Study of metabolic parameters in blood and rumen fluid during the weanning period in holstein calves

The main objective of this study was to investigate the metabolic and nutritional parameters during the peri-weaning period in Holstein calves. The study was conducted in 9 commercial dairy farms during the period April 2017- November 2019. Two hundred and forty-nine Holstein calves were included. At three time-points relative to the day of weaning (-7 days, at weaning and 7 days after weaning) for each calf: a) clinical examination was performed, b) blood samples were collected for the determination of serum concentration of total protein (TP), albumin (ALB), globulin (GLOB), blood urea nitrogen (BUN), cholesterol (CHOL), triglyceride (TRIG), total bilirubin (tBIL), aspartate aminotransferase (AST), γ-glutamyl transferase (γ-GT), β-hydroxybutyrate acid(BHBΑ) and non-esterified fatty acids (NEFA), c) samples of rumen fluid were collected to determine the concentration of Volatile Fatty Acids (VFA) including Acetate, Propionate, Butyrate, Iso-butyrate, Valerate, Iso-Valerate, Caproate and Enanthate using gas chromatography, d) ruminal fluid pH was measured on site and e) farm management practices were recorded. The effect of time relative to weaning (TIME-W), adjusted for age at weaning and accounting for herd- and calf-level random variation, was assessed using linear mixed models. Reference intervals (RI) for total peri-weaning (PeriRI), preweaning (PreRI) and post-weaning (PostRI) periods were generated with the software Reference Value Advisor. Established RIs were visually compared with adult cow RIs. In order to compare PeriRI, PreRI and PostRI, the Cohen's kappa coefficient (κ) was used. Linear mixed models for repeated measurements were used to assess the effects of management factors and their interactions. The association of total and individual VFA with pH was assessed with Pearson's linear correlation index (r). At each time point, multiple ROC curve analyses were performed using pH as the state variable in 0.1 subdivisions (within the range of 5.0–6.5 and 6.5–7.5) and total VFA concentrations as the quantitative variable, to determine critical cutoff points of the quantitative variable. From these critical points of VFA concentration, three categories of calf classification emerged that were considered indicative of the solid feed consumption by the calves (low, adequate, and high consumption categories). Subsequently, for each time point, different multinomial linear logistic regression models were created to assess the classification of calves in one of the above categories regarding the concentration of biochemical parameters, the concentration of VFAs, and the applied management practices. Adequate and high consumption categories were merged, and the main biochemical parameters that had a statistically significant effect in the multinomial linear logistic regression models were included as quantitative variables in ROC curves, to determine cutoff thresholds related with an increased probability of categorizing calves in any of the two categories (adequate- high or low). The effect of TIME-W was significant for all parameters, except CHOL. Estimated marginal means for TP, ALB, GLOB, BUN, AST and BHBA increased across TIME-W, while those of