Field Study on Occurence, Clinical Course and Involved Pathogens in a Calf Rearing Unit

Die vorliegende Studie hatte zum Ziel, die Beziehungen zwischen Eigenschaften der Wirtstiere (Alter, Körpermasse, Tränkeaufnahme), klinischen Befunden, Ergebnissen virologischer, bakteriologischer und biochemischer (Haptoglobin) Untersuchungen und dem Verlauf des Bovine Respiratory Disease Complex in einem landwirtschaftlichen Betrieb zu untersuchen, der auf die Aufzucht von Kälbern spezialisiert ist. Zu diesem Zweck stand ein umfangreiches Datenmaterial zur Verfügung, das im Zeitraum von Oktober 2010 bis März 2011 im Rahmen einer klinischen Arzneimittelprüfung unter GCP (Good Clinical Practice) Bedingungen generiert wurde. In das Versuchsvorhaben wurden 104 Kälber im Alter von 12 bis 56 Tagen einbezogen, die mit dem Zeitpunkt der Einstallung beginnend permanent unter Beobachtung standen. Sofern die Kälber klinische Symptome einer Atemwegserkrankung zeigten, die im Vorfeld formulierte Einschlusskriterien erfüllten (Körpertemperatur ≥ 40 °C und Respiratorischer Score ≥ 1 und Habitus Score ≥ 1), wurden sie in die Studie eingeschlossen und einer umfangreichen Diagnostik, bestehend aus klinischer Untersuchung in regelmäßigen Intervallen, Probenentnahmen zwecks bakteriologischer, serologischer und biochemischer Untersuchungen, unterworfen, deren Ergebnisse in der vorliegenden Arbeit mithilfe geeigneter statistischer Verfahren ausgewertet und interpretiert wurden. Von insgesamt 104 Tieren, die die Einschlusskriterien der klinischen Studie erfüllten, wurden die klinischen Symptome erfasst und anhand eines Benotungssystems bewertet. Aus den verschiedenen Teilnoten wurde ein Klinischer Gesamtscore berechnet. Zudem wurden vor der Behandlung transtracheale Spülproben entnommen, die der bakteriologischen Untersuchung dienten sowie Blutproben für die Bestimmung spezifischer, gegen verschiedene Virusspezies (BHV-1, BRSV, BPIV-3, BVDV) und M. bovis gerichtete Antikörper in Serumpaaren und für die Untersuchung auf das akute Phase Protein ß-Haptoglobin. Nach der initialen Probenentnahme wurden die Tiere gemäß der Herstellerinformation einmalig mit einem Antibiotikum aus der Gruppe der Makrolide behandelt und nachfolgend 22 Tage lang beobachtet. Auch Tiere, die im Studienverlauf eine zusätzliche Erkrankung entwickelten, die zum Ausschluss aus der Studie führte und Tiere mit persistierenden oder rezidivierenden respiratorischen Symptomen, wurden in die Betrachtungen einbezogen. Letztgenannte Tiere wurden zum Zeitpunkt des Studienausschlusses einer zweiten TTL unterzogen. Von jedem Tier wurde die aufgenommene Tränkemenge über den gesamten Studienzeitraum erfasst. Die Datenaufbereitung und Analyse erfolgte mit dem Statistikprogramm SPSS für Mac, Version 19. Die bakteriologische Untersuchung der TTL-Flüssigkeit verlief bei 69,2% (72/104) der Tiere mit einem positiven Ergebnis. P. multocida konnte mit einem Anteil von 31,7% (33/104) am häufigsten nachgewiesen werden. M. haemolytica wurde bei 18,3% (19/104) der Tiere am zweithäufigsten isoliert. Der Nachweis von H. somni gelang im Probenmaterial eines Kalbes, während M. bovis aus keiner Probe kultiviert wurde. Aus 25% (26/104) des Probenmaterials wurden Bakterien (v.a. Umweltkeime) isoliert, die nicht als respiropathogen bekannt sind, und bei 30,8% (32/104) der Tiere gelang kein Nachweis von Bakterien mittels Kultur. Wiederholte TTL bei 22 Kälbern mit persistierenden oder rezidivierenden Symptomen des BRDC resultierten in 54,5% (12/22) der Fälle in einem Nachweis von Bakterien. Am häufigsten gelang in diesen Fällen der Nachweis von P. multocida bei 31,8% (7/22). Bei einem dieser sieben Tiere wurde zusätzlich M. haemolytica isoliert. Bei der bakteriologischen Untersuchung von Lungengewebe eines an Pneumonie verendeten Tieres wurden P. multocida und M. haemolytica isoliert. Am Einschlusstag der Studie waren Kälber, bei denen M. haemolytica in der TTL nachgewiesen wurde, schwerer erkrankt und wiesen eine geringere Körpermasse auf, als Kälber mit P. multocida Nachweis. Die aufgenommene Tränkemenge lag am Einschlusstag der Studie bei mit P. multocida und M. haemolytica koinfizierten Tieren signifikant unter derjenigen von Tieren, bei denen nur eine der beiden Spezies nachgewiesen wurde. Die serologische Untersuchung ergab bei 93,3% (97/104) der Kälber Antikörper gegen BHV-1, bei 81,7% (85/104) gegen BPIV-3, bei 77,9% (81/104) gegen BRSV und bei 73,1% (76/104) gegen BVDV. Es handelte sich offensichtlich um kolostrale Antikörper. Die Untersuchungsergebnisse des Antikörper-ELISA in paarweise entnommenen Serumproben erfüllten nur für ein einziges Tier die Kriterien der Serokonversion gegenüber BRSV. Von 104 Kälbern wiesen 4,8% (5/104) gegen M. bovis gerichtete (maternale) Antikörper auf. Kälber mit persistierenden oder rezidivierenden Symptomen des BRDC waren am Einschlusstag der Studie schwerer erkrankt und wiesen eine signifikant geringere Körpermasse auf, als im Studienverlauf genesene Kälber. Im