Advancing the understanding of ruminal acidosis

Abstract

This PhD dissertation comprehensively examines Subacute Ruminal Acidosis (SARA), a major nutritional disorder in ruminants that significantly impacts animal health, welfare, and farm economics. SARA is particularly prevalent in intensive livestock farming, leading to complications such as liver abscesses, milk fat depression, reduced milk yield, and early culling. The dissertation is structured into three chapters: a literature review and two research investigations. The literature review focuses on the definition, types, epidemiology, economic impacts, welfare implications, diagnosis, prevention, and treatment of ruminal acidosis. The first research investigation explores the use of computerized rumen colorimetry as a novel diagnostic tool for SARA. Diagnosing SARA is challenging due to the need to evaluate multiple parameters, such as milk fat/protein ratio, ruminal lactate, and hemogram, instead of relying on a single definitive symptom or diagnostic method. This study evaluated the effectiveness of computerized rumen colorimetry in detecting SARA in beef cattle. Over one year, 75 cattle aged 8–10 months from five farms were periodically monitored for rumen pH prior to slaughter. Samples of rumen wall and rumen content were obtained at slaughter for analysis. The study found that the darkening of the rumen epithelium’s color was attributed to SARA incidence and was caused by the effect of rumen pH on the keratinized layer of the epithelium. Furthermore, an increase in the thickness of ruminal epithelium layers, particularly non-keratinized and total epithelium, was observed in animals with a history of SARA. It is possible that lower rumen pH increases the rate of replacement of the keratinized epithelium, with the non-keratinized epithelium overgrowing to compensate. In conclusion, computerized rumen colorimetry shows promise as a reliable method for managing SARA in bovine farms by monitoring the condition in the slaughterhouse. Further research is needed to evaluate its effectiveness in detecting SARA in live animals. The second research investigation addresses SARA in Greek dairy sheep. This study investigates the prevalence and impact of SARA in Greek dairy sheep farming and explores the use of computerized rumen colorimetry as a management and diagnostic tool for SARA in dairy sheep farms. Forty-two dairy sheep flocks were monitored regularly for rumen pH, milk composition, and milk yield over an approximately 9-month milking period. Computerized Rumen Mucosal Colorimetry was applied to 280 culled, aged ewes from these farms, with rumen wall samples taken for histological examination. SARA cases were identified in 19 farms (45%, n=42). Farms with SARA cases had lower milk fat levels, although milk yield was higher in these farms, while milk protein levels did not differ based on the SARA status of the farms. In culled ewes, rumen color was significantly associated with the farm's SARA status. Additionally, ewes from farms with more SARA cases exhibited increased thickness in the ruminal epithelium layers, particularly in the non-keratinized and total epithelium layers. In conclusion, SARA is a common disorder in the Greek dairy sheep industry, lowering the fat content of milk. The study suggests that computerized rumen epithelium colorimetry in aged culled ewes shows promise as a diagnostic tool for SARA in dairy sheep farms.

