Il periodo di transizione (TP) delle vacche da latte è caratterizzata da disfunzione del sistema immunitario e dalla comparsa di fenomeni infiammatori. La tesi ha presentato una vasta revisione della letteratura seguita da 3 articoli sperimentali. Nel capitolo II sono stati investigati i cambiamenti delle citochine pro-infiammatorie (PIC) nel TP. I livelli di PIC hanno mostrato una elevata variabilità in tarda gravidanza, ma i livelli più alti hanno mostrato un’associazione con i problemi di salute e le prestazioni dopo il parto. Nel capitolo III, l'attività immunitaria di vacche in transizione è stata valutata utilizzando un test ex vivo di stimolazione del sangue con lipopolisaccaridi (WBA) e un test cutaneo alla carragenina. I risultati hanno rivelato che il sistema immunitario è molto sensibile in prossimità del parto. Entrambi i test descrivono i cambiamenti del sistema immunitario durante il TP. Nel capitolo IV, è stata valutata l’espressione genica dei leucociti durante il TP con la tecnica dell’ RNA-Seq. Confrontando i geni differenzialmente espressi con i risultati del capitolo II e III sono stati resi noti i cambiamenti funzionali dei leucociti. Complessivamente, queste ricerche contribuiscono a definire meglio la fisiologia della fase di transizione della vacche da latte. / The transition period of dairy cows is characterized by immune dysfunction and inflammatory like conditions. The thesis presented a wide review literature followed by 3 research papers. Chapter II investigated the pattern of changes of pro-inflammatory cytokines (PIC) around parturition and discovered an association with periparturient health status. PIC levels showed a high variability in late pregnancy but the highest levels demonstrated a good relationship with health troubles and performance after calving. In Chapter III, immune activity of transition cows were evaluated using: an ex vivo whole blood stimulation assay (WBA) with lipopolysaccharides and a carrageenan skin test. Results revealed that immune system is very sensitive around calving in respect to both tests, with a significant increase of pro-inflammatory cytokines and a reduction of the skin thickness after carrageenan challenge. Thus, both tests are able to describe the complex changes of the immune system combined to conventional metabolic and immune parameters. In Chapter IV, changes of leukocyte gene expression were evaluated from 20 days before to 7 days after calving using RNA-seq technique. Comparing the differentially expressed genes with the results of Chapter II and III were disclosed fundamental functional changes in leukocytes. Overall, these researches contribute to define better the physiology of the most vulnerable phase of dairy cows.

Il periparto è la parte più critica della vita della bovina da latte. I cambiamenti importanti ed improvvisi nel metabolismo e nelle condizioni di vita possono favorire l’insorgenza di problemi di salute e di uno stato infiammatorio. Una risposta eccessiva dell’organismo all’infiammazione può sottrarre risorse fondamentali, causando un peggioramento delle condizioni di salute e un calo della produzione di latte. Nella prima parte della tesi si propone un nuovo indice basato su alcuni parametri plasmatici utile a descrivere meglio la risposta all’infiammazione nel post-parto. Una identificazione rapida degli animali caratterizzati da una risposta eccessiva all’infiammazione, specialmente quelli senza sintomi esterni, permette un intervento efficace per evitare ulteriori conseguenze negative. La seconda e terza parte della tesi descrivono due prove sperimentali finalizzate a ridurre la risposta all’infiammazione impiegando acidi grassi ω-3 e/o acido acetilsalicilico. La somministrazione di acidi grassi ω-3 a cavallo del parto ha ridotto la risposta all’infiammazione e migliorato il bilancio energetico, mentre la loro somministrazione esclusivamente prima del parto ha evidenziato alcuni leggeri miglioramenti nella risposta all’infiammazione e nel bilancio energetico. La somministrazione prima del parto di acido acetilsalicilico ha causato l’insorgenza di alcuni problemi e pertanto dovrebbe essere somministrata solo dopo il parto. / The peripartum period is the most critical stage of the dairy cows. The sudden and major changes in metabolism and life conditions may favor the onset of health problems together with an inflammatory status. An excessive response by the organism to inflammation may subtract primary resources, resulting in a worsening of health status and in a lower milk yield. In the first part of the thesis a new index based on some plasma parameters is proposed to better describe the response to inflammation in the post-calving of dairy cows. An early identification of the animals characterized by a severe response to inflammation, especially without any external symptom, allows an effective intervention in order to avoid further negative consequences. The second and the third part of the thesis describe two experiments aiming to reduce the response to inflammation using ω-3 fatty acids and/or acetylsalicylic acid. The administration of ω-3 fatty acids around calving reduced the inflammatory response and improved the energy balance, while their pre-calving only administration highlighted some slight improvements in inflammatory response and energy balance. The pre-calving administration of acetylsalicylic acid caused the onset of some problems and should be used only after calving.

