Health monitoring of preweaned dairy calves regarding transfer of passive immunity, activity changes and ambient temperature preferences

Abstract

The overall objectives of this thesis were (1) to evaluate different methods of serum collection for the detection of FTPI via refractometry in neonatal calves, (2) to evaluate a pyroelectric infrared monitoring system assessing movement of preweaned calves, and (3) to assess temperature preferences for heated calf hutches during winter in newborn dairy calves.

The on-farm monitoring of FTPI to optimize colostrum management is an integral part of heifer rearing. Therefore, the objective of the first study was to compare 4 different methods of serum collection to assess failed transfer of passive immunity (FTPI) in dairy calves. We hypothesized that centrifuged serum, filtered serum and clotted serum at room temperature, and clotted serum at refrigerator temperature measured with Brix refractometry would highly correlate with IgG concentration assessed by radial immunodiffusion (RID; gold standard) in centrifuged serum. Blood samples were collected from 321 newborn dairy calves. In centrifuged serum, serum clotted at room temperature, serum clotted at refrigerator temperature, and filtered serum, total solids (TS) in % Brix, and IgG concentrations measured with RID were highly correlated. Regarding the refractometry results among the different serum types, the TS of clotted and filtered serum showed high correlation coefficients compared with the TS results of centrifuged serum. Filtered serum was slightly less accurate. All serum types are valid methods to detect an FTPI in dairy calves, if the specific Brix thresholds for each serum type are considered. Nevertheless, serum clotted at refrigerator temperature should not be the preferred method to avoid the risk of hemolysis.

Sensor technology is becoming more and more popular in calf rearing, and could provide important information about health and performance in the future. The objective of this study was to correlate movement assessed by a pyroelectric infrared sensor system (IMS) in preweaned dairy calves with lying and standing time assessed by a 3D accelerometer considering the temperature-humidity index (THI). A total of 35 dairy calves (1–7 d of age) were enrolled in the study and 20 calves were included in the final analyses. Number of movements per hour measured by the IMS was compared with data obtained with a validated 3D accelerometer. The Pearson correlation coefficient between both standing and lying time and the number of movements was r = 0.85 and r = −0.85, respectively. The Pearson correlation coefficients were only slightly influenced by THI. Our data show that the number of movements of dairy calves measured by IMS were highly correlated with the chosen gold standard reference method. High THI slightly affects the measurement accuracy of IMS. Newborn calves face challenges adapting from the warm uterine environment to cold ambient temperatures, often experiencing cold stress. Therefore, the objective of the third study was to assess the preferred inside hutch temperature of dairy calves in their first week after birth during Central European winter and to compare lying behavior in heated and non-heated hutches. Calves spent 90% of their time inside a hutch, irrespective of the number of heat lamps switched on. No preference for a specific inside hutch temperature existed. There was, however, a tendency for the location of the hutches closest to the control calf. Lying behavior did not differ between preference and control phase, but decreased marginally with increasing age. These findings could indicate that there is a need of shelter for calves in winter, but without a preference for a certain inside hutch temperature under the prevailing conditions of deep straw bedding, highly sufficient milk supply and an ambient temperature of 5.4 ± 3.3°C.

Overall, the results of this thesis show that (1) there are different valuable methods to harvest serum for the detection of FTPI in newborn dairy calves, even without centrifugation, (2) there is a high correlation between the assessment of movement with an IMS and the lying and standing times assessed with a 3D accelerometer data logger, and (3) there is no preference for a certain inside hutch temperature in mild winters, but a preference for social contact. All three studies provide results that can contribute to concrete decision-making and practical application for good calf health monitoring

