Labordiagnostische Möglichkeiten zur Erkennung fütterungsbedingter Störungen des Säuren-Basen-Haushaltes in Milchviehherden

Abstract

Das Ziel der Studie war es, verschiedene diagnostische Möglichkeiten zur Bewertung des Säuren-Basen-Status (SBS) bei Milchkühen unter den Bedingungen der landwirtschaftlichen Praxis zu evaluieren, um fütterungsabhängige, subklinische Störungen des SBS in einer Tier- bzw. Fütterungsgruppe frühzeitig zu erkennen. In Teilstudie 1 wurde die seit mehreren Jahrzehnten etablierte Harnanalyse zur indirekten Beurteilung des SBS mittels drei Verfahren zur titrimetrischen Bestimmung der Netto-Säuren-Basen-Ausscheidung (NSBA) im Harn angewandt, sodass der SBS von 127 Kuhgruppen anhand der einfachen NSBA nach Kutas, der differenzierten NSBA nach Lachmann und Schäfer sowie des vereinfachten NSBA-Siebtestes mit reduziertem Probenvolumen nach Furcht und Grätsch bewertet wurde. Berücksichtigt wurden dabei die Einzeltierergebnisse von 855 Milchkühen der Rasse „Deutsch Holstein“ aus 43 Thüringer Milchviehbetrieben. Die Tiere wurden im Rahmen eines Gesundheitsmonitorings in verschiedenen Laktationsstadien als „Trockensteher“ (21 bis sieben Tage ante partum), „Frischabkalber“ (zwei bis 10 Tage post partum) oder „laktierende Kuh“ (30 bis 100 Tage post partum) beprobt. Die Beurteilung der Ergebnisse von Poolproben aus drei bis 10 Einzeltieren eines Laktationsstadiums wurde der Bewertung anhand der Einzeltierergebnisse gegenübergestellt. Als Referenz galt die Bewertung des Basen-Säuren-Quotienten im Harn nach Lachmann und Schäfer, da dieser Quotient von der Harnkonzentration unabhängig ist und damit den Goldstandard für die Bewertung des SBS im Harn darstellt. Die einfache NSBA nach Kutas auf Einzeltierbasis erwies sich als geeignet, um Abweichungen des SBS in einer Tiergruppe zu detektieren. Azidotisch belastete Kuhgruppen wurden mit einer Sensitivität von 87 % bei einer Spezifität von 71 % und alkalisch belastete Kuhgruppen mit einer Sensitivität und Spezifität von je 83 % erkannt. Die Beurteilung des SBS im Harn mittels differenzierter NSBA wies lediglich in dem eingeschränkten Bereich von 20 – 200 mmol/l einen linearen Zusammenhang zwischen dem errechneten Mittelwert einer Kuhgruppe und dem gemessenem Poolwert auf. Die differenzierte NSBA als Poolwert zeigte eine mäßige Sensitivität (74 %) zur Erkennung azidotisch belasteter Kuhgruppen und eine schlechte Sensitivität (48 %) zur Erkennung alkalisch belasteter Kuhgruppen. Die NSBA-Siebtest-Methode erwies sich aufgrund einer schlechten Sensitivität (57 %) und Spezifität (63 %) zur Erkennung alkalisch belasteter Kuhgruppen als nicht geeignet zur Überwachung des SBS einer Milchviehherde. In der Teilstudie 2 wurden an einem Teil der Studientiere (n = 145 aus 14 Betrieben) die Harnparameter zur Bewertung des SBS über eine hierarchische Clusteranalyse mit im peripheren Blut gemessenen metabolischen Parametern und den Ergebnissen der venösen Blutgasanalyse verknüpft. Die Variablen der traditionellen SBS-Analyse nach Henderson-Hasselbalch, die Bikarbonat-Konzentration, der Base Excess und die Anionenlücke (AG), wurden den Variablen des Strong-Ion Konzeptes nach Stewart und Constable gegenübergestellt. Studieninterne Referenzwerte wurden hierfür aus einer Stichprobe von metabolisch unauffälligen Kühen ermittelt. Subklinische, gemischte Störungen des SBS konnten durch die Berechnung und Bewertung der Variablen Strong Ion Difference (SID) und Acid Total (Atot) sicher erkannt und differenziert werden, wobei der Einfluss von Laktationsstand und Rationszusammensetzung auf diese Variablen nachweisbar war. Anhand einer kleinen Kuhgruppe (n = 5 Tiere) wurde zudem deutlich, dass sich eine ketotische Belastung nur im SBS-Modell nach Constable widerspiegelt, indem die Variable SIG (strong ion gap) signifikant erniedrigt war. Die venöse Blutgas- und Elektrolytanalyse mit der Einbeziehung des Strong-Ion-Konzeptes erwies sich als eine sinnvolle diagnostische Ergänzung zum Auffinden von subklinischen Störungen des SBS von Milchkühen. Aufgrund der präanalytischen Anforderungen, die unter landwirtschaftlichen Praxisbedingungen nur schwer erfüllbar sind, wird sie in der Routinediagnostik jedoch keine Alternative für die herkömmliche Beurteilung des SBS im Harn der Kühe darstellen können. Das Fehlen von validen Referenzwerten für die Variablen SID, Atot und SIG für Milchkühe stellt zudem ein Problem für die Anwendung des Strong-Ion-Konzeptes zur Beurteilung des SBS von Milchviehherden dar und sollte durch künftige Studien behoben werden. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Bestimmung der einfachen NSBA im Harn nach Kutas eine in der Praxis valide diagnostische Möglichkeit darstellt, um den SBS von Milchviehherden zu überwachen und fütterungsbedingte, subklinische Störungen in der Herde zu erkennen. Die Bewertung von Poolproben zur Beurteilung des SBS einer Kuhgruppe ist dabei nur eingeschränkt möglich, sodass der Bestimmung und Beurteilung von Einzeltier-proben der Vorzug zu geben ist. Bei Bedarf und unter Einhaltung der präanalytischen Voraussetzungen kann die Harnanalyse sinnvoll durch venöse Blutanalysen und Ein¬beziehung der Variablen des Strong-Ion-Konzeptes ergänzt werden.

