Untersuchungen zur Diagnostik der Spurenelementversorgung von Holstein- Friesian-Milchkühen | Investigations on diagnostics of trace element supply in Holstein-Friesian dairy cows

Für die Herdengesundheit und -produktivität ist eine bedarfsgerechte Versorgung mit Spurenelementen essenziell. Die Diagnostik der Spurenelementversorgung ist allerdings mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. Diese betreffen besonders die Wahl des geeigneten diagnostischen Probenmediums und die jeweils anzuwendenden Referenzbereiche. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Empfehlung für die Diagnostik der Spurenelementversorgung von Milchkühen zu erarbeiten. Zu diesem Zweck wurde auf 20 Milchviehbetrieben in den neuen Bundesländern Probenmaterial von jeweils sieben Kühen aus den Laktationsabschnitten Frischmelker (0 bis 7 Tage p. p.), Hochlaktation (105 bis 126 Tage p. p.) und Spätlaktation (308 bis 329 Tage p. p.) genommen. Insgesamt standen 418 klinisch unauffällige Milchkühe zur Verfügung. In den gewonnenen Probenmaterialien Serum, Plasma, Vollblut, Harn, Leber und Haar wurden die Konzentrationen von Cu, Mo, Fe, Zn, Mn und Se mittels optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) bestimmt. Zusätzlich wurden Tränkewasser- und Futterrationsanalysen vorgenommen. Neben den in den Einzelproben analysierten Spurenelementkonzentrationen wurden Poolproben aus gleichen Volumina der sieben Einzelproben der einzelnen Laktationsgruppen gebildet und analysiert. Des Weitern wurden arithmetische Mittelwerte aus den Einzelprobenkonzentrationen der jeweiligen Laktationsgruppen errechnet. In dieser Untersuchung konnten, mit Ausnahme des Zusammenhangs zwischen den Serum- und Plasmakonzentrationen der einzelnen Spurenelemente, keine engen Korrelationen (r > 0,7) zwischen den unterschiedlichen Probenmedien beobachtet werden. Die Variabilität der Ergebnisse der Korrelationsanalyse ist der elementspezifischen Spurenelementkinetik und statusunabhängigen Faktoren (Akute-Phase-Reaktion) zuzuordnen. Zwischen den Laktationsabschnitten konnten signifikante Konzentrationsunterschiede in den Substraten Serum und Plasma (Ausnahme Mo) sowie Harn und Leber ermittelt werden. Die Laktationsdynamik der Cu-, Fe- und Zn-Konzentrationen im Serum und Plasma und der Fe- und Zn-Konzentrationen im Lebergewebe lässt darauf schließen, dass die abkalbungsinduzierte Akute-Phase- Reaktion einen maßgeblichen Einfluss auf die Konzentrationsverteilungen dieser Spurenelemente bei den Frischmelkerkühen ausübt. Aufgrund dieser Situation ist die Aussagesicherheit dieser Substratkonzentrationen über die Versorgungssituation im frühen postpartalen Zeitraum und grundsätzlich bei allen Krankheitsgeschehen, die mit dem Ablauf einer Akute-Phase-Reaktion einhergehen, als gering einzuschätzen. Weiterhin wurde festgestellt, dass im Verlauf der Laktation die Konzentration der untersuchten Spurenelemente im Vollblut nur partiell (Cu, Mn) und im Haar nicht signifikant variieren. Die Bland-Altman-Methodenvergleiche zwischen den gepaarten Serum- und Plasmaspurenelementkonzentrationen zeigten, dass Serumwerte, mit Ausnahme von Mo, im Mittel signifikant niedriger sind als die entsprechenden Plasmakonzentrationen und dass eine erhebliche Streuung der einzelnen Differenzen der beiden Messgrößen vorliegt. Dieses bedeutet, dass das Plasma bevorzugt in der Praxis einzusetzen ist, da es keinem artifiziell bedingten Gerinnungsverlust unterliegt. Die Bland-Altman-Methodenvergleiche zwischen den gepaarten Gruppenmittel- und Poolwertspurenelementkonzentrationen des Plasmas (Cu, Mo, Fe, Zn, Mn, Se) und Vollbluts (Mn, Se) zeigten, dass die mittleren Konzentrationen der beiden Messgrößen, mit Ausnahme der Vollblutmangankonzentrationen, sich nicht signifikant unterscheiden. Allerdings liegt nur eine geringe Übereinstimmung zwischen den beiden Parametern vor. Hieraus lässt sich folgern, dass präanalytische Variabilitätsfaktoren und die Messgenauigkeit der Spurenelementanalyse an sich grundsätzliche Problemfelder in der Spurenelementdiagnostik darstellen. Ferner wurden Referenzbereiche aus dem vorhandenen Datenmaterial ermittelt, aus denen in Verbindung mit der Literatur Referenzbereichsvorschläge für praxisrelevante Substratkonzentrationen entwickelt wurden. Von der differenzierten Verwendung von Referenzbereichen für Einzel- und Stichprobenmittelwerte (Gruppenmittel- und Poolwerte) bis zu einer Stichprobengröße von n = 7 kann abgesehen werden. Zur Diagnostik der Versorgungslage mit Cu und Se lassen sich eindeutige Empfehlungen geben. Im ersterem Fall ist das Lebergewebe und im letzteren Fall das Plasma Medium der Wahl. Zur Diagnostik der Spurenelementversorgung mit Mo, Fe, Zn und Mn sind eindeutige Empfehlungen schwierig vorzunehmen, da das Aussagevermögen bzw. die Aussagesicherheit der verfügbaren diagnostischen Indikatoren über den Versorgungsstatus begrenzt ist. Unter realistischen Fütterungsbedingungen ist davon auszugehen, dass die Bestimmung des Rationsgehalts dieser Spurenelemente ausreichend Information zur Beurteilung der Versorgungslage erbringt.