Il benessere degli animali è uno dei temi più discussi temi delle scienze animali. Molti ricercatori hanno provato a darne una definizione e a sviluppare strumenti utili alla sua valutazione negli allevamenti di vacche da latte. Nel presente lavoro viene discussa la possibilità di valutare il benessere degli animali, attraverso sistemi di innovazione da diversi punti di vista: scientifico, economico e zootecnico. Quattro differenti ricerche sono state sviluppate per confrontare i risultati sulla valutazione del benessere degli animali negli allevamenti da latte ottenuti con: indici fisiologici, modello SDIB e un sistema di monitoraggio della ruminazione. / Animal welfare is one of the most discussed topic in the animal science. Many researchers have been proving to define animal welfare and to develop tools useful to assess its levels in dairy farms. In the present issue it is discussed with different point of view (scientific, economical and zootechnic) the opportunity to assess the animal welfare through innovations system. Our different research was develop to compare the results about animal welfare in dairy herds obtained by physiological indices as well as blood variables, a model for animal welfare assessment as well as IDSW model, a rumination monitoring system.

La tesi ha un filo logico che inizia con la quantificazione e caratterizzazione degli impatti ambientali della produzione del latte. La ricerca prosegue con l'analisi delle opzioni per mitigare questi impatti, tra cui la produzione di biogas da reflui zootecnici. Il passo successivo è stato quello di analizzare la sostenibilità ambientale della co-digestione della biomassa da colture dedicate e reflui zootecnici. La digestione anaerobica dei reflui zootecnici per la produzione di biogas e la sua combustione per produrre energia elettrica è risultata un approccio tecnologico efficace per ridurre le emissioni di gas serra in quanto riduce le emissioni dallo stoccaggio dei liquami e sostituisce la produzione di energia elettrica da combustibili fossili. La produzione di biogas da biomassa da colture dedicate, anche se non fornisce benefici ambientali di per sé, può essere considerata come una opzione per facilitare e incrementare la digestione dei reflui, ma la biomassa da colture dedicate deve essere utilizzato in modeste quantità. I risultati di questa tesi - realizzati utilizzando la metodologia LCA - possono aiutare i responsabili politici nella pianificazione delle misure volte ad aumentare la sostenibilità della produzione del latte e del biogas nelle aziende zootecniche. / The thesis has a logical thread that starts with the quantification and characterization of the environmental impacts of milk production. The research continues with the analysis of the options for mitigating these impacts, among which biogas production from manure results very effective. The next step was to analyse the environmental sustainability of co-digestion of manure and energy crops. The anaerobic digestion of manure to biogas and its combustion to produce electricity resulted as an effective technological approach to mitigate GHG emissions because it reduces the emissions from slurry storage and contributes to the displacement of electricity generation from fossil fuels. Biogas production from energy crops, although not providing environmental benefits per se, may be regarded as an option to facilitate and increase the digestion of manure, if allowed only in small shares. The results of this thesis – achieved using LCA methodology – can assist policy makers in the planning of measures aimed at increasing the sustainability of milk and biogas production from dairy farms.

Il sistema immunitario è costituito da una varietà di cellule, molecole e processi biologici che interagiscono per prevenire le invasioni microbiche, riconoscere le molecole estranee ed eliminare le fonti esistenti di lesioni cellulari, ripristinando le normali funzioni tissutali una volta risolto il problema. L'immunità innata è la prima linea di difesa contro le invasioni di agenti patogeni. Nelle vacche da latte, il suo funzionamento subisce gravi alterazioni durante il periodo di transizione (TP). In questa fase è stata segnalata una compromissione delle funzioni delle cellule polimorfonucleate (PMN) correlate alla produzione di metaboliti reattivi dell'ossigeno (ROM), all’attività della mieloperossidasi (MPO), alla chemiotassi e alla fagocitosi. I PMN bovini hanno un alterata espressione dei geni codificanti per tali funzioni tra -1 e 2 settimane dal parto, rispetto al livello rilevato 4 settimane dopo il parto per gli stessi geni. La causa esatta delle disfunzioni immunitarie che si verificano nel periparto non è mai stata chiaramente identificata. In esse possono contribuire diversi fattori, principalmente imputati alle alterazioni metaboliche tipiche del periparto (cambiamenti nell’assetto ormonale, limitazione della risposta immunitaria materna al fine di mantenere la gravidanza, alterazioni nel bilancio energetico e stato di stress ossidativo). Tuttavia, la durata e l’entità delle disfunzioni immunitarie può aumentare qualora subentri uno stato di squilibrio fisiologico (PI). In tali condizioni, le alterazioni