Studying the physiological concerns of obstetrical assistance in dairy cattle for the improvement of vitality of newborn calves underwent dystocic births and for the reduction of postpartum pain in the dams and their calves
A szülészeti segélynyújtás stressz-élettani vonatkozásainak vizsgálata tejelő szarvasmarhákban a nehézellésből született borjak életképességének javítása valamint a tehén és az újszülött fájdalomszintjének csökkentése érdekében
Title in English
Studying the physiological concerns of obstetrical assistance in dairy cattle for the improvement of vitality of newborn calves underwent dystocic births and for the reduction of postpartum pain in the dams and their calves
Animal well-being (Council of Complex Environmental Sciences)
40 %
Animal physiology (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Veterinary sciences (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Ortelius classification: Animal health
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
MTS-SZIE Large Animal Clinical Research Group (Office for Research Groups Attached to Universities and Other Institutions)
Participants
Szenci, Ottó
Starting date
2016-10-01
Closing date
2019-03-31
Funding (in million HUF)
12.004
FTE (full time equivalent)
2.00
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A projekt futamideje alatt az ellés körüli időszak viselkedési és élettani hatásait vizsgáljuk tejelő teheneken és borjakon, nagyrészt nem invazív stressz és jóllét vizsgálati módszerekkel. Vizsgálatainkban a nehézellés és a szülészeti segélynyújtás viselkedés-élettani vonatkozásait tervezzük kutatni. A veszélyeztetett vemhességek korai előrejelzésére újabb ultrahangos diagnosztikai módszereket szeretnénk tesztelni. Vizsgálataink főbb célkitűzései:
1. Elfogadott és kis költségű ultrahangos vizsgálati módszerek kifejlesztése a borjak születési testtömegének előre jelzésére. 2. A szívritmus-változékonyság (heart rate variability, HRV) és a kérődzési idő vizsgálata a nehézellés előjelzésére. 3. Vizsgáljuk az ellési segítségnyújtás idejének hatását a tehenek vegetatív idegrendszeri (HRV) és hormonális (nyál kortizol) stressz reakcióira. 4. A szülészeti segélynyújtás (és a nehézellés) hatásának vizsgálata az újszülött borjak szívműködésére (HRV), hormonális (nyál kortizol) és viselkedési (fekvési idő, lefekvési gyakoriság) alkalmazkodására. 5. A nyál kortizol koncentráció alkalmazásának lehetősége, mint a fájdalom jelzője nehézelléssel született borjak esetében. 6. A nem szteroid gyulladáscsökkentők lehetséges jótékony hatásának vizsgálata nehézelléssel született borjakban (nyál kortizol, HRV és fekvési viselkedés vizsgálatával). 7. A nem szteroid gyulladáscsökkentők lehetséges jótékony hatásának vizsgálata a korai postpartum időszakban nehézellésen átesett tejelő tehenekben (nyál kortizol, HRV és fekvési viselkedés vizsgálatával).
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. 1. A nem invazívan mérhető élettani mutatók mennyire hasznosak a nehézellés előrejelzésében? Hipotézis: A HRV és a kérődzéssel töltött idő előre jelezheti a nehézellést. 2. Az ellési segítségnyújtás idejének van-e hatása az elléssel összefüggő élettani változásokra? Hipotézis: Az ellés körüli HRV, nyál kortizol és kérődzési idő összefüggésben lehet az ellési segítségnyújtás technikájával. 3. A HRV és/vagy nyál kortizol koncentrációk előre jelezhetik-e a korai (születés után 48 órán belül) borjúelhullást? Hipotézis: A HRV és a nyál kortizol koncentrációja összefüggésben van a borjú életképességével és előre jelezheti a korai (48 órán belüli) borjúelhullást. 4. A HRV és/vagy nyál kortizol koncentrációk megfelelőek-e a nehézellés során született borjak fájdalmának vizsgálatára? Hipotézis: A HRV és a kortizol megfelelő mutatók az újszülött borjak fájdalmának vizsgálatára 5. Javítható-e az újszülött borjak életképessége nem szteroid gyulladáscsökkentők adásával? Hipotézis: Az újszülött borjak életképessége és egészsége nem szteroid gyulladáscsökkentők adásával javítható. A különböző terápiák (injekció gyakorisága, dózisa) fájdalomcsillapító hatása eltérő lehet. 6. Javítható-e a nehézellésen átesett tehenek jólléte a korai postpartum időszakban nem szteroid gyulladáscsökkentők adásával? Hipotézis: A nehézellésen átesett tehenek jólléti mutatói tükrözik a nem szteroid gyulladáscsökkentők fájdalomcsillapító hatásait. 7. Előre jelezhető-e a borjak születési testtömege hasfalon keresztül végzett ultrahangvizsgálattal? Hipotézis: A modern ultrahang készülékekkel előre jelezhetjük a borjak születési testtömegét, s így a nagy magzatok miatti nehézellés veszélye megállapítható.