Analysis of selected blood parameters of the energy metabolism in cattle with digital dermatitis

Die Dermatitis Digitalis (DD) ist eine multifaktorielle Infektionserkrankung, die weltweit vor allem an den Klauen von Milchrindern in Laufstallhaltungen auftritt. DD führt zu umschriebenen Entzündungen der Ballenhaut unmittelbar oberhalb des Kronsaums, die im akuten Stadium eine erhebliche Einschränkung des Wohlbefindens der Tiere bedingen, und sich zudem in Leistungseinbußen manifestieren. Aufgrund auffallender Ähnlichkeit im Erregerspektrum und im Verlauf zwischen der DD und der Parodontitis des Menschen, bei der es sich um eine progressiv verlaufende Entzündung des Zahnfleisches handelt, und der Tatsache, dass diese Erkrankung bevorzugt bei Patienten vorkommt, die unter "metabolischem Syndrom" (MS) leiden, wurden im vorliegenden Projekt ausgewählte Variablen des Energiestoffwechsels des Rindes bei gesunden Tieren, Tieren mit einer nicht infektiös bedingten Klauenerkrankung und mit DD untersucht. Zu diesem Zweck wurde auf fünf Milchkuhhaltungen in Brandenburg im Anschluss an eine Pilotstudie die DD-Prävalenz ermittelt und anhand einer Stichprobenuntersuchung Anhaltspunkte für eine Beteiligung des Stoffwechsels am Krankheitsgeschehen der DD untersucht, die vergleichbar mit den Beobachtungen bei der Parodontitis und MS des Menschen sind. DD in verschiedenen Stadien wurde bei insgesamt 1075 von 1587 Tieren diagnostiziert. Die Prävalenz der DD lag in den Betrieben zwischen 39,5% und 89,9 %. Der Anteil der Tiere, die an einer Hintergliedmaße DD aufwiesen, betrug insgesamt 23,2% mit einer Streuung zwischen den Betrieben von 19,1% und 32,7%. Der Anteil, der an beiden Hintergliedmaßen erkrankten Kühe, lag insgesamt bei 44,6% und schwankte innerhalb der Betriebe zwischen 18,5% und 66,7%. In den zwei mit planbefestigten Laufflächen und Tiefstreuboxen ausgestatteten Betrieben lag der Anteil der an DD erkrankten Tiere bei insgesamt 41,6%, während in den Betrieben mit gummierten Laufflächen und Hochboxen mit Gummimatten insgesamt 86,2% der Tiere DDLäsionen aufwiesen. Der Anteil an Tieren, die an beiden Hintergliedmaßen DD aufwiesen, lag entsprechend bei 21,7% bzw. 60,7%. Die Berechnung der Crude Ratios ergab, dass Tiere in Haltung mit gummierten Lauf- und Liegeflächen eine 8,67-mal höhere Chance hatten (p=0,000) an DD erkrankt zu sein, als Tiere, die auf planbefestigtem Betonboden und Tiefstreu-Liegeflächen gehalten wurden. Neben dem erhöhten Ansteckungspotential, das durch eine höhere Bewegungsaktivität der Tiere auf Gummiböden begründet ist, könnte die durch geringeren Hornabrieb auf Gummi verursachte, niedrige Ballenhöhe ursächlich sein. Geringe Ballenhöhe fördert den Kontakt des Ballens mit Flüssigkeiten auf den Laufflächen, was einen Risikofaktor für DD darstellt. Von insgesamt 300 Tieren aus drei Fallgruppen und vier Leistungsgruppen, wurden die mittleren Serumkonzentrationen (SK) an freien Fettsäuren (NEFA), ß-Hydroxybuttersäure (ß-HBS), Glukose, Triglyzeride und Cholesterin innerbetrieblich und betriebsübergreifend verglichen. Die drei Fallgruppen bestanden aus Tieren mit nicht infektiösen Klauenerkrankungen (FG1), Tieren mit akuter DD im M2-Stadium (FG2) und solchen, ohne jegliche Erkrankung der Gliedmaßen (FG3). In die unterschiedlichen Leistungsgruppen wurden die Tiere von 14-70 Tagen post partum (d p.p.), 71-150 d p.p., 151-250 d p.p. und Tiere >250 d p.p. eingeteilt. Es ergaben sich große Unterschiede im Vergleich der mittleren SK der einzelnen Parameter zwischen den Betrieben. Auch die Berechnungen im GLM zeigten hohe Signifikanz des Faktors Betrieb auf die SK aller Blutparameter. Es fanden sich signifikante Unterschiede zwischen den mittleren SK für NEFA, Triglyzeride und Cholesterin (p=0,000, p= 0,033 und p=0,000) in den verschiedenen Leistungsgruppen, die sich mit der physiologischen Anpassung des Stoffwechsels über die Laktationsperiode erklären lassen. In der vorangegangenen Pilotstudie konnte im Blut von Tieren der FG2 (DD) im Vergleich zu Tieren der FG 1 (lahm) und der FG 2 (gesund) signifikant höhere SK für NEFA festgestellt werden ( p=0,0). Außerdem sind NEFA-Werte zwischen 0,4-0,6 mmol/l in diese Studie mit einem höheren Risiko für Lahmheit und DD assoziiert (odds ratio 13,5 und 9,4). Tiere der FG2 (DD) wiesen niedrigere SK für Glukose auf (p= 0,052). Dieser Unterschied zeigte sich verstärkt in der Gruppe der Frühlaktierenden (p=0,011). Höhere SK für NEFA-Werte und niedrige SK für Glukose bei lahmen und an DD erkrankten Tieren könnten durch geringere Futteraufnahme oder geringeren Energieverbrauch als Folge der lahmheitsbedingten Bewegungsunlust hervorgerufen werden. Auch eine schmerzbedingte Stressreaktion kommt als mögliche Ursache für erhöhte SK für NEFA in Frage. Eine weitere Ursache für vermehrtes vorkommen von Lahmheit bzw. DD bei Tieren mit höheren SK für NEFA und niedrigeren SK für Glukose könnte in der Beeinflussung des Immunsystems und der Wundheilung durch eine negative Energiebilanz (NEB), und damit einhergehender Leberverfettung und Insulinresistenz liegen. Tiere mit DD neigen zu höheren SK an Cholesterin ohne statistische Signifikanz. Eine mögliche Erklärung ist die Beeinflussung des Cholesterintransports durch Entzündungszustände. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigten keine eindeutigen Hinweise auf einen Einfluss der ausgewählten Variablen des Energiestoffwechsels auf das Krankheitsgeschehen der DD. Zur genaueren Einordnung der Ergebnisse dieser Studie sind weiterführende Untersuchungen notwendig. Insgesamt ergaben sich große betriebsspezifische Unterschiede in den Blutwerten und der DD-Prävalenz, die den starken Einfluss von Managementpraktiken und Haltungsbedingungen auf den Stoffwechsel und die Tiergesundheit unterstreichen.Digital Dermatitis (DD) is a multifactorial, infectious bovine claw disease, mainly affecting dairy cows that are kept in loose housing systems. DD usually manifests as a circumscribed inflammation of the skin just above the coronary band. The acute stage of these lesions causes a considerable reduction of animal-wellbeing and loss in production. In human medicine, an inflammation of the oral cavity- Periodontal Disease- shows noticeable similarities in etiological bacteria and in the influence of environmental risk factors on the course of the disease. Because of these similarities and with the fact that many patients with periodontal disease also suffer from "metabolic syndrome" (MS), this study analyzed selected blood parameters of the bovine energy metabolism in healthy animals, animals with DD and animals with claw diseases of non-infectious origin. A pilot study was carried out previously to the main study. In the main study, examination of claws and sampling of blood took place on five dairy farms in the German region of Brandenburg, to provide indications for the involvement of metabolism in the pathogenesis of DD, similar to the observations made in human periodontal disease and MS. Different stages of DD were diagnosed in 1075 of 1587 examined animals. Prevalence of disease varied between the different farms from 39.5% to 89.9%. The percentage of animals with one affected hind limb was 23.2% in total and varied between 19.1% and 32.7% on the different farms. The percentage of animals affected on both hind limbs was 44.6% in total and ranged between 18.5% to 66.7%, depending on the farm. Two of the five farms had concrete flooring walking pens and straw bedding in the cubicles, while the other three had rubber flooring walking pens and rubber mattresses in the cubicles. The farms with concrete flooring showed a prevalence of DD at 41.6%, while the farms with rubber flooring showed a prevalence of 86,2%. DD on both hind limbs was found in 21.7% and 60.7% of animals, respectively. In this study, the crude ratios for animals becoming infected with DD are 8.67 fold higher (p=0.000) when they are held in cubicle housing systems with rubber surface walking pens and beds than for animals that are kept on concrete floors and straw bedding. Blood samples from 300 animals were taken and analyzed to determine the serum concentration (SK) of non-esterified fatty acids (NEFA), ß-hydroxybutyrate (ß-HBS), glucose, triglycerides and cholesterol and to compare them between groups and farms. They were categorized in three groups (FG) regarding their claw health, as diagnosed in the trimming chute, and in four groups regarding their state of lactation. Claw health groups consisted of animals affected by DD in the acute M2-stage (FG 2 = DD-group), animals that showed lameness because of a non-infectious claw disease (FG 1=lame-group) and a group of animals with no claw disease at all (FG 3 =healthy-group). State of lactation was determined by days after calving (d p.p.) and categorized in groups of 14-70 d p.p., 71-150 d p.p., 151-250 d p.p. and over 250 d p.p. The comparison of mean values of SK revealed substantial differences for all blood parameters between the five herds. Also, the results of the generalized linear models showed that the factor "farm" significantly influenced the SK of all blood parameters analyzed. The mean values of SK for NEFA, triglycerides and cholesterol differed significantly between the different states of lactation (p=0.000; p= 0.033; p=0.000), which can be explained by the physiological changes in metabolism throughout the lactation period. In the pilot-study, the SK for NEFA were significantly higher (p=0,0) in the blood of cows within FG 2 (DD) compared to those of FG 1 (lame) and FG 3 (healthy) group. In the present study, SK for NEFA between 0.4 and 0.6 mmol/l is associated with a higher risk for lameness (OR=13.5 / p=0.006) an DD (OR=9.4 / p=0.012). Animals of FG 2 (DD) showed lower mean values for SK of Glucose (p=0.052) This difference was more pronounced in the group of animals in early lactation (p=0.011). Higher SK for NEFA and lower SK for Glucose in lame cows can be a result of reduced feed intake and reduced energy consumption due to lower activity. A pain-related stress reaction could also be a cause of higher SK for NEFA. Another cause for increased incidence of lameness and DD in animals with higher SK for NEFA and lower SK for Glucose could be the influence of negative energy balance (NEB) on the Immune system and healing of wounds. Animals of FG 2 (DD) had higher mean values for SK of cholesterol than healthy or lame animals, without being statistical significant. The cholesterol transport could be influenced by inflammatory conditions. The results of this study show no clear role of the selected blood parameters of the energy metabolism on the pathogenesis of DD. Further research is necessary to assess the results of this study. Overall there were remarkable differences in mean SK of the analyzed blood parameters and in DD prevalence between herds, that emphasize the importance of management practices and housing conditions for metabolism an animal healt