بررسی تفاوت کاتیون-آنیون جیره برای پیشگیری از هیپوکلسمی با تأکید بر اسیدی شدن بیش از حد در گاوهای شیری قبل از زایمان
پوکلسمی یکی از اختلالات متابولیکی شایع در گاوهای شیری است و پیشگیری مؤثر از آن همچنان یک چالش محسوب میشود. یکی از راهکارهای پیشگیری، استفاده از ترکیبات آنیونی برای ایجاد اسیدوز متابولیک خفیف در دوره قبل از زایمان است. وضعیت تعادل اسید-باز را میتوان از طریق pH ادرار ارزیابی کرد و در این زمینه، محدوده pH توصیهشده برای گاوهای هلشتاین بین 6.0 تا 6.8 است.
با این حال، در برخی کشورها، از جمله ایالات متحده، برخی راهکارهای تغذیهای همچنان بر کاهش pH ادرار به کمتر از 6.0 تمرکز دارند. متأسفانه، اسیدی شدن بیش از حد نهتنها مزیتی ندارد، بلکه میتواند اثرات منفی بر روی مادر و گوساله داشته باشد. در این مقاله، اطلاعات بهروز در مورد استفاده از جیره های آنیونی در گاوهای شیری قبل از زایمان و پیامدهای احتمالی منفی این جیره ها بر عملکرد گاو و گوساله بررسی میشود.
نیاز مبرمی به تحقیقات بیشتر وجود دارد تا مکانیسمهای پاتوفیزیولوژیکی که از طریق آن جیره های بسیار اسیدی بر سلامت و بهرهوری گاوهای شیری تأثیر میگذارند، روشن شوند. همچنین، تأثیرات انتقالی این جیره ها بر عملکرد و بقای نسل آینده بررسی گردد.
مقدمه
هیپوکلسمی یکی از اختلالات متابولیکی رایج در گاوهای شیری است که میتواند منجر به کاهش تولید شیر، مشکلات باروری و زیانهای اقتصادی شود. علیرغم کاهش بروز تب شیر (هیپوکلسمی بالینی) طی سالهای اخیر، همچنان برخی گلهها نرخ بالایی از این بیماری را تجربه میکنند.
علاوه بر این، هیپوکلسمی تحتبالینی (SCH) نیز به طور گستردهای در گلههای گاو شیری گزارش شده است و ممکن است 50 تا 80 درصد گاوهای شیری را تحت تأثیر قرار دهد. این وضعیت نهتنها یک عامل خطر برای سایر بیماریهای دوره انتقالی محسوب میشود، بلکه میتواند منجر به زیانهای اقتصادی قابلتوجهی شود.
یکی از استراتژیهای متداول برای پیشگیری از هیپوکلسمی، استفاده از جیره های آنیونی برای کاهش تفاوت کاتیون-آنیون جیره (DCAD) و ایجاد یک اسیدوز متابولیک خفیف است. این حالت میتواند حساسیت گیرندههای هورمون پاراتیروئید در استخوان و کلیه را افزایش داده و منجر به آزادسازی بهتر کلسیم از ذخایر بدن شود. با این حال، میزان بهینه DCAD که از هیپوکلسمی جلوگیری کند، همچنان مورد بحث است.
در این مقاله، تأثیر جیره های آنیونی، اثرات منفی اسیدی شدن بیش از حد و دادههای جدید متابولومیک در ارتباط با تغذیه DCAD بسیار منفی در گاوهای شیری بررسی میشود. همچنین، مکانیسمهای احتمالی اثرات انتقالی این جیره ها بر عملکرد گاو و سلامت گوساله مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد.
نمکهای آنیونی، تفاوت کاتیونی-آنیونی جیره،pH ادرار و هیپوکلسمی
در خون طبیعی، به دلیل اندکی بیشتر بودن کاتیونها نسبت به آنیونها، pH کمی قلیایی است (Goff، 2018). گیاه خوارانی که جیره های سرشار از علوفه مصرف میکنند( که معمولاً حاوی مقادیر بالای +K و +Ca2 و مقادیر نسبتاً کمی از آنیونهایی مانند −Cl−، SO4²و −PO4³ هستند ) pH خون کمی بالاتر از گوشتخواران دارند.
این امر موجب قرار گرفتن نشخوارکنندگان در وضعیت آلکالوز متابولیک جبرانی میشود که تأثیر منفی بر سلامت ندارد. در این شرایط، کلیهها با دفع +K اضافی از طریق ادرار از بروز آلکالوز تهدیدکننده جلوگیری میکنند. مقدار زیاد کاتیونها در ادرار منجر به ادرار قلیایی در گاوهای مصرفکننده علوفههای غنی از K میشود (Goff et al., 2004; Goff, 2018).
آلکالوز متابولیک در گاوهای شیری تغذیهشده با جیره های سرشار از کاتیونها تشدید میشود و این وضعیت توانایی گاو را در حفظ تعادل کلسیم در دوران زایمان کاهش میدهد (Goff, 2014; Goff, 2018; Wilkens et al., 2020) و همچنین ظرفیت سنتز ویتامین D فعال (-1,25 دیهیدروکسی ویتامین D) را کم میکند (Goff, 2018).
برای اصلاح این عدم تعادل کاتیونی-آنیونی، مکمل آنیونی در دوره پیش از زایمان به عنوان یک استراتژی مؤثر جهت بازگرداندن هموستاز کلسیم استفاده میشود (Wilkens et al., 2020) که وضعیت طبیعی آلکالوزی را به یک حالت اسیدوز متابولیک خفیف تبدیل میکند (Goff, 2018).