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Bízunk benne, hogy alapkutatási adataink gyakorlati szempontból is hasznosak lesznek a tejtermelő tehenészetek vezetői és állatorvosai számára. A nehézellés vagy a nem megfelelő időben megkezdett szülészeti segélynyújtás okozta stressz nem invazív stresszvizsgálati módszerekkel felderíthető, és így az ellés folyamatának menedzselése javítható. A tejtermelő tehenészetek számára fontos az ellés körüli veszteségek (korai borjú elhullás és az újszülött borjak egészségi problémái) megelőzése, ami az általunk használt nem invazív mutatók (pl. HRV, kérődzési idő) alkalmazásával lehetséges lesz. Viselkedési és hormonális vizsgálatokkal értékelhetőek lesznek a nem szteroid gyulladáscsökkentők hatásai a nehézellésből született borjak és a nehézellésen átesett tehenek fájdalomszintjeire. A HRV mutatók és a nyál kortizol koncentrációk nagy valószínűséggel megfelelőek a korai (48 órán belüli) borjúelhullás előjelzésére. Tervezett munkánk alapján azt várjuk, hogy a borjak születés körüli elhullásának előfordulása csökkenthető, az újszülött borjak életképessége és ezáltal jólléte javítható lesz a tejtermelő tehenészetekben. A borjak születési testtömegének becslésében és jóllétének vizsgálatában a hasfalon és a végbélen keresztül végzett ultrahang vizsgálat hatékony lehet. Azt várjuk, hogy a kutatási eredményeink hozzájárulnak majd a születés körüli borjúelhullás előfordulásának csökkentéséhez és az ellés után a tehén és az újszülött borjú egészségének javításához.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A kutatás során a tejelő tehenek és az újszülött borjak jólléte, egészsége és a termelés szempontjából fontos ellés körüli problémák (nehézellés, korai borjú elhullás) viselkedés-élettani szempontú vizsgálatát tervezzük. Elsősorban nem invazív (az állatnak kellemetlenséget nem okozó) technikákkal [szívritmus-változékonyság, kérődzési idő, a nyál kortizol (stressz hormon) koncentráció] vizsgáljuk az állatok egészségét és élettani reakcióit. A szívritmus-változékonyság elemzése a legújabb kutatások szerint megfelelő módszer tejelő tehenekben a stressz mérésére, a vegetatív idegrendszeri működés vizsgálatán keresztül. Eredményeink alapján lehetővé válik a nehéz ellés okozta stressz csökkentése és az újszülött borjak és a tehenek ellés utáni egészségének javítása. A szívműködési jelzőszámok és a kérődzési idő változásainak elemzésével, ill. a nyál kortizol koncentrációk mérésével adatokat kapunk az ellési segítségnyújtás technikájának (a beavatkozás időszerűségének és szakszerűségének) állatjóllétére gyakorolt hatásáról is. Munkánk során többféle nem szteroid gyulladáscsökkentő szer hatását igyekszünk tesztelni az nehézellésből született borjak és a nehézellésen átesett tehenek fájdalomszintjére. Azt várjuk, hogy vizsgálati eredményeink a gyakorlat számára is hasznosak lesznek. A borjak születés körüli elhullásának előfordulása csökkenthető, a tehenek és az újszülött borjak jólléte növelhető lesz a tejtermelő tehenészetekben.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. During the project period experiments on bovine parturition will be carried out on dairy cows and calves using mostly non-invasive assessment of stress and well-being. Experiments will deal with 1) the physiological and behavioral concerns of difficult or assisted calving and 2) the early detection of high-risk pregnancies in Holstein-Friesian cattle. In details:
1. Development widely applicable and low-cost ultrasonographic protocols to predict calf birth weight. 2. Investigating heart rate variability (HRV) and rumination time to detect cows for high risk of dystocia. 3. Assessment of the effects of timing of obstetrical intervention on autonomic (HRV) and hormonal (saliva cortisol) stress responses of dairy cows. 4. Evaluation the effects of calving assistance (and dystocia) on cardiac autonomic, hormonal (saliva cortisol) and behavioral (lying behavior, lying down frequency) adaptation of extra-uterine life of newborns. 5. Using saliva cortisol as pain biomarker in calves born from dystocic births. 6. Providing scientific evidence of the benefits of NSAIDs in calves underwent dystocic birth using saliva cortisol HRV, and lying behavior. 7. Providing scientific evidence of the benefits of NSAID therapies in cows following a difficult calving using saliva cortisol HRV, and lying behavior.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. During the project period, several questions are planned to answered: 1. Are non-invasive physiological parameters useful in prediction dystocia at calving? Hypothesis: HRV and rumination time are good predictors of dystocia. 