مروری بر استفاده از شاخص های متابولیک در گاو شیری

پروتئین های خونی به عنوان شاخص های متابولیکی:

چاپ اولین گزارش ها از تغییرات پروتئین های خونی در زمان قبل از زایش در JDS  در دهه ۱۹۵۰ و به دنبال مقالات زیادی که در مجله شیمی زیست شناسی در دهه ۱۹۴۰ با تمرکز بر ارتباط بین پروتئین های خونی گاو و انتقال آنها به گوساله از طریق آغوز انجام گرفت، رخ داد. لارسون وکندال (۱۹۵۷) تغییرات پروتئین های خونی در دوره خشکی و انتقال گاو به دوره شیرواری را اندازه گرفتند. آن ها مشخص کردند، غلظت پروئین های سرم از حدود ۴ هفته قبل از زایش کم شده و قبل از افزایش آنها در دوره شیرواری، در زمان زایش به حداقل میزان خود میرسد. کاهش جدی در قسمت گلوبین های سرم خون[۱] مثل (β۲ و γ۱) علت این امر گزارش شد، همانطور که آلبومین سرم و دیگر گلوبین ها مثل (β۱ و γ۲) غلظت مشابهی را در این بازه زمانی داشتند. تا سال ۱۹۸۵ دیگر گزارشی از تغییرات پروتئین سرم و شاخص های دیگر مرتبط با متابولیسم پروتئین در JDS چاپ نشد تا بلوم و همکاران در این سال به توضیح تغییرات در ۳-متیل هیستیدین[۲] پلاسما به عنوان شاخصی از شکسته شدن پروتئین ها و ارتباط آن با دیگر شاخص های خونی در دوره پیش از زایش و شیرواری پرداختند. آنها مشخص کردند که غلظت ۳-متیل هیستیدین پلاسما بعد از زایش با شیب زیادی افزایش می یابد و در هفته اول پس از زایش به حداکثر میزان خود می رسد، سپس تا هفته ۵ پس از زایش کاهش می یابد. زمانی که ۳-متیل هیستیدین به حداکثر خود می رسد همزمان است با کاهش غلظت انسولین، هورمون های تیروئیدی، گلوکز، پروتئین و اوره و افزایش غلظت NEFA در خون. هرچند که ما به طور کلی با دینامیک متابولیسم پروتئین در دوره پیش از زایش آشنا هستیم اما همچنان درک صحیحی از قواعد وابسته به آن و عوامل تغذیه ای و مدیریتی که بر روی آن اثر دارد، وجود ندارد.

پروفایل متابولیک و کاربرد آن

به دنبال مقالات زیادی که در مجلات دامپزشکی (مثل پاین و همکاران ۱۹۷۰، بلووی و همکاران ۱۹۷۵، پارکر و بلووی ۱۹۷۶) چاپ شده و نتایجی از پروفایل متابولیک خونی در گله های شیری و ارتباط آنها در تحقیقات دامپزشکی و وضعیت گله گزارش کرده بودند، مقالاتی که پروفایل متابولیک خونی مثل پروفایل متابولیک کمپتون[۳] و دیگر پروفایل ها را توصیف کرده باشند، در JDS کم کم به چاپ رسیدند. لی و همکاران میانه و واریانس  آنالیت [۴]های خونی شامل ماکرومینرال ها، شاخص های متنوع متابولیسم پروتئین و کلوگز  را  در ۵ گله سالم و ۲۵ گله دارای مشکل در ایالت ایلینویز[۵] گزارش کردند. نمونه های خون از گاوها در گروه های پر تولید، کم شیر و خشک گرفته شده بودند. هرچند با آنکه گزارش نشده است ولی ما مشکوک هستیم که بیشتر یا همه گاوهای نمونه گیری شده در اواسط شیرواری بوده اند و نه بلافاصله پس از زایش. دانشمندان معتقد به یک ارتباط قوی بین گله، تولید، مرحله شیرواری و فصل با بیشتر آنالیت ها هستند که این آنالیت ها نیز با دریافت مواد غذایی خاصی مرتبط اند، هرچند که یک الگوی مشخص بین گله های سالم و مشکل دار وجود نداشته است. جالب توجه است که در نهایت آنها به این نتیجه رسیدند که “غلظت متابولیت ها تقریبا هیچ کاربردی برای نتیجه گیری در مورد گاو ها بصورت فردی نداشته، چرا که ایجاد یک تغییر  شدید در جیره غذایی ممکن است سبب غلظت های غیر طبیعی متابولیت های خونی مورد نیاز شود.”