metaboliche del periparto sfuggono al controllo dei meccanismi omeostatici e omeoretici, ed una infiammazione sistemica è la conseguenza frequente di questo squilibrio. Lo stato infiammatorio sistemico è scatenato da un aumento dei livelli di citochine proinfiammatorie (PIC), che è collegato ad un aumento della temperatura corporea al parto, e che tipicamente inficia le funzionalità epatiche, modificando le priorità anaboliche dell'organo in fase di inizio lattazione. A seguito di tale slittamento, il fegato produce più α-globuline, note come proteine positive di fase acuta (+APP), cioè aptoglobina, ceruloplasmina e siero amiloide alfa (SAA). Al contrario, riduce la sintesi di albumina, retinol binding protein (RBP), paraoxonasi (PON) e lipoproteine, note come proteine negative di fase acuta (-APP), e sequestra minerali, quali zinco e ferro, dal flusso ematico. L'infiammazione porta all'attivazione dei PMN, mentre la ridotta competenza immunitaria comunemente riportata in TP è stata associata ad un effetto opposto sui leucociti. Pertanto, questi dovrebbero essere considerati come due fenomeni distinti, ma lo stato di PI potrebbe essere considerato un denominatore comune, direttamente correlato al rischio di patologie in avvio di lattazione. Le strategie nutrizionali per ottimizzare l'immunità delle vacche da latte durante il TP dovrebbero quindi essere focalizzate sulla riduzione del grado di PI correlato al parto. Tra tali strategie nutrizionali, dovrebbe essere presa in considerazione la corretta gestione delle fonti energetiche per adattarle alle variazioni dei fabbisogni. Inoltre, il profilo degli acidi grassi delle fonti lipidiche può contribuire nel modificare le funzioni immunitarie. Infine, la somministrazione di prodotti supplementari con attività antiossidanti o antinfiammatorie, così come di specie donatrici di gruppi metilici, potrebbero essere strategie utili a favorire la funzionalità immunitaria delle bovine durante il TP. In una prospettiva più ampia, sebbene strategie nutrizionali e supplementi possano talora mitigare le alterazioni immunitarie, possiamo concludere che l'adozione di pratiche volte a minimizzare il PI durante il periodo di transizione sia la strategia più efficace per prevenire le disfunzioni. Al fine di chiarire il legame tra le alterazioni che si verificano nel periparto e le disfunzioni immunitarie delle bovine da latte sono stati condotti tre esperimenti. Bovine di razza frisona sono state alloggiate in poste individuali a stabulazione fissa e monitorate regolarmente per le condizioni corporee (BCS), il peso (BW), l'assunzione di alimenti (DMI), la produzione di latte (MY) e il tempo di ruminazione. Campioni di sangue sono stati raccolti regolarmente per valutare un ampio profilo ematochimico e per testare le funzioni dei globuli bianchi mediante stimolazioni ex-vivo. Inoltre, la diapedesi dei PMN è stata testata in vivo mediante test della carragenina e sono stati raccolti campioni di rumine a 30 giorni dal parto (DFC). Il primo esperimento era volto a chiarire le cause dei cambiamenti metabolici che si verificano al momento della messa in asciutta, ed il contributo del livello produttivo in tali alterazioni. Infatti, i profondi cambiamenti nell’alimentazione, gli adattamenti gastrointestinali, del metabolismo e dei parametri immunitari che si verificano nelle bovine alla messa in asciutta sono note scatenare il rilascio di cortisolo, indurre segnali di infiammazione sistemica ed alterare il bilancio redox. Produzioni di latte elevate al momento della messa in asciutta hanno un ruolo nell'aggravare tali condizioni. Nel nostro studio, un gruppo di 13 bovine è stato asciugato a 55 giorni dalla data prevista per il parto. Gli animali sono stati divisi in due gruppi in base alla produzione media dell'ultima settimana di lattazione, assumendo un cut-off di 15 kg * d-1: bassa (LM; 6 animali) e alta produzione (HM; 7 animali). I dati sono stati sottoposti ad ANOVA utilizzando un modello per misure ripetute, assumendo il livello produttivo al termine della lattazione, il tempo e la loro interazione come effetti fissi. L'aumento delle quantità di fibra nella razione di asciutta ha ridotto la DMI e aumentato il tempo di ruminazione. La migrazione dei leucociti nella ghiandola mammaria per contribuire alla fase di involuzione ha ridotto la loro abbondanza nel sangue e aumentato la loro attività. Tale attivazione dei leucociti nella mammella ha aumentato l'abbondanza di specie reattive dell’azoto nel plasma e innescato un'infiammazione sistemica in tutti gli animali (aumento delle +APP e riduzione delle -APP). Tale infiammazione ha compromesso le funzioni epatiche (aumento delle concentrazioni di gamma-glutamil transferasi -GGT- bilirubina e fosfatasi alcalina -ALP-). Sia la produzione di specie dell’azoto che lo stato infiammatorio sistemico hanno contribuito all'esaurimento degli antiossidanti circolanti (gruppi tiolici -SHp-, tocoferolo, β-carotene, potere antiossidante ferrico riducente -FRAP- e capacità antiossidante contro specie reattive dell'ossigeno -ORAC-). Gli animali con una produzione più elevata alla messa in asciutta hanno mostrato la peggiore condizione, probabilmente per i più profondi cambiamenti metabolici