The aim of the study was to evaluate different diagnostic tools for assessment of acid base status in dairy cows to detect feed-dependent, subclinical acid base disorders in cow groups under field conditions at an early stage. Established urinalysis for indirect assessment of acid base status was used in sub-study 1, applying and comparing three methods for the titrimetric determination of net base excretion (NBE) in urine. Acid base status of 127 cow groups was assessed using the simple NBE according to Kutas, the differential NBE according to Lachmann and Schäfer and the simplified NBE test with reduced urine volume according to Furcht and Grätsch. Results of 855 German Holstein dairy cows from 43 Thuringian dairy farms were enrolled in the study. Sample collection was performed within a routine health monitoring program. Cows at three different stages of lactation were included: dry cows (21 to seven days before calving), freshly lactating cows (two to ten days after calving), and lactating cows (30 to 100 days in milk). Cow groups subsumed three to ten cows per group of the same stage of lactation. The acid base status of these groups was evaluated from a pooled sample as well as from individual cow results for comparison. The base acid ratio according to Lachmann and Schäfer was used as reference result, as this quotient represents the gold standard for evaluation of acid base status in urine because of its independence of urine concentration. The simple NBE according to Kutas on basis of individual cow results was proved to be suitable for detecting deviations of acid base status in corresponding cow groups. While acidotic load was detected with a sensitivity of 87 % and a specificity of 71 %, alkalosis revealed a sensitivity as well as a specificity of 83 %. Using differential NBE, there was a linear correlation between the calculated mean value of a cow group and the measured pool value in the limited range of 20 - 200 mmol/L only. The differential NBE as pool value showed a moderate sensitivity (74 %) for the detection of acidotic load in cow groups and a poor sensitivity (48 %) for the detection of alkalosis. The simplified NBE test with reduced volume seemed to be not suitable for monitoring acid base status in dairy herds due to poor sensitivity (57 %) and specificity (63 %) for detecting alkaline-loaded cow groups. Using a hierarchical cluster analysis, the urine parameters for assessing acid base status from a part of the animals (n = 145 from 14 farms) were linked to their metabolic parameters measured in peripheral blood and the results of venous blood gas analysis in sub-study 2. The variables of the traditional approach for evaluation of blood gas analysis according to Henderson-Hasselbalch, i.e. the bicarbonate concentration, the base excess and the anion gap (AG), were compared with the variables of the strong ion approach according to Stewart and Constable. For this, internal study reference values were determined based on a sample of metabolically normal cows. With the variables Strong Ion Difference (SID) and Acid Total (Atot), latent mixed acid base disorders could be identified and differentiated. Additionally, an influence of stage of lactation and feed composition on these variables was proven. Only with the variable Strong Ion Gap (SIG) according to Constable, a hyperketonemia was reflected by significantly lower SIG values in one small cow group (n = 5). The venous blood analysis with inclusion of the strong ion approach was proved to be a beneficial, additional diagnostic tool for detection of subclinical acid base disorders in dairy cows. However, taking the preanalytical requirements into account, its application in routine diagnostic under field conditions is limited. Moreover, for assessment of acid base status of dairy cows, there were no valid reference values for SID, Atot und SIG available at this point, a problem which should be fixed in future studies. In summary, the simple NBE according to Kutas proved to be a practical and valid diagnostic tool for monitoring acid base status in dairy herds to detect latent, feed-dependent acid base disorders. Individual biological samples should be preferred for assessment of acid base status of a cow group because informative value of pooled samples is limited. Evaluation of acid base status by urinalysis could be meaningful supplemented by strong ion variables assessed in venous blood when pre-analytical requirements can be fulfilled.