Behaviour, physiological and blood biochemical variables in horses exercising on a treadmill submerged in water

Im ersten Teil, der Verhaltensstudie, wurde das Verhalten von 56 Pferden bei ihren ersten drei Arbeitsdurchgängen auf einem Laufband im Wasser mit einer Temperatur von 20 °C beobachtet. Protokolliert wurde: 1) die Art des Betretens des Laufbandes; 2) wann ein regelmäßiger Schritt erreicht wurde; 3) die Art und Häufigkeit der Unarten; 4) die Häufigkeit des Kotabsatzes während der Arbeit. Die Ergebnisse zeigen, dass die Pferde das Laufband und die Arbeit im Wasser sehr schnell akzeptieren. Zwischen dem Alter und dem Geschlecht der Pferde bestand keine Abhängigkeit zur Häufigkeit des Kotabsatzes. Im zweiten Teil, der Beanspruchungsstudie, wurden 89 Pferde vom vierten Laufdurchgang an untersucht. Die untersuchten Belastungsparameter und ihre Kombinationen waren `Wasserhöhe` (50 %, Buggelenkshöhe und 80 % der Widerristhöhe), `Geschwindigkeit` (1 m/s, 1,3 m/s und 1,6 m/s) und `Laufdauer` (10, 20 und 30 Minuten), die Wassertemperatur betrug immer 20 °C. Die Nachbelastungslaktatwerte waren signifikant höher als die Ruhelaktatwerte, jedoch erreichten sie maximal 1,8 mmol/l. Die Nachbelastungslaktatkonzentration im Blut korrelierte bei gleicher Laufdauer und gleicher Geschwindigkeit positiv mit der Wasserhöhe. Bei gleicher Laufdauer und Wasserhöhe korrelierte der Nachbelastungslaktatwert auch positiv mit der Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit hatte jedoch größeren Einfluss als die Wasserhöhe. Je länger die Laufdauer, desto höher war die Laktatkonzentration im Blut. Die Belastungsdauer und Geschwindigkeit korrelieren jeweils positiv mit der Herzfrequenz. Die CK- Aktivität nach Belastung war, unabhängig von der Belastungsart, bei fast allen Belastungsarten höher als vor der Belastung. Die Körpertemperatur nach Belastung war nach allen Belastungsarten höher als vor der Belastung. Bei gleicher Laufdauer und Geschwindigkeit korreliert die Wasserhöhe negativ mit der Rektaltemperatur. Im dritten Teil wurde untersucht, ob auf einem Laufband im Wasser mit Maximalgeschwindigkeit von 5,5 m/s, Leistungsdiagnostik mit den am häufigsten eingesetzten Variablen Herzfrequenz und Laktatkonzentration im Blut betrieben werden kann. Es wurde untersucht, ob es bei einem Mehrstufenbelastungstest möglich ist, die v4 (die Geschwindigkeit bei der die Laktatkonzentration im Blut unter den definierten Bedingungen 4 mmol/l beträgt) zu bestimmen. Diese Studie bestand aus zwei Teilen. In Studie 1 wurde die Wirkung einer konstanten Wasserhöhe bei zunehmender Laufgeschwindigkeit untersucht. Jedes Pferd absolvierte den standardisierten Mehrstufentest bei 10 %, 50 % und 80 % der Widerristhöhe. Der Test bestand aus 5 Stufen à 5 Minuten. Von Stufe 1 bis 3 stieg die Laktatkonzentration immer an. Bei 10 % Wasserhöhe stieg die Laktatkonzentration bis zur 5. Stufe an, bei 50 und 80 % stieg sie bis zur 4. Stufe und sank anschließend wieder. Nach dem Erreichen der 1. Stufe blieb die Herzfrequenz bei allen Wasserhöhen auf dem jeweilig pferdespezifischen Herzfrequenzlevel relativ konstant. Die CK-Aktivität im Plasma nahm bei allen Wasserhöhen mit zunehmender Dauer und Geschwindigkeit zu. Die Rektaltemperatur war nach allen Belastungen höher als vorher, aber je höher die Wasserhöhe, desto niedriger ihr Anstieg. Bei 10 % Wasserhöhe wurde die höchste Temperaturzunahme gemessen. In Studie zwei wurde die Wirkung zunehmender Wasserhöhe bei einer konstanten Laufgeschwindigkeit untersucht. Der Mehrstufentest bestand wieder aus 5 Stufen à 5 Minuten, die Geschwindigkeit jedoch betrug kon-stant 5,5 m/s bei variierender Wasserhöhe. Bei Stufe 1 maß sie 20 % der Widerristhöhe, in den folgenden Stufen 35 %, 49 %, 63 % und 77 %. Die Laktatkonzentration im Blut und die CK-Aktivität im Plasma stiegen bis zur 3. Stufe an. Die Blutlaktatkonzentration sank anschließend, während die CK-Aktivität weiterhin zunahm. Die Laktatkonzentration im Blut erreichte bei keinem Pferd 4 mmol/l. Die Herzfrequenz aller Pferde, während jeder Wasserhöhe blieb nach dem initialen Anstieg auf einem pferdespezifischen Level relativ konstant. Die durchschnittliche Rektaltemperatur vor der Belastung war niedriger als nach der Belastung. Laufbänder im Wasser müssen schneller als 5,5 m/s beschleunigt werden können, so dass Leistungsdiagnostik betrieben werden kann und daraus