随着奶牛育种及饲养管理技术的不断提高,奶牛产奶量也得到提升,我国奶牛场的单产水平已经由2010年的4.8 t提高到2022年的9.2 t[1-2],2023年国家奶牛产业技术体系监测的牧场单产水平已达到10.7 t,中国奶牛养殖水平已步入高产国家行列[3]。然而,在我国奶牛生产水平不断提升的同时,奶牛营养代谢疾病的发病率也不断增加,严重影响了奶牛产业的健康发展。产后奶牛干物质采食量(dry matter intake,DMI)不能满足快速增加的奶牛泌乳能量需要,导致奶牛处于产后能量负平衡状态。能量负平衡是引起奶牛血糖降低并导致奶牛酮病的主要原因。酮病作为围产期奶牛机体糖代谢、脂代谢失调的主要代谢疾病,可降低奶牛泌乳性能、导致氧化应激、增加系统性炎症、降低繁殖性能、增加死淘率等,影响奶牛养殖经济效益[4]。Loiklung等[5]通过对来自六大洲的38项的研究采用荟萃分析发现,全球奶牛的亚临床酮病平均发病率为22.7%。常金水等[6]研究发现,我国围产期奶牛酮病平均发病率为17.9%。因此,奶牛场迫切需要采取措施有效降低酮病的发病率。由于酮病导致奶牛产奶量降低、胎间距延长及真胃移位的风险增加。有研究显示,亚临床酮病和临床酮病可分别导致每头奶牛平均203和289美元的经济损失[7]。酮病对奶牛的生产效益具有较大的影响,在奶牛场对奶牛进行酮症风险评估和监测是奶牛健康管理的必要条件[8]。使用大量奶牛数据集监测奶牛酮病的发病规律,确定不同地理区域和不同环境条件下该疾病的风险至关重要[9]。本文旨在对奶牛酮病的形成病因、对奶牛的影响、发病规律、监控预警措施及主要防治措施进行综述,以期为奶牛酮病的早期预警防控提供参考。
1 奶牛酮病的形成
酮病是以高非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acid,NEFA)和β-羟基丁酸(β-hydroxybutyric acid,BHBA)及低血糖为主要特征的代谢疾病。酮病多发于高产奶牛,研究奶牛酮病的形成原因和影响因素是防控和治疗奶牛酮病的基础。如图1所示,在围产期,由于产后奶牛快速增加的泌乳量和缓慢增加的DMI引起奶牛的能量需求与供应的不平衡,进而导致奶牛处于能量负平衡状态。为满足奶牛的泌乳能量需求,奶牛体脂的大量动用增加了血液NEFA浓度。而NEFA被肝脏完全氧化利用需要转化为乙酰辅酶A后与草酰乙酸结合进入三羧酸循环以供能。然而严重的能量负平衡导致泌乳早期奶牛体内草酰乙酸不足,引起肝脏不能完全氧化利用NEFA,使得乙酰辅酶A在肝脏内形成酮体(乙酰乙酸、BHBA、丙酮),同时过多的NEFA在肝脏内累积并形成脂肪肝[10]。而酮病和脂肪肝会导致奶牛的泌乳性能、繁殖性能、免疫性能降低,影响奶牛的经济效益。
2 酮病对围产期奶牛的影响
2.1 降低泌乳性能
大多数奶牛在出现临床或亚临床酮病后,即使在没有治疗的情况下,通过自身的调整能够恢复正常,但奶牛的生产潜力可能会遭受巨大的限制。布英等[13]对新疆昌吉州围产期奶牛酮病发病情况进行流行病学调查,发现该地区奶牛酮病、亚临床酮病发病率分别为10.06%和33.09%,且奶牛产奶量和乳品质显著降低。Rodriguez等[14]的研究表明,泌乳第1周发生酮病的奶牛,胎次产奶量降低3.7 kg/d,且在泌乳前300 d被淘汰的概率是正常奶牛的2.48倍。产后奶牛脂肪动员程度超过机体代偿能力,引起糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢发生异常,引起脂肪肝,增加酮体的产生,同时增加其真胃移位(1.6~19.3倍)、子宫炎(1.5~1.7倍)、跛行(1.7~1.8倍)等疾病发病率[15-16],进一步降低奶牛健康状况和泌乳性能。酮病奶牛的DMI、产奶量、乳蛋白、非脂固形物、乳密度显著降低,但冰点、脂蛋比、乳脂含量显著提高[17-18]。但也有研究显示酮病奶牛的产奶量与健康奶牛相比无显著差异,甚至高于正常奶牛[19]。这可能与高产奶牛更容易产生酮病有关,但是酮病会降低奶牛的泌乳潜力。当高产奶牛的酮病得到有效防控后,其泌乳性能会高于未防控奶牛。由于酮病奶牛乳腺代谢活动的降低及体脂分解的增加,导致乳脂组成发生较大变化。通常酮病奶牛乳脂中来自乳腺自身合成的短链脂肪酸(C6∶0、C8∶0、C10∶0、C12∶0、C14∶0)和中链脂肪酸(C15∶0)的浓度显著降低[20],而长链脂肪酸和总不饱和脂肪酸的浓度显著增加[21]。因此,酮病可通过影响产奶量和乳成分而影响奶牛泌乳性能。