Beobachtungszeitraum von drei Monaten nach Ankunft benötigten 56,4% (53/94) der Studientiere eine Nachbehandlung aufgrund rezidivierender BRD. Bei 13,8% (13/94) der Kälber waren im selben Zeitraum drei oder mehr antibiotische Behandlungen nötig. Einmalig behandelte Kälber waren bei Studieneinschluss signifikant älter als Kälber, die Rezidive aufwiesen. Zudem erkrankten Tiere, die nur einmal behandelt werden mussten, signifikant später nach Ankunft im Aufzuchtbetrieb als Tiere, die zwei oder mehr Behandlungszyklen unterworfen waren. Die Körpermasse von Kälbern, die im besagten Zeitraum mindestens drei Behandlungszyklen benötigten, lag am Einschlusstag der Studie signifikant unter der Körpermasse von Kälbern, die maximal ein Rezidiv aufzeigten. Die Serumhaptoglobinspiegel lagen am Einschlusstag der Studie, einem Tag, an dem alle Studientiere Symptome des BRDC aufwiesen, bei nur knapp 60% der Tiere oberhalb der Detektionsgrenze. Zudem waren zwischen dem Schweregrad der klinischen Symptome und den Serumhaptoglobinkonzentrationen in der vorliegenden Studie keine Zusammenhänge nachweisbar. Einen und zwei Tage nach Behandlung wiesen die genesenen Tiere jedoch signifikant geringere Haptoglobinwerte auf, als ihre Artgenossen mit persistierenden oder rezidivierenden Symptomen des BRDC. Tiere, die ein oder zwei Behandlungen erfuhren, wiesen am Einschlusstag geringere Serumhaptoglobinkonzentrationen auf als Tiere mit drei oder mehr Behandlungen. Die aufgenommene Tränkemenge lag am Tag vor dem Studieneinschluss bei genesenen und rezidivfreien Tieren signifikant unter der von Tieren, die im Studienverlauf persistierend oder rezidivierend Atemwegserkrankungen aufwiesen. Die vorliegende Studie bestätigt die prominente Rolle von P. multocida und M. haemolytica in der Pathogenese des BRDC. Wie aus den Ergebnissen dieser Studie hervorgeht, richtet M. haemolytica gemessen am Schweregrad der klinischen Symptome einen größeren Schaden an, als P. multocida. Der Serumhaptoglobinspiegel ist unseren Untersuchungen zufolge nicht zur Detektion behandlungswürdiger Erkrankungen sowie zur Einschätzung des Schweregrades der Erkrankung geeignet, möglicherweise jedoch ein geeigneter prognostischer Indikator, was den Behandlungserfolg betrifft sowie die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rezidiven. Weitere Untersuchungen zu dieser Fragestellung sind jedoch erforderlich. Die Assoziationen zwischen der Körpermasse mit dem Behandlungserfolg und der Rezidivrate unterstreichen die Bedeutung nicht infektiöser Faktoren im Rahmen der polyfaktoriellen Pathogenese des BRDC. Viren haben im Umfang dieser Untersuchungen eine untergeordnete Rolle gespielt. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass nicht infektiöse Faktoren, darunter Stress durch Transporte und Neuzusammenstellungen sowie Management und Stallklima, die physikalischen und immunologischen Abwehrmechanismen insofern schädigen, als dass Bakterien, die den oberen Atmungstrakt besiedeln, das Vordringen und die Besiedelung des unteren Atmungstraktes ermöglicht wird.An epidemiological study was conducted in a dairy calf rearing unit to assess the relationship between animal characteristics (age, bodyweight and appetite), involvement of viral and bacterial pathogens, biochemical analysis (haptoglobin) as well as the course and clinical outcomes of the Bovine Respiratory Disease Complex (BRDC). In the clinical study, comprehensive data was generated between October 2010 and March 2011 in a clinical pharmacological trial following Good Clinical Practice (GCP) conditions. The study included 104 calves between 12 and 56 days of age which were under permanent observation starting from the time of inclusion in the study. Calves included in the study were suffering from the BRDC and fulfilled preset inclusion criteria (rectal temperature ≥ 40 °C and respiratory score ≥ 1 and attitude score ≥ 1). Following inclusion, the selected calves were subjected to physical examination at regular intervals as well as comprehensive diagnostics including sampling of materials for bacteriological, serological and biochemical examinations. The clinical symptoms and feed intake of 104 calves were recorded throughout the study and clinical findings were expressed in clinical score values. Trans-tracheal lavages for bacteriological examination were performed before treatment was initiated. Furthermore, paired serum samples were collected for determination of the levels of specific antibodies directed at BHV-1, BRSV, BPIV-3, BVDV and M. bovis. In addition, the acute phase protein ß-haptoglobin was determined in serum samples. After initial specimen collection, animals received a single treatment with a macrolide following the manufacturer’s information. The calves were then closely observed over a period of 22 days. Animals with persistent or relapsing respiratory symptoms and animals which developed a concomitant disease were excluded from the study if they had fulfilled preset exclusion criteria, but