مروری بر تاریخچه استفاده از شاخص های متابولیک در گاو شیری

حدود ۱۰۰ سال است که ارتباط بین بیماری ها و اختلالات بالینی و تغییرات شیمیایی در خون، ادرار و شیر مشخص شده است. به طور مشخص، تنها در طی ۲۵ سال گذشته ارزش آنالیز و اندازه گیری این تغییرات در مایعات بدن، برای ردیابی بیماری ها و کنترل آن ها در سطح گاو و در سطح گله ، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. پیشرفت تکنولوژی نیز در چندسال گذشته امکان اندازه گیری این فاکتورها به صورت کاربردی را در داخل گله امکان پذیر کرده است. افزایش دانش همراه با پیشرفت تکنولوژی، سبب شده است که دامداران، دامپزشکان و مشاوران گله های شیری تمایل زیادی به استفاده از این آزمایش ها پیدا کنند. ادامه ی این روند مبنی بر افزایش آگاهی و دانش نسبت مواد قابل اندازه گیری در مایعات بدن، در محل دامداری و ارتباط آن ها با بیماری ها و سایر عوامل تاثیرگزار بر تولید شیر، وضعیت تولید مثلی و نهایتا اقتصاد دامداری، همراه با پیشرفت سریع در تکنولوژی و ساخت وسایل آزمایشگاهی که می توانند در همان زمان و به صورت اتوماتیک این شاخص های شیمیایی را اندازه گیری کنند، در نهایت باعث ایجاد انقلابی در شیوه ی کنترل وضعیت متابولیک و سلامت در گله های شیری خواهد شد.

در مقاله ی حاضر، اطلاعات مربوط به سیرتکاملی دانش ما درباره ی شاخص های متابولیک از ابتدای معرفی آن ها و سپس استفاده از آن ها در پروسه درمانی تک گاو ( از ابتدای دهه ی ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۰ میلادی) مورد بررسی قرار می گیرد . این شاخص ها به صورت گسترده ای با بیماری ها، میزان تولید شیر و تولید مثل در سطح گاو و گله در ارتباط هستند. درادامه به مرور پیشرفت از شناسایی بیمارهای بالینی، به سمت ردیابی و کنترل بیماری های تحت بالینی در سطح گله و چگونگی استفاده از شاخص های متابولیک به عنوان آزمایش های متداول در تحقیقات و در گاوداری ها برای شناسایی بیماری های تحت بالینی می پردازیم. همگام با مطالعه بیولوژی و اپیدمیولوژی بیماری های تحت بالیتی و اختلالات متابولیک که باعث پیشرفت و تایید تکنولوژی ها برای استفاده در دامداری ها شده اند، جایگاه دانش خود در این زمینه که بسرعت درحال تحول است را مشخص کرده و در نهایت در این مقاله چشم اندازهای توسعه و استفاده از شاخص های متابولیک در مدیریت گله های شیری مورد بررسی قرار می گیرد.

ابتدای راه، ۷۵ سال ابتدایی استفاده از شاخص های متابولیک

شواهد ارتباط بین اختلالات بالینی مانند تب شیر و کتوز با تغییرات در بیوشیمی ادرار و خون در دهه ی ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ در متون علمی مشاهده می شود. دانشمندان و دامپزشکان متعددی به این نکته اشاره کرده اند، که در گاوهایی با تب شیر غلظت کلسیم خون کاهش یافته است و در ادامه این فرضیه مطرح شد، که اختلال در تنظیم متابولیسم کلسیم در گاو باعث ایجاد تب شیر می شود. هم چنین گزارش شد، دانشمندان هم چنین دریافتند که غلظت استون در خون و ادرار، در گاوهای مبتلا به کتوز افزایش قابل توجهی داشته است، هر چند در آن زمان عامل بیماری و فاکتورهای مستعد کننده ی آن شناسایی نشدند. این مطالعات اولیه زمینه را برای توجه بیشتر بر روی تغییرات شیمیایی در خون و ادرار فرآهم کرد.

