奶牛酮病诊断方法及防治措施

张毕红,刘耀权,王先胜,贺钰栋,武建权,王建国

(1.西北农林科技大学动物医学院,陕西杨凌 712100;2.中垦乳业股份有限公司,重庆 400020)

奶牛酮病又名奶牛酮血症、酮尿病,是由于围产期奶牛体内碳水化合物和挥发性脂肪酸代谢紊乱引起的一种代谢性疾病。该病主要以酮血症、酮尿症、酮乳症为特征,常表现为低血糖症、血浆中游离脂肪酸升高、脂肪肝、糖原水平下降等。由于酮病发病的高风险,给奶牛产业造成了极大的经济损失。奶牛酮病其发病机制复杂,特别是亚临床型酮病,其诊断和预防均较困难。本文介绍了奶牛酮病的分类、国内外发病率及其对牧场生产的危害,对奶牛酮病的诊断方法及其治疗措施进行了综述。

1 奶牛酮病简介

1.1 奶牛酮病分类

酮病是奶牛的一种代谢性疾病,其特征表现为血液、尿液和泌乳早期牛奶中酮体β-羟基丁酸(beta-hydroxybutyrate acid,BHBA)、乙酰乙酸和丙酮含量升高。根据血液中BHBA浓度和临床特征将奶牛酮病分为亚临床酮病(subclinical ketosis,SCK)和临床酮病(Clinical ketosis,CK)两种类型。发生SCK的奶牛没有明显的临床症状,但血液、尿液或乳汁中酮体含量升高,并且奶牛食欲正常,干物质摄入没有下降。发生CK的奶牛具有明显的临床症状,表现为食欲下降、体重减轻、产奶量减少、粪便干燥。根据病因和发病时间将酮病分为Ⅰ型酮病(原发性酮病)、Ⅱ型酮病(继发性酮病)和Ⅲ型酮病(青贮丁酸性酮病)[1]。Ⅰ型酮病主要由产后能量负平衡引起,常发生于产后3～6周,并伴有低胰岛素血症。Ⅱ型酮病主要由围产期体况肥胖引起,发生于产后1～2周,特点是发病初期可能出现高胰岛素和高血糖。Ⅲ型酮病与摄入富含丁酸的青贮饲料有关,特点是没有明显的临床症状,不易察觉[2]。奶牛酮病发病受季节、奶牛品种、饲养环境等因素的影响,SCK在春冬高发,发生时间主要见于产前1周到产后70 d,发病高峰在产后7 d和产后14 d[3]。

1.2 国内外发病率

常规牧场奶牛SCK发病率很高,其不但影响生产性能,还会增加奶牛CK、皱胃移位、胎盘滞留和子宫炎等疾病的风险。一项汇集六大洲38项研究的Meta分析显示,SCK的全球发病率为22.7%,其中荷斯坦奶牛的SCK发病率为19.8%,显著低于其他品种的奶牛,畜棚养殖奶牛SCK患病率会显著高于牧场养殖奶牛[4]。各研究报道的SCK发病率全球差异较大,约为8%～40%。普遍认为国内奶牛酮病的发病率为15%～30%,其中SCK发病率为10%～30%,CK发病率为2%～20%,国内新疆、陕西、河南、宁夏等地区的报道也符合这一结果[2,5]。

1.3 对牧场生产的危害

许多研究表明,酮病造成的危害包括降低产奶量、影响生殖性能、增加其他围产期疾病的风险,对牧场生产造成不利影响。由于SCK发病率更高,大多关于并发症的研究集中在SCK上。酮病引起的低血糖会使乳糖合成下降,奶牛产奶量随之下降,患酮病的奶牛较正常奶牛日产奶量降低1.0～1.4 kg,酮病奶牛生产的牛奶中蛋白质含量下降(<2.9%),乳脂含量较正常牛奶更高,但酮病如何影响产奶量目前尚未定论。过量的BHBA会增加围产期其他疾病的风险,如皱胃移位、胸膜炎、跛行、乳腺炎、子宫炎、囊性卵巢疾病和胎盘滞留等,导致配怀次数增加、产犊间隔延长、受胎率下降,从而增加奶牛的病死率。患有SCK的奶牛患CK、子宫炎和发生皱胃移位的几率分别是普通奶牛的1.5倍、9.5倍和5.0倍[6]。据统计,奶牛总经济损失中由于酮病造成的产奶量下降导致的经济损失占24%,产犊周期延长导致的经济损失占36%,治疗酮病造成的经济损失占19%,死亡和淘汰造成的经济损失占6%[7]。

