The overall objectives of this thesis were (1) to evaluate ear skin temperature as a cow-side test to predict serum calcium concentration, (2) to determine the prevalence of clinical and subclinical hypocalcemia in German dairy herds, and (3) to evaluate the impact of hypocalcemia on early lactation milk yield, reproductive performance, and culling risk in early lactation. To evaluate ear skin temperature as a cow-side test, a cross-sectional study was conducted enrolling 251 cows from 7 dairy herds. Skin temperature was scored manually by palpation of the ears and measured by infrared thermography. In addition, skin temperature on the coxal tubers, ambient temperature and rectal temperature were measured. Finally, a blood sample was drawn to determine serum calcium concentration. Cows with a serum calcium concentration below 2.0 mmol/L were considered as hypocalcemic. When clinical symptoms of hypocalcemia (e.g. shivering, recumbency) were apparent, the cow was classified as suffering from milk fever. Hypocalcemia in the absence of clinical symptoms was classified as subclinical hypocalcemia. To evaluate whether serum calcium concentration can be predicted by measuring the ear temperature and other temperature estimates, a multivariate analysis using the GENLINMIXED procedure and a ROC-curve analysis was performed. Hypocalcemia was prevalent in 3.3 %, 27.3 %, 32.8 % and 69.6 % of first, second, third and ≥ fourth lactation cows, respectively. In third and ≥ flourth lactation cows, 6.0 % and 20.3 % were suffering from clinical milk fever. Calcium status affected ear skin temperature. Normocalcemic cows (median 30,3 °C, IQR 26,0 °C – 32,8 °C) had higher ear skin temperature compared with cows affected by subclinical hypocalcemia (median 27.6 °C, IQR 22.1 °C – 30.8 °C) and milk fever (median 21.8 °C; IQR 14.7 °C – 27.0 °C). A decrease of 0.1 mmol/L in serum calcium concentration was associated with a decrease in ear temperature of 0.39 °C (95 % CI 0.25 – 0.54; P = 0.001). Ear skin temperature is not useful as a diagnostic test (sensitivity = 49.3; specificity = 73.8; threshold 2.0 mmol/L) to identify cows with subclinical hypocalcemia because of the great impact of ambient temperature on temperature of the ears. When there was an increase in ambient temperature of 1 °C, temperature of the ears rose by 0.78 °C (95 % CI 0.67 – 0.90; P = 0.001). Although there has been a mild association between serum calcium concentration and ear skin temperature, measurement of ear skin temperature cannot be recommended as a cow-side test to identify cows with subclinical hypocalcemia. The objective of the second study was to evaluate prevalence of clinical and subclinical hypocalcemia in German dairy herds. In a cross-sectional study, blood samples were drawn from periparturient cows 0 to 48 h after calving and analyzed for serum calcium, phosphorus and magnesium concentration. Overall, 1,709 blood samples were taken from 125 farms. Of these 329 blood samples had to be excluded, resulting in 1,380 blood samples from 115 farms (12 animals were tested on each farm). Cows were considered as normocalcemic or hypocalcemic using 2.0 mmol/L as a threshold. Cows with clinical signs (e.g. recumbency) were classified as milk fever. Each of the 115 herds was classified into negative (0 to 2/12), borderline (3 to 5/12), and positive (≥ 6/12) according to the number of animals with hypocalcemia. Preventive strategies against hypocalcemia implemented on the farms were documented. Prevalence of clinical milk fever was 1.4 %, 5.7 % and 16.1 % for second, third, and ≥ fourth parity cows, respectively. None of the cows in first lactation was suffering from clinical milk fever. Subclinical hypocalcemia was present in 5.7 %, 29.0 %, 49.4 % and 60.4 % of cows in first, second, third, and ≥ fourth lactation, respectively. Fourteen, 51, and 50 herds were classified as negative, borderline, and