شاخص های متابولیک و هایپو کلسمی

اولین گزارش ها در مجله [۱]Dairy science در مورد کلسیم و فسفر خون و ارتباط آن با تب شیر در دهه ی ۱۹۳۰ منتشر شد. این مقالات بر روی شناسایی غلظت نرمال (میزان مرجع[۲]) این مواد معدنی تمرکز داشتند و اطلاعات اولیه ای را در ارتباط با این موضوع که فاکتورهای تغذیه ای و مدیریتی چگونه آنها را تحت تاثیر قرار می دهند، فرآهم کردند. Wilson و Hart در سال ۱۹۳۲ تغییرات کلسیم و فسفر را در حوالی زایمان (بافاصله ی کوتاه) در گاوهای سالم و مبتلا به تب شیر بررسی کرده و پیشنهاد کردند نمونه های خون باید چندین بار و در فواصل خاص نسبت به زایمان گرفته شده تا کاهش کلسیم در زمان زایمان و بازیابی آن پس از زایمان (که حتی در گاوهای سالم دیده می شود) ، مشخص شود. الگوهای تغییر غلظت فسفر خون در همین دوره تنوع بیشتری نسبت کلسیم داشتند. درادامه، تنها دو مقاله منتشر شده در دهه ی ۱۹۴۰ به ارتباط بین سن و مرحله ی رشد و غلظت کلسیم و فسفر پرداخته شد تا سال ۱۹۵۰ که Blosser و Smith غلظت کلسیم و سیتریک اسید سرم را در گاوهای سالم و گاوهای مبتلا به تب شیر اندازه گیری کردند. در این تحقیق مشخص شد، غلظت های کلسیم و سیتریک اسید[۳] به طور کلی در گاوهای سالم و مبتلا به تب شیر، الگوی مشابهی را از خود نشان می دهد، هرچند غلظت سیتریک اسید در گاوهایی که در ادامه به تب شیر مبتلا شدند، در فاصله ی اندکی قبل از زایمان، افزایش می یابد. آن ها مشخص کردند، گاوهایی که به تب شیر مبتلا می شوند، بلافاصله قبل از زایمان با افزایش دفع سیتریک اسید در ادرار خود مواجه هستند. هم چنین تغییرات کوچک دیگری در ادارار به غیر از افزایش ترشح منیزیم، از روز ۳ تا ۱۶ قبل از زایمان مشاهده می شود. مقادیر منیزیم خون در طی دوره ی پس از زایش نیز در گاوهای مبتلا به تب شیر افزایش نشان داد. Van Soest و Blosser عنوان کردند، گاوهای مبتلا به تب شیر، افزایش میزان گلوکز خون داشتند و این افزایش گلوکز ارتباط معکوس با میزان فسفر خون داشت.

تا این زمان تب شیر به خوبی شناخته شده و ارتباط این بیماری و غلظت کلسیم خون مشخص شده بود، بنابراین توجه دانشمندان به سمت مکانیسم هایی که غلظت کلسیم را در بدن گاو پشتیبانی می کنند و استراتژی های مدیریتی برای پیشگیری از تب شیر جلب شد. Ballantie و Herbein ارتباط بین کلسیم یونیزه[۴] (که از نظر متابولیکی فعال تر است) و کلسیم تام[۵] را ارزیابی کرده و عنوان کردند ارتباط بین این دو نسبت به زمان زایمان در مقاطع مختلف متفاوت است. نسبت کلسیم تام به کلسیم یونیزه در مدت زمان کوتاهی پس از زایمان در بالاترین حد خود بود. پس از آن Szenci و همکاران، عنوان کردند غلظت کلسیم یونیزه نسبت به کلسیم تام در حوالی زایمان پایدارتر است.

شاخص های متابولیک و هاپیرکتونمیا

Knodt و همکاران غلظت کتون بادی[۶] های خون وادرار (استون[۷]، استواستات[۸] و BHB) را در گاو اندازه گیری کرده و تفاوت هایی در غلظت کتون بادی در ساعت های مختلف روز نسبت به زمان تغذیه ی دام و در زمان های مختلف سال، در هنگامی که تغذیه ی دام از چراگاه به یونجه و از یونجه به استفاده از سیلو تغییر می کند، گزارش کردند. در یک مطالعه ی دیگر ارتباط بین کتون بادی های موجود در خون وادرار نسبت به زمان زایمان ارزیابی شد و مقایسه ی این موارد (BHB، استون، استواستیک و استون بادی تام)، با هم همبستگی نشان داد (هرچند که این همبستگی بین ۰.۳۳ تا ۰.۵۱ بود). پس از آن مطالعات دیگری در زمینه ی پیدا کردن دینامیک کتون بادی ها در حیوانات در حال رشد و استفاده ی کمی[۹] از کتون بادی ها در ارتباط با سنتز چربی شیر، متابولیسم اکسیداتیو[۱۰] در گاوها و شروع کتوز انجام شد. به علاوه این مطلب نیز گزارش شد که گاوهایی که مبتلا به کتوز همراه با سایر عوارض شده اند (به خصوص مواردی که در مراحل انتهایی بیماری قرار دارند) با افزایش مقادیر اسید های چرب آزاد در خون مواجه هستند.

