Korrelation der Bewegungsintensität und Position in der Box mit Schmerz unter Nutzung automatisierter Videodatenanalyse bei Pferden mit akuter Kolik

Die Schmerzerkennung und Beurteilung des Schmerzgrads beim Pferd stellt eine große Herausforderung dar, da Pferde sich nicht verbal äußern können und Fluchttiere sind, die als Schutzmechanismus versuchen, den Schmerz zu kaschieren. Insbesondere bei Pferden mit akuter Koliksymptomatik ist die frühzeitige Erkennung und Einschätzung des Schmerzes essenziell, um frühzeitig eine entsprechende Therapie einzuleiten und damit die Prognose zu verbessern. Bis heute gibt es keinen Goldstandard zur Erfassung des Schmerzes beim Pferd. Aus diesem Grund wurde in dieser Studie die Eignung verschiedener Parameter zur Schmerzerkennung und Graduierung bei Pferden mit akuter Koliksymptomatik untersucht.
In Teil A dieser Studie, einer Vorstudie, wurden 49 Pferde untersucht, die aufgrund von Koliksymptomen in die Klinik überwiesen wurden. Die Pferde wurden nach Einlieferung in die Klinik, am darauffolgenden Tag und am Tag der Entlassung untersucht, so dass die Pferde als ihre eigenen Kontrollen dienten. Zusätzlich wurde eine Kontrollgruppe untersucht, die ohne Schmerzen in die Klinik transportiert wurde. Zunächst wurden bei den Patienten verschiedene Schmerzscores, ein Score zur Einschätzung der Schwere der Kolik und ein Score zur Einschätzung der Sepsis erhoben. Im Anschluss wurden die Scores miteinander verglichen. Dabei stellte sich heraus, dass die Schwere der Kolik und die Schwere der Sepsis nicht zwangsläufig mit dem Schmerzgrad korrelierten. Zudem zeigte sich, dass verschiedene Schmerzscores basierend auf der Mimik gute Übereinstimmungen untereinander zeigten. Im Gegensatz dazu zeigte ein Vergleich dieser Schmerzscores mit Schmerzscores, die anhand von verhaltensbasierenden und physiologischen Parametern erhoben wurden, nur moderate Übereinstimmungen.
Weiterhin wurden die Herzfrequenzvariabilität und Blutdruckparameter untersucht. Bei der Herzfrequenzvariabilitäts-Analyse (HRV-Analyse) wurden das mittlere RR-Intervall (MeanRR), die Standardabweichung der Varianz der NN-Intervalle (SDNN), die Standardabweichung der Differenzen aufeinanderfolgender RR-Intervalle (RMSSD = root mean square of successiv differences between adjacent NN-Intervals), die absolute Anzahl der Paare benachbarter NN-Intervalle, die sich um mindesten 50 ms vom vorausgehenden NN-Intervall unterscheiden (NN50), der Prozentsatz der Paare benachbarter NN-Intervalle, die sich um mindesten 50 ms vom vorausgehenden NN-Intervall unterscheiden (pNN50), die Low-Frequency-Leistung (LF-Leistung), die High-Frequency-Leistung (HF-Leistung) und das Verhältnis von LF und HF als sympathovagale Balance (LF/HF-Ratio) bestimmt, sowie die mittlere Herzfrequenz (MeanHR) aus dem EKG ermittelt. Bei der Blutdruckmessung wurden der systolisch arterielle Blutdruck (SBD), der mittlere arterielle Blutdruck (MBD), der diastolisch arterielle Blutdruck (DBD) und der systemisch-vaskuläre-Widerstands-Index (SVR-Index) gemessen. Hinsichtlich der Eignung als Schmerzparameter erwiesen sich in dieser Studie die Herzfrequenz, MeanRR und SVR-Index als nützlich mit signifikanten Unterschieden zwischen den Patienten mit unterschiedlichen Schmerzgraden. Ob SBD, MBD, DBD, RMSSD, NN50 und pNN50 nützlich sein könnten, konnte in dieser Studie nicht klar definiert werden, da die Auswertung zu unterschiedlichen Ergebnissen führte. Für die übrigen Parameter konnte kein Zusammenhang mit Schmerz erkannt werden.
Die Auswertung einer Kontrollgruppe, bestehend aus 12 schmerzfreien Pferden, die in die Klinik überwiesen wurden, zeigte, dass nicht anzunehmen ist, dass Stress durch Transport oder die neue Umgebung die Messwerte der HRV-Analyse und Blutdruckmessung beeinflusste, da es keine signifikanten Unterschiede bei den Messwerten der Kontrollen von Tag 1 zu Tag 2 gab. Es gab Unterschiede in den Mittelwerten zwischen den Patienten und den Kontrollen, allerdings waren diese nur für RMSSD und SVR-Index signifikant, so dass die Untersuchung der Kontrollgruppe die Bedeutung von RMSSD und dem SVR-Index unterstrich, alle anderen Parameter allerdings relativierte.
In Teil B dieser Studie, dem Hauptteil, wurde ein Verfahren zur automatisierten Videodatenanalyse genutzt, mit dessen Hilfe es möglich war, Pferde in Videodaten automatisiert zu erkennen und Bewegungsparameter in Echtzeit abzuleiten. Dazu wurden 10 Pferde, die aufgrund von Koliksymptomatik in die Klinik überwiesen wurden, am Tag der Einlieferung, am folgenden Tag und am Tag der Entlassung für eine Stunde gefilmt. Mittels automatisierten Videodatenanalyse wurde die Bewegungsintensität mittels Optical Flow (OF) bestimmt und dem Schmerzgrad gegenüber gestellt, der mit Hilfe eines Schmerzscores (EQUUS-FAP) basierend auf der Mimik ermittelt wurde. Zudem konnten mit dieser Methode der automatisierten Videodatenanalyse Heatmaps erstellt werden, die den überwiegenden Aufenthalt der Pferde in der Box wiedergaben. Auch hierfür wurde ein Zusammenhang mit dem Schmerzgrad untersucht. Am Tag der Einlieferung war die Bewegungsaktivität der Patienten höher als am folgenden Tag sowie am Tag der Entlassung, allerdings war der Unterschied nicht signifikant. Ähnlich verhielt sich der Schmerzgrad der Patienten. Der Schmerzgrad war am Tag der Einlieferung signifikant höher als am Tag der Entlassung. Am Tag der Einlieferung und am folgenden Tag zeigte sich eine Korrelation zwischen Schmerzgrad und Bewegungsintensität. Je höher der Schmerzgrad war, desto höher war auch die Bewegungsintensität. Zudem zeigten Pferde, die euthanasiert oder chirurgisch behandelt wurden, eine höhere Bewegungsintensität als Pferde, die konservativ behandelt werden konnten. Die Heatmaps zeigten an allen drei Tagen für alle Pferde einen bevorzugten Standort im hinteren Teil der Box. Am Tag der Einlieferung zeigten sich die hochgradig schmerzhaften Pferde zusätzlich häufig in der Mitte der Box. Je weniger schmerzhaft die Pferde waren, desto häufiger wurden sie für kurze Zeiten an verschiedenen Lokalisationen innerhalb der Box gesehen, so dass der Verdacht nahe lag, dass mit abnehmendem Schmerzgrad mehr Interesse an der Umgebung vorlag. Sollte sich in weiteren Studien zeigen, dass die Bewegungsintensität und Position in der Box mit dem Schmerzgrad bei Pferden mit Kolik korreliert, steht auch Laien durch diese Studie ein Verfahren zur Verfügung, mit dem man in Echtzeit den Schmerzgrad anhand von Graphiken einfach und schnell ablesen kann.