positive, respectively. A positive correlation was observed between serum calcium and serum phosphorus concentration (R2 = 0.335; P < 0.001). Serum calcium and serum magnesium concentration showed a negative correlation (R2 = 0.151; P < 0.001). Of the farms enrolled, 65 had no preventive strategy implemented to control hypocalcemia. Among the farms with an implemented control strategy (n = 50), oral calcium supplementation at parturition was most common (40/50), followed by feeding of anionic salts in the close-up diet (10/50). The results indicate that prevalence of clinical and subclinical hypocalcemia in German dairy herds was high and that the minority of the farms had preventive strategies implemented. The objective of the third study was to evaluate the impact of hypocalcemia on milk yield, reproductive performance, and culling. Herdsmen of the farms that participated in the previous study were asked to provide a backup of their herd management software 150 days after the last cow was sampled. After discarding cows (n = 283) with missing data, a total of 1,426 cows were considered for final analyses. Serum calcium concentration of each cow was related to early lactation milk yield (test day 1 to 3), reproductive performance (DIM at first artificial insemination (AI), pregnancy per AI at first AI, time to pregnancy within 150 DIM) and culling (until 60 DIM) data. Generalized linear mixed models were used to analyze continuous or categorical data. Shared frailty models were used for time to event data. Five different thresholds were used to define hypocalcemia. Thresholds ranged from 1.8 to 2.2 mmol/L using 0.1 mmol/L increments. Milk fever was defined as in the previous studies. Regarding the effect of hypocalcemia on milk yield, the effect was conditional on parity. While primiparous cows suffering from hypocalcemia (threshold: 2.0 mmol/L) tended to produce less milk (2.07 kg/d, P = 0.063) compared with normocalcemic primiparous cows in early lactation, hypocalcemic multiparous cows (threshold 2.1 mmol/L) had a tendency to produce more milk (0.51 kg/d, P = 0.086) compared with normocalcemic multiparous cows. Multiparous cows with clinical hypocalcemia produced 1.90 kg/d (P = 0.002) less milk compared with normocalcemic cows in early lactation. Hypocalcemia did not affect time to first insemination (P = 0.296). Cows suffering from hypocalcemia (threshold 1.9 mmol/L) had decreased odds (OR 0.56; P = 0.001) of pregnancy at first artificial insemination. Calcium status had a significant impact on time to pregnancy (threshold 1.8 mmol/L). Median time to pregnancy was 109 and 134 days for normocalcemic and hypocalcemic animals, respectively. Cows with hypocalcemia (threshold: 2.0 mmol/L) and cows suffering from milk fever had a 1.6 (P = 0.019) and 1.9 (P = 0.029) times greater hazard of being culled within the first 60 DIM compared with normocalcemic animals. Giving the high prevalence of hypocalcemia and the associated negative outcomes, this study re-emphasizes the need to establish control strategies for hypocalcemia. Overall, this thesis shows that there is high prevalence of hypocalcemia on German dairy farms. The results underline that periparturient hypocalciemia has a great impact on early lactation health, reproduction and production. Since measurement of ear skin temperature cannot be used as a diagnostic test, it has to be emphasized that there is an urgent need to develop a reliable cow-side blood calcium test.