آدام و همکاران در سال ۱۹۷۸ یک مقاله مروری بسیار عالی از نتایج مواد شیمیایی خون که از ۷۵۰ گله دارای مشکل گرفته شده و در آزمایشگاه تشخیصی دام های بزرگ ایالت پنسیلوانیا از سال ۱۹۶۸ ثبت شده بودند، به علاوه یک مطالعه  از ۱۵ گله پرتولید با وضعیت سلامتی و تولید مثلی خوب منتشر کردند. آنها متوجه شدند که بین بعضی از شاخص های خونی از نظر آماری، ارتباط کم اما معناداری با خوراک دریافتی وجود دارد که الگوی متضادی در گله هایی با وضعیت تولید مثلی و سلامت متفاوت دارد. آنها بحث خوبی در ارتباط با محدودیت های تفسیر پروفایل های متابولیکی که شامل مشخص کردن محدوده های مرجع و تشخیص مناسب آنها در هنگامی که در محدوده طبیعی نیستند ارائه دادند و نتیجه گرفتند که پروفایل متابولیکی می تواند وسیله کمکی موثری در عیب یابی گله ها باشد اما همچنین پتانسیل بالایی برای  سواستفادهعدم کاربرد مناسب دارند.

مطالعات زیادی در دهه ۱۹۸۰ میلادی با تاکید بر استفاده از پروفایل متابولیک خونی در JDS به چاپ رسیده است. جونز و همکاران در سال ۱۹۸۲ بر روی ۳۰ گله در ویرجینیا با سطوح تولید متفاوت، مطالعه کردند و به این نتیجه رسیدند که استفاده از پروفایل متابولیک در گله ها ارزش محدودی در شناسایی مشکلات یا فقر غذایی گله ها دارد.کرونفلد و همکاران در همین سال پروفایل خونی ۳۹۵ راس گاو از ۲۱ گله در پنسیلوانیا را آنالیز کردند. آن ها به این نتیجه رسیدند که توزیع مقادیر برای بسیاری از شاخص های خونی نرمال نبوده و این عدم توزیع نرمال باید هنگام تعیین محدوده ها جهت تفسیر در نظر گرفته شوند. بنابراین استفاده از آنالیزهای رگرسیون چندتایی[۶] که قابلیت بررسی ترکیبات مختلف جیره را به پژوهشگران می دهند، توانست به یافتن ارتباط بین جیره و  آنالیت های خونی کمک کند. این نویسندگان، نسبت به ارزش پروفایل متابولیک خوشبین تر بودند.