che hanno affrontato dopo l'interruzione delle mungiture, e per la fase involutiva verosimilmente più dispendiosa. Questo studio evidenzia la messa in asciutta come una fase critica per gestire la salute delle vacche da latte, e suggerisce un potenziale legame della messa in asciutta con le alterazioni delle funzioni immunitarie che si verificano nel periparto. Nel secondo esperimento si sono cercati di identificare i cambiamenti del sistema immunitario che precedono l'insorgenza della chetosi, al fine di chiarire il loro ruolo nella comparsa della malattia. Pertanto, 13 bovine sono state monitorate tra -48 e 35 DFC e suddivise in due gruppi sulla base dei loro livelli plasmatici di beta idrossibutirrato (BHB): inferiore (CTR, 7 animali) o superiore a 1,4 mMol / L (KET; 6 animali). I dati sono stati sottoposti ad ANOVA utilizzando un modello per misure ripetute, assumendo lo stato di salute, il tempo e la loro interazione come effetti fissi. Le vacche KET hanno avuto una maggiore attivazione del sistema immunitario prima del parto (maggiori concentrazioni plasmatiche di PIC, MPO e specie ossidanti e maggiori produzione di interferone gamma in risposta alla stimolazione con Mycobacterium avium) alterazioni della funzionalità epatica (più alta concentrazione sanguigna di GGT) e minori minerali plasmatici. Elevati livelli plasmatici di NEFA, BHB e glucosio nelle vacche KET suggeriscono uno stato di insulinoresistenza e una marcata mobilizzazione del grasso corporeo durante il periodo di asciutta. Tali andamenti dei parametri relativi al metabolismo energetico durante l’asciutta sono stati associati alla riduzione della DMI al momento del parto e al peggioramento del bilancio energetico negativo ad avvio lattazione. Ciò ha causato a sua volta una riduzione di MY e accresciuto ulteriormente la mobilizzazione dei grassi in avvio di lattazione. Compromissione della funzionalità epatica e attivazione dei leucociti durante il periodo di asciutta hanno determinato una marcata risposta infiammatoria di fase acuta nelle vacche KET dopo il parto (maggiori concentrazioni di +APP minori concentrazioni di RBP), ed ulteriormente compromesso la funzionalità epatica (maggiori concentrazioni di glutammato-ossalacetato transaminasi -AST-GOT- e bilirubina). I leucociti delle vacche KET hanno mostrato ridotte funzioni infiammatorie dopo stimolazione ex-vivo con lipopolisaccaridi batterici (minore produzione di PIC e maggiore produzione di lattato). Queste alterazioni potrebbero essere guidate dall'azione combinata dei metaboliti legati alla mobilizzazione dei lipidi e delle azioni antinfiammatorie volte a prevenire un'infiammazione eccessiva. Ciò suggerisce che le alterazioni dei parametri immunitari osservate prima del parto siano altamente correlate con la probabilità di sviluppare chetosi in avvio di lattazione. Nel terzo esperimento è stato somministrato un prodotto immunostimolante dalla comprovata efficacia nel migliorare le funzioni leucocitarie degli animali immunodepressi e nel ridurre l'incidenza delle malattie infettive delle bovine ad inizio lattazione. La sua modalità di azione non è mai stata chiarita, e un’indagine approfondita sul suo effetto metabolico potrebbe evidenziarne l’efficacia anche nei confronti dei disordini metabolici del periodo di transizione. Pertanto, un gruppo di10 bovine è stato monitorato da -62 a 42 DFC. Il gruppo trattato (TRT, 5 animali) ha ricevuto 32,5 g di Omnigen-AF® (Phibro Animal Health Corporation) due volte al giorno (65 g d-1), mentre il gruppo di controllo (CTR, 5 animali) non ha ricevuto alcun supplemento. I dati sono stati sottoposti ad ANOVA utilizzando un modello per misure ripetute, assumendo il trattamento, il tempo e la loro interazione come effetti fissi. La somministrazione dell’immunostimolante alla messa in asciutta non ha influenzato BW, BCS, MY, composizione del latte e del fluido ruminale e nemmeno modificato la concentrazione di neutrofili del sangue. Tuttavia, ha aumentato il tempo di ruminazione e migliorato il metabolismo energetico dopo il parto (concentrazioni di NEFA e BHB inferiori). Le bovine TRT avevano maggiori concentrazioni ematiche di linfociti e i loro leucociti avevano una maggiore efficienza nel rispondere alla stimolazione con lipopolisaccaridi batterici (produzione di lattato inferiore e minore consumo di glucosio). Nonostante questi effetti positivi sulle cellule immunitarie, l'immunostimolante non ha influenzato le concentrazioni di +APP dopo il parto. Inoltre, l’immunostimolante ha ridotto le concentrazioni di albumina, PON e antiossidanti dopo il parto, suggerendo la compromissione di alcune funzioni epatiche negli animali trattati. Tuttavia, la mancanza di qualsiasi effetto sui biomarcatori di funzionalità (bilirubina) e danno epatico (GGT, AST-GOT, ALP) smentisce una reale compromissione delle attività epatiche a seguito del trattamento. Gli effetti positivi nel favorire il recupero delle funzioni del rumine, riducendo la mobilizzazione dei grassi corporei dopo il parto, suggeriscono che l'immunostimolante sia una strategia efficace nella prevenzione dei disturbi metabolici del periodo di transizione. / Immune system is made of a variety of cells, molecules and biological