UNIVERSITEIT GENT
FACULTEIT DIERGENEESKUNDE
ACADEMIEJAAR 2013 – 2014
INSPANNINGSFYSIOLOGIE BIJ RENPAARDEN, ENDOGENE STRESSFACTOREN EN EIPH
door
Anna PIJPERS
Promotoren:
Prof Dr. Stanislas U. Sys Dr. Kirsten Verryken
Literatuurstudie in het kader van de Masterproef
©2014 Anna Pijpers
Universiteit Gent, haar werknemers of studenten bieden geen enkele garantie met betrekking tot de juistheid of volledigheid van de gegevens vervat in deze masterproef, noch dat de inhoud van deze masterproef geen inbreuk uitmaakt op of aanleiding kan geven tot inbreuken op de rechten van derden. Universiteit Gent, haar werknemers of studenten aanvaarden geen aansprakelijkheid of verantwoordelijkheid voor enig gebruik dat door iemand anders wordt gemaakt van de inhoud van de masterproef, noch voor enig vertrouwen dat wordt gesteld in een advies of informatie vervat in de masterproef.
UNIVERSITEIT GENT
FACULTEIT DIERGENEESKUNDE
ACADEMIEJAAR 2013 – 2014
INSPANNINGSFYSIOLOGIE BIJ RENPAARDEN, ENDOGENE STRESSFACTOREN EN EIPH
door
Anna PIJPERS
Promotoren:
Prof Dr. Stanislas U. Sys Dr. Kirsten Verryken
Literatuurstudie in het kader van de Masterproef
©2014 Anna Pijpers
VOORWOORD In mijn voorwoord zou ik graag van de gelegenheid willen gebruik maken om een aantal mensen te bedanken zonder wie het niet mogelijk was geweest deze masterproef te schrijven. Ten eerste bedank ik mijn eerste promotor Prof. Dr. Sys voor zijn tijd, geduld, opbouwende kritieken en het altijd klaar staan voor het beantwoorden van mijn vragen. Daarbij wil ik ook mijn tweede promotor, Dr. Verryken, bedanken voor het nalezen van mijn masterproef. Ten tweede wil ik graag Caroline de Smit en Romanée Quaedvlieg, bedanken voor hun hulp bij het maken van deze masterproef en mijn vriend, Laurens de Rijke, voor zijn technisch inzicht en geduld. Verder bedank ik natuurlijk mijn familie, voor de eeuwige steun en begrip. Dank jullie wel!
Inhoudsopgave TITELBLAD VOORWOORD SAMENVATTING .................................................................................................................................... 1 INLEIDING ............................................................................................................................................... 2 1.
THERMOREGULATIE, VOCHT- EN ELECTROLYTENBALANS ................................................... 3 1.1
1.1.1.
Het stijgen van de lichaamstemperatuur ......................................................................... 3
1.1.2.
Warmteafgifte .................................................................................................................. 4
1.2
2.
Thermoregulatie....................................................................................................................... 3
Vocht- en electrolytenbalans ................................................................................................... 5
1.2.1
Verlies van vocht ................................................................................................................. 5
1.2.2
Verlies van elektrolyten ....................................................................................................... 6
1.2.3
Fysiologische reacties op vocht-, en elektrolyten disbalans. .............................................. 8
1.2.5
Vocht en elektrolyten therapie ........................................................................................... 10
1.2.6
Training en acclimatisatie .................................................................................................. 11
LACTAAT OPSTAPELING EN OXYDATIEVE STRESS ............................................................... 13 2.1 Lactaat ......................................................................................................................................... 13 2.2
3.
Oxidatieve stress ................................................................................................................... 14
HART, RESPIRATOIRE AANPASSINGEN EN EIPH .................................................................... 16 3.1
Milt ......................................................................................................................................... 16
3.2
Hart ........................................................................................................................................ 17
3.3
Respiratoir stelsel .................................................................................................................. 18
3.3.1
Luchtwegcollaps ................................................................................................................ 18
3.3.2
Exercise-induced pulmonary hemorrhage (EIPH) ............................................................. 19
BESPREKING ....................................................................................................................................... 27 REFERENTIES...................................................................................................................................... 30
SAMENVATTING Inspanning induceert endogene stressfactoren die van grote invloed kunnen zijn op de equine homeostase. Zo kan de lichaamstemperatuur, door de grote warmteproductie bij inspanning, erg stijgen wanneer de thermoregulatoire mechanismen niet in werking zouden treden. Het warmteverlies vindt vooral plaats via de evaporatie van zweet. De hierdoor ontstane vocht- en elektrolytenverliezen kunnen zwakte en vermoeidheid induceren. Zowel het gastro-intestinaal stelsel als de nier spelen een belangrijk rol in het herstellen van de vocht- en elektrolytenbalansen en worden bijkomend beïnvloed door hormonen als het antidiuretisch hormoon, het atriaal natriuretisch peptide en het renineangiotensine-aldosteronsysteem. Een inspanning kan ook een stijging van lactaat induceren en een toename van de oxidatieve stress veroorzaken. Dit zijn tevens endogene stressfactoren die weefselschade en vermoeidheid kunnen veroorzaken. Voeding, training en thermoregulatie kunnen de opstapeling van lactaat verminderen en de oxidatieve stress doen dalen. Het cardiorespiratoire systeem speelt een zeer belangrijke rol binnen de inspanningsfysiologie en renpaarden beschikken, cardiorespiratoir gezien, over een zeer groot inspanningspotentieel. Door de lengte van de luchtwegen en het verhogen van de ademhalingsfrequentie kunnen krachten ontstaan die luchtwegcollaps en ‘exercise-induced pulmonary hemorrhage’ (EIPH) kunnen veroorzaken. Vooral EIPH is een veel voorkomende aandoening en kan verminderde prestaties en in zeldzame gevallen epistaxis tot gevolg hebben. Verschillende diagnostische middelen kunnen worden aangewend en behandeling is voornamelijk gericht op de preventie van EIPH. Het lisdiureticum furosemide wordt veel gebruikt en zorgt voor het verminderen van het plasmavolume waardoor de transmurale druk daalt en de kans op capillaire rupturen zal verlagen.
Kernwoorden: EIPH – Elektrolyten - Inspanningsfysiologie – Renpaard - Thermoregulatie
1
INLEIDING Sinds de domesticatie van het paard, ongeveer 6000 jaar geleden, is er meer en meer geselecteerd op eigenschappen die kracht, snelheid en uithoudingsvermogen verbeteren. Bijkomend is de kennis over de voeding en de trainingsmogelijkheden bij sportpaarden toegenomen. De sportpaarden van tegenwoordig, vooral de rassen gebruikt in de rensport, zijn hierdoor buitengewoon goede atleten. Sportpaarden zijn in staat zeer zware inspanningen te leveren waarbij het metabolisme met een factor 60 kan stijgen. Dit vraagt om een aanzienlijke toename van de energie- en zuurstofvoorziening en hiervoor treden verschillende, door inspanning geïnduceerde fysiologische processen in werking (Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Thiruvenkadan et al., 2009).
Binnen de inspanningsfysiologie wordt onderscheid gemaakt tussen endogene en exogene stressfactoren. Exogene stressfactoren zijn gerelateerd aan de omgeving en kunnen op deze wijze respiratoire problemen geven of interfereren met de thermoregulatie. Deze exogene factoren vallen buiten de scoop van deze literatuurstudie maar worden soms kort aangehaald vanwege de invloed op de door inspanning geïnduceerde endogene factoren (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005). Verschillende endogene stressfactoren kunnen van grote invloed zijn op de homeostase bij het paard zoals thermoregulatie, vocht- en elektrolytenmetabolisme, opstapeling van lactaat, oxidatieve stress en veranderingen van de cardiale output. Ook drukwijzigingen in het longweefsel zijn hier een voorbeeld van. Dit laatste kan aan de basis liggen van ‘exercise-induced pulmonary hemorrhage’ (EIPH), een frequent voorkomende aandoening bij renpaarden die geïnduceerd wordt door inspanning (Gimenez, 1995; Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hyyppä, 2005).
Een goede coördinatie tussen ademhaling en circulatie, de neurohumorale controle en het musculoskeletale systeem is van groot belang voor het leveren van zware prestaties (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005). De verschillende facetten van de inspanningsfysiologie met extra nadruk op EIPH worden in deze literatuurstudie aan het licht gebracht.
2
1. THERMOREGULATIE, VOCHT- EN ELECTROLYTENBALANS 1.1 Thermoregulatie Thermoregulatie
is
zeer
belangrijk
in
het
controleren
van
de
lichaamstemperatuur.
De
lichaamstemperatuur van het paard is enerzijds afhankelijk van de productie van warmte en anderzijds van de afgifte van warmte. Indien de warmteproductie groter is dan de warmteafgifte dan resulteert dit in een stijging van de lichaamstemperatuur. Het te sterk verhogen van de lichaamstemperatuur is een endogene stressfactor voor het paard en dient te worden gecontroleerd (Coenen, 2005; Ott, 2005, Hinchcliff et al., 2008).
1.1.1. Het stijgen van de lichaamstemperatuur De warmte productie van het paard wordt bepaald door drie factoren: het basale metabolisme, de warmteontwikkeling
bij
vertering
en
de
warmteproductie
door
spieractiviteit
(Ott,
2005).
Warmteproductie door spieractiviteit tijdens of na een inspanning speelt een zeer belangrijke rol binnen de inspanningsfysiologie. Voor spieractiviteit is energie nodig. Dit wordt geleverd voor de omzetting van adenosinetrifosfaat (ATP) naar adenosinedifosfaat (ADP). De conversie van de opgeslagen chemische energie naar mechanische energie is relatief inefficiënt en naar schatting wordt 80% van deze energie omgezet in warmte. De warmteproductie door het leveren van een inspanning kan, zoals in tabel 1 is te zien, zeer groot zijn. De lichaamstemperatuur zal stijgen indien er geen
warmteafgifte
plaats
vindt.
Het
verschil
van
de
‘theoretische
toename
van
de
lichaamstemperatuur na de wedstrijd’ tussen paarden die een racewedstrijd lopen en paarden die een endurance parcours moeten afleggen wordt voornamelijk bepaald door het verschil in tijd waarin de inspanning moet worden volgehouden. In tabel 1 is te zien dat deze tijd voor de endurance veel langer is (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Ott, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Lyle et al., 2012; Fonseca et al., 2013). Het stijgen van de lichaamstemperatuur vormt een endogene stressfactor en het paard dient hierop adequaat te reageren om een hyperthermie te voorkomen (Coenen, 2005; Ott, 2005, Hinchcliff et al., 2008). Zoals eerder is vermeld, is de lichaamstemperatuur afhankelijk van zowel de warmteproductie als de warmteafgifte. Wanneer de warmteproductie toeneemt, zal ook de afgifte van warmte moeten stijgen (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Ott, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Lyle et al., 2012; Fonseca et al., 2013).
3
Tabel 1: De warmteproductie door het leveren van een inspanning (naar: Ott, 2005) (De toename in lichaamstemperatuur is berekend alsof er geen warmteverlies zou optreden)
Matige arbeid
Racen
(endurance) Gemiddelde snelheid (m/s)
5
16
Warmteproductie (kJ/min)
400
1250-1600
±0.25
±0.80-1.00
13.5
5
± 54
±5
Theoretische lichaamstemperatuur stijging (°C/min) Theoretische
toename
lichaamstemperatuur
na
de
wedstrijd (°C) Duur van de inspanning (min)
1.1.2. Warmteafgifte De afgifte van warmte gebeurt door middel van convectie, radiatie, conductie en evaporatie. Het merendeel van de warmteafgifte bij het paard vindt plaats door de evaporatie van water (H2O ) oftewel zweten. Bijkomend vindt 20 tot 30% van de warmteafgifte plaats via de respiratie. Het paard gebruikt om te zweten zijn lichaamsvocht. De totale hoeveelheid lichaamsvocht wordt, zoals te zien is in tabel 2, geschat op 662 ml per kg lichaamsgewicht en is verdeeld extra- en intracellulaire compartimenten maar het paard beschikt daarenboven over een groot gastro-intestinaal stelsel waarvan het volume kan variëren rond de 132 ml per kg lichaamsgewicht (LG). Dit volume is afhankelijk van het dieet (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005; Ott, 2005; Castanheira et al., 2010).