data obtained up to the day of exclusion was considered in the present study. At time of exclusion a second trans-tracheal lavage was performed on these animals. Data processing and analysis were carried out with the statistical software package SPSS for Mac, Version 19. From 69.2% (72/104) of the TTL-specimens, bacteria were isolated. In 30.8% (32/104) of the samples no bacteria were cultured. P. multocida was cultured from 31.7% (33/104) of the TTL samples and was therefore the most frequently isolated pathogen. M. haemolytica was cultured from 18.3% (19/104) of the specimens. H. somni was detected in only one sample and M. bovis was not found at all. In 25% (26/104) of the specimens, miscellaneous bacteria (primarily environmental bacteria, which are not known to act as respiratory pathogens) were detected. Repeated trans-tracheal lavages in 22 calves with persistent or relapsing BRDC were positive for bacteriological analysis in 54.5% (12/22). Most commonly, P. multocida was isolated (31.8% (7/22)). In one of those calves, a mixed- infection with M. haemolytica and P. multocida was found. From the lung of one calf with a fatal course of BRDC, P. multocida and M. haemolytica were cultured. In cases in which M. haemolytica was isolated from TTL-specimens, calves demonstrated a significantly lower body weight at inclusion than calves with a TTL positive for P. multocida. In addition, the course of disease was less serious in the latter group of animals. Calves with simultaneous culture of P. multocida and M. haemolytica from TTL specimens revealed a significantly lower milk replacer intake at inclusion than calves with a single infection of either bacterial species. Serological testing showed that 93.3% (97/104) of all tested calves were positive for antibodies directed at BHV-1, 81.7% (85/104) BPIV-3, 77.9% (81/104) BRSV and 73.1% (76/104) BVDV. These antibodies were presumably maternal antibodies. For paired serum samples, only one animal fulfilled criteria of the test for seroconversion (BRSV). 4.8% (5/104) of the animals tested positive for antibodies directed at M. bovis antigen. These were presumably originating from colostral antibody transfer. Calves excluded from the study due to persisting or relapsing BRDC weighed significantly less and showed more severe symptoms on the inclusion date than calves that recovered after a single antibiotic treatment. Within three months of arrival at the calf rearing facility, 56,4% (53/94) of the animals had a relapse of BRDC and needed additional treatment. Of all calves, 13,8% (13/94) required three or more treatments within the three month period. Calves which required just one treatment within this period were significantly older at inclusion and fell sick significantly later after arrival compared to the calves with relapses of BRDC. Furthermore, the body weights of calves requiring at least three treatments were significantly lower on the day of inclusion compared to calves requiring a maximum of two treatments. On the day of inclusion, a day where all included animals were clinically ill with BRDC, less than 60% of the animals had haptoglobin values above the detection threshold. There was no association demonstrated between the severity of the symptoms and blood serum concentrations of haptoglobin. Nevertheless, animals which recovered following the treatment had significantly lower haptoglobin concentrations on the first and second day following treatment, than those animals which did not recover. Calves requiring three or more treatments had significantly higher haptoglobin concentrations on the inclusion day, than calves only treated once or twice for BRDC. On the day previous to the inclusion date, calves which recovered from BRDC had a significantly higher milk replacer intake compared with their penmates which did not recover. The results of this present study underline the important role of host characteristics and P. multocida and M. haemolytica in the pathogenesis of the BRDC. Disease symptoms related to M. haemolytica infection were more severe than those related to P. multocida. Haptoglobin is neither suitable as an indicator for animals that need to be treated nor for the assessment of the severity of the BRDC. However, haptoglobin might be used as a prognostic tool for the treatment outcome and the likelihood of recurrent disease. Furthermore additional research is needed in this area. The associations between body weight and treatment outcome, as well as body weight and BRDC recurrence highlight the importance of non-infectious factors within the polyfactorial pathogenesis of the BRDC. Within the framework of this study, viruses played a minor role in the pathogenesis. In conclusion, non- infectious factors including stressors like transportation and commingling as well as on-farm conditions impair physical and immunological defense mechanisms and therefore facilitate the bacterial advance and colonization of the lower respiratory tract