Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Birte Voß

Bewertung eines Temperaturmesssystems im

Reticulo-Rumen bei Kälbern

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108661

title (engl.)

Evaluation of a system for temperature measurements in the reticulo-rumen of calves

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/vossb_ss16.pdf

abstract (deutsch)

Die erfolgreiche Aufzucht von gesunden Jungtieren spielt auf Mast- wie auf Milchviehbetrieben eine zentrale Rolle. Neben Durchfallerkrankungen führen Atemwegserkrankungen häufig bei Kälbern zu unterschiedlich ausgeprägten klinischen Symptomen. Die enzootische Bronchopneumonie (EBP) ist eine klassische multifaktorielle Krankheit und ist weltweit von großer Relevanz. Die EBP tritt in verschiedener Form in Mast- und Milchviehbetrieben auf; durch den Einfluss verschiedener Stressoren wie den Transport, das Einstallen vieler Tiere aus verschiedenen Herkunftsbetrieben tritt die EBP in Mastbetrieben zumeist nach dem Zusammenstallen (‚crowding‘-assoziierte Form) auf. Auf Milchviehbetrieben treten Atemwegssymptome durch die EBP bedingt gehäuft bei nasskaltem Wetter auf (saisonale Form). Die anatomischen Besonderheiten der Rinderlunge und eine Kombination aus viralen und bakteriellen Erregern können zu einem raschen Voranschreiten der Infektion und einer nachhaltigen Schädigung des Lungengewebes führen. Aus diesem Grund ist es essentiell die ersten Krankheitssymptome zu erkennen. In den frühen Phasen der Erkrankung sind in den meisten Fällen wenige auffällige Symptome feststellbar, jedoch haben die Kälber in dieser Zeit bereits Fieber, welches durch die routinemäßige Tierüberwachung schwierig zu erkennen ist. Im Zuge des vermehrten Einsatzes elektronischer Hilfsmittel in der Tierhaltung wurde ein Bolus entwickelt, der automatisiert die Temperatur im Reticulo-Rumen (ReRu) der Kälber misst und die Daten an eine Empfangsstation im Stall sendet. Schließlich werden die Daten an einen Server gesendet und verarbeitet, um den Landwirt eine Nachricht zu senden, falls der Bolus erhöhte Temperaturen misst. Mit dieser Arbeit wurde untersucht, ob die kontinuierliche Temperaturmessung bei Kälbern geeignet ist, um Fieber frühzeitig zu erkennen. Im ersten Praxisversuch wurde 150 männliche Kälber (Alter 16,6 ± 3,3 Tage) ein Temperaturbolus aus Keramik auf einem Mastbetrieb direkt nach dem Einstallen eingegeben, der die Temperatur (5 min. Rhythmus) für die Dauer von acht Wochen kontinuierlich gemessen hat. Im Zuge der Datenauswertung wurden Mittelwerte über 30 min., Tagesperioden (4-6 h) und 24 h berechnet. Die 30 min. Mittelwerte wurden weiter genutzt, um eine frühzeitige Erkennung mittels ‚cumulative sum‘ (CUSUM) -Control-Charts zu bewerten. CUSUM-Control-Charts meint die Summe der Differenzen zwischen Datenwerten; sie dienen der Entdeckung von Änderungen in einer Datenreihe und wurden hier auf ein mögliches Alarmsystem zur Erkennung von Fieber verwendet. Während der Versuchszeit wurde mindestens zweimal am Tag eine visuelle Gesundheitskontrolle der Tiere durchgeführt und bei Tieren, die durch ein mattes Allgemeinbefinden auffällig waren, wurde eine kurze Allgemeinuntersuchung durchgeführt und die rektale Temperatur gemessen. Außerdem wurden alle Tiere im Abstand von zwei Wochen routinemäßig gewogen und die rektale Temperatur gemessen. Eine ReRu-Hyperthermie (ReRu-Temperatur ≥ 40 °C) wurde bei 139 Kälbern in der Analyse der 30-min-Werte und bei 99 Kälbern in den Tagesperioden ermittelt. Während des Versuchszeitraumes wurde bei 31 Tieren rektale Werte ≥ 40 °C entdeckt, die eindeutig als Fieber gewertet wurden. Davon konnten 30 ausgewertet werden; ein Bolus dieser Tiere sendete nicht kontinuierlich Daten und wurde daher aus der Analyse genommen. Die Sensitivität und Spezifität der ReRu-Hyperthermie in den 30 min-Werten für die Erkennung von Fieber lag bei 77 % und 97 %, wohingegen die Mittelwerte über die Tagesperioden eine geringere Sensitivität von 61 % und ebenso gute Spezifität von 97 % aufwiesen. Der CUSUM-Test erreichte vergleichbare Ergebnisse (Sensitivität von 71%, Spezifität 98 %). Mit der Nutzung der Methode der CUSUM-Control-Charts konnte in der retrospektiven Auswertung eine im Mittel 3,5 Tage frühere Erkennung der ersten Fieberphase im Hinblick auf EBP der 30 eindeutig erkrankten Tieren ermittelt werden im Vergleich zu der in der Praxis üblichen visuellen Gesundheitsüberwachung. Die Ergebnisse des ersten Versuches dieser Arbeit lassen also den Schluss zu, dass die Nutzung der Boli bei sehr jungen Kälbern für eine schnellere Erkennung der Tiere mit Fieber sinnvoll wäre, jedoch auch zu beachten ist, dass viele Tiere ReRu-Hyperthermie zeigten, die in der Folge nicht mit weiteren Symptomen auffielen.