Ziel dieser Untersuchung war es, (1) zu beurteilen, ob durch Messung der Ohrtemperatur ein Rückschluss auf die Konzentration von Kalzium im Blutserum der Kuh gezogen werden kann, (2) die Prävalenz von Milchfieber und subklinischer Hypokalzämie in deutschen Milchviehherden zu ermitteln und (3) den Einfluss von Hypokalzämie auf die Milchleistung (bis zum 90. Laktationstag), die Fruchtbarkeit und das Risiko für eine Milchkuh bis zum 60. Tag der Laktation gemerzt zu werden, zu beurteilen. Zur Untersuchung, ob die Ohrtemperatur zur Identifikation hypokalzämischer Tiere verwendet werden kann, wurde eine Querschnittsstudie durchgeführt. 251 Tiere von sieben kommerziellen Milchviehbetrieben wurden in die Untersuchung einbezogen. Die Temperatur der Ohren wurde zunächst manuell mittels Palpation beurteilt und anschließend mit einem Infrarotthermometer gemessen. Zusätzlich wurde die Temperatur auf den Hüfthöckern, die Umgebungstemperatur und die Rektaltemperatur gemessen. Kühe mit einer Serumkonzentration von Kalzium von unter 2,0 mmol/L wurden als hypokalzämisch klassifiziert. Wenn klinische Anzeichen eines Kalziummangels vorhanden waren (z.B. Zittern, Festliegen), wurde dies als klinisches Milchfieber angesehen. Um zu beurteilen, ob ein Kalziummangel an Hand der Ohrtemperatur erkennbar ist, wurden Gemischte Lineare Modelle und eine ROC-Kurven Analyse durchgeführt. Mit steigender Laktationsnummer häufte sich das Auftreten von Kalziummangel. Es waren 3,3 % der Erstkalbinnen betroffen. Unter den Mehrkalbskühen hatten 27,3 % der Kühe in der zweiten Laktation, 32,8 % der Kühe in der dritten Laktation und 69,6 % der Tiere ab der vierten Laktation einen Kalziummangel. Milchfieber trat auf bei 6,0 % der Kühe in der dritten Laktation und bei 20,3 % der Tiere ab der vierten Laktation. Der Kalziumstatus hatte einen Einfluss auf die Ohrtemperatur. Normokalzämische Kühe (Median 30,3 °C, IQR 26,0 °C – 32,8 °C) hatten eine höhere Ohrtemperatur im Vergleich zu Kühen mit einer subklinischen Hypokalzämie (Median 27,6 °C; IQR 22,1°C – 30,8 °C) und Milchfieber (Median 21,8 °C; IQR 14,7 °C – 27,0 °C). Eine Absenkung der Serumkonzentration von Kalzium um 0,1 mmol/L war verbunden mit einer niedrigeren Ohrtemperatur von 0,39 °C (95 % CI 0,25 – 0,54; P = 0,001). Die Ohrtemperatur eignete sich nicht als diagnostischer Test (Sensitivität 49,3; Spezifität 73,8; Grenzwert 2,0 mmol/L) für subklinische Hypokalzämie, da die Umgebungstemperatur einen zu großen Einfluss auf die Ohrtemperatur hatte. Wenn die Außentemperatur um ein Grad anstieg, stieg auch die Ohrtemperatur um 0,78 Grad an (95 CI 0,67 – 0,90; P = 0,001). Obwohl es einen moderaten Zusammenhang zwischen Ohrtemperatur und der Serumkonzentration von Kalzium im Blut gab, kann die Ohrtemperatur nicht empfohlen werden, um Kühe mit subklinischer Hypokalzämie im geburtsnahen Zeitraum zu identifizieren. Das Ziel der zweiten Studie war es, die Prävalenz für Milchfieber und subklinische Hypokalzämie zu ermitteln. In einer weiteren Querschnittsstudie wurden Blutproben von Kühen, 0 bis 48 Stunden nach der Kalbung auf Ihre Serumkonzentration von Kalzium, Phosphat und Magnesium im Blut untersucht. Insgesamt wurden von 1709 Tieren von 125 Betrieben Blutproben gezogen. Von diesen wurden 329 von der Studie ausgeschlossen und somit 1380 Blutproben von 115 Betrieben berücksichtigt (12 Kühe pro Betrieb). Kühe wurden als normokalzämisch betrachtet, wenn ihre Serumkonzentration von Kalzium im Blut ≥ 2,0 mmol/L war. Traten klinische Anzeichen von Hypokalzämie auf, so wurde dies als Milchfieber betrachtet. Jeder Betrieb wurde anhand des Auftretens von Kalziummangel in der Stichprobe als negativ (0 bis 2 Tiere hypokalzämisch), grenzwertig (3 bis 5 Tiere hypokalzämisch) oder positiv (6 bis 12 Tiere hypokalzämisch) für Hypokalzämie eingeordnet. Es wurde dokumentiert, ob der Betrieb systematische Prophylaxemaßnahmen gegen Hypokalzämie ergreift. Milchfieber trat bei 1,4 % der Zweitlaktierenden, bei 5,7 % der Tiere in der dritten Laktation und bei 16,1 % der Tiere ab der vierten Laktation auf. Mit steigender Laktationsnummer stieg auch das Risiko für subklinische Hypokalzämie. In der ersten Laktation lag die Prävalenz von subklinischer Hypokalzämie bei 5,7 %, in der zweiten bei 29,0 %, in der dritten bei 49,4 % und ab der vierten bei 60,4 %. Vierzehn Herden wurden anhand des Auftretens