در انتهای دهه ی ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ دانشمندان در دانشگاه ویسکانسین و میشیگان، مبحث کتوز و متابولیسم چربی در حوالی زایمان را با تاکید بیشتر بر روی استراتژی هایی که می تواند در سطح گله این بیماری ها را ردیابی کرده و آن را درمان کند، دنبال کردند. Schultz و Myers یک تست شیر برای شناسایی کتوز معرفی کردند که می توانست در دامداری انجام شود. علت تلاش برای معرفی این تست این بود که تست ادراری که در آن زمان در دسترس بود، موارد مثبت کاذب نیز از خود نشان می داد. این ارزیابی همبستگی بالایی بین استواستیک و استون خون و شیر نشان می داد در حالی که همبستگی بین BHB خون و شیر کمتر بود. حساسیت و ویژگی این تست در زمانی که از کتون بادی تام برای ارزیابی استفاده می شد بالا بود. در نتیجه Emery و همکاران، از تست کتون بادی شیر برای ردیابی کتوز در دو دامداری استفاده کردند و در ادامه درمان با propylene glycol را مورد ارزیابی قرار دادند. آن ها گزارش کردند که این درمان، کتون شیر را در هر دو دامداری کاهش داده و باعث افزایش تولید شیر در یکی از گاوداری ها شده است.

Radloff و همکاران (۱۹۹۶) مطالعاتی به منظور تداوم ثبت اطلاعات قبلی برای اندازه گیری کتون بادی های خون انجام دادند و همچنین ارتباط بین گلوکز خون و اسیدهای چرب غیر استریفیه شده خون (NEFA) را اندازه گرفتند. در این مطالعه کاهش شدید غلظت نیفا[۱۱] پس از تغذیه بویژه در گاوهای پرتولید ثبت شد و افزایش شدید آن بدنبال پرهیز غذایی در بزها، بویژه بزهای شیروار، ثبت گردید. در نهایت این محققین افزایش چشمگیر نیفای پلاسما در زمان زایمان و کاهش بعدی آن در ۵ تا ۶ هفته اول پس از زایمان را ثبت کردند. ارتباط کتون های خون با گلوکز بسیار قوی تر از نیفای پلاسما بود: در مطالعه آن ها ارتباط کمی بین نیفای پلاسما و تولید شیرثبت گردید و ارتباط کوچکی (در حدود ۰.۱) بین کتون بادی های خون و پلاسما ثبت شد. در کارهای بعدی که برروی گاوهای مبتلا به کتوز انجام شد، ارتباط مثبت خیلی قوی تری (۰.۸۵) بین کتون بادی های خون و پلاسما در زمان رخداد کتوز ثبت گردید.

این گروه هامطالعات بیشتری را به منظور آزمون کتون ها و بکار گیری آن ها انجام دادند. Emery و همکاران (۱۹۶۸) نشان دادند که استفاده از آزمون شیرکه در آن استون و استواستیک اسید ردیابی می گردد، ۶۸ درصد از گاوهای مبتلا به کتوز را قبل از شروع علایم بالینی شناسایی کرده و ادعا کردندکه آزمونی که توسط Schultz و Myers در سال ۱۹۵۹ استفاده شده است، تنها قابلیت شناسایی ۴۱ درصد از موارد را دارد. بعلاوه ۷۵ درصد از گاوهایی که مبتلا به کتوز شناخته شدند بیماری دیگری را در طی ۱۴ روز بعد از مثبت شدن تست خود نشان دادند. Menahan و همکاران (۱۹۶۷) برای درک بهتر ارتباط بین اجزا مختلف کتون بادی ها در خون و ادرار  در بزهایی که به شکل تجربی مبتلا به درجات مختلف هیپرکتونمیا و هیپوگلوسمیا شده بودند،تلاش کردند. آنها نشان دادند که  مقادیر BHB به عنوان برجسته ترین کتون بادی در غلظت های پایین است، اما نسبت BHB به استو استات بهمراه استون با افزایش کلی کتون بادی ها کاهش می یابد که نشانگر مقادیر بالاتر استو استات و استون در زمانی که مقادیر کلی کتون بادی ها بالاتر می رود، است. باوجود این تنوع بالقوه  در ارتباط بین BHB و سایر کتون بادی ها ، BHB هنوز تنها کتون بادی خون است که مورد ارزیابی می گردد.

[۱] JDS

[۲] Reference Interval

[۳] Citric acid

[۴] Ionized Ca

[۵] Total Ca

[۶] Ketone Body

[۷] Acetone

[۸] Acetoacetate

[۹] Quantitative

[۱۰] Oxidative metabolism

[۱۱] NEFA

منبع: 

Overton, T. R., J. A. A. McArt and D. V. Nydam (2017). “A 100-Year Review: Metabolic health indicators and management of dairy cattle.” J Dairy Sci 100(12): 10398-10417.