A sufficient supply of trace elements is essential for herd health and productivity. However, its diagnosis comprises considerable uncertainties, particularly regarding the choice of the appropriate diagnostic sample medium and the applicable reference ranges. The aim of this study is to develop recommendations for diagnosis of trace elements supply in dairy cows. For this purpose, samples were collected on 20 dairy farms in the states of the former East Germany between 2008 and 2010. On each farm, seven fresh (0 to 7 days p. p.), seven mid-lactation (105 to 126 days p. p.), and seven late-lactation cows (308 to 329 days p. p.) were sampled. A total of 418 clinically healthy cows were available. The trace element concentrations of Cu, Mo, Fe, Zn, Mn, and Se in the substrates serum, plasma, whole blood, urine, liver and hair were determined using inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Furthermore, Total Mixed Ration (TMR) and drinking water samples were analyzed. In addition to the analyses of trace element concentrations in individual samples, pooled samples were derived from equal volumes of the seven individual samples of each lactation group, and analyzed in a similar manner. Arithmetic means were calculated from the individual sample concentrations for each lactation group in each herd. Strong correlations (r > 0.7) between the substrate concentrations were only detected for the relationship between serum and plasma. The variability of the results of the correlation analysis can be explained by the element-specific kinetics, due to homeostatic mechanisms and status independent factors (acute-phase reaction). Trace element concentrations were observed to differ significantly in serum and plasma (except for the Mo concentration), urine, as well as liver among the stages of lactation. The lactation dynamic of Cu, Zn and Fe in serum and plasma, as well as Zn and Fe in liver demonstrates the influence of the calving-induced acute-phase reaction on the distribution of the trace element concentrations in fresh cows. Therefore, the reliability of these substrate concentrations for Cu, Fe, and Zn to predict feed trace element supply is considered to be low in the early postpartum period and in cases of diseases which are associated with an acute-phase reaction. Furthermore, it was shown that the concentrations of the studied trace elements vary only partly in whole blood (Cu, Mn) and insignificantly in hair during lactation. The Bland- Altman plots between the paired serum and plasma trace element concentrations showed that, with exception of Mo, all trace element concentrations in serum are, on average, significantly lower than in plasma. Moreover the respective differences of the two values scatter to a very high extent. In contrast to serum, plasma is not artificially influenced by blood clotting and should be preferred over serum in practice. The Bland-Altman plots between the paired group means and pool values of plasma (Cu, Mo, Fe, Zn, Mn, Se) and whole blood (Mn, Se) trace element concentrations showed that the mean concentrations of the two values do not differ significantly (except whole blood Mn). However, the two parameters agree only poorly. Therefore, factors of pre-analytic variability and the accuracy of measurement are limiting factors in trace element diagnostics. Furthermore, reference ranges were determined from present data, from which, taking the literature into account, proposals for reference ranges were developed for practically relevant substrate concentrations. The use of different reference ranges for individual values, pool or group mean values up to a sample size of n = 7 is not necessary. For the diagnosis of the supply situation of Cu and Se clear recommendations can be given. For the determination of Cu supply liver tissue is the medium of choice, for Se it is plasma. No consistent recommendations for diagnostics of the trace element supply of Mo, Fe, Zn and Mn can be made, because there is only limited predictive ability or reliability of available diagnostic indicators. Under realistic feeding conditions the determination of feed content of these trace elements is adequate to give sufficient information about the supply situation.