Tabel 2: Vochtdistributie bij het paard (Naar: Art en Lekeux, 2005)
Compartiment
mL/kg LG
Totaal
662
Extracellulaire ruimte
239
Plasmavolume
52
Extravasculaire deel van de extracellulaire ruimte
187
Intracellulaire ruimte
291
Het vocht dat wordt gebruikt voor de productie van zweet kan zowel uit de intracellulaire als uit de extracellulaire ruimte worden onttrokken en de hoeveelheid zweet die wordt geproduceerd kan sterk 2
variëren (10 en >35 ml/m /min). De hoeveelheid zweet is afhankelijk van de duur en intensiteit van de inspanning en wordt ook in belangrijke mate bepaald door omgevingsfactoren, zoals temperatuur en luchtvochtigheid. Naar schatting wordt 90% van het gewichtsverlies tijdens een wedstrijd veroorzaakt door de zweetproductie. Omgevingsfactoren kunnen als exogene stressfactoren een belangrijke rol spelen in de mate waarin de evaporatie efficiënt verloopt. Zo kan in een warm en vochtig klimaat de 4
zweetproductie hoog zijn maar is de warmteafgifte beperkt en neemt de kans op het ontwikkelen van een hyperthermie toe. Een paard in hittestress kan zowel sufheid als excitatie vertonen. De lichaamstemperatuur is vaak boven 40 graden Celsius en er kan sprake zijn van een slechte coördinatie, een stijve gang en lichte koliek symptomen. De pols is vaak verhoogd en verzwakt en de ademhaling is versneld en oppervlakkig. In zeer erge gevallen kan de hittestress het paard fataal worden. Wanneer een paard in hyperthermie verkeert, is het koelen met stromend water een efficiënte methode om een daling van de lichaamstemperatuur te bekomen (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hyyppä, 2005; Ott, 2005).
1.2 Vocht- en electrolytenbalans 1.2.1
Verlies van vocht
Doordat het paard zijn lichaamstemperatuur onder controle probeert te houden door middel van (soms heftig) zweten, kan de hydratatietoestand verslechteren. Dit is een tweede endogene stressfactor waarop het paard adequaat dient te reageren. Een dehydratie leidt tot een reductie van het plasma volume en het verhogen van de bloedviscositeit. Bij gedehydrateerde paarden is vaak een vertraagde huidturgor waar te nemen met diepliggende ogen en is de capillaire vullingstijd langer dan 2 seconden. Door het dalen van het plasmavolume en de hiermee gepaard gaande vermindering van de intravasculaire inhoud kan passieve vulling van het hart afnemen. De ademhaling is versneld en de pols kan zwak en verhoogd zijn. De prestaties van het paard verminderen en het paard voldoet niet aan zijn verwachtingen. Soms is de dehydratie zo erg dat er levensbedreigende situaties kunnen optreden door het zeer sterk dalen van het plasma volume en de hiermee gepaard gaande negatieve gevolgen voor de cardiovasculaire functie. Het door zweten veroorzaakte vochtverlies in het lichaam kan zeer ernstig zijn. Zelfs wanneer het paard een nacht de tijd heeft gekregen om te herstellen, kunnen nog steeds significante tekorten aan lichaamsvocht worden waargenomen. Dit ondanks het feit dat het plasmavolume en de ionische samenstelling weer bijna aan de normaal waarden lijkt te beantwoorden (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005). Echografie van het hart (echocardiografie) is een veel gebruikte niet-invasieve methode om de mate van dehydratie te bepalen en kan ook worden gebruikt om de reactie op een eventuele vochttherapie te evalueren. Echocardiografische veranderingen kunnen al worden opgemerkt bij een reductie van het plasmavolume van 2,5 %. De interne diameter van het linker ventrikel en van het linker atrium kunnen zowel in systole als in diastole zijn verminderd en een schijnbare
verdikking
(pseudohypertrofie) van de linker ventrikelwand kan worden waargenomen. De door hypohydratatie veroorzaakte echografische veranderingen kunnen cardiale aandoeningen, zoals mitralisklepinsufficiëntie, maskeren. Hierdoor kunnen pathologieën worden gemist of kan er geen goede inschatting worden gemaakt van de ernst van deze aandoeningen. Bij het diagnosticeren van bepaalde hartafwijkingen is het dus van belang om te beseffen dat een slechte hydratatietoestand cardiale aandoeningen kan maskeren (Durando, 2003; Hinchcliff et al., 2008; Meursing, 2011; Underwood et al., 2011; Hinchcliff et al., 2013).
5
1.2.2
Verlies van elektrolyten
Zweten is, naast het verlies van lichaamsvocht, ook in belangrijke mate verantwoordelijk voor het verlies van elektrolyten. De zweetproductie is niet gerelateerd aan de hydratatietoestand of elektrolytenstatus op dat moment. De zweetklieren zijn namelijk niet in staat de zweetsamenstelling te wijzigen en zelfs wanneer er ionaire tekorten zijn blijven de concentraties in het geproduceerde zweet dezelfde. De ionaire samenstelling van zweet ten opzichte van plasma is te zien in tabel 3. Hierin valt op dat zweet over het algemeen hypertoon is in vergelijking met plasma. Hierdoor zullen de ion concentraties in het bloedplasma dalen en kan dit leiden tot een hypotonie dehydratatie. Hierbij zijn +
-
+
2-
vooral verliezen van natrium (Na ), chloor (Cl ), kalium (K ) en calcium (Ca ) van belang. Na een periode van inspanning met heftig zweten kan de elektrolytenbalans dramatisch wijzigen (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Williams et al., 2001). Bijkomend kan door de gewijzigde osmotische gradiënt meer water naar de intracellulaire ruimte diffunderen en verandert de vochtverdeling in het paard (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005; Smith, 2008). Tabel 3: Vergelijkende samenstelling van zweet en plasma (Naar: Coenen, 2005; Smith, 2008).
Zweet (mEq/L)
Plasma (mEq/L)
Na
121.78
135-144
K
35.89
2.2-5.0
Cl
149.7
98-107
Ca
6
5,56-6,28
Mg
4,12
1,46-1,88
-
Natrium Natrium speelt een zeer belangrijke factor in het bepalen van de osmolariteit van de extracellulaire ruimte en dus ook het bloed. De grote hoeveelheid natrium die verloren gaat tijdens het zweten speelt hierdoor een grote rol in de vochtbalans van het paard. Door zweten ontstaat er een verlies van ionen en dus ook natrium met hypotone dehydratie tot gevolg. Het dorstcentrum en de vrijstelling van het antidiuretisch hormoon door de lage osmolariteit van het bloed niet gestimuleerd. Hierdoor wordt de nier niet aangezet tot het verminderen van de uitscheiding van water (Coenen, 2005; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010).
Chloor -
Zweet veroorzaakt grote verliezen van cloride ionen. Hoewel de nier de excretie van Cl ionen in belangrijke mate vermindert, is dit vaak toch onvoldoende om de verliezen te compenseren. Het gevolg hiervan kan zijn dat, bij heftig zweten, een hypochloremische toestand optreedt. Deze toestand wordt mede veroorzaakt door het in verhoogde mate migreren van chloride ionen naar de
6
intracellulaire ruimte van de spieren tijdens inspanning. Het verhogen van de intracellulaire concentratie van chloride ionen in de spieren kan mogelijk vermoeidheid van de spieren tegengaan maar zorgt wel voor een verdere daling van chloride in het plasma. Om de extracellulaire anion-kation -
balans te corrigeren stijgt de concentratie bicarbonaat (HCO 3 ). Het verlies aan chloride-ionen heeft hierdoor een invloed op de zuur-base balans in het lichaam en een metabole alkalose kan worden geïnduceerd. Cloride is dus van groot belang voor het behoud van de zuur-base balans. De eliminatie -
-
van koolstofdioxide (CO2) door expiratie is afhankelijk van de uitwisseling van Cl /HCO3 . Wanneer -
HCO3 toeneemt, beweegt de reactie te zien in figuur 1 naar links. CO 2 stijgt en de ademhaling van het paard versnelt (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Silbernagl en Despopoulos, 2008).
Figuur 1. Reactie zuur-base evenwicht en CO2 productie (Naar: Silbernagl en Despopoulos, 2008
Kalium Zweten is in belangrijke mate verantwoordelijk voor het verlies van kalium. Een hypokaliëmie kan aanleiding geven tot hartstoornissen en uit zich in bijvoorbeeld supraventriculaire- en/of ventriculaire aritmiën. Ook ventriculaire fibrillatie kan optreden. Daarbij kan een hypokaliëmie aanleiding geven tot spierzwakte, een slechtere gang en zelfs paralyse. Tijdens de inspanning is er vaak eerder sprake van een hyperkaliëmie. Dit wordt veroorzaakt door vrijstelling van kalium uit het spierweefsel dat ongeveer 75% van het totale kalium in het lichaam bevat. Tijdens spiercontracties komt kalium vrij uit de spiercellen en migreert naar het bloed. Deze verhoogde concentratie in het bloed kan leiden tot het verminderen van het membraanpotentiaal en zorgt voor een verstoring van de neuromusculaire conductie. Spierrillingen en spierzwakte kunnen worden waargenomen en kunnen gepaard gaan met vermoeidheid en prestatieverlies (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Silbernagl en Despopoulos, 2008). In eerste instantie zou tijdens inspanning, wanneer er geen sprake is van een metabole acidose, de nier wat betreft het herstel van de totale kalium balans in het lichaam contraproductief zijn door de stijging van kalium in het bloed tijdens de inspanning zou de nier de excretie hiervan verhogen. In praktijk zal dit echter niet het geval zijn omdat de renpaarden zich tijdens (en vaak ook na de race) nog in een toestand van metabole acidose bevinden door de opstapeling van lactaat (zie later). De nier verhoogt indirect de excretie van protonen en wisselt deze uit tegen kaliumionen waardoor de excretie van kalium vermindert en de totale kalium hoeveelheid in het lichaam stijgt. Wanneer kaliumtekorten toch langdurig aanwezig blijven, kunnen kalium deficiënties ter hoogte van het botweefsel optreden (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hyyppä, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010; Lyle et al., 2012).
7
Calcium Een hypocalcemische toestand bij het paard die wordt geïnduceerd door heftig zweten, wordt in de literatuur niet direct besproken. Hypocalcemie is eerder een probleem bij de lacterende merries en geeft dan excitatief beeld dat vaak samen gaat met een stijve gang, spierrillingen, tachycardie en tachypnee. Wanneer er toch een significante daling van het vrije geïoniseerde calcium optreedt ten gevolge van heftig zweten, zorgt dit voor een stijging van de secretie van het parathormoon (PTH). Het parathormoon zorgt, onder andere via het vitamine D, voor een verhoogde opname van calcium ter hoogte van de darm (Coenen, 2005; Sjaastad, 2010).
Magnesium 2+
Het verlies van Magnesium (Mg ) via zweet kan de oorzaak zijn van spierproblemen. Dit treedt vaker op bij endurance paarden die gedurende lange tijd een inspanning moeten volhouden dan bij paarden die een korte afstand afleggen (Coenen, 2005; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010).
