Sviluppo di un indicatore di bilancio energetico nelle vacche frisone in transizione e delle sue associazioni con fattori ambientali e produttivi

The transition period in dairy cows, spanning the three weeks before and the three weeks after calving, represents one of the most critical phases of their productive cycle. During this period, cows undergo substantial physiological and metabolic adaptations that often result in a negative energy balance (NEB). This condition arises from the mismatch between the high energy demand associated with the onset of lactation and the limited capacity of cows to consume sufficient dry matter. An excessive or prolonged NEB may predispose cows to metabolic disorders, such as ketosis and hepatic lipidosis, with adverse effects on animal welfare, fertility, and productive performance. This thesis, carried out as part of the Cowholic project, aimed to calculate and evaluate an energy balance indicator (IBE) during the early stages of lactation. This was achieved by integrating data from automated monitoring systems with individual, production and metabolic information. The study involved 149 Italian Holstein-Friesian cows housed on a commercial dairy farm located in the province of Cremona. The dataset comprised a total of 447 observations, collected approximately 5, 30 and 60 days after calving, corresponding to sampling times T₀₅, T₃₀ and T₆₀ respectively. The IBE was calculated as the difference between net energy intake, determined from dry matter intake estimated using sensor-equipped collars and the energy density of the ration, and theoretical energy requirements, including maintenance requirements and the energy exported in milk. Blood concentrations of non-esterified fatty acids (NEFA), β-hydroxybutyrate (BHB), glucose, urea, and total bilirubin were also analysed. The results showed a progressive improvement in energy status during the first 60 days of lactation. Mean IBE increased from −88.2 MJ/day at T₀₅ to −16.6 MJ/day at T₃₀, reaching a positive value of 18.1 MJ/day at T₆₀. This pattern appeared to be mainly attributable to the progressive increase in net energy intake. The classification of cows into high, medium, and low energy-deficit classes, based on the IBE calculated at T₀₅, revealed significant differences in NEFA and BHB concentrations. At T₀₅, cows in the high energy-deficit class had higher concentrations of both metabolites and lower glucose concentrations than cows in the medium and low energy-deficit classes. Differences in NEFA and BHB remained evident at T₃₀, whereas at T₆₀ the differences in NEFA concentrations were no longer significant and differences in BHB persisted only between the high and low energy-deficit classes. No significant differences in urea concentrations were observed among the classes, whereas total bilirubin differed between specific classes only at T₃₀. Overall, the associations observed between the IBE-based classification and blood concentrations of NEFA and BHB indicated a correspondence between the severity of the estimated energy deficit and the metabolic response of the cows, particularly during the early stages of lactation. These findings support the biological consistency of the indicator, although they do not constitute its definitive validation.

RIASSUNTO Il periodo di transizione delle vacche da latte, che si estende dalle tre settimane precedenti alle tre successive al parto, rappresenta una delle fasi più delicate del loro ciclo produttivo. Durante questo periodo, gli animali affrontano significativi adattamenti fisiologici e metabolici che spesso portano a un bilancio energetico negativo (NEB). Questo stato è causato dal divario tra l’elevato fabbisogno energetico necessario per avviare la lattazione e la ridotta capacità di assumere sufficiente sostanza secca. Un NEB eccessivo o prolungato può predisporre le bovine a patologie metaboliche come chetosi e lipidosi epatica, con conseguenze sul loro benessere, sulla fertilità e sulle performance produttive. Il presente lavoro di tesi, svolto nell’ambito del progetto Cowholic, ha avuto l’obiettivo di calcolare e valutare un indicatore del bilancio energetico (IBE) nelle prime fasi della lattazione. Ciò è stato realizzato integrando dati provenienti da sistemi di monitoraggio automatizzati con informazioni individuali, produttive e metaboliche. Lo studio è stato condotto su 149 vacche di razza Frisona Italiana in un'azienda commerciale situata nella provincia di Cremona. Il dataset comprendeva un totale di 447 osservazioni, raccolte approssimativamente a 5, 30 e 60 giorni dopo il parto, corrispondenti rispettivamente ai tempi T₀₅, T₃₀ e T₆₀. L'IBE è stato determinato come la differenza tra l'energia netta assunta, stimata in base all'ingestione di sostanza secca stimata tramite collari sensorizzati e alla densità energetica della razione, e il fabbisogno energetico teorico, che include le esigenze di mantenimento e l'energia esportata con il latte. Sono state analizzate anche le concentrazioni ematiche di acidi grassi non esterificati (NEFA), β-idrossibutirrato (BHB), glucosio, urea e bilirubina totale. I risultati hanno evidenziato un progressivo miglioramento dello stato energetico nel corso dei primi 60 giorni di lattazione. L'IBE medio è passato da un valore di −88,2 MJ/giorno a T₀₅ a −16,6 MJ/giorno a T₃₀, fino a raggiungere un valore positivo di 18,1 MJ/giorno a T₆₀. Questo andamento sembra essere principalmente attribuibile all'incremento progressivo dell'energia netta assunta. La divisione delle bovine in classi di deficit energetico elevato, medio e basso, basata sull'IBE calcolato a T₀₅, ha permesso di osservare differenze significative nella concentrazione dei metaboliti NEFA e BHB. Al giorno T₀₅, le bovine con un elevato deficit energetico avevano concentrazioni più alte di entrambi i metaboliti e livelli di glucosio inferiori rispetto agli animali con deficit medio e basso. Queste differenze sono rimaste evidenti per NEFA e BHB anche a T₃₀, mentre a T₆₀ le differenze nei livelli di NEFA non erano più significative e le differenze nei livelli di BHB persistevano solo tra le classi di deficit alto e basso. Non sono state osservate differenze significative nei livelli di urea tra le diverse classi, mentre per la bilirubina totale si sono rilevate differenze tra alcune classi specifiche soltanto a T₃₀. Nel complesso, le associazioni osservate tra la classificazione basata sull'IBE e le concentrazioni ematiche di NEFA e BHB hanno evidenziato una corrispondenza tra l'intensità del deficit energetico stimato e la risposta metabolica delle bovine, specialmente nelle prime fasi della lattazione. Questi risultati confermano la coerenza biologica dell'indicatore, pur non essendo una sua validazione definitiva.