شاخص های متابولیکی مرتبط با متابولیسم اکسیداتیو

در دهه ۱۹۷۰ مقالاتی که در آنها وضعیت ویتامین ها و مواد معدنی ضروری که مرتبط با متابولیسم اکسیداتیو بوده و عملکرد سیستم ایمنی را مشخص می کردند، در JDS چاپ شدند. شینگوئت و همکاران در سال ۱۹۷۸ غلظت ویتامین E شیر را در گاوهایی که خوراک ذخیره شده در طی یک سال را مصرف کرده بودند و گاوهایی که در تابستان به مرتع برده شده بودند، ارزیابی کردند. آنها مشخص کردند، زمانی که گاوها چِرا می کنند، غلظت ویتامین E  افزایش می یابد درحالی که تغییری در ترکیب سلول های خونی، هموگلوبین و شاخص های مرتبط، گلوتامین اوگزالواستیک ترنسامیناز سرم[۷]، نسبت تلقیح به گیرایی، فاصله گوساله زایی یا جفت ماندگی دیده نشد. هرچند که تعداد گاوهای این مطالعه محدود بودند (۲۰ گاو به ازای هر شاخص در ابتدا و ۱۲ گاو در انتهای ۴ سال مطالعه). مائوس و همکاران در سال ۱۹۸۰ گزارش کردند که افزایش دریافت سلنیوم جیره از منابع پایه و مکمل سدیم سلنیت[۸] به میزان ۲-۶ میلی گرم در روز باعث افزایش غلظت سلنیوم پلاسما و شیر می شود، هرچند که دریافت بیشتر از این مقدار سلنیوم باعث افزایش سلنیوم شیر و یا پلاسما نشده بود. با آنکه بطور معمول تصور می شود که مقادیر سلنیوم و ویتامین E بهم وابسته هستند، ون سائون و همکاران در سال ۱۹۸۹ با اندازه گیری غلظت ویتامین E (آلفا-توکوفرول)[۹] و سلنیوم از مادر و جفت متصل به آن در حین آبستنی، مشخص کردند که ارتباط ضعیفی بین این دو ماده هم در مادر و هم در جنین وجود دارد.

چیو و همکاران در سال ۱۹۸۲ مشخص کردند که غلظت پلاسمایی ویتامین A، بتا-کاروتن[۱۰] و مقدار ویتامین A تام ارتباط معکوسی با اسکور CMT [۱۱] نشان دهنده ی ورم پستان دارد. متعاقب آن در مطالعه ای همین گروه دریافتند که میزان ویتامین A و بتا-کاروتن با شیب شدیدی در دوره قبل از زایش کاهش می یابد و در اولین هفته پس از زایش در کمترین میزان خود است. غلظت ویتامین A  در دوره پس از زایش کمتر است و قابل توجه است که غلظت بتا-کاروتن قبل از زایش در گاوهایی که پس از زایش مبتلا به ورم پستان شده بودند، بالاتر بوده است (جانسون و چیو ۱۹۸۴).

نقطه عطف

در اواسط دهه ۱۹۸۰ پژوهشگران دانشگاه کورنل برای اولین برای در JDS نتایج یک مطالعه را که شامل گله های تجاری بود و به ارزیابی عوامل خطر و ارتباط بین آنها در بیماری ها و اختلالات پیش از زایش پرداخته بود، چاپ کردند (کورتیس و همکاران ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵). درهمین زمان دانشمندان کانادایی (بطور مثال دوهو و همکاران ۱۹۸۳ و دوهو و مارتین ۱۹۸۴) شروع به انتشار نتایج مقالات خود در اندازه های بزرگ از گله های تجاری با تمرکز بر بیماری ها، تولید و حذف در گاوهای شیری کردند. بعلاوه پژوهشگران سوئدی (اندرسون و امانوئل ۱۹۸۵) بر روی هایپرکتونمیا مطالعه نموده و با استفاده از غلظلت استون شیر آن را بررسی کردند. مارکوسفلد در سال ۱۹۸۶ مطالعه گسترده ی خود بر عوامل خطر اپیدمیولوژیک جابجایی شیردان و ارتباط آن با دیگر اختلالات در گله های اسرائیل، را منتشر کرد. تا این زمان دانش ما از عوامل خطر بیماری های حوالی زایش و ارتباط آنها با بیماری ها و شاخص های متابولیکی و تولید مثلی، محدود به مطالعات بسیار کوچکتر مثل شینگوئت و همکاران، ۱۹۷۸، لارسون و همکاران، ۱۹۸۰ و یا آزمون های کنترل شده تصادفی برای ارزیابی جیره های متنوع مانند ” بررسی سطح انرژی دوره خشکی ” توسط کوپوک و همکاران در سال ۱۹۷۲، بود. نتایج حاصل از این مطالعه و دیگر مطالعات اپیدمیولوژیک بزرگ برروی سلامت دام در حوالی زایش، تولید شیر، تولید مثل، مانند تحقیقات رولندز و لوسی ۱۹۸۶، گروهن و همکاران ۱۹۸۹ و دتیلئوکس و همکاران ۱۹۹۴، پایه گذار دانش امروز ما از ارتباط بین این عوامل در گاوهای حوالی زایمان بودند و سرمنشا ایجاد فرضیات بی شماری شدند که ما امروزه به دنبال ارزیابی آن ها هستیم.