1.2.3
Fysiologische reacties op vocht-, en elektrolyten disbalans.
Om het verlies van vocht en elektrolyten op te vangen en terug in balans te brengen beschikt het paard over verschillende mechanismen. Gastro-intestinaal stelsel Ten eerste beschikt het paard over een zeer groot gastro-intestinaal stelsel dat dienst kan doen als vocht- en elektrolytenreservoir. Voornamelijk het colon en het caecum zijn hierin van belang. Na het voeren en drenken is de waterbalans positief en wordt een deel van de opgenomen elektrolyten tijdelijk opgeslagen in het gastro-intestinale stelsel. Zelfs wanneer het gastro-intestinale reservoir in optimale conditie verkeert, blijkt dit toch niet voldoende om de verliezen door heftig zweten op te vangen. De balans blijft tijdens zware inspanning negatief. Daarom wordt ook de renale excretie van vocht en elektrolyten verminderd (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005).
De nier De renale excretie kan maar beperkt worden verlaagd omdat het dieet van de paarden vaak zeer eiwit en dus stikstofrijk is. Dit
zal
de
urineproductie
stimuleren
(Coenen,
2005).
Verschillende hormonen zijn van invloed op het vocht- en elektrolytenmetabolisme in de nier.
Figuur 2: invloed van ANP en ADH op vochtgehalte ( Uit: Hyyppä, 2005).
8
Ten eerste speelt het antidiuretisch hormoon (ADH), ook wel vasopressine genoemd, een belangrijke rol in het watermetabolisme en de bloeddrukregulatie zoals te zien is in figuur 2. Het antidiuretisch hormoon wordt geproduceerd in de nucleus supra-opticus en de nucleus paraventricularis van de hypothalamus en wordt opgeslagen in en vrijgesteld uit de hypofyse achterkwab (Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010). De afgifte van ADH stijgt met het verhogen van de plasma osmolariteit. Dit wordt gereguleerd door osmo-sensoren in de hypothalamus. ADH blijft hoog tot de osmolariteit weer aan de normaalwaarde voldoet. Aangezien het vaak gaat om een hypotone dehydratie bij heftig zweten, is er weinig stijging in osmolariteit en is dit dus niet de prikkel die de vrijstelling van ADH induceert. Wanneer het plasmavolume daalt ten gevolge van een dehydratie kan de bloeddruk dalen. Bij het dalen van de bloeddruk daalt ANP en vermindert de negatieve feedback van dit hormoon op ADH en stijgt de ADH secretie. Verder wordt de vrijstelling van ADH ook gestimuleerd door het angiotensine II (zie later). ADH verhoogt de waterretentie ter hoogte van de distale tubulus en de ductus colligens in de nier. Daarnaast zorgen hoge ADH concentraties ook voor een bepaalde graad van vasoconstrictie waardoor de bloeddruk stijgt (Hyyppä, 2005; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010). Het atriaal natriuretisch peptide (ANP) wordt vrijgesteld uit reksensoren die zich in de atriale wand bevinden. Deze reksensoren reageren op een drukstijging en verhogen dan de ANP excretie. De ANP concentratie kan tot 4 keer zijn normale waarde bereiken wanneer er een inspanning wordt geleverd en zorgt voor een snelle vasodilatatie waardoor de bloeddruk daalt. Daarbij zorgt ANP, zoals in figuur 3 te zien is, ANP voor het verlagen van de natrium resorptie ter hoogte van de ductus colligens
in
de
nier.
Hierdoor
wordt
minder
water
geabsorbeerd en daalt het bloedvolume en de bloeddruk. Ten gevolge van de hoge atriale bloeddruk treedt er door
Figuur 3: De werking van ANP (Uit: Hyyppä, 2005)
tussenkomst van ANP dus nog een extra verlies van natrium via de nier op, naast het natrium verlies door zweet. ANP inhibeert eveneens de vrijstelling van ADH en aldosteron (Hyyppä, 2005; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010). Een derde belangrijk mechanisme is het renine-angiotensinealdosteronsysteem, vaak kortweg het RAAS genoemd en is te zien in figuur 4. Tijdens inspanning stijgt de activiteit van het RAAS. Deze stijging blijkt afhankelijk te zijn van de inspanningsintensiteit en de hartfrequentie en heeft een belangrijke invloed op de bloeddruk- en vochtregulatie. Bijkomend controleert het de excretie en retentie van verschillende elektrolyten (Coenen, 2005; Hyyppä, 2005). Wanneer de bloeddruk laag is, bijvoorbeeld bij een dehydratie, Figuur 4: Renine-angiotensine-aldosteron-systeem
9
(Uit: Hyyppä, 2005).
wordt uit het juxtaglomerulaire apparaat van de nier renine vrijgesteld. Dit zorgt voor het omzetten van het circulerende angiotensinogeen naar het angiotensine I in de long. Angiotensine I wordt omgezet naar angiotensine II. Dit is geeft een snelle vasoconstrictie en zorgt voor het stijgen van de bloeddruk. Angiotensine II stimuleert de productie van aldosteron. Aldosteron is een mineralocorticoïde dat wordt geproduceerd in de zona glomerulosa van de bijnierschors. Een stijging van aldosteron wordt, behalve door angiotensine II, ook gestimuleerd door hyperkaliëmie. De belangrijkste functie van aldosteron is het verhogen van de natriumretentie en kaliumexcretie ter hoogte van de tubulus colligens in de nier. Daarbij bevinden zich ook aldosteron receptoren in het epitheel van het colon. Wanneer aldosteron =
-
bindt, zorgt het voor een verhoogde opname van de Na en Cl vanuit de darm zodat ook meer vocht wordt opgenomen. Het RAAS speelt hierdoor dus een belangrijke rol in het herstellen van toestand van verminderde hydratatie (Coenen, 2005; Hyyppä, 2005; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010).
1.2.5 Vocht en elektrolyten therapie De vocht- en elektrolyten therapie moet worden gebaseerd op verschillende factoren. Ten eerste moet er rekening worden gehouden met de onderhoudsbehoefte van het paard. Ten tweede moet worden gecorrigeerd voor geleden verliezen en ten derde moet er een voorspelling worden gemaakt voor de eventuele toekomstige verliezen die kunnen optreden. (Ott, 2005; Smith, 2008). Het herstellen van de elektrolyten balans hangt nauw samen met het herstel van de vochtbalans. Vocht De waterbehoefte van het paard kan zeer groot zijn en kan bij inspanning onder warme en vochtige omstandigheden tot 300% verhogen (Bergero et al., 2005). Omdat er bij inspanning sprake is van een hypotonische dehydratie is er, zoals eerder vermeld, geen dorstsignaal. Consumptie van elektrolyten of toediening van elektrolyten via een neusslokdarmsonde is een veelgebruikte procedure om water opname te stimuleren doordat op deze wijze het dorstcentrum wordt gestimuleerd en de osmolariteit van het plasma stijgt (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005). Elektrolyten Bij de toediening van elektrolyten is het onbeperkt ter beschikking stellen van water van groot belang en moet het paard voldoende tijd krijgen om te drinken. Wanneer water zonder elektrolyten wordt aangeboden zorgt dit enkel voor het verbeteren van de vochtbalans en herstelt dit niet direct de elektrolyt tekorten. De toegediende elektrolyten kunnen, door excretie via de urine en de feces, snel uit het lichaam verdwijnen maar toch kan het toedienen van elektrolyten een paar uur voor de wedstrijd of vlak voor de wedstrijd een positief effect opleveren wanneer er ook voldoende hoeveelheden water worden toegediend (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005; Harris, 2009).
10
Natrium De dagelijkse onderhoudsbehoefte aan natrium voor een paard van ongeveer 550 kg bedraagt ± 16,5 gram per dag (ongeveer 0,03 gram per kg lichaamsgewicht per dag). De meeste types voer bevatten niet voldoende natrium om in deze behoefde te voorzien. Een bijkomend verlies aan natrium door inspanning geeft dus een verhoogd risico op natriumtekorten in een paard. Het toedienen van natriumsupplementen vindt in de praktijk voornamelijk plaats door het voorzien van een liksteen aan de renpaarden. In ergere gevallen kan natrium worden toegediend door middel van een infuus of het laten drinken van een hypertone of isotone oplossing (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005). Gezien het colon en het caecum een belangrijke rol vervullen als elektrolytenreservoir is het van belang om hier met de voeding op in te spelen. De hoeveelheid natrium die kan worden vastgehouden in de dikke darm is namelijk significant hoger wanneer de paarden een dieet krijgen dat hoog is in ruwe celstof en dus veel vezels bevat. Helaas is het dieet van het renpaard hier meestal niet op voorzien door de grote hoeveelheid krachtvoer die de paarden krijgen (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Harris en Harris, 2005; Smith, 2008). Chloor Het toedienen van chloride supplementen is gezien de grote verliezen via het zweet van belang en kan worden gecombineerd met het toedienen van de natriumsupplementen. Likstenen kunnen hiervoor worden aangewend (Art en Lekeux, 2005; Harris en Harris, 2005; Smith, 2008; Harris, 2009; Kahn, 2010). Kalium Het toedienen van kaliumsupplementen is meestal niet nodig omdat de meesten voeders voldoende kalium bevatten om de verliezen te herstellen. Om zeer ernstige tekorten aan te pakken kunnen kaliumsupplementen onder de vorm van oplossingen of pasta’s worden toegediend (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hyyppä, 2005). Hiermee moet echter voorzichtig worden omgesprongen omdat de kaliumconcentratie in het bloed, zoals eerder is vermeld, sterk kan stijgen tijdens inspanning. Het voorafgaand aan een inspanning toedienen van kalium wordt dan ook afgeraden en het is beter om direct na een inspanning eerst een elektrolytensupplement te geven dat zeer laag is aan kalium. Omdat het totale kalium in het lichaam door zweten sterk kan zijn gedaald, kan het bij erge tekorten aangewezen zijn op een later moment te starten met het toedienen van kaliumsupplementen (Coenen, 2005; Harris, 2009).
1.2.6 Training en acclimatisatie Training en gewenning aan omgevingsfactoren, zoals
hoge temperaturen en
een hoge
luchtvochtigheid kan resulteren in een aantal fysiologische aanpassingen. Het induceert een stijging van de hoeveelheid vocht in de extracellulaire ruimte en zorgt ook voor het vergroten van het plasmavolume. De oorzaak hiervan is waarschijnlijk het toenemen van de intravasculaire proteïne 11
inhoud, voornamelijk albumine. Training en acclimatisatie hebben geen effect op de concentratie van aldosteron en ADH. Een goede training zorgt wel voor het verminderen van de stijging van kalium in het plasma en maakt het warmteverlies door evaporatie efficiënter (Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005).
12
2.
