showing the defined
behaviors was counted and converted into a percent based on the total number of littermates in the
respective farrowing pen.
Table 1. Overview of observation days for video recordings, piglets’ day of life, and time periods.
Day of Observation Piglets’ Day of Life Time Period with Regard to Vaccination
1 4 3 days before vaccination
2 5 2 days before vaccination
3 6 1 day before vaccination
4 7 day of vaccination
5 8 1 day after vaccination
6 9 2 days after vaccination
7 10 3 days after vaccination
Statistical analysis was performed using IBM SPSS Statistics, Version 24. First, data (residuals)
were checked for a normal distribution using histograms, Q-Q plots, and the Shapiro–Wilk test.
As data were not normally distributed, and showed some outliers, non-parametric tests were applied.
The Mann–Whitney U test for independent samples was performed to determine any significant
di↵erences between the experimental and control groups concerning the percentage of piglets showing
di↵erent behaviors on the seven days of observation. Friedman’s two-way analysis of variance for
19Publikation II
Agriculture 2020, 10, 637 4 of 13
related samples was carried out to determine significant di↵erences in the percentage of lying and
suckling piglets over time (between days and daytimes) within the experimental and control groups.
Pairwise comparisons were performed and p-values were adjusted by Bonferroni correction for multiple
tests. Results were considered statistically significant if the related p-values were less than 0.05.
3. Results
3.1. Descriptive Results of Behavior in Suckling Piglets
Descriptive results of the behavioral analyses revealed that the most common body posture of
piglets was lying. Over the entire study period, in experimental groups, an average of 53.0% of piglets
within a litter were lying per observation moment, while in control groups, 58.6% of littermates were
in a recumbent position per observation moment. The second most common behavior was suckling.
In experimental groups, an average of 27.8% of littermates were suckling per observation moment,
while in control groups, the percentage was 22.9%. The least common behavior was walking. Only
3.9% of piglets were walking per observation moment in experimental groups, while in control groups,
4.3% of piglets displayed locomotor behavior. The standing position was exhibited by an average of
8.3% of piglets per litter in experimental groups, and 7.6% in control groups, while social contact was
observed in 5.2% and 5.4% of piglets per litter and observation moment, respectively.
3.2. Behavior of Piglets on Di↵erent Days of Observation
In the following, the three days before vaccination (days 1–3 of observation), the day of vaccination
(day 4 of observation), and the three days after vaccination (days 5–7 of observation) are considered
separately to reveal possible e↵ects of the vaccination procedures (intradermally or intramuscularly)
on the behavior of piglets. The results indicate that the piglets in the experimental and control groups
showed similar levels of the studied behaviors on the three days before vaccination, i.e., at days 1, 2,
and 3 of observation (Figure 1).
On the day of vaccination (day 4 of observation), significantly more piglets in the control groups
were lying per observation moment compared to the experimental groups (p < 0.0001; Figure 1).
Furthermore, in control groups, fewer piglets were observed at the sow’s teats, i.e., were suckling per
observation moment, than in the experimental groups (p < 0.0001). Concerning the other behaviors
(standing, walking, and social contact), no significant di↵erences were found between the experimental
and control groups on the day of vaccination (p > 0.05).
On the three days after vaccination (days 5–7 of observation), there were still significant di↵erences
between the behaviors of piglets in the experimental and control groups. During the three days, fewer
lying piglets and more suckling piglets were counted per observation moment in the experimental
groups compared to the control groups (p < 0.05, Figure 2). No significant di↵erences were found for
the other behaviors between the experimental and control groups on the three days after vaccination
(p > 0.05).
20Publikation II
Agriculture 2020,
Agriculture 10, x637
2020, 10, FOR PEER REVIEW 55of
of14
13
Day 1 of observation (a) Day 2 of observation (b)
= 3 days before vaccination = 2 days before vaccination
100 100
90 90
Number of piglets (%)
Number of piglets (%)
80 80
70 70
60 60
50 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
Day 3 of observation (c) Day 4 of observation (d)
= 1 day before vaccination = day of vaccination
100 100 *
90
Number of piglets (%)
90
Number of piglets (%)
80 80 *
70 70
60 60
50 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
Experiment Control Experiment Control
Figure 1. Percentage of piglets per litter (means and standard deviations) showing di↵erent behaviors
in experimental
Figure and of
1. Percentage control groups
piglets on the
per litter threeand
(means days before vaccination
standard deviations) (a–c),
showingas well as on behaviors
different the day of
vaccination
in (d). and
experimental * pPublikation II
Agriculture 2020, 10, 637 6 of 13
Agriculture 2020, 10, x FOR PEER REVIEW 6 of 14
Day 5 of observation (a) Day 6 of observation (b)
= 1 day after vaccination = 2 days after vaccination
100 100
90 * 90 *
Number of piglets (%)
Number of piglets (%)
80 80
70 * 70 *
60 60
50 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
Day 7 of observation (c)
= 3 days after vaccination
100
90
*
Number of piglets (%)
80 *
70
60
50
40
30
20
10
0
Experiment Control
Figure 2. Percentage of piglets per litter (means and standard deviations) showing di↵erent behaviors
Figure 2. Percentage of piglets per litter (means and standard deviations) showing different behaviors
in the experimental and control groups on the three days after vaccination (a–c). * p < 0.01.
in the experimental and control groups on the three days after vaccination (a–c). * p < 0.01.
3.3. Behavior of Piglets over Time
3.3. Behavior of Piglets over Time
Considering the behaviors of lying and suckling in detail over time, it was shown that in both
Considering
groups the behaviors
(experimental and controlof lying and there
groups), suckling
wasina detail over decrease
significant time, it was shown
in the that in
number of both
lying
groups
piglets (experimental
(%) from the first and tocontrol groups),
third day there was ai.e.,
of observation, significant
during the decrease in thebefore
three days number of lying
vaccination
piglets (%) for
(p = 0.003 fromthethe first to thirdgroups
experimental day ofand
observation,
p < 0.0001i.e.,
forduring the three
the control days
groups; before
Figure 3).vaccination
On the day(p of
=vaccination
0.003 for the experimental
(day groupsthe
4 of observation), and p < 0.0001
number for the
of lying control
piglets groups;
increased in Figure 3). Oncompared
both groups the day of to
vaccination
the day before(day 4 of observation),
vaccination the number
(p < 0.0001); however,ofthislying piglets
increase increased
was in both
higher for groupsgroups
the control compared to
than for
the
theday before vaccination
experimental groups (p(p < 0.0001);
< 0.001). Onhowever, thisvaccination,
the day after increase was higher
the number for of
the control
lying groups
piglets than
decreased
for the experimental groups (p < 0.001). On the day after vaccination, the number
again in both groups (p < 0.0001). However, during the three days after vaccination, there were still of lying piglets
decreased
more lying again in both
piglets in thegroups
control(p groups
< 0.0001). However,
than during the three
in the experimental days(pafter
groups vaccination,
< 0.05). there
No significant
were still more lying piglets in the control groups than in the experimental
di↵erence in the number of lying piglets was found between the first day after vaccination (day groups (p < 0.05). No5
significant difference in the number of lying piglets was found between the first day after vaccination
(day 5 of observation) and the third day after vaccination (day 7 of observation) in either the
experimental groups or the control groups (p = 1.000; Figure 3).
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