در ابتدای دهه ۱۹۹۰، تلاش ها برای تصحیح دانش ما از ارتباط بین شاخص های متابولیکی با تولید، ماده خشک دریافتی و بالانس انرژی در گاوهای شیری ادامه داشت.  در یک مقایسه که شامل ۱۴ گاو چندشکم زا بود، لین و همکاران در سال ۱۹۹۲ ارتباطات موقتی و همزمان میزان سرمی BHB، NEFA، گلوکز، کلسترول، میزان تولید، ماده خشک دریافتی و پیش بینی بالانس انرژی در دوره پس از زایش را با استفاده از اندازه گیری های مکرر و نمونه گیری برای تمام متغیرها بررسی کردند. آنها دریافتند که ارتباط مستقیمی بین BHB و تولید شیر وجود دارد همچنین ارتباط مشابهی را بین NEFA و BHB پیدا کردند. رابطه غیرمستقیمی بین ماده خشک دریافتی و BHB، بین بالانس انرژی و BHB و گلوکز و BHB نیز وجود داشت.

به نظر می رسد، مطالعه ای که به طور حقیقی شاخص های متابولیکی سلامت را با مطالعات دقیق و آنالیز سلامت دام در حوالی زایش، میزان تولید شیر و تولید مثل باهم ادغام کرده و پایه گذار تحقیقات موفق بعدی است، توسط دانشمندان دانشگاه ایالتی میشیگان در اواسط دهه ۱۹۹۰ انجام شده است که بخشی از آن در JDS (کمرون و همکاران، ۱۹۹۸) و نیز به عنوان پایان نامه کارشناسی ارشد (دایک ۱۹۹۵) به چاپ رسیده است. در مطالعه ی ذکر شده، ۱۰۴ گله پرتولید در ایالت میشیگان مورد مطالعه قرار گرفته است و هر گله ۴ بار در طی یک دوره ۶ هفته ای بازدید شده است. در هربازدید علاوه بر وضعیت بدنی[۱۲] گاوها، نمونه گیری برای میزان سرمی NEFA از ۵ هفته قبل از زمان تخمینی زایش تا زمان زایش و جزئیات سلامتی، تغذیه ای و مدیریتی هر گله جمع آوری شده، سپس آنالیزهای آماری در سطح گاو و گله انجام گرفت.  نتایج این مطالعه نشان داد، افزایش میزان سرمی NEFA قبل از زایش، افزایش BCS، مدیریت ضعیف آخور و نسب بالای انرژی در دوره پیش از زایش از عوامل خطر جابجایی شیردان هستند (کمرون و همکاران ۱۹۹۸). همچنین آنها نشان دادند که افزایش میزان سرمی NEFA قبل از زایش با اختلالات پس از زایش زیادی (مثل سخت زایی، جفت ماندگی، کتوز، جابجایی شیردان و ورم پستان) اما نه همه (مثل تب شیر) ارتباط دارد.