LACTAAT OPSTAPELING EN OXYDATIEVE STRESS
2.1 Lactaat De accumulatie van lactaat vormt een endogene stressfactor omdat het kan interfereren met de homeostase van het paard. Wanneer de intensiteit van de inspanning een bepaald niveau bereikt, wordt een deel van de geleverde energie niet enkel meer verkregen via een aeroob metabolisme maar ook via het anaerobe metabolisme. Tijdens zware inspanningen kan de doorbloeding naar de skeletspieren met een factor 75 toenemen waardoor de zuurstofvoorziening stijgt maar dit is onvoldoende om een volledig aerobe verbranding in stand te houden. Bijkomend, verkeren renpaarden, zoals eerder is besproken, vaak niet in een optimale hydratatietoestand. Hierdoor kan er toch een lichte hypoperfusie van het spierweefsel optreden waardoor er wordt overgegaan op een anaeroob metabolisme. Bij het anaerobe metabolisme wordt lactaat gevormd (Bakhtiari en Heshmat 2009; Thiruvenkadan et al., 2009; Hill et al., 2010; Bower et al., 2012; Fonseca et al., 2013). De accumulatie van lactaat in de spiercellen zorgt voor het stijgen van de osmotische druk in deze cellen. Hierdoor treedt er een verschuiving van vocht op vanuit de vasculaire ruimte naar de contractiele spiercellen (Hyyppä, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Sjaastad, 2010). De intracellulaire toename van vocht veroorzaakt een zwelling van de mitochondriën en het sarcoplasmatisch reticulum en verslechtert de mitochondriale functie. Een stijging van het intracellulaire lactaat komt vaak voor in combinatie met het verminderen van het spierglycogeen en een daling van glucose in het bloed (hypoglycemie).Dit kan zorgen voor vermoeidheid en het leveren van slechtere prestaties door het paard. Wanneer de lactaatconcentratie in de cel te hoog wordt, kan het uit de cel treden en in de bloedbaan terecht komen. De lactaatconcentratie in het bloed stijgt en de pH daalt. Hierdoor ontwikkelt zich een metabole acidose. Dit kan zorgen voor een daling van de glycolyse en een vermindering van de ATP-productie en kan hierdoor vermoeidheid, uitputting, spierschade en myopathieën veroorzaken. De metabole acidose veroorzaakt een verschuiving van de reactie, eerder gezien in figuur 1, naar links. Koolstofdioxide (CO2) stijgt en de respiratoire compensatie treedt in werking en stimuleert de ademhaling. Bij erge acidose kunnen de paarden na de wedstrijd redelijk suf +
zijn. Bijkomstig kunnen de H -ionen in de circulatie gedeeltelijk worden uitgewisseld tegen +
+
intracellulaire K . Het plasma K kan hierdoor toenemen een hyperkaliëmie kan zich ontwikkelen (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Smith, 2008; Gu et al., 2009; Sjaastad, 2010). Het symptomenbeeld hiervan is eerder al besproken. De lactaatconcentratie kan worden bepaald in het bloed en wordt soms gebruikt om de intensiteit van een inspanning op te volgen (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Gondim et al., 2009). De voeding kan van invloed zijn op de productie van lactaat. Zo blijkt dat paarden die een vetrijk dieet krijgen, een latere stijging van hun lactaat ontwikkelen en dat de uiteindelijke lactaatconcentratie lager is dan bij paarden die een vetarm dieet krijgen. Ook training vermindert van de lactaatproductie tijdens inspanning en verbetert daarenboven het verwijderen van lactaat uit de circulatie na de geleverde inspanning. Daarnaast zorgt training voor het verhogen van de bufferende capaciteit waardoor hogere lactaatgehaltes kunnen worden bereikt zonder een erge pH daling te veroorzaken (Schröder et al., 2011; Fonseca et al., 2013). Tijdens de herstelperiode wordt de hoeveelheid lactaat verlaagd en komen de spiercellen terug naar hun oude volume. De duur en de 13
intensiteit van de geleverde inspanning hebben een invloed op de tijd die het paard nodig heeft om te herstellen. Het metabolisme bereikt niet direct na het aflopen van de inspanning zijn basale niveau en de CO2 concentratie zal het eerste uur zelfs nog stijgen (Williams et al., 2001; Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005; Ott, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010).
2.2
Oxidatieve stress
In vergelijking met andere diersoorten van een vergelijkbare grootte is de maximale zuurstofopname van racepaarden superieur. Dit wordt onder andere veroorzaakt door het goed uitgebouwde respiratoire en cardiovasculaire systeem (Young, 2003; Bergero et al., 2005; Ricard en Touvais, 2007; Bakhtiari en Heshmat 2009; Hill et al., 2010; Hamilton en Raadsma, 2011). Doordat de geleverde inspanningen zeer intens zijn, kan het zuurstofmetabolisme zeer hoog worden. Het is hierdoor vrijwel onvermijdelijk dat er een bepaalde graad van oxidatieve stress plaatsvindt. Deze endogene stressfactor treedt op wanneer de productie van vrije radicalen groter is dan de antioxiderende mogelijkheden van het lichaam om deze vrije radicalen te verwijderen. Deze vrije radicalen zijn onder andere afkomstig uit de reductie van zuurstof in de mitochondriën tijdens de oxidatieve fosforylatie (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Gondim et al., 2009; Gu et al., 2009). Tijdens langdurige inspanning stijgt de vraag naar antioxidantia om de vrije radicalen onschadelijk te maken. Hierdoor dalen de hoeveelheden vitamine C en glutathion in het bloed. Het vitamine E gehalte zal daarentegen toenemen door de vrijstelling vanuit vetweefsel. Neemt de hoeveelheid vrije radicalen in het lichaam toch toe dan kan dit leiden tot weefsel schade en spiermoeheid en kan het bijdragen aan de ontwikkeling van inflammatoire processen in de long (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005o; Coenen, 2005; Gondim et al., 2009). De mate van oxidatieve stress kan worden geëvalueerd aan de hand van bepaalde oxidatieve merkers. Deze merkers kunnen onder andere in het bloed worden bepaald en geven een idee over de inspanningsintensiteit. Naast de geleverde inspanning heeft ook de omgeving een belangrijke invloed op de mate van oxidatieve stress. In een warme en vochtige omgeving is deze aanzienlijk hoger (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Gondim et al., 2009; Gu et al., 2009).
De voeding kan van invloed zijn op het verminderen van de vrije radicalen. Een vetrijk dieet heeft, door zijn hogere gehalte aan vitamine E, antioxiderende eigenschappen. Het toedienen van supplementen die rijk zijn aan hoge gehaltes meervoudige onverzadigde vetzuren kunnen ook een belangrijke invloed hebben op de oxidatieve status van het paard. Of het toedienen van antioxidanten aan de voeding kan zorgen voor het verminderen van spierschade is nog niet volledig duidelijk. Het toedienen van bijvoorbeeld vitamine C kan leiden tot het verminderen van de oxidatieve stress tijdens de race maar zou niet in staat zijn spierschade te voorkomen. Verder lijken de supplementen voornamelijk van invloed te zijn op de door vrije radicale geïnduceerde inflammatoire processen ter hoogte van de long (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Harris en Harris, 2005; Ott, 2005; Gondim et al., 2009).
14
Hyperthermie kan zorgen voor een stijging van de vrije radicale productie tijdens inspanning maar er is niet genoeg bewijs om te concluderen dat deze dieren een andere voedingsbehoefte hebben (Bergero et al., 2005; Harris en Harris, 2005).
Training speelt mogelijks een belangrijke rol in het verbeteren van het oxidatieve metabolisme. Bij de mens is gebleken dat de antioxiderende eigenschappen verbeteren wanneer er regelmatig een inspanning wordt geleverd (Schröder et al., 2011; Fonseca et al., 2013). Bij het paard is dit nog niet als zodanig beschreven maar het lijkt wel waarschijnlijk dat dit het geval is (Williams et al., 2001; Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005; Ott, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010).
15
3.
HART, RESPIRATOIRE AANPASSINGEN EN EIPH
Paarden zijn van nature vluchtdieren en kunnen hun zuurstoftoevoer naar de verschillende weefsels extreem verhogen. Hiervoor beschikken paarden over verschillende fysiologische mechanismen (Art en Lekeux, 2005; Ricard en Touvais, 2007; Bakhtiari en Heshmat 2009; Gu et al., 2009; Hamilton en Raadsma, 2011).
3.1
Milt
De milt van het paard is relatief gezien groter in vergelijking met andere diersoorten. Daarbij is deze bij renpaarden ook nog eens relatief groter dan bij andere paardenrassen. De milt
speelt
een
opmerkelijke
inspanningsmetabolisme
van
het
rol
in
het
paard.
Door
miltcontracties worden op korte tijd grote hoeveelheden erythrocyten in de bloedbaan vrijgesteld en kan het hemoglobinegehalte in het bloed met 50% verhogen. Het volume erythrocyten kan verhogen van 4 naar 12 liter en hierdoor stijgt ook de mogelijkheid tot zuurstof transport significant. (Kline en Foreman, 1991; Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hyyppä, 2005; Hinchcliff et al., 2008;Gu et al., 2009).
Figuur 5: Catecholamines (Uit: Hyyppä, 2005).
Catecholamines kunnen miltcontracties induceren. De vrijstelling van catecholamines zoals noradrenaline en adrenaline, staat onder invloed van het sympathische zenuwstelsel en het hypothalamische-thalamische-adrenale systeem. Deze systemen worden, zoals in figuur 5 is te zien, gestimuleerd bij het leveren van een inspanning. Naast miltcontracties bij het paard heeft de vrijstelling van
catecholamines
vele
andere
gevolgen
die
fysiologisch
van
belang
zijn
voor
de
inspanningsfysiologie (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Smith, 2008; Sjaastad, 2010; Hinchcliff et al., 2013).
16
3.2
Hart
Paarden gebruikt in de rensport bezitten een relatief gezien een significant groter hart ten opzichte van andere paardenrassen. Het gewicht van het hart van een renpaard kan 0.9 tot 1.1 % van het lichaamsgewicht bedragen. Na training kan dit zelfs oplopen tot meer dan 1,1 % van het lichaamsgewicht. Figuur 7 toont een foto van het hart van een matig getrainde Volbloed (rechts) en het hart van een zeer intensief getrainde elite Volbloed (links). De paarden waren ongeveer van gelijke grootte. Toch is er een duidelijk verschil in grootte van het hart Figuur 5: Het hart post-mortem. Links: Elite paard, zwaar waarneembaar dat zeer waarschijnlijk het gevolg is van de getraind. Rechts: Matig getraind paard (Uit: Hinchcliff et al,. training. De grootte van het hart wordt door meerderen 2008). factoren bepaald. Zoals eerder vermeld kan training en geslacht een belangrijke invloed hebben. Zo is het hart bij hengsten relatief gezien groter dan bij de merries. Daarnaast zou ook een genetische factor een rol kunnen spelen. Deze bevindt zich waarschijnlijk op het X-chromosoom. Bijkomend speelt de leeftijd van het paard een rol. Gedurende de eerste drie jaar van hun leven verhogen paarden hun cardiovasculaire capaciteit. Hierdoor hebben drie-, tot vierjarige relatief gezien, een groter hart dan jongere paarden (Hanson et al., 1994; Hinchcliff et al., 2008; Gu et al., 2009; Schröder et al., 2011; Underwood et al., 2011; Bower et al., 2012; Fonseca et al., 2013). Het voordeel van een relatief groter hart is het ermee gepaard gaande vergrote slagvolume. Het slagvolume bepaalt, samen met de hartslagfrequentie, het hartdebiet en dit bepaalt, in belangrijke mate, de zuurstofvoorziening naar de weefsels. Dit zorgt dus voor de mogelijkheid tot een goed aeroob metabolisme. Zoals te zien is in figuur 5, kan door de vrijstelling van adrenaline de hartfrequentie stijgen. Het getrainde paard vertoont bij een bepaalde inspanningsintensiteit lagere hartfrequenties dan het ongetrainde paard. Hoewel de hartfrequentie ook kan worden beïnvloed door andere zaken, zoals pijn, is de hartfrequentie toch een belangrijke parameter om de mate training te evalueren (Art en Lekeux, 2005; Aerts et al., 2008; Thiruvenkadan et al., 2009; Yough et al., 2011; Sjaastad, 2010). Een hartfrequentie van 25-30 bpm in rust kan oplopen tot 220-240 bpm, bij maximale inspanning. Hierdoor kan het hartdebiet verhogen met een factor 10. Door het verhogen van de hartdebiet zal logischer wijs ook de doorbloeding van de long met een factor 10 toenemen met een verbetering van de gasuitwisseling ter hoogte van de alveoli (Young, 2003; Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Gu et al., 2009). De passieve vulling van het hart speelt een belangrijke factor in het verkrijgen van de ventriculaire vulling en heeft dus invloed op het slagvolume en hartdebiet. Een verminderde hydratatietoestand kan, zoals eerder vermeld, passieve vulling van het hart verslechteren (Young, 2003; Art en Lekeux, 2005; Underwood et al., 2011). Echocardiografie wordt vaak gebruikt bij renpaarden om de grootte van het hart en het linker ventrikel te bepalen. Er blijkt een namelijk een correlatie te bestaan tussen de maximale zuurstofopname capaciteit (VO2 max) en de grootte van het linker ventrikel. De grootte van het hart geeft hierdoor een 17
beeld van het atletisch potentieel van het paard (Kline en Foreman, 1991; Young, 2003; Hinchcliff et al., 2008; Yough et al., 2011; Hinchcliff et al., 2013). Een andere manier om het hart van renpaarden te evalueren is het toewijzen van een hartscore op basis van een elektrocardiogram (ECG). Hierbij wordt de duur van het QRS complex gemeten in milliseconden, de duur is namelijk gerelateerd aan de grootte van het hart. Zo zal een groter hart een breder QRS complex hebben en daarmee een hogere hartscore. Het bepalen van de hartscore op basis van ECG blijkt een effectieve methode om een indruk te krijgen over de grootte van het hart en dus over het atletische potentieel (Hinchcliff et al., 2008).