von Kalziummangel in der Stichprobe als negativ für Hypokalzämie, 51 als grenzwertig und 50 als positiv eingeordnet. Die Serumkonzentration von Kalzium und Phosphat waren positiv miteinander korreliert (R2 = 0,335; P < 0,001). Dagegen gab es eine negative Korrelation zwischen Kalzium und Magnesium (R2 = 0,151; P < 0,001). Unter den teilnehmenden Betrieben führten 65 Prophylaxemaßnahmen gegen geburtsnahen Kalziummangel durch. Die etablierten Phrophylaxemaßnahmen (n = 50) waren vorwiegend die orale Applikation von Kalzium (40/50), gefolgt von der Fütterung von sauren Salzen an die Vorbereitergruppe (10/50). Die Ergebnisse zeigen, dass die Prävalenz von subklinischer Hypokalzämie und Milchfieber auf deutschen Milchviehbetrieben hoch war und dass weniger als die Hälfte der Betriebe Maßnahmen ergriffen, um einen geburtsnahen Kalziummangel zu vermeiden. Das Ziel der dritten Studie war es, den Einfluss von Hypokalzämie auf die Milchleistung (bis zu 90. Laktationstag), Fruchtbarkeit und das Risiko für eine Milchkuh bis zum 60. Laktationstag gemerzt zu werden, zu beurteilen. Die Betriebsleiter der Betriebe, die an der vorangehenden Studie teilgenommen haben, wurden 150 Tage nachdem die letzte Kuh getestet wurde, kontaktiert und gebeten eine Datensicherung der Betriebssoftware zur Verfügung zu stellen. Nachdem 283 Tiere auf Grund von fehlenden Daten ausgeschlossen wurden, konnten die Daten von 1426 Kühen ausgewertet werden. Die Serumkonzentration von Kalzium wurde mit Milchleistungs- (bis zur dritten Milchleistungsprüfung, (MLP)), Fruchtbarkeits- (Rastzeit, Erstbesamungserfolg, Güstzeit) und Merzungsdaten (bis zum 60. Laktationstag) in Beziehung gesetzt. Mit Hilfe von Gemischten Linearen Modellen wurden kontinuierliche und kategoriale Daten ausgewertet. Für die anderen Parameter (Rastzeit, Güstzeit, Merzung innerhalb von 60 Laktationstagen) wurden Überlebenszeitanalysen (Shared Frailty Modelle) verwendet. Die verwendeten Grenzwerte für Kalzium zur Definition von subklinischer Hypokalzämie reichten von 1,8 bis 2,2 mmol/L. Milchfieber wurde wie in den vorangehenden Studien definiert. Der Effekt von Hypokalzämie auf die Milchleistung unterschied sich zwischen Erstkalbinnen und Mehrkalbskühen. Erstkalbinnen mit Hypokalzämie (Grenzwert 2,0 mmol/L) hatten tendenziell weniger Milch (-2,07 kg/d bis zur dritten MLP; P = 0,063) als normokalzämische Tiere in der ersten Laktation. Hypokalzämische Mehrkalbskühe (Grenzwert 2,1 mmol/L) produzierten dagegen tendenziell mehr Milch (0,51 kg/d bis zur dritten MLP; P = 0,086) als normokalzämische Mehrkalbskühe. Tiere mit klinischem Milchfieber produzierten bis zur dritten MLP 1,90 kg/d (P = 0,001) weniger Milch als Tiere, die keinen Kalziummangel zur Geburt aufwiesen. Die Rastzeit wurde nicht durch das Vorhandensein von Hypokalzämie beeinflusst (P = 0,296). Dagegen hatten Kühe mit Hypokalzämie (Grenzwert 1,9 mmol/L) verminderte Chancen (Odds Ratio (OR) = 0,56; P = 0,001) bei der ersten Besamung tragend zu werden. Darüber hinaus hatte der Kalziumstatus einen signifikanten Einfluss auf die Güstzeit (Grenzwert = 1,8 mmol/L). Bei normokalzämischen Tieren lag der Median der Güstzeit bei 109 Tagen, bei hypokalzämischen dagegen bei 134 Tagen. Kühe mit subklinischer Hypokalzämie (Grenzwert 2,0 mmol/L) hatten eine 1,6-fach erhöhte Gefahr in den ersten 60 Laktationstagen gemerzt zu werden. Bei Kühen mit Milchfieber war die Gefahr gemerzt zu werden 1,9-fach erhöht. Die durchgeführten Studien zeigen, dass die Prävalenz von Hypokalzämie auf deutschen Milchviehbetrieben hoch ist. Die Ergebnisse unterstreichen, dass Kalziummangel im geburtsnahen Zeitraum einen negativen Effekt auf Milchproduktion, Fruchtbarkeit und die Gesundheit in der Frühlaktation hat. Da die Messung der Ohrtemperatur als Schnelltest für Hypokalzämie unbrauchbar ist, ist es dringend erforderlich einen zuverlässigen Schnelltest zu entwickeln, der im Stall angewendet werden kann.