2 奶牛酮病的诊断

酮病的临床特征可作为奶牛酮病的初步诊断,而通常奶牛发生SCK不表现出临床症状,确诊需进一步进行实验室诊断。酮病奶牛血液和牛奶中均可检测到BHBA异常,血清或血浆中BHBA是诊断奶牛酮病最常见的指标。规模化奶牛场通过测定血液中BHBA的含量来诊断酮病,监测SCK。随着奶牛养殖规模的扩大和诊断技术的发展,酮病特别是SCK诊断技术的优化和新的生物标志物的探索受到了越来越多学者关注。下面概括了奶牛酮病的临床特征、诊断方法以及在生物标志物方面的最新研究进展。

2.1 临床特征

患CK的奶牛表现为精神沉郁、采食量下降、体重减轻,产奶量下降,呼出气体有烂苹果味,粪便干结,生殖系统疾病和其他疾病发病率升高。患SCK的奶牛无明显临床症状,发病高峰在产后7 d和14 d,可通过测定血清或血浆中BHBA来诊断SCK。但需要注意的是,SCK的临床特征具有个体差异性,并且患SCK的奶牛也可能表现出CK的临床体征。

2.2 实验室诊断

奶牛血液、牛奶和尿液中均含酮体,血液中BHBA在所有酮体中含量最高且最稳定,检测酮病的标准方法通常是测定血清或血浆中BHBA水平。近5年奶牛酮病相关报道显示,因农场差异和奶牛的个体差异,血液BHBA浓度高于1.0～1.4 mmol/L即可判断奶牛是否患SCK[8],目前大多数文献的诊断共识是血浆BHBA浓度>1.2 mmol/L[9-13],CK通常通过血液中BHBA浓度为>3.0 mmol/L来判断。血液中BHBA的检测方式主要通过试剂盒和酶标仪进行比色[14],还能通过荧光测定、气相色谱-质谱和核磁共振光谱进行测定[15]。传统的血液BHBA检测耗时耗力,且检测的准确度受时间、抗凝剂等因素的影响,抗凝剂使血浆中检测到的BHBA水平降低,而血浆溶血又会导致BHBA的检测结果升高。为了缩短检测时间,减少采样量,降低不必要的干扰,近几年已经开发出了许多便携式奶牛侧检测工具,如检测血液中酮体的XtraTM手持式“酮量计”[16]。

随着研究的深入,奶牛酮病诊断指标不再局限于血清或血浆中BHBA,诊断技术也更加多样化。有研究将乳脂率与乳蛋白率的比例作为评价SCK的指标[17],乳脂/蛋白质(F/P)大于1.5提示奶牛患SCK。酮体的主要成分是乙酰乙酸,有学者将尿液中乙酰乙酸作为奶牛酮病的诊断指标,并设定阈值为15 mg/mL[18]。用于检测牛奶中酮体含量检测工具有Ketolac测试条、Pink测试液、Uriscan试纸条、Rapignost试纸条等。对酮病奶牛的血清进行代谢组学分析,发现血清中与脂类、生物胺和氨基酸代谢相关的代谢物组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、碳元十芳烃及乙酰鸟氨酸等水平发生了显著变化[19],为进一步了解奶牛酮病的发病机制和发现新的生物标志物提供了新的思路。奶牛酮病早期不易被发现和个体差异的特点意味着需要更加快速、便捷、廉价的技术和更加敏感的生物标志物,通过负能量平衡状态下机体的代谢变化寻找更加灵敏的生物标志物是探索的方向之一。