2.2 导致氧化应激
氧化应激是指体内产生的大量氧化中间产物导致体内氧化与抗氧化的一种失衡状态。当奶牛处于能量负平衡状态下,肝脏氧化代谢产生的活性氧自由基大量增加,导致奶牛出现氧化应激。因此,奶牛产后体内高浓度的BHBA和NEFA导致奶牛出现氧化应激,并引起炎症反应,导致奶牛产奶量下降和多种产后代谢和免疫性疾病[22]。研究表明,与健康奶牛相比,酮病奶牛血液中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性显著降低,而丙二醛含量显著增加[17]。氧化应激易引起肝脏损伤,损害围产期奶牛肝脏和脂肪组织的代谢功能,降低胰岛素敏感性[23]。同时,由于采食量的不足,引起机体脂肪和蛋白质的动员增加,导致活性氧和活性氮的产生增加,引起氧化应激,进一步降低产奶量[24]。在临床酮病奶牛中,氧化应激可增加凋亡细胞的数量,降低细胞活力,改变细胞形态[17]。持续的氧化应激会降低奶牛的牛奶质量和生产性能[17]。随着氧化应激的增强,乳腺的牛奶合成能力下降,乳腺也受到脂肪酸氧化代谢增加引起的代谢应激,导致乳腺细胞死亡。因此,酮病引起的奶牛氧化应激严重影响奶牛健康,并降低奶牛泌乳性能。
2.3 增加系统性炎症
BHBA是奶牛酮病的主要代谢物,其调控炎症具有双面性,通过生酮饮食或注射给药短期适当提高体内BHBA浓度具有抗炎效果,但过高浓度和较长时间的BHBA可导致严重的炎症反应[22]。产后酮病奶牛的体内BHBA浓度较高,促使奶牛出现各种炎症。何纪元等[25]研究表明,BHBA能够增加奶牛中性粒细胞黏附相关分子的表达,进而增强其黏附能力和促炎功能。围产期奶牛能量负平衡导致奶牛免疫系统敏感性降低,免疫细胞数量降低。脂肪动员导致肝功能降低,引起肿瘤坏死因子-α(tumour necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等促炎细胞因子的释放,增加全身或局部炎症反应[26]。高浓度的BHBA在促进促炎细胞因子释放的同时,可进一步增加甘油三酯在牛肝脏中的沉积,加重奶牛脂肪肝。也有研究显示酮病奶牛血液中高浓度的脂肪酸通过促进中性粒细胞脱粒过程中嗜苯胺蓝颗粒(含促炎因子)的过量释放,导致炎症反应[27]。因此,酮病奶牛会出现系统性炎症反应,主要表现为免疫能力下降,同时诱发其产生各种感染性疾病,如乳房炎、子宫炎、蹄叶炎等,进一步加剧经济损失[28]。缓解奶牛酮病对提高产后奶牛健康,降低炎症性疾病具有重要意义。
2.4 降低繁殖性能
高产奶牛繁殖力降低已经严重影响到牧场的经济效益。而酮病是导致高产奶牛繁殖性能降低的主要因素。张锋等[29]研究表明,亚临床酮病会引起产后奶牛能量代谢紊乱,导致奶牛产后首次发情日期推迟,卵泡发育受阻,增加产后子宫复旧不全的风险,造成奶牛繁殖力下降。酮病导致产后奶牛的免疫能力下降,引起产后奶牛子宫炎的发病率增加,抑制子宫的恢复和卵泡的生长。宋玉锡[30]研究显示,亚临床酮病奶牛产后因代谢、激素紊乱和肝脏损伤导致的影响延续至繁殖期,抑制卵泡生长发育,血浆雌二醇、孕酮水平和卵泡生长速度低于健康奶牛。肝脏损伤影响到产后奶牛视黄醇结合蛋白4(retinol binding protein 4,RBP4)的表达水平,其通过磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B,PI3K-Akt)和细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2信号通路调控卵泡颗粒细胞(follicular granulosa cells,FGCs)增殖、凋亡和类固醇激素合成过程,进而调控卵泡生长发育[30]。