processes that interacts to prevent microbial invasions, recognize foreign molecules and eliminate existing sources of cellular injuries to restore tissues to their normal functions once problem has been solved. Innate immunity is the primary defense line against pathogens invasions. Its functioning typically undergoes severe alterations during transition period (TP) of dairy cows. An impairment of polymorphonuclear cells (PMN) functions related to reactive oxygen metabolites (ROM) production, myeloperoxidase (MPO) activity, chemotaxis and phagocytosis has been reported in this phase. Bovine PMN have an altered abundance in mRNA transcripts encoding for such functions between -1 and 2 weeks from calving, in comparison to the level found at 4 weeks after calving for the same genes. The exact cause of immune dysfunctions occurring in peripartum has never been clearly identified. Reduced immune competence could arise from the interaction of different factors affected from the typical peripartum trends (i.e. changes in endocrine asset, limitations of maternal immune responses against the allogeneic conceptus, alterations in energy balance and oxidative stress status). Nevertheless, its duration could be modified when peripartal changes exceed the control of homeorhetic and homeostatic mechanisms, leading to the physiological imbalance (PI) condition. Such a condition could also trigger the inflammatory-like status. It consists in a prepartal raise of pro-inflammatory cytokines (PICs) levels, that is linked to a raise in body temperature at calving, and that typically affects liver metabolism, implying severe losses in hepatic functions and a shift of anabolic priority of the organ in early lactation. The liver produces more α-globulins, known as positive acute phase proteins (APP), i.e. haptoglobin, ceruloplasmin and serum amyloid alpha (SAA). Conversely, it reduces the synthesis of albumin, retinol binding protein, paraoxonase (PON) and lipoproteins, known as negative APP and sequesters minerals, as zinc and iron, from blood flow. Inflammation lead to the activation of PMN, while the reduced immune competence commonly reported in TP has been associated to an opposite effect on leukocytes. Thus, these should be considered as two distinct phenomena, but they could arise from a common cause with a different magnitude and duration. Nutritional strategies to optimize dairy cow’s immunity during TP should be focused on reducing the PI degree related to calving, as this condition could be referred as a common denominator between immune dysfunction and diseases causes. Among such nutritional strategies, the correct management of energy sources to fit with altered requirements should be considered. Furthermore, fatty acids profile of lipid sources administered could also modify immune functions. Finally, the administration of supplementary products exerting antioxidant or anti-inflammatory activities, as well as methyl donors species, could be beneficial for dairy cows immunity in TP. In a wider perspective, although feed additives and nutritional strategy could be effective in mitigate immune alterations, we can conclude that adoption of proper management practices aimed to avoid PI condition in peripartal period of dairy cows could be the most effective strategy to prevent dysfunctions. Three experiments have been designed to elucidate the linkage between sudden changes occurring in peripartum and immune alterations in dairy cows. Throughout such experiments Holstein dairy cows were housed in tied stalls and monitored regularly for body condition score (BCS), body weight (BW), dry matter intake (DMI), milk yield (MY) and rumination time. Blood samples were collected regularly to assess a wide hematochemical profile and to test white blood cell functions through ex-vivo challenges. Furthermore, PMN diapedesis has been tested in-vivo through a carrageenan-skin test and rumen samples were collected at 30 days from calving (DFC). The first experiment was aimed in investigate the main causes of metabolic changes occurring at dry-off and the contribution of MY in such alterations. In fact, dry-off is related to deep changes in feeding behavior, gastro intestinal adaptations, metabolism and immune parameters in high-yielding cow’s career. Indeed, the release of cortisol, signals of systemic inflammation and altered redox balance have been reported immediately after milking interruption, and high MY have a role in aggravating such conditions. In our study, a group of 13 Holstein dairy cows were dried off at 55 days from expected calving day, and regularly monitored from -7 to 34 days from dry-off (DFD). Animals were retrospectively divided in two groups according to their average MY in the last week of lactation, assuming a cut-off of 15 kg*d-1: low MY (6 cows) and high MY (7 cows). Data were submitted to ANOVA using a mixed model for repeated measures including MY at dry-off, time and their interaction as fixed effects. Increased fiber amounts of dry ration reduced DMI and increased rumination time. Leukocytes migration into mammary gland to contribute in the involution phase decreased their abundance in blood at dry-off, and their activity. Such activation of