علاوه بر مطالعه ی ذکر شده که باعث گسترش استفاده از شاخص های متابولیک سلامت  برای بررسی متابولیسم انرژی شده است، دانشمندانی که به متابولیسم اکسیداتیو و عملکرد سیستم ایمنی علاقه مند بودند، ادغام این شاخص ها را در مطالعاتی با اندازه بزرگتر، شروع کردند. ویس و همکاران در سال ۱۹۹۰، ۹ گله را در یک مطالعه یک ساله مرتبط با سلنیوم، ویتامین E و SCC، وارد کردند. آنها نمونه های خونی جمع آوری شده از زیرمجموعه گاوهای هرگله که بین ۶۰ روز قبل از زایش تا ۶۰ روز پس زایش بودند، برای میزان سرمی سلنیوم، آلفا-توکوفرول و گلوتاتیون پراکسیداز[۱۳] آنالیز کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که میزان SCC شیر مخزن و میانگین غلظت سرمی سلنیوم ارتباط غیر مستقیم دارند.  جاکولا و همکاران در سال ۱۹۹۶ ارتباط بین ورم پستان بالینی، عفونت های باکتریایی، درمان های مرتبط با باروری و باروری را با غلظت سرمی ویتامین E، ویتامین A ، بتاکاروتن و غلظت سلنیوم و گلوتاتیون پراکسداز خون کامل در ۵۱۱ گاو در ۳۰ گله در فنلاند بررسی کردند. آنها دریافتند، در گاوهایی که غلظت سلنیوم در خون کامل آنها بیشتر است عفونت های پستانی کمتری مشاهده می شود، اما ضریب تشخیصی پایینی[۱۴] (احتمال هم بستگی) بین ویتامین A و SCC وجود داشت. با این حال به دلیل این که روز شیردهی به خوبی در مقاله ی ذکر شده، توضیح داده نشده است تفسیرهای بیشتر را مشکل می کند.

گسترش استفاده از شاخص های متابولیکی در مطالعات اپیدمیولوژی حوالی زایش و نتایج آن ها در سطح گله

شاخص های مرتبط با انرژی و ماکرومینرال ها

اولین مطالعه اپیدمویوژیک دقیق که شروع به تعریف نقاط مرزی[۱۵] شاخص های متابولیکی در گاو و ارتباط آنها با سلامت گاو پس از زایش کرد توسط پژوهشگران دانشگاه گوئلف انجام شد و در سال ۲۰۰۵ به چاپ رسید (لی بلانچ و همکاران ، ۲۰۰۵). در ۲۰ گله که عمدتا سیستم نگهداری تای استال[۱۶]  داشتند، دانشمندان متابولیت های زیادی را مثل NEFA، کلسترول، BHB، گلوکز، اوره، کلسیم و پروتئین و ارتباط آنها با جابجایی شیردان به چپ (LDA) در ۱۰۴۴ گاو با احتمال ۵.۱% رخداد LDA مورد بررسی قرار دادند.. این مطالعه نشان داد، درگاوهایی که غلظت  NEFA بیش از ۰.۵ mEq/L درزمان  ۴-۱۰ روز پیش از زایش بوده، احتمال رخداد LDA در آنها ۳.۶ بار بیشتر است و در گاوهایی که غلظت BHB آن ها پس از زایش بیشتر از ۱۲۰۰µmol/L بوده است، احتمال رخداد LDA هشت بار بیشتر از گاوهایی با غلظت کمتر بوده است. این نتایج مشابه آن چیزی است که در مطالعه ی بعدی در دانشگاه گوئلف از گروه دیگری از گاوهای نگهداری شده در گله (۲۵ گله) های با سیستم عمدتا تای استال و    Component-fed (جیره به صورت total mixed ration نبوده است) در اونتاریو گزارش شده است. در این مطالعه پژوهشگران متوجه ارتباط قوی (ضریب احتمال ۲.۶) بین LDA در گاوهایی که یک هفته پس از زایش، غلظت BHB بیش از ۱۲۰۰µmol/L داشتند و تاثیر منفی آن بر تست DHIA در تولید شیر شدند.

[۱] Globin fraction

[۲] ۳-methylhistidine

[۳] Campton metabolic profile

[۴] Analyte

[۵] Illinois

[۶] Multiple regression analyses

[۷] Serum glutamic oxaloacetic transaminase

[۸] Sodium selenite

[۹] α-tocopherol

[۱۰] Β-carotene

[۱۱] California mastitis test

[۱۲] BCS

[۱۳] Glutathione peroxidase

[۱۴] Coefficient of determination

[۱۵] Cut-points

[۱۶] Tie stall

 

منبع:

Plummer, P. J. and A. Krull (2017). “Clinical Perspectives of Digital Dermatitis in Dairy and Beef Cattle.” Vet Clin North Am Food Anim Pract 33(2): 165-181.