当奶牛的卵泡生长发育速度受阻,则奶牛产后首次发情时间延迟,同时卵泡生长发育的质量受损,进而影响奶牛配种的成功率。孙睿等[31]研究表明,高酮病的奶牛场,空怀率也显著提高。Rutherford等[32]研究表明,亚临床酮病奶牛的发情期峰值活动量较低(减少35%),发情活动时间较短(减少14%),配准次数增加(2.8次vs.2.0次),产后首次发情天数增加。发情期奶牛活动量和活动次数的降低则导致奶牛发情被发现的机率降低,降低发情揭发率。奶牛空怀率的增加和发情揭发率的降低导致胎间距和配种次数增加,降低生产性能,同时增加人员工作量。奶牛胎间距的增加则导致其泌乳后期因产奶量降低和采食量高于泌乳需要,引起体脂的过度蓄积,进一步加剧下一胎次酮病的风险。同时繁殖性能下降容易导致母牛久配不孕,增加奶牛被淘汰的风险。因此,有效预防奶牛产后酮病对提高奶牛繁殖性能和增加经济效益具有重要意义。
2.5 引起代谢紊乱
随着酮病奶牛血液酮体增加和肝脏脂肪的累积,其糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢、辅助因子和维生素的代谢等出现紊乱[33]。Huang等[18]通过代谢组学分析发现,酮病奶牛可引起血液和牛奶中的嘌呤和嘧啶代谢物含量减少,提示酮病奶牛氮代谢效率的降低,而酮病奶牛大多数甘油磷脂含量的降低提示脂质代谢的紊乱。氮代谢影响蛋白质的合成,而脂代谢影响奶牛的肝脏功能和健康。Sha等[34]通过代谢组学和转录组学研究发现,从干奶期到围产期胰高血糖素和赖氨酸降解的改变是奶牛酮病代谢发生的关键信号通路,从而影响能量代谢。Shahzad等[33]通过肝脏转录组学和代谢组学分析发现,酮病奶牛的糖代谢途径中的戊糖磷酸途径、肌醇磷酸代谢和糖酵解/糖异生被抑制,严重影响肝脏的糖异生作用;同时酮病奶牛的体内氨基酸的分解代谢增加。由于酮病奶牛处于能量负平衡状态,因此其糖代谢出现紊乱,而能量供应的不足也会引起氨基酸的分解代谢增加。甘油三酯和胆固醇代谢的紊乱可影响到肝脏功能。Zhou等[35]通过体内和体外试验研究发现,酮病奶牛体内乙酰辅酶A含量的降低可导致甘油三酯和胆固醇代谢紊乱。奶牛各种代谢的紊乱影响其泌乳性能和健康,并进一步引起其他疾病。
2.6 增加死淘率和经济损失
在奶牛因NEFA不完全氧化形成酮病时,易导致脂肪在肝脏中的大量蓄积,肝细胞脂肪变性,胞浆内出现大小不等的脂滴,脂肪蓄积严重[36],形成脂肪肝。肝功能的降低引起奶牛代谢和免疫功能异常,影响奶牛健康和经济价值。奶牛产后酮病会降低奶牛泌乳性能,增加各种相关疾病的发病率,且可能导致奶牛产后瘫痪[37],增加了被淘汰和死亡的风险。孙睿等[31]对我国81家规模化奶牛场的酮病情况进行调查发现,产后奶牛酮病发病率与牧场全年死淘率呈显著正相关。Mcart等[38]研究发现,与非酮病奶牛相比,患有亚临床酮病的奶牛死亡或被淘汰的可能性增加了3倍,且在产后1月内血液BHBA浓度每增加0.1 mmol/L,被淘汰的风险增加1.4倍。酮病对奶牛的经济损失包括酮病的诊断和治疗成本、产奶量降低、繁殖性能降低、过早离群以及引起的其他代谢和感染性疾病等[39]。为有效预防产后奶牛酮病,孔凡林等[40]的调查分析发现55%牛场对产后奶牛检测1次血酮,62.4%牛场选择对50%牛群或全群进行血酮检测。酮病的检测需要较大的兽医诊治成本。而如何结合奶牛酮病的发病特点,有针对性检测可有效降低经济损失。因此,防控奶牛酮病是有效降低产后奶牛死淘率和经济损失的重要措施。
3 奶牛酮病发病规律
奶牛酮病的发病规律受多方面因素的影响,包括遗传因素、胎次、泌乳阶段、泌乳性能、饲养环境、饲料营养、瘤胃环境、饲养管理水平、奶牛体况及其他疾病等(表1)。为更有效地防控奶牛酮病,研究奶牛酮病的发病规律具有重要意义。
表1 奶牛酮病发病率受影响因素研究进展Table 1 Research progress of factors affecting incidence of ketosis in dairy cows |