Im zweiten Versuch auf einem Milchviehbetrieb wurde insgesamt 60 weibliche Holstein-Friesian Kälber im Alter von im Mittel 12,1 Tagen ein Temperatur-Bolus eingebeben, hier wurde das gleiche System verwendet. Die Datenaufnahme erfolgte hier bei den Tieren bis zu einem Alter von sechs Monaten. Um die Langzeitnutzung des Systems mit den Boli bewerten zu können, sollte um Rahmen dieses Versuches die Lokalisation stichprobenartig überprüft werden, da sich die Größenverhältnisse beim heranwachsenden Rind verändern. Aus diesem Grund wurden fünf Tiere im Alter von 16, 30, 32, 43 und 45 Tagen röntgenologisch untersucht. Die Aufnahmen erfolgten am stehenden Tier von latero-lateral mit 90 kV und 5,0 mAs. Zusätzlich wurde die rektale Temperatur gemessen etwas 10 – 30 Minuten vor der Aufnahme. Bei allen Tieren konnte der Bolus in einer ähnlichen Position, im Reticulo-Rumen, lokalisiert werden, daher besteht die Vermutung, dass diese sich nicht verändert während der anatomischen und physiologischen Entwicklung des Pansens. Die Größe des noch nicht vollständig ausgebildeten Vormagens ist folglich ausreichend, um den Bolus aufzunehmen. Außerdem scheint die Größe des Bolus ausreichend zu sein, um im Vormagensystem zu verbleiben und nicht ausgeschieden zu werden, da sich beim Betrachten der Temperaturdaten nach etwa 40 Wochen, diese stets Körpertemperaturen anzeigen. Diese Ergebnisse stützen die Aussage, dass eine Nutzung über einen längeren Zeitraum möglich ist.

Im Verlauf der Auswertung des Langzeitversuches (2.-26. Lebenswoche) auf dem Milchviehbetrieb wurde außerdem untersucht, welchen Einfluss die Tageszeit, das Alter, eine Impfung sowie Stressfaktoren auf die ReRu-Temperatur haben. Hier wurde bis zu einem Alter von 9 Wochen einmal pro Woche eine kurze Allgemeinuntersuchung durchgeführt und die rektale Temperatur gemessen. Einundfünfzig Kälber wurden außerdem gegen EBP geimpft. Die Temperaturdaten wurden über 30 min und Tagesperioden (6 h) gemittelt; Werte ≥ 39,6 °C wurden als ReRu Hyperthermie (Hyp) 1 und Werte ≥ 40 °C als ReRuHyp 2 klassifiziert. Eine rektale Temperatur ≥ 39,6 °C galt als Fieber und wurde insgesamt 17 Tieren festgestellt. Die in dieser Phase (Fieberphase = 2 Tage vor Fieber, 1 Fiebertag, 2 Tage nach Fieber) erfassten ReRu-Temperaturen lagen im Mittel über der in einer vermeintlich gesunden Phase gemessenen Werte (39,74 ± 0,55 °C vs 39,31 ± 0,42 °C). Es konnte ein signifikanter Effekt von Alter, Tageszeit und Impfung ermittelt werden. Die  anatomischen und physiologischen Anpassungsvorgänge sorgen für einen Anstieg der ReRu-Temperaturen bis in etwa zur elften Lebenswoche. Der Einfluss der Fermentationsprozesse, die in diesem Alter mit der Pansenaktivität zunehmen, und die tageszeitliche Rhythmik sind demzufolge als bedeutend einzustufen und sollten bei der Bewertung erhöhter ReRu-Temperaturen berücksichtigt werden. Schlussfolgernd kann gesagt werden, dass eine Nutzung der Temperatur-Boli für die Erkennung von Fieber in Folge einer EBP Erkrankung bei Kälbern geeignet ist. Jedoch ist zu beachten, dass erhöhte Temperaturen vor allem beim Heranwachsen der Tiere und in den Abendstunden bei fast allen untersuchten Tieren zu detektieren waren. Für die Verbesserung der Erkennung von Fieberereignissen sollten weitere Untersuchungen folgen.