leukocytes at mammary site increased the abundance of nitrogen species in plasma and triggered a systemic inflammation in all the animals, as reflected from increased concentrations of positive and reduced concentrations of negative APPs. Such inflammation impaired liver functions, as suggested from the increased gamma-glutamyl transferase (GGT), bilirubin and alkaline phosphatase (ALP) concentrations. Both the production of nitrogen species and the systemic inflammatory status contributed in the depletion of antioxidant system in blood (thiol groups -SHp-, tocopherol, β-carotene, ferric reducing antioxidant power -FRAP- and oxygen reactive antioxidant capacity -ORAC-). Animals with higher MY at dry-off showed the worst condition, likely for the deeper metabolic changes they faced at milking interruption, and to the greater amount of mammary parenchyma to be reabsorbed. This study highlights the dry-off as a thorny point to manage dairy cows’ health and depose for a relationship between dry-off and immune alteration that typically occurs at calving. The second experiment was aimed in investigate changes occurring in the immune system prior to ketosis onset to elucidate their role in disease occurrence. Thus, a group of 13 Holstein dairy cows were monitored from -48 to 35 DFC and retrospectively divided into 2 groups basing on their plasma BHB levels: lower (CTR; 7 cows) or higher than 1.4 mMol/L (KET; 6 cows). Data were submitted to ANOVA using a mixed model for repeated measures including health status, time and their interaction as fixed effects. KET cows had a greater activation of the immune system prior to calving (higher plasma concentrations of PICs, myeloperoxidase and oxidant species, and greater interferon gamma responses to Mycobacterium avium) impaired liver functions (higher blood concentration of GGT) and lower plasma minerals. High plasma NEFA, BHB and glucose levels in KET cows suggest an insulin resistance status and a marked mobilization of body fat occurring during dry period. They were also associated to reduced DMI around calving and worse negative energy balance in early lactation. This caused in turn reduced MY and increased fat mobilization in early lactation. Impairment of liver function and activation of leukocytes during the dry period accentuated the acute phase response in KET cows after calving (greater concentrations of positive APPs and lower concentration of retinol binding protein), further impairing liver function (higher blood concentrations of glutamate-oxaloacetate transaminase -AST-GOT- and bilirubin). Leukocytes of KET cows had reduced inflammatory functions after an ex vivo stimulation assay (lower production of PICs and greater production of lactate). These alterations on WBC could be driven by the combined action of metabolites related to the mobilization of lipids and of anti-inflammatory actions aimed to prevent over exuberant inflammation. This suggests that prepartal trends of immune parameters be highly related with the likelihood of developing diseases in early lactation. The third experiment consisted in the administration of Omnigen-AF (OAF), an immune stimulant that is effective in increasing leukocytes functions in immunosuppressed animals and in reducing incidence of infectious diseases in early lactating dairy cows. Its mode of action has never been elucidated, and a wider perspective of its metabolic effect could highlight its effectiveness in facing metabolic disorders of transition period also. Thus, a group of 10 Holstein dairy cows were divided into 2 groups: treated group (TRT; 5 cows) received 32.5 g of Omnigen-AF® (Phibro Animal Health Corporation) twice a day (65 g d-1) as top-dress on the morning and afternoon feeds, while control group (CTR; 5 cows) did not receive any supplementation. From -62 to 42 DFC animals were monitored regularly. Data were submitted to ANOVA using a mixed model for repeated measures including treatment, time and their interaction as fixed effects. Administration of OAF at dry-off did not affect BW, BCS, milk yield, milk and rumen fluid composition, and neither affected blood neutrophils concentrations. Nevertheless, it increased rumination time and improved the energy metabolism after calving (lower NEFA and BHB concentrations). TRT cows had an increased lymphocytes abundance at blood level, and their leukocytes had greater efficiency in facing biological stressors during the peripartum (lower lactate production and lower glucose consumption after a challenge with bacterial lipopolysaccharides). Despite these positive effects on immune cells, OAF did not affect the positive APPs concentrations after calving. A reduced abundance of albumin, PON and antioxidants also occurred with OAF after calving, suggesting some impairment of hepatic functions to occur. Nevertheless, the lack of any effect on main biomarkers related to liver function (bilirubin) and liver damage (GGT, AST-GOT, ALP) dismisses a real impairment of liver activities to occur with OAF. Positive effects in favoring the recovery of rumen functions, reducing mobilization of body fats after calving suggest OAF to be an effective strategy in preventing metabolic disorders of transition period.