| 因素 Factors | 结果 Results | 结论与启示 Conclusion and enlightenment | 参考文献 References |
|---|---|---|---|
| 品种Breed | 娟姗牛酮病发病率是荷斯坦奶牛的1.46倍 | 娟姗牛的酮病防治需加强 | Tatone等[41] |
| 基因 Gene | 磷酸腺苷蛋白激酶基因的3’端非翻译区与 血清β-羟基丁酸浓度相关 | 选育含抗酮病基因的种群 | Mahmoudi等[42] |
| 胎次Parity | 二胎次以上奶牛更容易患亚临床酮病 | 酮病防控重点关注经产奶牛 | Vanholder等[43] |
| 泌乳阶段 Stage of lactation | 产后3~7 d为酮病高发阶段 | 产后3~7 d加强奶牛酮病检测 | 边四辈等[44] |
| 泌乳性能 Milk performance | 高产奶牛酮病发病率(19.14%)高于中产 奶牛(11.77%)和低产奶牛(7.45%) | 加强高产奶牛的产后酮病防控 | 关清洲[45] |
| 饲养方式 Feeding model | 舍饲奶牛亚临床酮病发病率 高于放牧和散养 | 奶牛活动量受限会增加 酮病发病率 | Loiklung等[5] |
| 季节 Season | 冬季(26%)和春季(25%)奶牛酮病 发病率高于夏季(20%)和秋季(18%) | 冬季、春季饲草质量较低,影响 能量摄入,确保该阶段饲料质量 | Tatone等[41] |
| 瘤胃微生物 Rumen microbe | 酮病奶牛琥珀酸弧菌科丰度显著降低 | 瘤胃微生物移植促进丙酸型发酵 | Wang等[46] |
| 青贮中丁酸 Butyric acid in silage | 青贮中丁酸浓度与产后奶牛酮病 发病率呈正相关 | 改善青贮质量,避免低质量 青贮饲喂产后奶牛 | 刘羽[47] |
| 挤奶频率 Milking frequency | 每天挤奶2次降低到每天1次 可降低发病率 | 减少产奶量可降低酮病发病率, 但可能降低奶牛泌乳性能 | Williamson等[48] |
| 胎间距 Calving interval | 胎间距>15个月的奶牛酮病发病率 是胎间距12个月的1.96倍 | 加强繁殖管理,缩短胎间距 | Tatone等[41] |
| 体况评分 BCS | 产后体况评分在3.25~3.50分,产奶 性能更好,亚临床酮病的发病率更低 | 做好围产前期营养调控, 产后重点监测肥胖奶牛 | 曹浩等[49] |
3.1 遗传因素
奶牛酮病的发病率与奶牛肝脏对脂肪完全氧化利用能力、胃肠道消化吸收能力、泌乳性能等指标有关。不同的奶牛品种,其基因存在差异,因此其抗酮病的能力也存在差异。Loiklung等[5]研究发现,荷斯坦奶牛的亚临床酮病发病率(19.8%)明显低于其他杂交品种(23.7%)。Tatone等[41]对加拿大安大略省的奶牛群调查研究发现,娟姗牛酮病的发病率是荷斯坦奶牛的1.46倍。娟姗牛的乳脂和乳蛋白率高于荷斯坦奶牛,因此容易导致产后奶牛过度的体脂分解而引起酮病。因此在饲养娟姗牛时,需加强对产后酮病的防控。奶牛的基因与其产后的酮病发病率也存在直接的相关性。王凯等[50]利用牧场管理数据对奶牛23个健康性状进行遗传分析发现,健康性状均为低遗传力性状,而酮病是5个相对高遗传力健康性状(产乳热、临床乳房炎、酮病、子宫炎和真胃变位)之一。也有研究显示,奶牛血液和牛奶中BHBA的遗传力分别为0.09~0.37和0.04~0.29,且随着胎次的增加,其遗传力增加[51]。由于健康性状更容易受到外界饲养条件的影响,因此其遗传力相对较低。Ghavi[52]通过荟萃分析研究发现,尽管奶牛酮病的遗传力较低,但奶牛酮病相关代谢物(如牛奶丙酮、BHBA浓度和血液BHBA浓度)间存在加性遗传效应。因此,奶牛酮病防控可用于遗传选育计划,作为我国奶牛群体健康研究和选育中重点关注的目标性状之一。