3.3
Respiratoir stelsel
De luchtwegen van het paard bestaan uit de extra- en de intra-thoracale luchtwegen. De extrathoracale luchtwegen beginnen bij de neusgaten en gaan over in de neusgangen en vervolgens in de farynx, larynx en trachea. De trachea heeft zowel een extra- als een intrathoracaal gedeelte en zet zich intrathoracaal verder in de bronchi en bronchioles. Deze komen uit op de plaats waar de effectieve gasuitwisseling plaatsvindt, de alveoli. Op sommige plaatsten worden deze structuren ondersteund door beenderen (zoals in de neusgangen) of door kraakbeen (zoals in de trachea en bronchi). Andere plaatsen worden niet (zoals de bronchiolen) of enkel door spieren ondersteund (zoals de neusgaten, de farynx en een gedeelte van de larynx). De longen van de paardenrassen gebruikt in de paardenrennen zijn groter dan de longen van andere rassen (Art en Lekeux, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Gu et al., 2009; Kahn, 2010). De luchtwegen van het paard zijn zeer lang. Daarbij ademt het paard obligaat door zijn neus wat de afstand tot de longen nog groter maakt. Hierdoor ontstaat er een trage luchtstroom die veel weerstand ondervindt. Een paard in rust ademt 8 tot 16 keer per minuut. Tijdens heftige inspanning kan deze frequentie met een factor 30 verhogen. Dit wordt onder meer veroorzaakt door de stijging van catecholamines en de locomotorische-respiratoire koppeling die het paard ondervindt waarbij het paard bij elke galopsprong een ademhalingscyclus doorloopt. Dit resulteert in een zeer hoge ademhalingsfrequentie (tachypnee) waardoor hun zuurstof opname met een factor 60 kan worden verhoogd (Young, 2003; Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005; Hinchcliff et al., 2008). De combinatie lange luchtwegen en hoge ademhalingsfrequentie heeft verschillende gevolgen die hieronder besproken worden.
3.3.1 Luchtwegcollaps Ten eerste kunnen (partiële) collapsen van de luchtwegen optreden. Dit wordt veroorzaakt door de negatieve druk die ontstaat tijdens inspiratie en de positieve druk tijdens expiratie. Bij het leveren van een zware inspanning zijn de extra-thoracale luchtwegen tijdens inspiratie voor 90% verantwoordelijk voor de ontstane luchtweerstand. Wanneer een paard inademt zullen sub-atmosferische drukken in de luchtwegen en dus ook de extra-thoracale luchtwegen optreden. Deze druk is laag ten opzichte van de atmosferische druk die in het omgevende weefsel heerst. Hierdoor kan de luchtweg collaberen en stijgt de luchtweerstand. De vorm van de trachea speelt een belangrijke rol in de mate waarin de trachea mogelijk kan collaberen. Een trachea met een meer ellipsvormige diameter is meer gepredisponeerd voor trachea collaps dan een trachea met circulaire diameter. Sommige paarden 18
zullen dus door de vorm van de trachea meer zijn gepredisponeerd voor het ontwikkelen van een dynamische trachea collaps (Young, 2003; Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hyyppä, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Lyle et al., 2012).
Tijdens expiratie zijn voornamelijk de intra-thoracale luchtwegen verantwoordelijk voor de gestegen weerstand. De intra-thoracale druk stijgt tijdens expiratie. Wanneer deze intra-thoracale druk groter is dan de druk in het lumen van de bronchi of bronchiolen, verkleint hun diameter en stijgt de luchtweerstand. De intra-thoracale druk kan soms zo hoog zijn dat er collaps van de slecht ondersteunde bronchiolen optreedt. Dit kan tijdelijk zijn maar ook gedurende langere periode optreden en heeft natuurlijk een negatief effect op de zuurstofopname. Hoewel een vermindering van diameter mogelijk is op elke plek in de bronchiale boom, is het waarschijnlijk dat een daadwerkelijk collaps optreedt ter hoogte van de minder ondersteunde regio’s, zoals de bronchi en bronchioles. Eens een bronchiole is dichtgedrukt stijgt de druk in het distale gedeelte. Wanneer deze druk groter wordt dan de druk van de omgeving kan de bronchiole terug open gaan en was er dus sprake van een tijdelijke collaps (Young, 2003; Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Hyyppä, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Lyle et al., 2012).
3.3.2 Exercise-induced pulmonary hemorrhage (EIPH) Een tweede veel voorkomend probleem bij racepaarden is het optreden van EIPH. Exercise-induced pulmonary hemorrhage (EIPH) betekent letterlijk het door inspanning veroorzaakt bloeden van de long en wordt, zoals de naam al zegt, veroorzaakt door het leveren van een (zware) inspanning. De aandoening is voornamelijk gerelateerd aan het leveren van een inspanning met een hoge intensiteit en is minder afhankelijk van de duur van de inspanning (Gimenez, 1995; Williams et al., 2001; Briks et al., 2003).
Pulmonaire bloeding kan zowel tijdens de training als tijdens de wedstrijd optreden. Bij meer dan 50% van de racepaarden kan na het lopen van een wedstrijd bloed in de longen worden gevonden. Dit kan in sommige gevallen zo ernstig zijn dat het gepaard gaat met optreden van epistaxis of neusbloeden. Dit kan zowel uni- als bilateraal optreden. Vroeger was de exacte oorzaak van deze epistaxis niet gekend en lang werd gedacht dat dit uitging van de neusholte, het ethmoïd of de trachea. Pas later is aangetoond dat de oorzaak van de bloeding in de long was gelegen. De prevalentie van EIPH lijkt toe te nemen bij het ouder worden en het optreden van een waarneembare epistaxis komt vaker voor bij merries dan bij intacte hengsten (Gimenez, 1995; Briks et al., 2003; Hinchcliff et al., 2008; Hinchcliff et al., 2013).
19
Etiologie De exacte oorzaak van EIPH is nog niet volledig opgehelderd en meerdere etiologieën of combinaties hiervan zijn voorgesteld (Hinchcliff et al., 2010; Costa et al., 2012; Lyle et al., 2012). Aan de basis van EIPH ligt onder andere de zeer hoge pulmonaire vasculaire druk. Deze opmerkelijke, door inspanning geïnduceerde, pulmonaire hypertensie is een typisch verschijnsel dat kan voorkomen bij (ren)paarden die grote atletische prestaties moeten leveren. Het wordt veroorzaakt door verschillende factoren. Enerzijds kan, zoals eerder is besproken, het hartdebiet tijdens zware inspanning vertienvoudigen en kan de bloedviscositeit stijgen als gevolg van vochtverlies. Daarbij worden de caudo-dorsale regio’s van de long significant meer doorbloed dan de rest van de long. Dit fenomeen verergert tijdens inspanning. De vaakst aangetaste delen lijken daardoor voor te komen in het dorso-caudale gedeelte van de long. De combinatie van de sterke stijging van de bloedtoevoer naar de long en het feit dat het linker ventrikel niet erg toegevend is, zorgt voor een hoge vullingsdruk in de pulmonaire circulatie (Gimenez, 1995; Schroter, 1998;Oikawa, 1999; Art en Lekeux, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Lyle et al., 2012). Anderzijds is de alveolaire druk tijdens inspiratie zeer laag. De transmurale druk, het druk verschil tussen de pulmonaire circulatie en de alveoli, wordt hierdoor zeer groot. Wanneer de druk een bepaalde drempelwaarde overschrijdt kunnen de pulmonaire vaten ruptureren en treedt er bloeding van de long op (Briks et al., 2003; Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005; Coenen, 2005).
Er blijkt een verband te zijn tussen de pulmonair arteriële druk en het aantal erythrocyten dat zich naar de alveolaire ruimte begeeft. De gemiddelde pulmonair arteriële druk kan vermeerderen met ongeveer het drievoudige en oplopen van 28 mmHg bij rust naar 84 mmHg tijdens snelle galop. Hierbij vindt ook een significante drukstijging in de capillairen plaats. Wanneer pulmonair arteriële druk de 75 mmHg bereikt, is dit groot genoeg om door microschade en lekkage van erythrocyten naar de alveolaire ruimte te bewerkstelligen. Dit gaat samen met het optreden van een bepaalde graad van longoedeem. Een significantie toename aan erythrocyten kan gevonden worden wanneer de pulmonaire arteriële druk boven de 80 mmHg komt. Hierbij kunnen duidelijk geruptureerde vaten worden gevonden. Bij het optreden van pulmonaire hypertensie wordt vaak gedacht aan longoedeem. Bij EIPH is het voornaamste probleem dat de capillairen ruptureren, waarschijnlijk ten gevolge van het feit dat de druk, zowel in de alveoli als in de pulmonaire capillairen, wordt onderworpen aan cyclische variaties ten gevolge van respectievelijk, de respiratoire bewegingen en de cardiale contracties. Dit veroorzaakt plotselinge en onregelmatige veranderingen van de transmurale druk met eerder rupturen van de capillairen dan pulmonair oedeem. Dit laatste wordt eerder veroorzaakt door het continue aanwezig zijn de pulmonaire hypertensie (Gimenez, 1995; Briks et al., 2003; Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005).