H διατριβή εξετάζει την Υποκλινική Δυσπεπτική Οξέωση [Subacute Ruminal Acidosis (SARA)] των μηρυκαστικών. Η SARA επηρεάζει σημαντικά την υγεία, την ευζωία και τις αποδόσεις των ζώων και είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη στην εντατική κτηνοτροφία, προκαλώντας επιπλοκές όπως αποστήματα στο ήπαρ, μείωση της λιποπεριεκτικότητας του γάλακτος, μείωση της γαλακτοπαραγωγής και πρόωρη αξιοποίηση των ζώων. Η διατριβή περιλαμβάνει τρία κεφάλαια: μία βιβλιογραφική ανασκόπηση και δύο ερευνητικές μελέτες. Η βιβλιογραφική ανασκόπηση εστιάζει στον ορισμό, τους τύπους, την επιδημιολογία, τις οικονομικές επιπτώσεις, τις συνέπειες για την ευζωία, τη διάγνωση, την πρόληψη και τη θεραπεία της δυσπεπτικής οξέωσης. Η πρώτη ερευνητική μελέτη εξετάζει τη χρήση της ψηφιακής χρωματομετρίας του βλεννογόνου της μεγάλης κοιλίας, ως ένα νέο διαγνωστικό εργαλείο για τη διάγνωση της SARA. Η μελέτη αξιολόγησε την αποτελεσματικότητα της ψηφιακής χρωματομετρίας της μεγάλης κοιλίας σε παχυνόμενα βοοειδή. Για ένα χρόνο, 75 βοοειδή ηλικίας 8-10 μηνών από πέντε εκτροφές παρακολουθούνταν περιοδικά με μετρήσεις του pH της μεγάλης κοιλίας. Κατά τη σφαγή των ζώων, δείγματα του τοιχώματος της μεγάλης κοιλίας ελήφθησαν για ιστολογικές και χρωματομετρικές εξετάσεις. Η έρευνα διαπίστωσε ότι η SARA προκαλούσε σκούρο χρωματισμό στο επιθήλιο της μεγάλης κοιλίας. Ο σκούρος χρωματισμός αφορούσε το κερατινοποιημένο στρώμα του επιθηλίου και αποδόθηκε στην επίδραση του όξινου pH στην επιφάνεια του επιθηλίου. Επιπλέον, παρατηρήθηκε αύξηση στο πάχος των στρωμάτων του επιθηλίου της κοιλίας, ιδιαίτερα του μη κερατινοποιημένου και του συνολικού επιθηλίου, σε ζώα με ιστορικό SARA. Είναι πιθανό ότι το χαμηλότερο pH της μεγάλης κοιλίας να αυξάνει τον ρυθμό αντικατάστασης του κερατινοποιημένου επιθηλίου, με αποτέλεσμα το μη κερατινοποιημένο επιθήλιο να πολλαπλασιάζεται για να αντισταθμίσει τη συχνότερη ανάγκη παραγωγής κερατινοποιημένων στρωμάτων. Συμπερασματικά, η ψηφιακή χρωματομετρία του βλεννογόνου της μεγάλης κοιλίας φαίνεται να είναι μια αξιόπιστη μέθοδος για τη διαχείριση της SARA σε εκτροφές βοοειδών, μέσω εκτίμησης της εικόνας των ζώων στο σφαγείο. Απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητάς της μεθόδου στην ανίχνευση της SARA στα ζώντα ζώα. Η δεύτερη ερευνητική μελέτη αφορά τη διερεύνηση της SARA σε εκτροφές γαλακτοπαραγωγικών προβάτων στη χώρα μας. Αυτή η μελέτη διερευνά τη συχνότητα της SARA στις εκτροφές αυτές και εξετάζει τη χρήση της ψηφιακής χρωματομετρίας του βλεννογόνου της μεγάλης κοιλίας ως εργαλείο διαχείρισης της SARA. Σαράντα δύο εκτροφές γαλακτοπαραγωγικών προβάτων συμπεριλήφθηκαν στην έρευνα όπου παρακολουθούνταν τακτικά το pH της μεγάλης κοιλίας των ζώων, η γαλακτοπαραγωγή και η σύνθεση του παραγόμενου γάλακτος για το σύνολο της αρμεκτικής περιόδου, διάρκειας περίπου 9 μηνών. Επίσης, λήφθηκε βλεννογόνος της μεγάλης κοιλίας από 280 προβατίνες των παραπάνω εκτροφών, οι οποίες αντικαταστάθηκαν λόγω ηλικίας και αξιοποιήθηκαν στο σφαγείο. Στα δείγματα μεγάλης κοιλίας εφαρμόστηκε ψηφιακή χρωματομετρία και επιπλέον έγιναν ιστολογικές εξετάσεις. Περιπτώσεις SARA εντοπίστηκαν σε 19 εκτροφές (45%, n=42). Οι εκτροφές με SARA είχαν χαμηλότερα επίπεδα λιποπεριεκτικότητας γάλακτος, αν και η γαλακτοπαραγωγή ήταν υψηλότερη σε αυτές τις εκτροφές, ενώ τα επίπεδα πρωτεΐνης στο γάλα δεν διέφεραν βάσει της συχνότητας SARA. Στις σφαζόμενες προβατίνες, το χρώμα του βλεννογόνου της μεγάλης κοιλίας επηρεάζονταν σημαντικά από τη συχνότητα SARA στις εκτροφές προέλευσης. Επιπλέον, οι προβατίνες από εκτροφές με υψηλότερο ποσοστό SARA παρουσίαzαν αύξηση στο πάχος των στρωμάτων του επιθηλίου της μεγάλης κοιλίας, ιδιαίτερα του μη κερατινοποιημένου και του συνολικού επιθηλίου. Συμπερασματικά, η SARA είναι μια συχνή κατάσταση στην ελληνική γαλακτοπαραγωγική προβατοτροφία και προκαλεί μείωση της λιποπεριεκτικότητας του γάλακτος. Ακόμη, προτείνεται ότι η ψηφιακή χρωματομετρία του επιθηλίου της μεγάλης κοιλίας σε ηλικιωμένες προβατίνες που αντικαθίστανται μπορεί να αξιοποιηθεί στη διαχείριση της SARA στις εκτροφές γαλακτοπαραγωγικών προβάτων.