Die allgemeinen Ziele dieser Dissertation waren (1) die Bewertung verschiedener Methoden zur Serumgewinnung für die Ermittlung eines ungenügenden Immuntransfers mittels Refraktometrie bei neugeborenen Kälbern, (2) die Evaluierung eines Infrarotsensor Monitoring Systems zur Bewegungserfassung von Kälbern, und (3) die Untersuchung von Temperaturpräferenzen für beheizte Kälberiglus im Winter bei Kälbern in der ersten Lebenswoche. Die Überwachung eines fehlgeschlagenen Transfers passiver Immunität (FTPI) auf Milchviehbetrieben zur Optimierung des Kolostrummanagements ist ein wesentlicher Bestandteil der Kälber- und Färsenaufzucht. Daher war es das Ziel der ersten Studie, vier verschiedene Methoden der Serumentnahme zur Detektion eines FTPI zu vergleichen. Wir stellten die Hypothese auf, dass zentrifugiertes Serum, gefiltertes Serum und geronnenes Serum bei Raumtemperatur sowie geronnenes Serum bei Kühlschranktemperatur, gemessen mit einem Brix-Refraktometer, in hohem Maße mit der IgG-Konzentration korrelieren würden, die durch radiale Immundiffusion (RID) in zentrifugiertem Serum bestimmt wurde. Blutproben wurden von 321 neugeborenen Milchkälbern entnommen. In zentrifugiertem Serum, bei Raumtemperatur geronnenem Serum, bei Kühlschranktemperatur geronnenem Serum und gefiltertem Serum korrelierten die Gesamtfeststoffe (TS) in % Brix und die mit RID gemessenen IgG-Konzentrationen stark miteinander. Hinsichtlich der Refraktometrieergebnisse der verschiedenen Serumtypen zeigten die TS von geronnenem und gefiltertem Serum im Vergleich zu den TS-Ergebnissen von zentrifugiertem Serum hohe Korrelationskoeffizienten. Gefiltertes Serum war etwas weniger genau. Alle Serumtypen sind gültige Methoden zum Nachweis einer FTPI bei Milchkälbern, wenn die spezifischen Brix-Schwellenwerte für jeden Serumtyp berücksichtigt werden. Dennoch sollte bei Kühlschranktemperatur geronnenes Serum nicht die bevorzugte Methode sein, um das Risiko einer Hämolyse zu vermeiden. Die Sensortechnologie wird in der Kälberaufzucht immer beliebter und könnte perspektivisch wichtige Informationen über Gesundheit und Leistung liefern. Das Ziel dieser Studie war es, die mit einem pyroelektrischen Infrarot Monitoring-Systems (IMS) gemessenen Bewegungen von Milchkälbern mit der mit einem 3D-Acceleromter gemessenen Liege- und Stehzeit unter Berücksichtigung des Temperatur-Luftfeuchtigkeits-Index (THI) zu korrelieren. Insgesamt wurden 35 Milchkälber (1–7 Tage alt) in die Studie aufgenommen, von denen 20 in die endgültige Analyse einflossen. Die vom IMS gemessene Anzahl der Bewegungen pro Stunde wurde mit den Daten verglichen, die mit einem validierten 3D-Acceleromter ermittelt wurden. Der Pearson-Korrelationskoeffizient zwischen der Steh- und Liegezeit und der Anzahl der Bewegungen betrug r = 0,85 bzw. r = −0,85. Die Pearson-Korrelationskoeffizienten wurden nur geringfügig durch den THI beeinflusst. Unsere Daten zeigen, dass die vom IMS gemessene Anzahl der Bewegungen von Milchkälbern in hohem Maße mit der gewählten Goldstandard-Referenzmethode korrelierte. Ein hoher THI beeinträchtigt die Messgenauigkeit des IMS geringfügig. Neugeborene Kälber haben Schwierigkeiten, sich von der warmen Umgebung im Mutterleib an die kalten Umgebungstemperaturen anzupassen, und leiden häufig unter Kältestress. Das Ziel der dritten Studie war es, die bevorzugte Umgebungstemperatur für Milchkälber in ihrer ersten Lebenswoche während des mitteleuropäischen Winters zu ermitteln und das Liegeverhalten in beheizten und unbeheizten Kälberiglus zu vergleichen. Die Kälber verbrachten 90 % ihrer Zeit im Iglu, unabhängig davon, wie viele Wärmelampen eingeschaltet waren. Es gab keine Präferenz für eine bestimmte Temperatur im Inneren des Iglus. Es gab jedoch eine Tendenz, sich in den Iglus aufzuhalten, die am nächsten zum Kontrollkalb standen. Das Liegeverhalten unterschied sich nicht zwischen der Präferenz- und der Kontrollphase, nahm jedoch mit zunehmendem Alter geringfügig ab. Diese Ergebnisse könnten darauf hindeuten, dass Kälber im Winter einen Unterstand benötigen, jedoch keine Präferenz für eine bestimmte Innentemperatur im Iglu haben, wenn tiefe Stroheinstreu, eine ausreichende Milchversorgung und eine Umgebungstemperatur von 5,4 ± 3,3 °C gegeben sind. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Studien, dass (1) verschieden Methoden zur Serumgewinnung zur Bestimmung eines FTPI bei neugeborenen Kälbern, auch ohne Zentrifuge, geeignet sind, dass (2) eine hohe Korrelation zwischen Bewegungen, die durch ein IMS erkannt werden und die Steh- und Liegezeiten, die mit einem 3D-Accelerometer erfasst werden, besteht und dass (3) bei neugeborenen in milden Wintern zwar keine Temperaturpräferenzen, aber Präferenzen für sozialen Kontakt bestehen. Alle drei Studien liefern Ergebnisse, die zur konkreten Entscheidungsfindung und praktischen Anwendung für ein gutes Gesundheitsmonitoring von Kälbern beitragen können.