3 奶牛酮病的发病机制

奶牛酮病是奶牛在泌乳前6～8周常见的代谢疾病,主要表征为奶牛血液、尿液以及乳汁中高浓度的酮体含量,会导致产奶量减少、损害繁殖性能和增加其他疾病。主要发病原因为日粮供给的能量不足以提供迅速生长的胎儿和胎儿出生后的高产奶量所需要的能量,使奶牛进入能量负平衡状态[20]。能量负平衡的特点是肝脏糖异生无法为维持和泌乳提供足够的葡萄糖,奶牛机体则会动员自身脂肪组织[21]。表现为脂肪中的长链脂肪酸会大量被分解成游离或者非酯化脂肪酸进入血液。在正常生理条件下,非酯化脂肪酸会在肝脏中被酯化并以极低密度脂蛋白的形式进入体内循环。但是当奶牛体内的非酯化脂肪酸浓度超过了肝脏酯化的最大阈值,非酯化脂肪酸会在肝脏细胞线粒体中被非完全氧化从而形成酮体。非酯化脂肪酸的游离是奶牛应对负能量状态下血液中葡萄糖缺乏的途径。酮体可以穿透血脑屏障给大脑提供能量,但血液、尿液和乳汁中高浓度的酮体会导致奶牛食欲降低并且增加围产期奶牛霍患其他疾病的风险,同时如果能量负平衡诱导的代谢紊乱不能得到及时解决,奶牛最终会发展为亚临床或临床酮症[22]。

4 奶牛酮病的预防和治疗

酮病的治疗原则在于“升糖降酮”,其中直接进行静脉注射高浓度葡萄糖是实际生产中较为直接的治疗手段。研究发现,腹膜注射20%葡萄糖溶液1 000 mL(每天1次,持续4 d)相较于相同方式的静脉注射,对血液生化成分有更有利的影响,并可以提供更长时间的酮病治疗效果[22]。同时,通过补充添加奶牛机体葡萄糖生成的前体物质这一思路来治疗酮病。添加丙二醇(500 g/d,持续5 d)可为奶牛提供能量和提高葡萄糖水平,从而降低酮症、脂肪肝等代谢性疾病的风险[23]。丙二醇有潜在的剂量毒性,且单独添加对部分奶牛效果不显著,常见方式是与其他添加剂配合使用,如甘油、莫能菌素、葡萄糖等。在口服丙二醇的情况下配合暂时降低奶牛挤奶频率(每天1次)较正常挤奶频率,可更好地降低血清BHBA水平,缓解酮病症状[24]。另外,奶牛日粮添加丙酸盐(350 g/d)可提高血清葡萄糖含量,有效治疗酮病[25]。日粮添加中草药活性提取物(含山茶花、金龟子、龙胆、光甘草、蒲公英等的复合中草药添加剂,持续5 d)也可用于改善奶牛亚临床酮病[26]。

有效预防奶牛酮病的主要方法是让奶牛持续获得均衡的日粮,如在奶牛妊娠后期选用优质饲草,保证此阶段合适的“能量-蛋白质平衡”[27-28]。还可以补充添加适量丙酸盐[24]、莫能菌素[29]可有效地降低酮病的患病率。

5 展望

许多研究报道的个体奶牛及牛群水平的营养管理和代谢疾病指标表现在奶牛各种体液中(如血液、尿液和牛奶)。随着科技发展和研究体系的完善,这些代谢指标逐渐被整合分析,用于在奶牛和畜群水平监测疾病和管理。2000年以后,大量的工作继续识别和评估炎症和氧化应激的其他生理指标。通过活动监测、奶牛监测项圈和标签、使用傅里叶变换红外光谱的基于牛奶的分析等技术,牧场实现对代谢指标的实时和自动监测并改进奶牛场的健康和畜群管理[30]。以大数据为导向的管理策略在改善动物健康和生产力方面有巨大潜力,最终通过管理提高奶牛场的盈利能力。在现代奶牛养殖中,应结合多方面因素调控奶牛酮病的内分泌途径,以提高奶牛的健康和生产力。