Een andere theorie met betrekking tot ontwikkeling van EIPH is het ontstaan van drukgolven tijdens beweging van het paard waardoor longschade zou kunnen optreden. Schokken op de thorax worden
20
veroorzaakt door het neerkomen van de hoeven op de bodem. De kracht waarmee de hoeven de grond raken wordt, hoewel iets verzwakt, doorgegeven via de voorbenen naar de scapula en komt de
aan op het midden van de thorax ter hoogte van de 4
rib. De drukgolven worden getransporteerd
door het longparenchym naar de dorsale en caudale regio’s en worden vervolgens gereflecteerd naar de thorax wand, het ruggenmerg en het diafragma. Dit veroorzaakt een complex patroon van drukgolven en kan parenchymale schade veroorzaken met capillaire rupturen en oedemen tot gevolg. De hypothese dat EIPH een locomotorische etiologie heeft, lijkt aannemelijk maar uit onderzoek blijkt dat dergelijke letsels ook kunnen ontstaan wanneer aan een hoge intensiteit een zweminspanning wordt geleverd. Om deze reden kan aangenomen worden dat de beweging van het paard en de krachten die naar het longveld worden getransporteerd niet enkel aan de basis kunnen liggen van het ontstaan van EIPH en dat meerdere factoren van belang zijn (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Hinchcliff et al., 2010). Andere factoren die een bijkomende invloed kunnen hebben, maar zeker niet de primaire oorzaak zijn van EIPH, zijn zaken als bovenste luchtwegobstructies, onderste luchtweginfecties en inflammatoire processen. Het lijkt zeer onwaarschijnlijk dat eventuele stollingsstoornissen de oorzaak kunnen zijn van EIPH (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Art en Lekeux, 2005; Hinchcliff et al., 2010). Symptomen Epistaxis of neusbloeden is een verschijnsel dat kan optreden als gevolg van EIPH maar zeker niet altijd aanwezig hoeft te zijn. Wanneer de epistaxis afwezig is worden de paarden ook wel ‘verborgen longbloeders’ genoemd en zijn de klinische symptomen van EIPH over het algemeen eerder geassocieerd met minder of onder de verwachting presteren. Er kan sprake zijn van een plots verlies van snelheid tijdens een wedstrijd en dit kan soms gepaard gaan met hoesten en slikpogingen. Vrijwel alle paarden die een zware inspanning leveren, kunnen in bepaalde mate EIPH vertonen. Er blijkt geen duidelijke relatie te bestaan tussen de graad EIPH en de behaalde successen. Het is ook aangetoond dat er geen verband bestaat tussen het optreden van epistaxis en de plaats waarop het paard in een wedstrijd eindigt. Wel is er een duidelijk verband tussen de hoeveelheid bloed in de luchtwegen en de eindstand. Naast EIPH moet bij de klacht van slechter presteren natuurlijk ook altijd gedacht worden aan verschillende vormen van luchtweginfecties, kreupelheden en slechte omgevingsomstandigheden (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Art en Lekeux, 2005; Hinchcliff et al., 2010; Lyle et al., 2012). Diagnose Vroeger werd EIPH gediagnosticeerd door het aantonen van bloed in één of beide neusgaten. Vermits epistaxis echter relatief weinig voorkomt (ongeveer 3%) ten gevolge van EIPH is deze methode zeer onbetrouwbaar. Later werd geprobeerd het bloed in de bovenste luchtwegen zonder endoscoop te zien. Tegenwoordig worden verschillende diagnostische middelen ingezet om EIPH aan te tonen. Ten eerste wordt de graad van bloeding door middel van endoscopisch onderzoek gevisualiseerd. Ten tweede kunnen onder andere erythrocyten worden aangetoond door middel van een bronchiale 21
alveolaire lavage (BAL). Verder kunnen ook radiologisch onderzoek en autopsie worden toegepast om de voor EIPH typische letsels terug te vinden (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Durando, 2003). Deze methoden worden hieronder kort besproken. ENDOSCOPIE Met de komst van de flexibele endoscoop kan routinematig een onderzoek van de bovenste luchtwegen worden uitgevoerd. Wanneer bloed in de trachea en bovenste luchtwegen wordt gevonden is de kans dat dit wordt veroorzaakt door een EIPH 75 tot 100%. Wanneer de bloeding kan worden gevisualiseerd is het waarschijnlijk niet meer dan 2 uur geleden dat het paard een zware inspanning heeft geleverd. Bij 50 tot 70% van de paarden kan na een wedstrijd bloed in de trachea en bovenste luchtwegen worden gezien. Is het bloed 6 uur na de inspanning nog duidelijk zichtbaar, dan is de geleverde inspanning waarschijnlijk niet de primaire oorzaak en dient verder onderzoek te gebeuren. Endoscopie is een goede techniek om EIPH te diagnosticeren en er zijn scoringsystemen ontwikkeld om de mate bloeding te beschrijven. Helaas is er vaak geen duidelijke correlatie tussen de endoscopische bloedingscore en de graad van EIPH. De ernst van de EIPH kan met endoscopie dus niet goed worden bepaald. Daarom kan een telling van de erythrocyten in de BAL vloeistof worden voorgesteld als methode voor het semi-kwantificeren van de ernst van de EIPH (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Malikides et al., 2007; Kahn, 2010). BRONCHO ALVEOLAIRE LAVAGE Een broncho-alveolaire lavage wordt ook wel bronchiale spoeling genoemd en kan worden gedaan om de ernst van de EIPH te bepalen. Het kan zowel onder begeleiding van de endoscoop als zonder endoscopische begeleiding worden uitgevoerd. Het endoscopische begeleiden van de lavage reduceert de kans op het iatrogeen induceren van bloedingen wat kan leiden tot een vals positieve diagnose van EIPH. Een bijkomend en groot voordeel van het endoscopisch begeleiden is dat het de mogelijkheid biedt om een specifieke locatie te bemonsteren. Deze techniek laat toe verschillende keren eenzelfde plaats te bemonsteren of verschillende plaatsen te vergelijken. Deze techniek geniet daarom de voorkeur boven zonder endoscopische begeleiden methode. Een BAL kan al 30 tot 60 minuten na de inspanning worden genomen om verse erythrocyten aan te tonen. Bewijzen van bloedingen kunnen echter ook nog tot 3 weken na de EIPH-episode worden teruggevonden. Dit komt doordat de hemosiderofagen aanwezig blijven na het optreden van een EIPH en kunnen worden aangetoond. Op basis hiervan kan dus een vermoedelijke diagnose van een recente (tot 21 dagen geleden) EIPH worden gemaakt. Naarmate de episode van EIPH langer geleden is, is de exacte locatie van staalname minder van belang en ook het moment van staalname speelt een kleinere rol waardoor het mogelijk is de procedure op een passend tijdstip uit te voeren. Wanneer als diagnostisch criterium voor EIPH het aantonen van erythrocyten of hemosiderofagen wordt toegepast dan zou bij bijna 100% van de paarden die een zware inspanning hebben geleverd EIPH worden gevonden. Daarom werd geprobeerd, door middel van een hemosiderinescoringsysteem, de ernst van de EIPH te bepalen. Helaas wordt aan de accuraatheid hiervan nog getwijfeld. Het aantal erythrocyten blijkt vaak te variabel te zijn om een accurate kwantificering te doen 22
van de pulmonaire bloeding. Hieruit kan worden geconcludeerd dat de BAL dus ook niet een zeer goede methode is voor het kwantificeren van de EIPH (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Malikides et al., 2007; Kahn, 2010).
RADIOLOGIE Verschillende medische beeldvormingstechnieken zijn gesuggereerd als diagnostisch hulpmiddel voor EIPH. Radiografisch onderzoek kan eventueel worden gebruikt om de bloeding van de long te evalueren maar radiografische waarneembare abnormaliteiten treden vaak pas op na het doorlopen van herhaalde episodes van EIPH. Radiografie onderzoek geeft evenwel geen exact beeld van de ernst van de EIPH en de correlatie tussen de radiografische waarnemingen en de mate van klinische symptomen is zwak. Op RX foto’s van een paard dat meerdere episodes van EIPH heeft geleden, is er ter hoogte van het caudo-dorsale longveld een gestegen interstitiële densiteit te zien met een gedeeltelijk tot volledig verlies van de zichtbaarheid van de pulmonaire vasculariteit. Naarmate de EIPH meer chronisch is, kan een meer bronchiaal patroon worden waargenomen. De dorso-caudale lokalisaties van de letsels zijn typisch voor EIPH en worden enerzijds veroorzaakt door de ongelijke distributie van bloed tijdens inspanning en anderzijds door het meer gevoelig zijn van deze regio’s voor bloeding. De exacte reden hiervoor is nog niet gekend (Gimenez, 1995; Briks et al., 2003; Oikawa, 1999). SCINTIGRAFIE Naast radiografisch onderzoek is ook nucleaire scintigrafie geopperd als diagnostisch hulpmiddel in het aantonen van EIPH. Deze methode wordt echter zelden toegepast. De kans is klein dat zowel radiografie als scintigrafie veel en algemeen gebruikt gaan worden als diagnostische techniek in de eerste lijn omwille van het benodigde materiaal, de tijdsduur en de relatief hoge kosten (Gimenez, 1995; Briks et al., 2003).
23
POSTMORTEM Bij postmortem onderzoek van paarden met een geschiedenis van EIPH vallen de uitgebreide bilaterale symmetrische letsels op in het dorsocaudale longgedeelte. Dit gebied komt goed overeen met het op RX zichtbare gebied. Bij ernstig aangetaste longen zijn de letsels ook ter hoogte van de craniale longdelen waarneembaar. De letsels zijn het gevolg van het extravasculaire bloed dat zich in de luchtwegen en alveoli bevindt. Dit resulteert in een lokale inflammatie. Een combinatie van bronchiolitis met een peribronchiale en interstitiële fibrose kan worden waargenomen. Soms kan een subpleurale verkleuring van het longoppervlak te zien zijn dat waarschijnlijk wordt veroorzaakt door een Figuur 6: Long van paard. De gemiddelde longcollaps. Deze verkleurde regio’s zijn denser van consistentie en histopathologische score (Williams et al, collabeerden niet goed bij het openen van het diafragma. Een 2008) histopathologische score (HS) kan worden toebedeeld aan de histologische longpreparaten. De HS is gebaseerd op het voorkomen van 5 criteria: interstitiële fibrose, hoeveelheid hemosiderine, pleurale en interlobulaire septumverdikking, tekenen van neovascularisatie en vasculaire wandverdikking. De HS voor elk van deze letsels loopt van 0 (niet aanwezig) tot 3 (ernstig) en worden vervolgens opgeteld. Hierdoor kan een maximale HS van 15 worden bereikt. De preparaten kunnen op basis van deze scores worden ingedeeld in histologische normaal (0), milde tot matige verandering in longweefsel (1-9) en opmerkelijke tot erge longletsels (10 – 15). In figuur 8 is de verdeling van de HS weergegeven op de long en is te zien dat deze het hoogst zijn ter hoogte van de dorso-caudale regio’s (Gimenez, 1995; Briks et al., 2003; Williams et al, 2008; Hinchcliff et al., 2010). Behandeling Door de niet pathologische maar door inspanning geïnduceerde oorzaak van EIPH is preventie en behandeling moeilijk. Wanneer een bepaalde transmurale druk wordt bereikt kan dit leiden tot EIPH. Een kleine reductie in deze druk is in sommige gevallen dus de oplossing om de longbloeding te voorkomen. Dit kan worden bereikt door het toedienen van furosemide. Furosemide is een lisdiureticum en zorgt voor het dalen van het plasma volume. Dit veroorzaakt een daling van de bloeddruk waardoor de transmurale druk daalt. De druk daalt met ongeveer 10 mmHg. Deze reductie is waarschijnlijk onvoldoende om een capillaire ruptuur te voorkomen. Toch tonen verschillende studies aan dat er een significante vermindering van het aantal erythrocyten is te zien op de BAL vloeistof na het leveren van een zware inspanning. Furosemide heeft, naast een diuretische functie, ook een licht vasodilatoir effect op de pulmonaire vaten en induceert een milde bronchodilatie. Dit veroorzaakt een bijkomende verlaging van de transmurale druk en vermindert de kans op rupturen. Furosemide beïnvloedt ook de chloride-shift van Hamburger. Deze reactie vindt plaats in de erythrocyten en is een belangrijk mechanisme in het regelen van het erythrocytenvolume. In het weefsel wordt CO2 geproduceerd en dit diffundeert via het interstitiële vocht naar de capillairen en 3
komt in de erythrocyten. Hier reageert CO2 met H2O en wordt H2CO gevormd. Deze reactie wordt 24
3
+
-
-
gekatalyseerd door het enzym koolzuuranhydrase. H2CO valt uiteen in H en HCO3 . HCO3 verlaat via een bicarbonaat-chloride uitwisselaar de erythrocyt en wordt vervangen door Cloride. Furosemide zorgt voor het behoud van het erytrocytenvolume en vermindert hierdoor de mogelijkheid van lekkage van erythrocyten naar de alveolaire ruimte. In rust heeft furosemide geen effect op de transmurale druk en op het erytrocytenmetabolisme. Furosemide heeft als nadeel dat het door zijn diuretische werking een negatief effect heeft op de passieve vulling van het hart en kan hierdoor het hartdebiet verminderen. Dit kan grote gevolgen hebben voor de cardiovasculaire functie. In hoeverre de furosemide therapie kan bijdragen aan het verbeteren of behouden van de prestaties van het paard is nog niet volledig duidelijk (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Vengust et al., 2011).