L’alimentazione proteica risulta di fondamentale importanza per l’ottimizzazione della produttività e per il benessere degli animali di interesse zootecnico. L’identificazione di fonti vegetali alternative e/o complementari a quelle attualmente utilizzate (soia in primis) nel razionamento degli animali si rende necessaria per motivi economici, ambientali e legislativi, cercando di evitare, tuttavia, penalizzazioni sull’appetibilità della razione e sulla risposta produttiva. La ricerca condotta ha riguardato lo studio della composizione nutrizionale di semi di cece (Cicer arietinum) e lupino azzurro (Lupinus angustifolius), con approfondimenti sul contenuto di composti nutrizionalmente attivi e/o antinutrizionali, la valutazione della fermentescibilità ruminale mediante tecniche in vitro, anche alla luce di possibili interazioni genetiche (varietà e linee genetiche) e colturali (epoca e densità di semina). I risultati ottenuti hanno permesso di comprendere eventuali limiti di utilizzo di tali leguminose per l’alimentazione degli animali, in particolar modo dei ruminanti, e di attribuire le fonti di variabilità per la massimizzazione produttiva e qualitativa. / Ruminants protein nutrition is an essential item for optimizing the productivity and welfare of animals. The identification of pulses sources as alternative or complementary to those currently used (primarily soya) in the ration of ruminants is necessary for economic, environmental and legislative reasons, trying to avoid, however, penalties on palatability and productive response. The research focused on the study of the nutritional composition of seeds of chickpea (Cicer arietinum) and blue lupine (Lupinus angustifolius), with insights on the content of nutritionally active compounds and / or antinutritionals, the evaluation of the ruminal fermentability using in vitro techniques, also considering possible genetic interactions (varieties and genetic lines) and farming practices (time and density of sowing). The results of the present study suggest that these pulses could be a potentially good feedstuff contributing at the same time to the energy and protein balance of animal diet. Moreover, the presence of active compounds like tannins at levels that should not be regarded as anti-nutritional, can be useful in ruminant feeding due to the moderating activities exerted by those compounds toward the ruminal degradation of proteins.

Condizioni meteorologiche e clima influenzano fortemente il settore delle produzioni animali. Lo stress da caldo determina una significativa riduzione dell'attività metabolica, della produzione, della capacità riproduttiva e una maggiore predisposizione alle malattie. Nel contesto biologico, la temperatura dell’aria è sicuramente considerata il principale fattore di stress, tuttavia, un’elevata umidità peggiora l'effetto della temperatura riducendo le perdite di calore per evaporazione e ostacolando quindi l’eliminazione del calore in eccesso. Scopi principali della ricerca sono stati la caratterizzazione dell’area del Mediterraneo in termini di Temperature Humidity Index (THI) e stabilire le relazioni tra stagione/THI e mortalità nella bovina da latte allevata in un’area geografica Italiana altamente vocata per questo tipo di allevamento. I risultati suggeriscono che, allevatori e politici che operano nell’area Mediterranea, dovrebbero tenere nella dovuta considerazione variabilità e scenari del THI nella pianificazione degli investimenti nel settore delle produzioni animali. Conoscere in anticipo il verificarsi di condizioni climatiche avverse permetterebbe agli allevatori di metter in atto misure di contrasto sugli effetti negativi delle condizioni climatiche. Inoltre, dovrebbero venire sviluppate misure di adattamento appropriate per contesti specifici in termini di cultura, società, o sistemi politici, che possano contribuire alla sostenibilità ambientale, nonché allo sviluppo economico e alla lotta alla povertà. / Weather and climate strongly influence the field of animal production. Heat stress causes a significant reduction in metabolic activity, production, reproductive capacity, and increases susceptibility to diseases. In the biological context, the air temperature is definitely considered the main factor of stress, however, high humidity worsens the effect of temperature by reducing the evaporation heat loss and thus preventing the removal of excess heat. The main purposes of the research were the characterization of the Mediterranean basin in terms of Temperature Humidity Index (THI) and to establish relationships between season/THI and mortality in dairy cattle bred in an Italian geographic area with a high concentration of dairy farms. THI variability and scenarios should be taken into careful consideration by farmers and policy makers operating in Mediterranean countries when planning investments. Investments should at least partially be directed to implementation of adaptation measures, which may support farmers in the transition to climate-smart agriculture and help them to alleviate the impact of hot extremes on animal welfare, performance and health. In addition, measures should be developed appropriate adaptation to the specific contexts in terms of culture, society, or political systems, which can contribute to environmental sustainability and economic development and fighting poverty.

La dieta, lo stato nutrizionale e la salute sono questioni strettamente correlate sia nei paesi industrializzati che in quelli in via di sviluppo. In questa tesi di dottorato, l'obiettivo principale è stato quello di valutare lo stato nutrizionale come passo prodromico per migliorarlo per ottimizzare la salute. Nei paesi industrializzati è stato condotto un caso studio sullo stato nutrizionale di una popolazione dell'Italia centrale; l’ingestione di alcuni gruppi di alimenti, di origine animale e vegetale, è stata valutata mediante questionari di frequenza alimentare e alcuni biomarcatori del sangue. I risultati hanno dimostrato che nei controlli della dieta, al fine di accertarne gli effetti a lungo termine sulla salute, le misurazioni dei consumi tramite questionari non possono essere esclusive, ma alcuni indici ematici ed antropometrici potrebbero essere utili. Nei paesi in via di sviluppo, due casi di studio in zone rurali dell’India e della Repubblica Democratica del Congo hanno confermato che la malnutrizione è un problema serio; in particolare nei bambini di 3-5 anni con il 26% di malnutrizione cronica severa in India e oltre il 60% in R D Congo. Possibili percorsi per migliorare le condizioni di vita delle comunità rurali povere includono la produzione di cibi appropriati per una dieta migliore, nuove attività generatrici di reddito, miglioramento della nutrizione infantile, riduzione delle malattie causate dalla contaminazione di alimentari e dell’acqua, metodi di conservazione degli alimenti a livello domestico, etc.; i risultati di diverse prove sono stati discussi. / The diet, nutritional status and health are tightly related issues both in industrialized and developing countries. In this doctoral thesis, the main objective was the assessment of nutritional status as a prodromic step to improve it and consenquently health. In industrialized countries, a case study was the nutritional status of a population of central Italy; the intake of some groups of foods, of animal and plant origin, was estimated by food frequency questionnaires and some blood biomarkers. The results demostrated that in dietary controls, aiming to ascertain the long-term effects on health, consumption measurements by questionnaires cannot be exclusive, but some blood and anthropometric indexes could be also useful. In developing countries, two case studies in rural India and D R Congo confirmed that malnutrition is a serious issue; particularly in 3-5 years old children with 26% of severe chronic malnutrition in India and more than 60% in D R Congo. Possible pathways to improve livelihood of rural poor comunities including appropriate food production for a better diet, new income generating activities, infant nutrition improvement, food and waterborn diseases reduction, household food preservation, etc., have been analyzed and the risults of different related trials have been discussed.