奶牛的部分基因与酮病的风险也相关。磷酸腺苷蛋白激酶(adenosine mono phosphate protein kinase,AMPK)是在细胞合成代谢和分解代谢过程中调控能量平衡的关键因子,对动物体内脂肪的合成和分解发挥重要的调控作用。在动物体内丙二酰辅酶A活性较高的情况下,AMPK会抑制乙酰辅酶A羧化酶的活性,引起脂肪合成受阻,导致脂肪酸被氧化,最终增加体内酮体的合成[53]。Mahmoudi等[42]研究发现,AMPK基因3’端非翻译区的一个等位基因突变与奶牛产后血清BHBA浓度存在显著相关。基因的不同影响奶牛脂肪代谢过程相关酶的合成,进而影响奶牛酮病的发病率。通过在奶牛育种过程中选育酮体浓度较低的种群是间接提高奶牛生产性能、繁殖性能和健康的有效方案[52]。
3.2 胎次与泌乳阶段
奶牛亚临床酮病在产后奶牛广泛分布,其发病率高于临床酮病,并且均会受到奶牛胎次的影响。随着奶牛胎次的增加,其酮病发病的风险也相应增加。Vanholder等[43]总结发现,二胎及以上胎次奶牛比一胎奶牛更容易患亚临床酮病。二胎及以上胎次奶牛的泌乳量高于一胎奶牛,且随着胎次增加,奶牛的消化代谢能力及肝脏功能降低,更容易引起能量负平衡,导致奶牛产生酮病。奶牛酮病的发病率与产后泌乳天数也显著相关,其中产后3~7 d是产后酮病的高发阶段[44]。卢明娟等[54]研究显示,奶牛产后1、7、14和21 d的酮病发病率分别为2.32%、24.42%、11.63%和4.65%,且酮病高发于3~6胎奶牛。Bellato等[9]研究发现,3~4胎次奶牛的酮病发病率最高。当奶牛4胎以后,酮病发病率降低,这可能与其随着胎次增加,泌乳性能降低有关[9]。奶牛酮病的发生与胎次和泌乳天数有关,因此牧场应对经产奶牛和产后3~7 d奶牛进行重点监测和防治。
3.3 泌乳性能
奶牛因产后能量摄入难以满足快速增加的泌乳能量需求,导致能量负平衡而引起酮病,高产奶牛的能量负平衡更为严重。关清洲[45]对我国东北地区奶牛的调研发现,高产奶牛(> 40 kg/d)的酮病发病率为19.14%,远高于中产奶牛(30~40 kg/d)的11.77%和低产奶牛(<30 kg/d)的7.45%。奶牛的泌乳性能显著影响奶牛的酮病发病率。随着奶牛泌乳性能的提高,其能量需要也快速增加,也更容易引起产后酮病。因此,近年来牧场奶牛产奶量在快速增加的同时,代谢疾病的发病率也在提高。Tatone等[41]研究发现,奶牛上一胎次泌乳后期乳脂产量≥1.12 kg/d可显著降低酮病发病率。当奶牛在泌乳后期将更多脂肪用于泌乳,可有效降低体脂蓄积,抑制体脂过度分解引起的酮病。因此,围产期奶牛的酮病防控应重点放在高产奶牛和上胎次泌乳后期乳脂产量较低而体脂蓄积较高的奶牛。
3.4 饲养环境
奶牛的饲养环境可通过影响体内代谢和采食量而影响酮病的发病率。Loiklung等[5]研究显示,世界各大洲奶牛亚临床酮病的发病率差异不显著,但奶牛亚临床酮病发病率在舍饲条件(27.8%)下的发病率高于放牧饲养(24.6%)和散养方式(17.5%)。舍饲奶牛的泌乳量高于放牧奶牛,且其饲养密度高,环境较差,奶牛活动量降低,增加了奶牛能量负平衡程度,更容易引起产后奶牛酮病。气候条件也会影响奶牛酮病的发病率。张银国等[55]和杨继业[56]的研究显示,春季产犊奶牛酮病的发病率显著高于其他季节,而秋季发病率最低。Tatone等[41]也发现冬季(发病率26%)和春季(发病率25%)奶牛酮病的发病率显著高于夏季(发病率20%)和秋季(发病率18%)。奶牛冬季和春季酮病发病率较高,可能与该季节饲草质量较低有关[43]。对于围产期奶牛,能量摄入不足可引起产后酮病。而奶牛舍内环境也将影响奶牛的DMI和糖、脂代谢状况。当围产期奶牛处于养殖密度高、饲养环境差的条件下,会直接或间接影响奶牛能量摄入和代谢,加重产后奶牛酮病[57]。通过改善奶牛的饲养环境,提高奶牛DMI,进而有效降低产后奶牛酮病发病率。
3.5 饲料营养与瘤胃环境