Vaak wordt het toedienen van furosemide gecombineerd met andere therapieën. Eén van de meest populaire methode is het beademen van de paarden. Dit kan gedaan worden met, door waterverzadigde lucht. Ook voegen eigenaars van paarden graag verschillende supplementen toe aan het dieet van het paard. De effectiviteit hiervan is echt zelden bewezen (Briks et al., 2003; Harris en Harris, 2005). Sommige supplementen zouden, zoals eerder vermeld, mogelijks een effect hebben op de, door vrije radicale geïnduceerde, inflammatoire processen ter hoogte van de long. Er bestaat een theorie dat inflammatie de long meer predisponeert voor het ontwikkelen van een EIPH (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Harris en Harris, 2005; Ott, 2005; Gondim et al., 2009). Recentelijk is het anti-fibrotische geneesmiddel aminocarproidzuur (amicar) voorgesteld om de gevolgen van EIPH te verminderen en de prestaties van het paard te verbeteren. Ook Nitrietoxide of nitrietoxide derivaten worden steeds meer gebruikt. Dit heeft een vasodilatoir effect en kan zorgen voor het verminderen van de pulmonaire vasculaire druk. Daarnaast wordt vaak gebruikt gemaakt van nasale dilatoren. Deze zorgen voor het stabiliseren van de huid en de spieren rond de neusgaten en verminderen hierdoor de luchtweerstand. De negatieve druk tijdens inspiratie neemt af en de transmurale druk verlaagt. Dit zou kunnen helpen in het verminderen van EIPH. Alle bovenstaande ‘therapieën’ werken eerder preventief dan curatief. Gezien vrijwel alle paarden die een zware inspanning moeten leveren enige vorm van EIPH ondergaan en de meeste therapieën toch niet zo succesvol zijn om dit te voorkomen wordt vooral geprobeerd de schade te beperken. Zo kan bijvoorbeeld worden geprobeerd de inflammatoire reactie op het extravasculaire bloed en de hemosiderine in de alveoli en het interstitium te verminderen. Deze blijvende inflammatie kan namelijk het progressief karakter van de EIPH verergeren en zorgen voor vernietiging van het long parenchym (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Vengust et al., 2011). Omdat luchtweg aandoeningen in belangrijke mate kunnen bijdragen aan het optreden van EIPH is het van groot belang deze te behandelen of te voorkomen. Een goede hygiëne en ventilatie moeten in acht worden genomen en ook het tijdens de race of training inhaleren van stof dient zoveel mogelijk te worden beperkt. Wanneer herhaaldelijk EIPH optreedt in combinatie met minder presteren is het aan te raden het paard verder te onderzoeken en het management te controleren. Training heeft waarschijnlijk geen effect op het verbeteren van de EIPH. Wanneer het probleem blijft terugkomen is het beter dat
25
het paard zijn carrière voorzet in een minder intensieve tak van de paardensport (Gimenez, 1995; Art en Lekeux, 2005; Epp et al., 2009; Thiruvenkadan et al., 2009; Lyle et al., 2012). Prognose Hoewel de gevolgen van het eenmalig doormaken van een EIPH beperkt zijn, is het doormaken van meerdere episodes van EIPH zeer nadelig voor de verdere prestaties van het paard. Door het chronische en progressieve karakter van de inflammatie kan fibrosis en permanente vernietiging van het longparenchym optreden. Ook het gestegen aantal macrofagen en leukocyten in het longweefsel zorgen voor het verminderen van de longfunctie. De proliferatie van bronchiale bloedvaten in de aangetaste gebieden zijn waarschijnlijk een normale reactie op de inflammatie. In het beginstadium treedt dit voornamelijk focaal op maar bij aanhoudende zware inspanningen worden deze regio’s uitgebreider en zichtbaar op het longweefsel. De nieuw gevormde bronchiale vaten lijken in de toekomst gevoeliger aan rupturen. Het resultaat van de inflammatoire reacties op het bloed aanwezig in de longen heeft waarschijnlijk een grote impact op de long dan het eigenlijke bloed dat eerder aanwezig was. Dit zou een focuspunt kunnen zijn voor verder onderzoek naar het ontwikkelen van betere therapieën voor EIPH (Gimenez, 1995; Art en Lekeux, 2005; Smith, 2008; Epp et al., 2009; Thiruvenkadan et al., 2009; Hinchcliff et al., 2010; Lyle et al., 2012).
26
BESPREKING De inspanningsfysiologie van het paard vormt een zeer complex geheel. Het renpaard moet vaak verschillende homeostatische compromissen sluiten om zijn extreme inspanningen te kunnen leveren. Zoals uit de literatuur blijkt, heeft het renpaard een zeer groot cardiorespiratoir potentieel en is de mate waarin hij zijn metabolisme kan verhogen zeer groot. Het zuurstof en energie gebruikt kan zeer sterk stijgen maar dit blijkt zijn keerzijde te hebben. Er kunnen namelijk verschillende door inspanning geïnduceerde endogene stressfactoren optreden. Het toenemen van de lichaamstemperatuur is hier een eerste voorbeeld van. Door inspanning kan de lichaamstemperatuur van het paard zodanig stijgen dat het paard in een, potentieel gevaarlijke, hyperthermische toestand kan komen. Om dit te vermijden maar zijn inspanning niet te hoeven verminderen beschikt het paard over de mogelijkheid om door heftig zweten op een snelle manier zeer veel warmte te verliezen. Dit is vormt voor het paard een zeer efficiënte manier om zijn warmte kwijt te raken maar toch kan het bij heftige inspanning in combinatie met een warme en vochtige omgeving soms onvoldoende zijn. Hierdoor kan de ? toch te hoog worden. Symptomen van oververhitting zoals slechte coördinatie, een stijve gang en lichte koliek kunnen optreden (Art en Lekeux, 2005; Coenen, 2005; Ott, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Lyle et al., 2012; Fonseca et al., 2013). Bijkomstig brengt het verlies van de grote hoeveelheden zweet een tweede endogene stressfactor met zich mee. Dit is namelijk het gevaar voor dehydratie en ionaire disbalansen. Door het verlies van vocht daalt het totale lichaamsvocht van het paard en treden er veranderingen op in de vochtdistributie van het paard. Dit heeft zijn weerslag op de cardiale functie omdat plasma volume hierdoor afneemt en hierdoor de mate van passieve vulling van het hart vermindert. De bloedtoevoer naar de verschillende weefsels, en dus ook de zuurstofvoorziening, kan hierdoor niet meer optimaal verlopen. Dit is onder andere te zien aan de vertraagde CVT, de dieper liggende ogen, de versnelde maar verzwakte pols en de verhoogde ademhaling. Om de mate van dehydratie te verminderen zal het paard proberen zijn vochtexcretie via de nier te remmen en zijn gastro-intestinale stelsel te benutten dat dienst kan doen als vocht-, en elektrolyten reservoir (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005). Behalve vochtverlies treedt er ook een significant verlies van elektrolyten door heftig zweten op. Ionaire disbalansen kunnen hierdoor worden geïnduceerd (Coenen, 2005; Ott, 2005, Hinchcliff et al., 2008). Deze ionaire veranderingen kunnen verschillende gevolgen hebben en verminderen over het algemeen de prestaties en de gezondheid van het paard in belangrijke mate. Het paard dient deze tekorten dus ook zo snel en zo goed mogelijk te herstellen. Paarden beschikken hiervoor over verschillende fysiologische mechanismen maar ook het exogeen toedienen van supplementen of het aanpassen aan de voeding kan in belangrijke mate invloed hebben op zowel de vocht-, als elektrolytenstatus bij het paard. Het is bij het paard bijvoorbeeld zo dat wanneer hij op een dieet staat dat hoog is aan ruwe celstof dat het gastro-intestinaal stelsel zijn functie als vocht-, en elektrolyten reservoir beter kan uitvoeren. Het dieet van het gemiddelde sportpaard bevat vaak echter hoge gehalten aan krachtvoer en is dus relatief arm aan ruwe celstof. Het gastro-intestinaal stelsel verkeerd hierdoor dus eigenlijk niet in optimale conditie om dienst te doen als vocht-, en elektrolyten 27
reservoir (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005). Gezien het atletisch potentieel van het renpaard het toelaat zijn inspanningen zeer sterk te verhogen en warmte productie hierbij sterk kan toenemen wordt ook zijn productie van zweet zeer hoog (10 en >35 ml/m2/min). Het is daarom niet verwonderlijk dat renpaarden, mede door het niet in optimale conditie verkeren van hun gastro-interstinale revervoir, tekenen van dehydratie en ionare disbalansen kunnen ontwikkelen. Het leveren van een adequate vocht en elektrolytentherapie moet bij het renpaard dan ook niet worden onderschat (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005; Harris, 2009). Een derde endogene stressfactor bij het (ren)paard is het toenemen van de lactaat accumulatie dat veroorzaakt wordt door de verhoogde activiteit van het anaerobe metabolisme. Dit anaerobe metabolisme kan zeer sterkt toenemen doordat de te leveren inspanning te intens is om volledig door het aerobe metabolisme te worden gedekt (Bakhtiari en Heshmat 2009; Thiruvenkadan et al., 2009; Hill et al., 2010; Bower et al., 2012; Fonseca et al., 2013). Bij het renpaard is het enigszins verwonderlijk dat dit op kan treden ondanks het eerder vermelde zeer grote cardiorespiratoire potentieel. Hierdoor kan worden verwacht dat het aerobe metabolisme van het paard lange tijd kan worden volgehouden. Dit is in belangrijke mate ook het geval maar wanneer de inspanningsintensiteit een bepaalde drempelwaarde overschrijdt, zal er toch gedeeltelijk moeten worden overgegaan op een meer anaeroob metabolisme. Bij het renpaard speelt de mate van hydratie hierin ook een belangrijke rol. Doordat een verminderde hydratietoestand de oorzaak kan zijn van het verminderen van het plasma volume kan dit een slechtere bloed en dus zuurstofvoorzieningen naar de weefsels en dus ook de spieren veroorzaken. De spieren zullen door het tekort aan zuurstof overgaan op een anaeroob metabolisme en de lactaat productie stijgt. Een metabole acidose kan hiervan het gevolg zijn waardoor prestatie vermindering en spierschade kan optreden. Het lichaam kan dit compenseren door de ademhaling te verhogen maar deze is bij het paard tijdens heftige inspanning vaak al aan zijn +
maximale capaciteit. Daarnaast worden de H -ionen in de circulatie gedeeltelijk uitgewisseld tegen het intracellulaire kalium. Dit proces vindt ook plaats in de nier en kan zorgen voor een hyperkaliëmische toestand. Zoals eerder vermeld is het dieet van het renpaard eigenlijk niet optimaal voor de werking van het gastro-intestinale stelsel en ook wat betreft de accumulatie van lactaat is dit het geval. Het dieet van het renpaard bevat over het algemeen vrij veel suikers en zetmeel. Het is echter gebleken dat een vetrijk dieet een latere stijging van het lactaat kan veroorzaken en dat de uiteindelijke lactaatconcentratie later worden bereikt zonder een erge pH daling te veroorzaken (Schröder et al., 2011; Fonseca et al., 2013). Het zuurstof metabolisme bij het paard kan bij heftige inspanning zeer sterk toenemen. Dit zorgt natuurlijk voor optimale prestatie maar dit kan worden beperkt door het toenemen van oxidatieve stress wanneer de anti-oxiderende capaciteit van het lichaam onvoldoende is. Spierschade is hierdoor een veelvoorkomend probleem bij de renpaarden (Art en Lekeux, 2005; Bergero et al., 2005; Coenen, 2005; Gondim et al., 2009). Tijdens inspanning kunnen paarden de hartslag-, en ademhalingsfrequentie zeer sterk verhogen om zo een optimale zuurstoflevering aan de verschillende weefsels te realiseren. Dit is van belang om metabole acidose en dergelijke te voorkomen. Ondanks dit mechanisme worden zeer grote toename in vasculaire en pulmonaire druk waargenomen (Art en Lekeux, 2005; Ricard en Touvais, 2007; 28
Bakhtiari en Heshmat 2009; Gu et al., 2009; Hamilton en Raadsma, 2011). Dit kan, zoals is uitgelegd, aanleiding geven tot het optreden van luchtwegcollapsen en EIPH. (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Durando, 2003). Om de mate van EIPH te verminderen wordt geprobeerd de transmurale druk op de longcapillairen te verminderen door het toedienen van furosemide, een lisdiureticum. Door het dalen van het plasma volume zorgt furosemide voor het verminderen van de transmurale druk en kan de kans op EIPH worden verkleind (Gimenez, 1995; Schroter, 1998; Briks et al., 2003; Art en Lekeux, 2005; Hinchcliff et al., 2010). Het gebruik van EIPH heeft echter een belangrijk nadeel. Door het induceren van een daling van het plasma volume kan weliswaar de bloeddruk afnemen maar daarmee gaat gepaard dat de bloedstroom naar de verschillende weefsel ook kan dalen waardoor deze eerder van hun aerobe metabolisme naar een meer anaeroob metabolisme overgaan (Williams et al., 2001; Art en Lekeux, 2005; Hyyppä, 2005; Ott, 2005; Hinchcliff et al., 2008; Silbernagl en Despopoulos, 2008; Sjaastad, 2010). Doordat de thermoregulatoire mechanisme geen rekening houden met de samenstelling van het bloedplasma op dat moment zal de samenstelling van zweet niet veranderen en blijven de hoeveelheden vocht-, en elektrolyten die verloren worden dus gelijkt wat het plasma volume dus bijkomstig kan verlagen. Het is dus eigenlijk een bijzonder dat er bij sportpaarden voor een middel gekozen wordt dat eigenlijk in belangrijke mate een de endogene stressfactoren die het paard ondervindt tijdens inspanning kan versterken terwijl het eigenlijk bedoeld is om de prestaties van het paard te verbeteren.