L’insicurezza alimentare colpisce soprattutto le famiglie rurali povere che vivono di agricoltura di sussistenza nei Paesi in via di Sviluppo. Nell’ottica di fornire un supporto alle comunità che si trovano in queste condizioni, L’Università Cattolica del Sacro Cuore e la Fondazione Romeo ed Enrica Invernizzi hanno avviato nel 2012 il progetto “Produzione di cibo appropriato, sufficiente, sicuro e sostenibile”. Il progetto si propone di avviare Centri Pilota in collaborazione con le diocesi che promuovano uno una intensificazione delle produzioni agricole e una dieta sostenibile dal punto di vista etico-sociale, economico e ambientale. I Paesi in cui opera il progetto sono l’India (Meghalaya State) e la Repubblica Democratica del Congo – RDC (Lomami province). Con l’aiuto dei team locali sono state raccolte informazioni sulle abitudini produttive e alimentari della popolazione. Su questi dati è stata svolta una analisi circa l’impatto che il progetto ha avuto sulla sicurezza alimentare (disponibilità e accesso) delle famiglie coinvolte. Il numero di polli allevati (India) e l’Household Dietary Diversity Score (India and RDC) sono stati utilizzati come proxy per la disponibilità e l’accesso di cibo, rispettivamente. L’analisi statistica è stata effettuata usando differenti approcci dello Propensity Score Match (Logit + Nearest Neighbour and GenMatch) per valutare ATT (Effetto medio del trattamento sul gruppo “trattato”). Per quanto riguarda l’India sono stati analizzati i) il numero di polli allevati (food availability) e ii) l’HDDS (Household Dietary Diversity) per la food access. Il progetto ha avuto un impatto positivo ma non significativo sul numero di polli allevato, che però non si è tradotto in un miglioramento dell’HDDS delle famiglie di piccoli agricoltori coinvolti nel progetto. Per la RDC è stato analizzato solo l’impatto sulla food access (HDDS). In questo caso l’impatto del progetto sulla sicurezza alimentare dei piccoli agricoltori è stato positivo ma non significativo. I risultati mostrano che un miglioramento nella qualità della dieta (HDDS) implica, oltre ad un miglioramento delle produzioni (in qualità e in quantità), è necessario anche un miglioramento della educazione (anche nutrizionale) e dell’accesso al mercato. / Food Insecurity (FI) affects especially poor rural people that rely on Subsistence Agriculture in developing countries. With the purpose to help the community that living in that conditions, in 2012 the Università Cattolica del Sacro Cuore and the Fondazione Romeo ed Enrica Invernizzi have started the “Production of appropriate food: safe sufficient and sustainable” project. The project aims to open Pilot Center in agreement with local Diocese to promote the Agricultural production Intensification agriculture and Diets that are sustainable (ethical, economic and environmental). The project is active in India (Meghalaya State) and the Democratic Republic of Congo (Lomami Province). Helped by the local team, information was collected on production and diets habits. An analysis of the impact that the project had on food security (availability and access) of the families involved was carried out on these data. Number of Chicken (India) and Household Dietary Diversity Score - HDDS (India and DRC) as a proxy for food availability and access, were respectively utilised. Thus, we used different Propensity Score Match approach (Logit + Nearest Neighbour and GenMatch) to evaluate the ATT (average treatment effect on the treated group). Regarding India, the number of chickens bred (as food availability) and the HDDS (food access) were analyzed. While the number of chickens bred is positive but not significant, the HDDS values of smallholder farmers involved in the project did not improved. Moving to DRC, only the HDDS was analyzed. In this case, the project had a positive impact on beneficiary families, but it was not significant. The results point out that diet improving (HDDS) advances the production, both in quality and quantity, but is not a sufficient condition per se. Furthermore, it is also essential to enhance the educational path which focuses on nutritional issues and the access to food from market.