 

abstract (englisch)

The rearing of healthy calves is of substantial relevance in dairy and beef cattle. Besides of the most important calf disease, the neonatal diarrhea, respiratory problems lead to a varying severity of symptoms. The bovine respiratory disease (BRD) is a multifactorial disease and is a major problem around the world. The BRD causes generally two different forms of clinical appearance in beef or dairy herds. In beef cattle frequently there is a disease outbreak after transportation and commingling when many stressors negatively influence the immunological response of the calves (crowding associated form). In dairy herds there are more cases of BRD in the cold season (seasonal form). The special anatomy of bovine lungs together with viral and bacterial infection leads to a fast progression of BRD and often to irreparable damage of the lung tissue. The earlier BRD symptoms are detected, the better are the chances for recovery. But in the initial phase of the disease the animals show less obvious clinical signs, therefore the recognition of the farm personnel is rather difficult. However, during that phase most calves show an elevated body temperature (fever), which is hard to detect with the routine of health monitoring. In the course of developing new techniques for data acquisition in animal husbandry, there was the invention of a bolus, which measures the temperature in the reticulo-rumen in calves continuously. The data were sent to the base station in the stable and afterwards to the server. After data processing the farmer receives a message, if the bolus measures elevated temperatures (ReRu hyperthermia) as an alarm signal. The aim of this thesis was the investigation of the applicability of the continuous temperature measurement in calves for early fever detection.

The objective of the first field-trial in pre-weaned calves was to assess the temperature-bolus for the early identification of increased body temperatures. Continuous temperature information from 150 male fattening calves (16.6 ± 3.3 d at arrival) was analyzed over a period of eight weeks. The data obtained every 5 minutes (min) was averaged over periods of 30 min, 4-6 hours (h) (day periods) and 24 h. The 30 min means were further evaluated using cumulative sum (CUSUM) control charts. All calves were inspected by trained persons at least twice a day and rectal temperature was measured (in the calves) showing visible signs related to BRD. Additionally, rectal temperature was routinely measured in all animals every two weeks. A ReRu hyperthermia (ReRu temperature ≥ 40°C) was detected in 139 calves over 30 min and in 99 calves over the day periods, respectively. During the evaluation period rectal temperature above or equal 40°C (fever) was measured in 31 animals. One bolus did not send continuous data; therefore this one was excluded from further analysis. The sensitivity (Se) and specificity (Sp) of ReRu hyperthermia (Hyp) for the 30 min means to detect fever were 77% and 97%, respectively, whereas means of the day periods had a Se of 61% and a Sp of 97%. The CUSUM test revealed a Se of 71% and Sp of 98%. On average, calves with fever were detected 3.5 d earlier by the CUSUM-control charts in contrast to visual health monitoring. To conclude, the results of the first trial show a faster detection of fever in young calves and prove a benefit of the use of the temperature boluses in fattening farms. However, there were many calves with ReRuHyp periods without following detection of rectal fever.

The second trial was performed on a dairy farm with female group-housed Holstein Friesian calves (age 16, 30, 32, 43 and 45 days). In total, 60 calves were given the temperature bolus with an average age of 12.1 days. The boluses recorded the temperature data until the age of six months. For the evaluation of a system also used in young calves which should be retained in the developing forestomach for years there is the need to determine the position of the bolus, because the size and relation of the forestomach changes fundamentally. Therefore, x- ray images were taken in five calves with an age of 16, 30, 32, 43 and 45 days of life for the determination of the localization of the boluses. The pictures were taken of the thorax (latero- lateral) in standing animals from the left and the right side with 90 kV and 5.0 mAs and the rectal temperature in all calves was measured 10 - 30 min before the radiography. In all calves the temperature boluses were detected in a similar position (reticulo-rumen). Therefore, it can be assumed, that the boluses remain in the same position after the supply and the development of the forestomach is sufficient to lodge the bolus even in very young calves. Additionally, the assessment of the reticulo-ruminal temperature after 40 weeks revealed that the boluses were still actively sending data of body temperature. In conclusion, the boluses seem to maintain in the rumen during the development and growth, therefore the long term use of the bolus can be recommended.

In the course of the analysis of the long-term trial (2.-26.week of life) on the dairy farm further investigations were focused on the effect of daytime, age, vaccination and possible stress factors on the ReRu temperature. A short general examination was performed including measurement of the rectal temperature once a week up until the 9th week of life. Additionally, 51 calves were vaccinated against BRD. Mean values were calculated for 30 min and daytime period (6h) ReRu temperature. Values ≥ 39.6 °C were classified as ReRuHyp 1 and values ≥ 40 °C as ReRuHyp 2. Fever was defined as rectal temperature ≥ 39.6 °C and was found in 17 animals. In that period around the fever detection (‘fever phase’= 2 days before fever, day of fever, 2 days after fever) the mean temperature was higher than in an apparently healthy 5 day period (39,74 ± 0,55 °C vs 39,31 ± 0,42 °C). The analysis of the temperature data has revealed, that the age, daytime and vaccination have a significant effect on the ReRu temperature. The bacterial fermentation in the forestomach and the biological daily rhythmicity in body temperature have a strong influence and should be in mind while interpreting ReRuHyp values. To conclude, the use of the automated measurement in the ReRu with a bolus can be recommended for fever detection in periods with high risk of BRD illnesses in young calves. However, these findings demonstrate also, that in almost every investigated calf elevated ReRu temperature were detectable, especially during the period of growth and during the evening. For a better detection of fever cases further research should be conducted to determine ReRuHyp values not related to fever.

 

keywords

Temperaturmessung, Reticulo-Rumen, Kälber/ temperature measurements, reticule-rumen, calves

kb

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