29
REFERENTIES
Aerts, J. M., Gebruers, F., Van Camp, E. en Berckmans, D. (2008). Controlling horse heart rate as a basis for training improvement. Computers and electronics in Agriculture, 64(1), 78-84.
Art, T. en Lekeux, P. (2005). Exercise-induced physiological adjustments to stressful conditions in sports horses. Livestock Production Science,92(2), 101-111.
Bakhtiari, J. en Heshmat, G. (2009). Estimation of genetic parameters of conformation traits in Iranian Thoroughbred horses. Livestock science, 123(2), 116-120.
Bergero, D., Assenza, A. en Caola, G. (2005). Contribution to our knowledge of the physiology and metabolism of endurance horses. Livestock production science, 92(2), 167-176.
Birks, E. K., Durando, M. M. en McBride, S. (2003). Exercise-induced pulmonary hemorrhage. Veterinary Clinics of North America: Equine Practice,19(1), 87-100.
Bower, M. A., McGivney, B. A., Campana, M. G., Gu, J., Andersson, L. S., Barrett, E. en Hill, E. W. (2012). The genetic origin and history of speed in the Thoroughbred racehorse. Nature communications, 3, 643.
Castanheira, M., Paiva, S. R., Louvandini, H., Landim, A., Fiorvanti, M. C. S., Paludo, G. R., ... en McManus, C. (2010). Multivariate analysis for characteristics of heat tolerance in horses in Brazil. Tropical animal health and production, 42(2), 185-191.
Coenen, M. (2005). Exercise and stress: impact on adaptive processes involving water and electrolytes. Livestock production science, 92(2), 131-145.
Costa, M. F. M., Ronchi, F. A., Ivanow, A., Carmona, A. K., Casarini, D. en Slocombe, R. F. (2012). Association between circulating angiotensin-converting enzyme and exercise-induced pulmonary haemorrhage in Thoroughbred racehorses. Research in veterinary science, 93(2), 993994.
th
Cynthia, M., en Kahn S. (2010). The merck veterinary manual 10 edition. Merck publishing, New Jersey.
Durando, M. M. (2003). Clinical techniques for diagnosing cardiovascular abnormalities in performance horses. Clinical Techniques in Equine Practice, 2(3), 266-277.
Epp, T. S., McDonough, P., Myers, D. E., Carlin, D. J., Behnke, B. J., Kindig, C. A., ... en Erickson, H. H. (2009). The effectiveness of immunotherapy in treating exercise-induced pulmonary hemorrhage. Journal of equine veterinary science, 29(6), 527-532.
Fonseca, R. G., Kenny, D. A., Hill, E. W. en Katz, L. M. (2013). The relationship between body composition, training and race performance in a group of Thoroughbred flat racehorses. Equine veterinary journal, 45(5), 552-557.
Gimenez T. (1995). Exercise induced pulmonary hemorrhage. Journal of equine veterinary science, 15(11), 464-466.
Gondim, F. J., Zoppi, C. C., dos Reis Silveira, L., Pereira-da-Silva, L. en Vaz de Macedo, D. (2009). Possible relationship between performance and oxidative stress in endurance horses. Journal of equine veterinary science, 29(4), 206-212.
30
Gu, J., Orr, N., Park, S. D., Katz, L. M., Sulimova, G., MacHugh, D. E. en Hill, E. W. (2009). A genome scan for positive selection in thoroughbred horses. PloS one, 4(6), 5767.
Hamilton, N. A. en Raadsma, H. W. (2011). Racing towards the genes for speed. The Veterinary Journal, 190(1), 5-6.
Hanson, C. M., Kline, K. H. en Foreman, J. H. (1994). Measurements of heart scores and heart weights in horses of two different morphic body types.Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology, 108(2), 175-178.
Harris, P. (2009). Feeding management of elite endurance horses. Veterinary Clinics of North America: Equine Practice, 25(1), 137-153.
Harris, P. A. en Harris, R. C. (2005). Ergogenic potential of nutritional strategies and substances in the horse. Livestock Production Science, 92(2), 147-165.
Hill, E. W., Fonseca, R. G., McGivney, B. A., Gu, J., MacHugh, D. E. en Katz, L. M. (2012). MSTN genotype association with speed indices in Thoroughbred racehorses.Journal of Applied Physiology, 112(1), 86-90.
Hill, E. W., Gu, J., Eivers, S. S., Fonseca, R. G., McGivney, B. A., Govindarajan, P., ... en MacHugh, D. (2010). A sequence polymorphism in MSTN predicts sprinting ability and racing stamina in thoroughbred horses.PLoS One,5(1), 8645.
Hinchcliff, K. W., Kaneps, A. J. en Geor, R. J. (2013). Equine sports medicine and surgery. Elsevier Health Sciences
Hinchcliff, K. W., Kaneps, A. J. en Geor, R. J. (Eds.). (2008).Equine exercise physiology: the science of exercise in the athletic horse. Elsevier Health Sciences
Hinchcliff, K. W., Morley, P. S., Jackson, M. A., Brown, J. A., Dredge, A. F., O' Callaghan, P. A., ... en Clarke, A. F. (2010). Risk factors for exercise‐induced pulmonary haemorrhage in Thoroughbred racehorses. Equine Veterinary Journal, 42(38), 228-234.
Hyyppä, S. (2005). Endocrinal responses in exercising horses. Livestock Production Science, 92(2), 113-121.
Kline, H. en Foreman, J. H. (1991). Heart and spleen weights as a function of breed and somatotype. Equine exercise physiology, 3, 17-21.
Lyle, C. H., Blissitt, K. J., Kennedy, R. N., Mc Gorum, B. C., Newton, J. R., Parkin, T. D. H., ... en Boden, L. A. (2012). Risk factors for race‐associated sudden death in Thoroughbred racehorses in the UK (2000–2007). Equine veterinary journal, 44(4), 459-465.
Malikides, N., Hughes, K. J., en Hodgson, J. L. (2007). Comparison of tracheal aspirates before and after high‐speed treadmill exercise in racehorses. Australian veterinary journal, 85(10), 414419.
Meursing, B.T. J., Lamfers, E.J.P. (2011), Handboek hartfalen, Bohn Stafleu van Loghum, onderdeel van Springer Media
Oikawa, M. (1999). Exercise-induced haemorrhagic lesions in the dorsocaudal extremities of the caudal lobes of the lungs of young thoroughbred horses. Journal of comparative pathology, 121(4), 339-347.
31
Ott, E. A. (2005). Influence of temperature stress on the energy and protein metabolism and requirements of the working horse. Livestock production science, 92(2), 123-130.
Ricard, A., en Touvais, M. (2007). Genetic parameters of performance traits in horse endurance races. Livestock science, 110(1), 118-125.
Schröder, W., Klostermann, A., en Distl, O. (2011). Candidate genes for physical performance in the horse. The Veterinary Journal, 190(1), 39-48.
Schroter, R. C. (1998). EIPH etiology-a new theory. Equine Newsletter, 18(6), 379.
Silbernagl, S., Despopoulos, A. (2008). Sesam atlas van de fysiologie. Thieme Meulenhoff
Sjaastad, O. V., Hove, K., en Sand, O. (2010).Physiology of domestic animals. Scan. Vet. Press.
Smith, B.P. (2008). Large animal internal medicine. Mosby, Amsterdam
Thiruvenkadan, A. K., Kandasamy, N., en Panneerselvam, S. (2009). Inheritance of racing performance of Thoroughbred horses. Livestock Science, 121(2), 308-326.
Underwood, C., Norton, J. L., Nolen‐Walston, R. D., Dallap‐Schaer, B. L., Boston, R., en Slack, J. (2011). Echocardiographic changes in heart size in hypohydrated horses. Journal of Veterinary Internal Medicine, 25(3), 563-569.
Vengust, M., Kerr, C., Staempfli, H. R., Pringle, J., Heigenhauser, G. J., en Viel, L. (2011). Effect of frusemide on transvascular fluid fluxes across the lung in exercising horses. Equine veterinary journal, 43(4), 451-459.
Williams, K. J., Derksen, F. J., de Feijter-Rupp, H., Pannirselvam, R. R., Steel, C. M., en Robinson, N. E. (2008). Regional pulmonary veno-occlusion: a newly identified lesion of equine exercise-induced pulmonary hemorrhage. Veterinary Pathology Online,45(3), 316-326.
Williams, R. B., Harkins, L. S., Hammond, C. J., en Wood, J. L. N. (2001). Racehorse injuries, clinical problems and fatalities recorded on British racecourses from flat racing and National Hunt racing during 1996, 1997 and 1998. Equine veterinary journal, 33(5), 478-486.
Young, L. E. (2003). Equine athletes, the equine athlete's heart and racing success. Experimental physiology, 88(5), 659-663.
Young, L. E., Rogers, K., en Wood, J. L. N. (2011). Left ventricular size and systolic function in. Veterinary Record
32