folgend Pferde laktatgesteuert konditioniert werden können.In the first part of this study, the behavior of 56 horses during their first three workouts on a treadmill submerged in water, temperature 20 °C, was observed. It was recorded: 1) the manner the horses stepped on the treadmill; 2) the time until horses fell into a regular gait; 3) type and frequency of unexpected behavior; 4) frequency of defecation during workout. The results indicate that horses accept the treadmill and the water workout very quickly. There also was no correlation between age, sex and frequency of defecation. In the second part of the study, the exercise evaluation phase of the study, 89 horses were observed beginning with their fourth workout on the water tread, water temperature was 20 °C. The stress variables examined were: `Water level`in the treadmill tank (50 % of shoulder joint and 80 % withers` height), `speed`(1 m/s, 1.3 m/s and 1.6 m/s) and `duration of workout ` (10 min, 20 min and 30 min). Blood lactate concentrations after exercise were significantly higher than resting values but did not exceed 1.8 mmol/l, indicating mainly aerobic conditions through-out. Post exercise blood lactate levels correlated positively with the water level in the treadmill tank when duration of workout and speed were kept constant. At constant duration of workout and water level, post exercise blood lactate concentration also correlated positively with speed. Speed had a greater influence on lactate concentration than water level. The longer the workout, the higher the lactate con-centration in blood. Duration and speed of workout cor-related positively with heart rate. Plasma CK activity after exercise was nearly always higher than at rest. CK activity was independent of the type of exercise. Body temperature was higher after all types of exercise compared to baseline. At the same duration of workout and speed there was a negative correlation with rectal temperature, which means the higher the water level, the lower the increase in temperature. In the third part of the study it was explored whether water treadmills with maximal attainable speeds of 5.5 m/s, can be used for endurance diagnosis by the mainly used variables heart rate and lactate concentrations in blood. It has been used a standardized exercise test (SET) to determine v4 (v4 is the speed which results in a blood lactate concentration of 4 mmol/l in 7 healthy horses exercising on a treadmill submerged in water). This study had two parts: Study 1 examined the impact of increasing treadmill speed at constant water levels. Each horse completed the SET at a water level of 10 %, 50 % and 80 % of withers\u27 height. The SETs consisted of five steps each of which lasted 5 minutes. There was a continuous rise in blood lactate concentration between step 1 and 3. At 10 % withers´ height, blood lactate concentration increased until the fifth step. When horses were working at a water level of 50 and 80 % of withers´ height, respectively, blood lactate con-centration increased until 4th step then began to fall. After reaching step 1, individual heart rates remained constant for each horse throughout all steps of SET. The water level had no effect on heart rate. Plasma CK activity increased in all horses with increasing duration and speed of exercise. Rectal temperature increased after all exercises compared to baseline, but higher water levels induced smaller temperature increases. In Study 2 in the third part of the study the effect of increasing the water level at a constant treadmill speed of 5.5 m/s was examined. The SET consisted again of five steps each 5 minutes´ duration, but speed was kept constant at 5.5 m/s with varying water levels. Water level was at 20 % of withers´ height in phase 1, and at 35 %, 49 %, 63 % and 77 % of withers\u27 height, respectively, in the following step. Blood lactate concentra-tion and plasma CK activity increased during SET until step 3 was reached. Blood lactate concentration fell thereafter, while CK activity continued to rise. In all horses heart rate remained constant at the level reached in the first step throughout all consecutive step of SET. In conclusion, it appears impossible to determine v4 in horses exercising on water treadmills with belt speeds not exceeding 5.5 m/s, because blood lactate concentration did not reach 4 mmol/l in any horse