2. Does timing of obstetrical assistance influence physiological responses to calving? Hypothesis: peripartal HRV, saliva cortisol concentrations, postpartum lying behavior and rumination time reflect on the technicality and timing of calving assistance. 3. Are HRV and/or saliva cortisol of newborn calves useful in predicting vitality and stillbirth (death within 48 h) of newborns? Hypothesis: Measuring HRV and saliva cortisol of calves are useful in predicting calf vitality and survival within the first 48 h of life. There are correlations between autonomic nervous system-related HRV parameters and vitality scores. 4. Are HRV and/or saliva cortisol appropriate for pain assessment in calves born from dystocic dams? Hypothesis: The combination of HRV and saliva cortisol provides non-invasive approach for pain assessment in newborns. 5. Could vitality of newborns be improved by NSAID therapy? Hypothesis: NSAID administration improves calf survival and welfare. There will be differences between different NSAID therapies in pain-reducing efficiency. 6. Could the welfare of cows underwent difficult calving be improved by NSAID therapy? Hypothesis: NSAID administration improves the welfare of the dam during the early postpartum period. 7. Can calf birth weight be predicted by transabdominal or transrectal UH examination? Hypothesis: Modern UH techniques can help in early detection of cows with high risk for dystocia by carrying large fetuses.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. We hope that results of the planned studies will be helpful for dairy farmers and practicing veterinarians as well. Non-invasive detection of stress caused by dystocia or inappropriately timed assistance at calving may reveal opportunities for improvements in calving management. If non-invasive markers of welfare such as HRV, indices of rumination characteristics would be used as early signals for dystocia, the prevalence of perinatal mortality and postpartum health disorders would be reduced which is crucial for producing dairies. By using behavioral observations and saliva cortisol measurement the efficiency of NSAID administration would be evaluated in pain reduction in calves born from dystocic dams and in cows underwent difficult calving as well. Autonomic nervous system-related HRV parameters and saliva cortisol concentrations as possible predictors of stillbirths (within 48 h) will provide a new opportunity to detect young animals with a high risk of postnatal mortality. Based on our expected findings, perinatal mortality could be reduced and the welfare and the vitality of newborn calves could be improved in commercial dairy farms. The development of highly effective methods for prediction of birth weight and health status is presumed using transabdominal and transrectal UH. Based on our results, the prevalence of dystocia and associated perinatal and postnatal mortality could be decreased and postpartum health of the dam and her offspring could be improved.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. During the project period we plan to study the physiological and behavioral concerns of assisted calvings (calvings with difficulties at birth), which has major impact on welfare and production in dairy cattle. In our experiments, non-invasive methods are planned to be used, including the analysis of heart rate variability (HRV), which have been introduced by our research group in Hungary in dairy cattle. Other parameters will be rumination time, saliva cortisol concentrations (the latter is a good predictor for stress and pain). Using certain parameters of HRV the level of stress can be evaluated precisely in farm animals. Based on the expected findings the reduction of stress caused by difficult calving in cows and the improvement of postpartum health and welfare of the offspring and the dam underwent difficult births could be possible. Analysis of cardiac activity, rumination time, lying behavior and saliva cortisol levels will lead to the description of the welfare aspects of the technicality of calving assistance as well. We plan to evaluate the pain reducing effects of antiinflammatory drugs in calves born from dystocic dams and in cows underwent difficult calving using HRV and saliva cortisol concentrations. We aim to provide new opportunities to detect young animals with a high risk of postnatal mortality. Based on our expected findings, the well-being and the vitality of newborn calves could be improved in commercial dairy farms.
