Acute phase proteins in healthy and sick dairy and beef calves and their association with growth

Abstract

The acute phase response (APR) is a component of the innate immune system, a general and non-specific response that limits the spread of infection and removes factors potentially harmful to the body. Infection, neoplasm or tissue trauma initiates an acute phase response, resulting in visible systemic signs of illness, fever, reduction of appetite and depression. APR also induces a variety of less discernible changes. One measurable sign of APR is the increased synthesis of acute phase proteins (APP) by the liver, mediated by cytokines. In bovine medicine, increased concentrations of the APPs haptoglobin (Hp), serum amyloid A (SAA) and fibrinogen (Fb) have been associated with several diseases, including respiratory tract infections in calves, metritis, mastitis, and hoof diseases.

The aim of this thesis was to explore further the associations between APPs and common diseases in calves and assess the ability of APPs to differentiate between severities of disease during different stages. The studies also addressed the possibility of using the variation in APP concentrations in apparently healthy animals to predict the growth.

The thesis is based on four individual studies, performed as field studies on commercial Finnish farms. APP measurements and collection of data for explanatory variables were got from dairy calves on dairy farms, beef calves in suckler herds and calves on a calf-rearing farm. The reference values for Hp, SAA and Fb were established from the healthy population of dairy calves (Study I). The association between the diseases and APPs were assessed in different calf populations, and increased concentrations of Hp, SAA and Fb were recorded in calves with respiratory tract infection and umbilical inflammation (Studies I, II, III).

Fb, Hp and SAA differed between surgically confirmed diagnoses of local umbilical inflammation and severe umbilical inflammation reaching the abdominal cavity (Study I). Decreased haptoglobin concentrations were associated with weak signs of eimeriosis (diarrhoea or low oocyst count or presence of non-pathogenic Eimeria spp.; Study II).

Increased albumin concentrations at around two weeks of age were associated with better growth rate over the first 30 days of life (Study III) in a population of beef calves. However, a longer-term effect was recorded for SAA concentrations around two to three weeks of age (Studies III and IV). A negative association between increased SAA and growth rate was evident for beef calves over the period 30–200 days of age in (III). A similar association between SAA and growth was apparent in rearing dairy calves over two months, seven months and even at slaughter, at 15–18 months (Study IV).

The results support the concept that APPs are suitable markers for inflammation and several calf diseases. The novel finding of an association between SAA and growth rate represents opportunities for purposes other than aiding clinical work. The increase in non-specific markers of inflammation can indicate general disturbance in animal health.

Akuutin vaiheen vaste käynnistyy osana luonnollisen immuniteettijärjestelmän reaktiota, kun elimistö havaitsee mahdollisen uhan, esimerkkisi infektion, kasvaimen tai kudostrauman. Akuutin vaiheen nvastteen näkyvänä seurauksena kehittyvät systeemiset sairauden merkit: kuumeennousu, ruokahalun väheneminen ja vaisuus. Myös heikommin ulospäin havaittavia muutoksia tapahtuu. Yksi suhteellisen helposti mitattava muutos on akuutin vaiheen proteiinien pitoisuuksien nousu, kun niiden synteesi kiihtyy maksassa vasteen seurauksena. Naudoilla merkittävien akuutin vaiheen proteiinien, haptoglobiinin, seerumin amyloidi-A:n ja fibrinogeenin kohonneita pitoisuuksia on havaittu vasikoiden hengitystietulehdusten, kohtutulehduksen, utaretulehduksen ja sorkkasairauksien yhteydessä.

Väitöskirjan tutkimusten tarkoitus oli selvittää naudan akuutin vaiheen proteiinien ja yleisten vasikoiden tautien yhteyksiä, sekä arvioida, miten hyvin akuutin vaiheen proteiinien avulla voidaan erotella sairauden vakavuusasteita toisistaan. Lisäksi tutkittiin, voitaisiinko akuutin vaiheen proteiinien mittausta käyttää terveillä eläimillä kasvun ennustamisen apuna.

Väitöskirja perustuu neljään, tavallisilla suomalaisilla nautatiloilla toteutettuun, kenttätutkimukseen. Aineistoon kuuluu vasikoita lypsykarjatiloilta (Osatyö I ja II), emolehmäkarjoista (Osatyö III) sekä vasikkakasvattamosta (osatyö IV). Osatyössä 1 muodostettiin haptoglobiinin, seerumin amyloidi-A:n ja fibrinogeenin viitearvot terveillä lypsykarjavasikoilla. Kohonneita haptoglobiinin, seerumin amyloidi-A:n ja fibrinogeenin pitoisuuksia havaittiin hengitystietulehdusten ja napatulehdusten yhteydessä lypsykarjavasikoilla että emolehmäkarjan liharotuisilla vasikoilla (Osatyöt I, II, III). Sekä haptoglobiinin, seerumin amyloidi-A:n että fibrinogeenin perusteella pystyttiin jälkikäteen luokittelemaan paikallinen napatulehdus ja vakava, vatsaonteloon ulottuva napatulehdus, jotka oli vahvistettu leikkauksessa (Osatyö I). Alhaisemmat haptoglobiinipitoisuudet olivat yhteydessä lievään Eimeria spp.-infektioon (Osatyö II).

Kahden viikon iässä havaitut kohonneet seerumi amyloidi A:n pitoisuudet emolehmäkarjan vasikoilla olivat yhteydessä huonompaan kasvuun ensimmäisen elinkuukauden aikana ja vielä 200 päivän ikään saakka (Osatyö III). Vasikkakasvattamon lypsykarja- ja risteytysrotuisilla vasikoilla tulovaiheen noin kahden viikon iässä mitatun seerumi amyloidi-A:n yhteys huonompaan kasvuun todettiin kahden, seitsemän ja vielä jopa 15-18 kuukauden iässä, eli teurastuksen yhteydessä (Osatyö IV).

Tämän väitöskirjan tulokset tukevat käsitystä, että akuutin vaiheen proteiinit soveltuvat tulehduksen mittariksi ja sairauksien epäspesifiseen tunnistamiseen. Uutena löydöksenä raportoitiin kohonneen seerumin amyloidi A:n ja huonomman kasvun yhteys. Tämä avaa näkymiä akuutin vaiheen proteiinien käyttöön muuallakin kuin vain kliinisen työn yhteydessä. Näiden epäspesifisten tulehdusindikaattorien muutokset voivat auttaa huomaamaan muutokset tilan eläinten terveydentilan tasossa, minkä jälkeen tilannetta voidaan alkaa kohentaa.