瘤胃是奶牛饲料消化的主要部位,瘤胃中微生物发酵产生的挥发性脂肪酸可为奶牛提供日常所需能量的65%~75%[58]。健康的瘤胃环境、菌群结构与奶牛酮病的发病率存在密切的关系。围产期奶牛因饲料结构发生较大变化,产前以粗饲料为主转向产后以精饲料为主,影响奶牛瘤胃微生物区系。当围产期奶牛饲料能量摄入不足或摄入过多的脂肪和蛋白质饲料,容易导致消化功能紊乱,增加产后奶牛酮病的风险。几乎所有酮病的处理方案都是为产后奶牛提供不同形式的碳水化合物(葡萄糖前体物)或可促进糖异生的添加剂(丙二醇、丙酸钙等)[59]。瘤胃微生物区系对奶牛的能量供应、生理代谢发挥重要作用。Wang等[46]通过比较酮病奶牛瘤胃微生物与健康奶牛微生物区系的差异发现,酮病奶牛瘤胃中的克里斯滕森氏菌科(Christensenellaceae)、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)、毛螺菌科(Lachnospiraceae)和普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)的丰度显著增加,而琥珀酸弧菌科(Succinivibrionaceae)的丰度显著降低。琥珀酸弧菌科可产生琥珀酸盐,为丙酸的前体物,酮病奶牛该菌群丰度的大量减少表明该发酵途径受到抑制,从而抑制丙酸盐的形成,影响奶牛的糖异生。而克里斯滕森氏菌科为乙酸和丁酸生成菌,其丰度与瘤胃丙酸产量呈负相关。因此,围产期酮病奶牛瘤胃中丙酸含量低于健康奶牛,而通过灌服高产奶牛瘤胃液,重塑围产后期奶牛瘤胃菌群,有利于瘤胃微生物群体结构更快接近泌乳高峰期奶牛,促进瘤胃丙酸型发酵,提高新产奶牛的泌乳量[60];同时丙酸的产生促进奶牛体内糖异生,将有利于抑制产后奶牛酮病。刘羽[47]研究显示,奶牛青贮饲料中丁酸浓度与产后奶牛酮病发病率呈显著正相关。丁酸是由青贮中的腐败菌和酪酸菌分解养分形成的产物,其含量越多,青贮品质越差,也影响饲料的适口性。因此,奶牛采食过高丁酸则表明奶牛摄入过多劣质青贮,影响奶牛的能量摄入,增加酮病发病率。围产期可通过调整奶牛饲养方案,提高奶牛DMI,改善瘤胃微生物区系,进而有效降低产后奶牛酮病的发病率。
3.6 饲养管理水平
产后奶牛的能量摄入和产出的不平衡容易引起产后奶牛酮病,而通过暂时降低产奶量可有效降低奶牛能量代谢的挑战。Williamson等[48]研究显示,在产后2周内奶牛在同时灌服丙二醇的条件下,每天挤奶次数由2次降为1次,可更有效地降低奶牛血酮浓度,但对奶牛的产奶量有直接和长期(至少3个月)的负面影响。随着挤奶频率的增加,奶牛能量负平衡程度增加,进而增加奶牛产后患酮病的风险[41,61]。挤奶频率的降低虽然可有效降低奶牛产后酮病的发病率,但奶牛的泌乳性能也可能受到抑制,同时在降低挤奶频率时,可能因乳房过度鼓胀引起乳房炎发病率增加。关清洲[45]通过对我国东北地区共56个规模化牧场25 873头奶牛的调研发现,牧场管理差的奶牛酮病发病率为37.61%,而管理优的为7.65%。随着牛群规模的增加,牛群分组将会更加细致,因此可以根据其产奶量进行精细化营养调控,降低酮病的发病率[16]。经产奶牛的胎间距和干奶时间也会影响奶牛的酮病发病率。Tatone等[41]研究显示,胎间距13~15个月的奶牛酮病发病率是胎间距12个月奶牛酮病发病率的1.39倍,而胎间距>15个月的奶牛酮病发病率是胎间距12个月奶牛酮病发病率的1.96倍。随着奶牛泌乳时间的延长,其泌乳能力下降,而体脂蓄积能力增加,容易导致奶牛肥胖,增加下胎次酮病的风险。奶牛的饲养环境也可影响到奶牛酮病,便捷的休息区和充足干净的饮水可显著降低奶牛酮病发病率[62]。因此,在饲养管理上,通过有效的产后护理及繁殖技术,缩短奶牛胎间距,改善养殖环境,可降低奶牛酮病发病率。
3.7 体况评分(body condition score,BCS)