tBIL and NEFA decreased from 0d to +7d and of TRIG decreased from -7d to 0d. Total peri-weaning period RIs differ from AC for all parameters except γ-GT; PeriRI should be used for all biochemical parameters except for BUN, AST and BHBA for which, PreRI and PostRI are preferable. A large among‐calves phenotypical variability was observed. Estimated marginal means showed that concentrations of acetate, butyrate, and total VFAs (but not of propionate) significantly decreased, while acetate propionate increased, from −7 d to 7 d. Age at weaning and body weight at −7 d were positively associated with total and several individual VFA concentrations. Group housing and late forage feeding at the pre‐weaning stage were associated with higher VFA concentrations; the same factors, as well as gradual weaning, were associated with pH values around 6. The pH values were negatively correlated with total VFA concentrations at each time point (P 260.3 μmol/L) and NEFA on -7 d (> 0.175 mmol/L) can be used to predict the categorization of calves into the categories adequate-high consumption with a sensitivity of 94.1%. The concentrations of BUN, AST and BHBA are potential candidates for assessing weaning management. Feeding 7–8 L of milk replacer daily did not preclude a smooth transition, irrespective of weaning method. The concentrations of BHBA and NEFA before weaning can be a reliable indicator of solid feed consumption during this stage and therefore a clinical individual weaning criterion for each calfΟ σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν η μελέτη των μεταβολικών και διατροφικών παραμέτρων κατά την περίοδο του απογαλακτισμού σε μόσχους φυλής Holstein σε επίπεδο εκτροφής. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε σε 9 εμπορικές εκτροφές. Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 249 μόσχοι φυλής Holstein κατά τη χρονική περίοδο Απρίλιος 2017- Νοέμβριος 2019. Η έρευνα μας περιλαμβάνει 3 σημεία ελέγχου (7 ημέρες πριν τον απογαλακτισμό, κατά τον απογαλακτισμό και 7 ημέρες μετά από αυτόν). Για κάθε μόσχο σε κάθε σημείο ελέγχου γινόταν: α) κλινική εξέταση, β) λήψη δειγμάτων αίματος για τον προσδιορισμό των Ολικών πρωτεϊνών (TP), Αλβουμινών (ALB), Ουρίας Αζώτου Αίματος (BUN), Χοληστερόλης (CHOL), Τριγλυκεριδίων (TRIG), Ολικής Χολερυθρίνης (tBIL), Ασπαρτικής αμινοτρανσφεράσης (AST), γ-γλουταμυλ-τρανσφεράσης (GGT), β-υδροξυβουτυρικού οξέος (BHBΑ) και Μη εστεροποιημένων λιπαρών οξέων (NEFA) στον ορό του αίματος, γ) λήψη δειγμάτων του περιεχομένου της μεγάλης κοιλίας για τον προσδιορισμό των Πτητικών λιπαρών οξέων (Οξικό, Προπιονικό, Βουτυρικό, Ισοβουτυρικό, Βαλερικό, Ισοβαλερικό, Καπροϊκό και Οινανθικό) με τη χρήση αέριας χρωματογραφίας, δ) μέτρηση του pH του περιεχομένου της μεγάλης κοιλίας και ε) καταγραφή των διαχειριστικών παραμέτρων για κάθε μόσχο. Η επίδραση του χρόνου σε σχέση με τον απογαλακτισμό (TIME_W) προσαρμοσμένη για την ηλικία του απογαλακτισμού και λαμβάνοντας υπόψιν την τυχαία διακύμανση σε επίπεδο εκτροφής και μόσχου, αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας μικτά γραμμικά μοντέλα. Εύρη τιμών αναφοράς για όλη την περίοδο της μελέτης (PeriRI), την περίοδο πριν τον απογαλακτισμό (PreRI) και μετά από αυτόν (PostRI) υπολογίστηκαν με τη χρήση του λογισμικού Reference Value Advisor v.2.1 (RefValAdv). Με σκοπό να ελεγχθεί η συμφωνία μεταξύ των PeriRI με τα διαστήματα αναφοράς των επιμέρους περιόδων, χρησιμοποιήθηκε ο συντελεστής Cohen’s kappa (κ). Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν μικτά γραμμικά πρότυπα με επαναλαμβανόμενες μετρήσεις για την αξιολόγηση της επίδρασης των διαχειριστικών παραμέτρων και των αλληλεπιδράσεων τους. Διερευνήθηκε η συσχέτιση των ΠΛΟ και της τιμής του pH με τον δείκτη γραμμικής συσχέτισης Pearson (r). Σε κάθε χρονικό σημείο, χρησιμοποιήθηκαν πολλαπλές καμπύλες ROC χρησιμοποιώντας το pH ως διαχωριστική μεταβλητή σε υποδιαιρέσεις 0,1 (εντός του εύρους τιμών 5,0-6,5 και 6,5-7,5) και οι συγκεντρώσεις των ολικών ΠΛΟ ως ποσοτική μεταβλητή, για να βρεθούν κρίσιμα σημεία της ποσοτικής μεταβλητής. Από τα παραπάνω κρίσιμα σημεία («υψηλό» και «χαμηλό») συγκέντρωσης των ΠΛΟ προέκυψαν 3 κατηγορίες ταξινόμησης των μόσχων. Οι παραπάνω κατηγορίες θεωρήθηκαν ενδεικτικές της κατανάλωσης στερεών τροφών των μόσχων. Στη συνέχεια, για κάθε χρονικό σημείο δημιουργήθηκαν ξεχωριστά πρότυπα λογιστικής παλινδρόμησης για την αξιολόγηση της κατάταξης των μόσχων σε μια από τις παραπάνω κατηγορίες σε σχέση με τη συγκέντρωση των βιοχημικών παραμέτρων, της συγκέντρωσης των ΠΛΟ και των εφαρμοζόμενων διαχειριστικών πρακτικών. Η επαρκής και υψηλή κατανάλωση έλαβαν την ίδια κωδικοποίηση και οι κύριες βιοχημικές παράμετροι που είχαν στατιστικά σημαντική επίδραση στα πρότυπα πολυωνυμικής παλινδρόμησης, εισήχθησαν ως ποσοτικές μεταβλητές σε καμπύλες ROC, για να βρεθούν κρίσιμα σημεία πάνω ή κάτω από τα οποία υπάρχει αυξημένη πιθανότητα κατηγοριοποίησης των μόσχων σε κάποια από τις 2 κατηγορίες. Η επίδραση του TIME_W ήταν σημαντική για όλες τις παραμέτρους, εκτός από τη CHOL. Ο εκτιμώμενος οριακός μέσος όρος για TP, ALB, GLOB, BUN, AST και BHBΑ αυξήθηκε κατά τη διάρκεια του TIME_W, ενώ των tBIL και NEFA μειώθηκε από την ημέρα 0 έως την ημέρα +7 και του TRIG μειώθηκαν από την ημέρα -7 έως την ημέρα του απογαλακτισμού. Τα PeriRI πρέπει να χρησιμοποιούνται για όλες τις βιοχημικές παραμέτρους εκτός από το BUN, AST και ΒΗΒΑ, για τα οποία τα εύρη αναφορών πριν και μετά τον απογαλακτισμό είναι προτιμότερα. Οι εκτιμώμενοι οριακοί μέσοι έδειξαν ότι οι συγκεντρώσεις του Οξικού, Βουτυρικού και Ολικών ΠΛΟ (όχι του Προπιονικού) μειώθηκαν σημαντικά, ενώ το οξικό και το προπιονικό αυξήθηκαν από την ημέρα -7 έως την ημέρα +7. Η ηλικία κατά τον απογαλακτισμό και το σωματικό βάρος των μόσχων την ημέρα -7 συσχετίστηκαν θετικά με τις συγκεντρώσεις των ολικών και των επιμέρους ΠΛΟ. Ο ομαδικός σταβλισμός και η χορήγηση χονδροειδών ζωοτροφών αργά πριν τον απογαλακτισμό συσχετίστηκαν με υψηλότερες συγκεντρώσεις ολικών ΠΛΟ. Οι ίδιοι παράγοντες, καθώς και ο σταδιακός απογαλακτισμός συσχετίστηκαν με τιμές pH περίπου 6. Οι τιμές του pH συσχετίστηκαν αρνητικά με τις συγκεντρώσεις των ολικών ΠΛΟ σε κάθε χρονικό σημείο (Ρ 260,3 μmol/L), των NEFA (-7) (> 0,175 mmol/L), τα οποία μπορούν να προβλέψουν την κατηγοριοποίηση των μόσχων στις κατηγορίες επαρκής-υψηλή κατανάλωση με ευαισθησία 94,1%. Οι συγκεντρώσεις των BUN, AST και ΒΗΒΑ θα μπορούσαν να αποτελούν κριτήρια αξιολόγησης της διαχείρισης των μόσχων κατά το στάδιο του απογαλακτισμού. Η καθημερινή χορήγηση 7-8L υποκατάστατου γάλακτος δεν αποκλείει την ομαλή μετάβαση κατά το στάδιο του απογαλακτισμού, ανεξάρτητα από τη μέθοδο του απογαλακτισμού