Individual dynamics and interactions of udder health, nutritional disorders and conception establishment in dairy cows | Dynamiques individuelles et interactions entre santé mammaire, déséquilibres nutritionnels et l'établissement de la gestation chez la vache laitière

anglais. Reproductive performances of dairy cows are recognized as a key parameter for the profitability of dairy farms, but they are getting worse continuously in many countries during the last decades. Infectious and nutritional disorders are possible contributors to these changes. Mammary infection, nitrogen imbalance and metabolic disorders have been reported to be negatively associated with conception, but their interactions and dynamics are not fully understood. The objective of the present work is to better describe the relationship between fertility, udder health, subclinical ketosis (SCK) and nitrogen imbalance accounting for the temporal variations of these events and their interactions. The first section reviews the link between reproductive performances and (i) mastitis, (ii) metabolic disorders and (iii) nitrogen imbalance in dairy cows in order to clarify the complex interaction among these events. The three other sections are based on exhaustive data from the national French dairy milk improvement system and data on the artificial inseminations (AI) from 2008 to 2012. Fertility was explained as conception at the first (AI1) or at all AI. The udder health status was evaluated through the somatic cells counts (SCC). Several proxies based on the milk fat and protein contents were proposed to define SCK. Milk urea concentration was used to investigate the exposure to nitrogen imbalance. The second section aims to describe the actual situation of milk production and reproduction in French dairy herds. The third section focuses on the interaction between SCC and SCK and their association with conception. On average, the risk of conception at AI1 was 14% lower when the SCC increased or remained high within 40 days before and after AI (Relative risk [and 95% CI] = 0.86 [0.85–0.87]), compared to low SCC before and after AI. The reduction in conception rate associated with SCK (fat and protein contents changes) varied from 3% to 17% depending on the SCK proxy used. Including the interaction term SCC*SCK clearly showed that the association of increased SCC around AI with conception was modified by the presence of SCK. A cow that already has SCK and experiences an increase in SCC around or after AI exhibits up to 2 times further decrease in conception, compared with a cow with a high SCC and no SCK. The fourth section, using similar methods as the previous one, shows that low milk urea concentrations after AI are negatively associated with conception. Cows with a low urea (< 150 mg/kg, 2.6 mM) after AI have a reduced conception (Relative risk RR [and 95% CI] = 0.96 [0.94–0.99]) compared to cows with intermediate urea (250-450 mg/kg, 4.3 - 7.7 mM) after AI. Furthermore, the risk of conception was 5 to 9% lower (relative risk [and 95% CI] = 0.91 [0.87–0.96]) when urea concentrations decrease from intermediate before to low after AI, compared with cows with constant intermediate urea values. This work revealed that a decrease in urea from intermediate (before AI) to low (after AI) is a risk factor for conception failure in addition to the previously known risk factor that is nitrogen excess. The final section aims to highlight the perspectives of these results. The definition of SCK used in this work was identified as the main limitation and the present results would benefit from an update with a better indicator of this disorder. The present work supports that a local inflammation may affect the entire body response and alters the functions of other organs like those of the reproductive tract. Furthermore, maintaining low urea concentrations does not provide any particular advantage and might be negatively associated with conception.

français. La fertilité des vaches laitières s’est beaucoup dégradée au cours des dernières décennies, tant à l’échelle nationale qu’internationale. L’objectif poursuivi est d’apporter un éclairage épidémiologique sur les relations dynamiques entre la conception (réussite à l’insémination artificielle ; IA), les mammites subcliniques et les déséquilibres métabolico-nutritionnels que sont la cétose subclinique et les déséquilibres azotés de la ration. Un premier chapitre bibliographique dresse l’état de l’art des liens entre performances de reproduction et (i) mammites, (ii) cétose subclinique et (iii) excès de protéines dégradables, en identifiant clairement les interactions et associations croisées entre ces différents composants, et en quantifiant autant que possible ces liens. Les trois parties suivantes mobilisent des données exhaustives du contrôle laitier français sur la période 2008-2012, qui ont été confrontées aux données d’IA. La variable d’intérêt retenue est la conception après IA, soit pour la première IA (IA1) ou pour toutes les IA. Les variations des concentrations de cellules somatiques (CCS) autour de l’IA ont été utilisées pour décrire la dynamique des mammites subcliniques autour de l’IA, selon 4 classes (Bas-Bas, Bas-Haut, Haut-Bas et Haut-Haut) et pour différents seuils de CCS. Le statut de cétose subclinique a été évalué grâce aux taux butyreux et protéique du lait. Les concentrations d’urée du lait sont utilisées pour caractériser les déséquilibres azotés. Le second chapitre propose une description succincte des résultats de production et de reproduction des troupeaux bovins laitiers français sur la période d’étude. Le troisième chapitre focalise sur l’interaction entre les CCS et la cétose subclinique dans un modèle de régression de Poisson expliquant la conception. Les chances de conception à l’IA1 sont réduites de 14% (Risque relatif = 0,86 [IC 95%=0,85–0,87]) pour les groupes Bas-Haut et Haut-Haut, comparé au groupe Bas-Bas, et de 3 à 17 %, selon les définitions retenues, lors de cétose subclinique comparé à son absence. Les résultats identifient et quantifient clairement l’interaction entre la cétose subclinique et les mammites subcliniques dans leur association avec la conception : la baisse de la conception est jusqu’à 2 fois supérieure lors de la présence simultanée d’une augmentation des CCS et d’une cétose subclinique par rapport à la situation où il y a seulement augmentation des CCS. Le quatrième chapitre, mobilisant des méthodes proches de celles du chapitre précédent, montre que la baisse de la concentration d’urée dans le lait autour de l’IA (en dessous de 150 mg/kg, 2,6 mmol/L) est associée à une baisse de la conception de 5 à 9% (Risque relatif = 0.91 (IC95%=0,87-0,96)]) par rapport à des concentrations d’urée du lait qui restent stables (250 - 450 mg/kg ou 4,3-7,7 mmol/L). Ceci révèle l’importance de la stabilité du métabolisme azoté autour de la conception, y compris pour des variations d’urée du lait ou du sang à la baisse, alors que seule la hausse de la concentration d’urée était identifiée comme un facteur de risque de dégradation des résultats de reproduction jusqu’alors. La dernière partie permet de mettre en perspective ces éléments originaux. Une des principales limites de ces travaux est la définition imprécise de la cétose subclinique réalisée à partir des taux du lait ; les résultats actuels bénéficieraient d’une actualisation avec un indicateur plus précis de ce trouble. Ces résultats soutiennent qu’une inflammation locale peut affecter la réponse de l’ensemble de l’organisme et altérer les fonctions d'autres organes dans les semaines qui suivent son apparition. Ils illustrent la complexité et les interactions entre les différents troubles chez un même animal. Par ailleurs, maintenir des concentrations basses de l’urée est légèrement pénalisant pour la conception, et ne garantit pas de meilleurs résultats de reproduction.