BCS与产后奶牛的脂肪组织动员程度有关,是评估奶牛机体能量储备的重要方法,反映奶牛的肥胖程度,影响奶牛酮病发病率。围产前期,奶牛较高的BCS会导致产后奶牛DMI降低[63]。王建等[64]研究显示,在奶牛预产前8周时奶牛干奶期BCS与酮病发病率呈正相关的趋势。曹浩等[49]研究显示,奶牛产后BCS处在3.25~3.50分,其产奶性能更好,亚临床酮病的发病率更低。当奶牛分娩当天BCS>3.5分时,产后患酮病的风险显著提高[65]。奶牛的体重与体高比值也反映奶牛的肥胖程度。刘羽[47]研究也表明,奶牛体重与体高比值在3.9~4.4时,有较低的酮病发病率。肥胖奶牛的体内存在内分泌和肝脏功能障碍,体内糖分代谢异常,容易影响采食量,导致体脂过度分解而增加奶牛患酮病的风险。而干奶时间过长会导致奶牛肥胖的可能性增加,增加奶牛酮病的发病率。奶牛围产前期的BCS过低也会导致奶牛缺少基础的能量储备,虽可降低围产期奶牛的酮病发病率,但会严重影响产后奶牛的泌乳性能和繁殖性能。围产期奶牛过高或过低的BCS都会导致产后奶牛泌乳性能的降低。因此,在奶牛干奶期需加强对奶牛的BCS检测,并通过合理的饲养管理手段,预防产后奶牛酮病。
3.8 其他疾病
奶牛能量负平衡与能量摄入和免疫健康相关。围产期奶牛的健康影响奶牛的DMI和生理代谢状况。因此,围产期奶牛的其他疾病可直接或间接影响产后奶牛酮病的发病率。闫明涛[66]研究显示,奶牛酮病的发病率随奶牛产犊难度的增加而增加。而产后奶牛的子宫炎、低血钙、乳房炎、蹄病、真胃移位等疾病则会降低奶牛采食量和体内代谢而引起能量代谢紊乱,加重产后奶牛酮病。因此,对于产后奶牛加强饲养管理,在降低其他疾病的同时,也可有效降低酮病的发生。
4 奶牛酮病诊断及监控预警措施研究进展
酮病奶牛的血液、尿液和乳汁中含有大量的酮体。对泌乳早期奶牛酮病进行及时诊断,是提前做出有效治疗措施和防止进一步损失的关键。其中,测定血液BHBA浓度是诊断奶牛酮病的最佳标准[67]。临床酮病的血液BHBA浓度>3.0 mmol/L,且有食欲减退、体重下降和产奶量下降的症状[67]。而亚临床酮病的判定为血液BHBA浓度在1.4~3.0 mmol/L[68]。也有研究以血液BHBA浓度在1.2~3.0 mmol/L作为亚临床酮病的判断标准[69]。Brunner等[70]通过对中南美洲、非洲、亚洲、澳大利亚、新西兰和东欧的21个国家的541家奶牛场的调查发现,奶牛亚临床酮病在产后5 d左右发病率最高。因此,在产后的5 d左右进行酮病的诊断可提高产后酮病的揭发率。奶牛血酮浓度的升高也会引起乳酮和尿酮浓度的增高及血液NEFA浓度升高和葡萄糖浓度的降低,因此该相关指标的测定也是诊断奶牛酮病的重要方法[71]。Serrenho等[71]研究表明,尿酮是比乳酮更灵敏的诊断指标,而用于诊断奶牛酮病时,尿酮和乳酮出现酮体时间比血酮延迟2 d,可能影响诊断的及时性。奶牛乳脂的来源包括乳腺新合成、体脂动用和饮食,而不同来源的脂肪酸主要组成不同,而长链脂肪酸是评价奶牛能量负平衡的重要指标[72]。酮病奶牛由于体脂的过度动用可引起血液和牛奶中的脂肪酸结构发生变化。Gulinski等[73]的研究表明,当牛奶中的脂蛋比为1.4∶1~1.7∶1时为亚临床酮病,而当脂蛋比大于1.7∶1时为临床酮病。Rachah等[74]研究表明,牛奶中的C14∶0 和C18∶1 cis9脂肪酸是奶牛酮病预警的重要标志物。高酮血症奶牛血液的C14∶0、C18∶1n9、C18∶1n7、C18∶3n3浓度与高酮血症呈显著相关[75]。因此,可通过牛奶和血液中脂肪酸中的关键标志物用于产后奶牛酮病的检测。
奶牛的酮病与围产期奶牛的脂肪动员有关,而脂肪的动员影响奶牛乳脂的合成。华加敏等[76]通过连续3年对江苏省境内某规模化牧场高产奶牛酮病发生情况进行监测,研究结果建议奶牛乳脂率大于4.21%及淋巴细胞数大于4.815×109个/L作为奶牛酮病的预警指标。奶牛上胎次的体脂蓄积影响下一胎次的酮病发生率。当上胎次乳脂合成量降低,则更多脂肪蓄积在体内,增加下一胎次产生酮病的风险[41]。酮病影响奶牛的免疫性能,而免疫细胞的数量和类型对动物的免疫功能发挥具有重要作用。Zhang等[26]研究发现,血清IL-6和乳酸是奶牛发生酮病前最强的鉴别因子,可作为疾病状态的预测性生物标志物。BHBA含量测定是用于产后奶牛测定酮病的黄金标准,但只能用于产后而不能用于产前的预防。奶牛产前行为的实时监测,也可及时对产后疾病风险进行管控,有利于围产期奶牛酮病的防控。
血液和牛奶中与酮病相关指标的检测可较准确反映奶牛的酮病状况,然而其采集样品和检测过程较为复杂。因此,研究出一种快速、无接触的检测方法,对提高奶牛酮病诊断效率具有重要作用。酮病可引起产后奶牛的代谢、运动、状态等方面发生变化,因此可对相关性状进行监测,以及时监测奶牛酮病。Wang等[8]研究发现,采用极限梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)模型可较准确预测产后奶牛酮病,其中奶牛的日反刍时间(60.15%)和活动量(16.73%)对奶牛酮病预测贡献比例最大。酮病奶牛的血液、牛奶、粪便会产生特殊的挥发性物质,Zhang等[77]通过电子鼻检测该挥发性气体,经机器学习分析的结果显示,血液、粪便和牛奶的预测酮病准确率分别达到66.7%、100%和87.5%。电子鼻诊断技术是一种无创、快速、准确的奶牛酮症检测技术。该技术的应用有利于产后奶牛酮病的快速诊断。通过无接触的方式诊断奶牛酮病,可有效提高奶牛酮病诊断效率,降低对奶牛的应激。
5 奶牛酮病防治技术
奶牛酮病的防控技术包括促进糖异生、提高采食量、降低体脂动员、促进肝脏脂肪完全氧化和排出等措施。当前奶牛酮病防治常采用饲喂丙二醇[78]、丙酸钠[79]、丙酸钙[80]等以提高瘤胃内丙酸浓度,进而经肝脏的糖异生作用后,提高血液葡萄糖水平,有效抑制产后奶牛酮病。其中,丙二醇在防治围产期奶牛酮病得到最广泛的应用。患有临床酮病奶牛常表现出过度的体脂分解和系统性炎症。虽然丙二醇可有效降低酮体的产生,但其对抑制体脂分解和抗炎的作用较弱[81]。烟酸是B族维生素,在动物体内以辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的形式在反刍动物体内能量利用、脂肪代谢中发挥重要作用。烟酸可有效降低泌乳早期奶牛的脂肪动员,促进肝脏脂肪酸完全氧化,缓解能量负平衡[82]。Chirivi等[83]研究显示,对产后奶牛同时饲喂具有糖异生作用的丙二醇、抑制体脂分解的烟酸和具有抗炎作用的氟胺烟酸葡胺,比单独饲喂丙二醇具有更低的血液BHBA和NEFA浓度以及更高的胰岛素和血糖浓度。通过同时促进糖异生、降低脂解、抗炎可有效降低产后奶牛酮病的发病率。胆碱作为卵磷脂合成的重要组成部分,可以将肝脏脂肪酸与卵磷脂结合,避免肝脏脂肪沉积,有效预防脂肪肝的发生,促进脂肪完全氧化,降低酮体的产生。王西耀等[84]研究显示,饲粮添加20 g/头过瘤胃氯化胆碱可有效改善生产性能和血液生化指标。由于烟酸和胆碱在瘤胃内易被微生物降解,因此常采用过瘤胃保脂酰胆碱的合成而使肝脏脂肪以极低密度脂蛋白形式排出,降低脂肪蓄积,从而有效预防酮病。Jeong等[85]研究发现,对酮病奶牛饲喂丙二醇与左旋肉碱和蛋氨酸的复合物对酮病的防控效果优于单独饲喂丙二醇。左旋肉碱可有效促进线粒体对长链脂肪酸的氧化利用,降低肝脏脂质蓄积。营养调控在围产期奶牛酮病防控中发挥重要作用,通过有效促进产后奶牛糖异生、抑制体脂分解、提高免疫是防控产后奶牛酮病的主要措施。同时,通过各种添加剂的有效组合,可提高酮病的防控效果。
6 小结
围产期奶牛易产生酮病,引起奶牛泌乳性能下降、氧化应激、炎症反应,降低繁殖性能,增加死淘率,影响牧场的经济效益。而产后奶牛酮病的发病规律对酮病的防控和治疗具有重要作用。奶牛的酮病发病率受奶牛品种、胎次、泌乳量、饲料营养、瘤胃环境、饲养环境、管理水平、体况等方面影响。根据奶牛酮病发病规律有针对性地对奶牛酮病进行预防控制,可以降低酮病发病率,同时有效降低人员工作量,提高经济效益。当前酮病的诊断主要依靠产后检测,限制了酮病的防控。随着大数据、人工智能、代谢组学、基因组学等技术的发展,根据奶牛酮病的发病规律,建立依据奶牛基因、围产前期体况、胎次、生理代谢及围产后期的饲养管理等指标的酮病预测模型。通过该模型可有效预测奶牛酮病,并根据酮病发病机制,给予精准地调控措施,更有效地防治酮病。