این اسیدوز متابولیک خفیف، حساسیت گیرندههای هورمون پاراتیروئید در استخوان و کلیه را افزایش داده و باعث افزایش بسیج ذخایر کلسیم از استخوان، بازجذب کلسیم در کلیه و جذب آن در روده میشود و در نتیجه، غلظت کلسیم در گردش خون را بالا میبرد.
چندین معادله برای تعریف تفاوت کاتیونی-آنیونی جیره غذایی (DCAD) وجود دارد که بر حسب میلیاکیوالان در هر کیلوگرم ماده خشک (DM) بیان میشود (Goff, 2018):
- DCAD = (Na + K)/Cl
- DCAD = (Na + K) − (Cl + S)
- DCAD = (Na + K + 0.15 Ca + 0.15 Mg) − (Cl + 0.6 S + 0.5P)
- DCAD = (Na + K) − (Cl + 0.6 S)
در این بررسی، معادله شماره (2) استفاده خواهد شد، زیرا همبستگی بالایی با pH ادرار دارد (Charbonneau et al., 2006).
کاهش DCAD و نقش آن در پیشگیری از هیپوکلسمی
کاهش DCAD در 3 تا 4 هفته آخر پیش از زایمان، از بروز هیپوکلسمی بالینی در گاوهای شیری جلوگیری میکند (Goff, 2014; Melendez & Risco, 2016; Goff, 2018). جیره های سرشار از کلریدها و سولفاتها منجر به DCAD منفی (یعنی افزایش آنیونها) میشوند و خطر هیپوکلسمی را کاهش میدهند(Goff, 2018). در نتیجه، فعالیت ویتامین D بهبود یافته و بازجذب کلسیم از استخوان افزایش مییابد (Goff, 2014; Goff, 2018).
افزایش مصرف آنیونها، باعث افزایش غلظت +H در مایعات بدن، کاهش pH و در نتیجه، ایجاد اسیدوز متابولیک میشود. کلیهها نیز بهعنوان مکانیزم جبرانی، دفع +Na و +K را کاهش داده و pH ادرار را کم میکنند. به همین دلیل، pH ادرار در گاوهای پیش از زایمان که با جیره های آنیونی تغذیه میشوند، بهعنوان یک روش سریع و کمهزینه برای ارزیابی سطح اسیدوز متابولیک مورد استفاده قرار میگیرد(Goff, 2018; Lean et al., 2019; Wilkens et al., 2020).
تغییر در DCAD جیره غذایی، ظرف 48 تا 72 ساعت بر pH ادرار اثر میگذارد (Goff, 2014). به همین دلیل، نمونهگیری نقطهای ادرار کافی است و نیازی به جمعآوری چندین نمونه در طول 24 ساعت نیست (Boudra et al., 2022).
pH مطلوب ادرار برای جلوگیری از تب شیر
میزان بهینه اسیدوز متابولیک برای جلوگیری از هیپوکلسمی همچنان مورد بحث است (Goff, 2014; Couto Serrenho et al., 2021). هدف از استفاده از نمکهای آنیونی، رسیدن به DCAD منفی و کاهش pH ادرار است، اما میزان مشخصی از این محصولات توصیه نمیشود زیرا دوز مورد نیاز بستگی به ترکیب کل جیره غذایی دارد.
pH طبیعی ادرار گاوهای مصرفکننده علوفه، بین 8 تا 8.5 است (Parrah et al., 2013). کاهش pH ادرار به کمتر از 6.0 نشاندهنده اسیدوز متابولیک بیش از حد است که ممکن است نشاندهنده نزدیک شدن گاو به حد آستانه مکانیزمهای جبرانی باشد (Cunningham, 2002; Goff, 2018; Melendez et al., 2022).
گاوهایی با pH ادرار نزدیک به 7.0، خطر کمتری برای ابتلا به هیپوکلسمی دارند (Charbonneau et al., 2006). بنابراین، محدوده pH 6.0 تا 6.8 برای گاوهای نژاد هلشتاین کافی است تا از بروز تب شیر جلوگیری کند (Charbonneau et al., 2006; Goff, 2014; Melendez & Poock, 2017).
کاهش pH ادرار از 8.5 به 5.5، یعنی کاهش 3 واحدی، به این معناست که کلیهها باید 1000 برابر +H اضافی را دفع کنند (Goff, 2018). در متاآنالیز Charbonneau et al. (2006) مشاهده شد که هرچه DCAD کمتر باشد، pH ادرار و مصرف ماده خشک کاهش مییابد که خطر اسیدوز متابولیک غیرجبرانی را افزایش میدهد.
مطالعات نشان دادهاند که جیره های آنیونی شدید ممکن است منجر به افزایش دفع کلسیم از طریق ادرار شود، بدون اینکه مکانیزمهای جبرانی افزایش جذب کلسیم فعال شوند (Freitag et al., 2021). این یافتهها نشان میدهند که کاهش شدید DCAD ممکن است منجر به اتلاف غیرضروری کلسیم شود، به همین دلیل توصیه نمیشود که DCAD بیش از حد کاهش یابد.
نتیجهگیری : استراتژیهای مدیریت DCAD باید به گونهای تنظیم شوند که pH ادرار در محدوده 6.0 تا 7.0 حفظ شود تا از هیپوکلسمی جلوگیری شود، بدون اینکه خطر اسیدوز بیش از حد افزایش یابد.
تأثیر اختلاف کاتیون-آنیون بسیار پایین در جیره غذایی بر عملکرد و سلامت گاو
ما قبلاً گزارش کردیم که گاوهایی که به pH ادرار کمتر از 6.0 رسیدهاند، غلظت پلاسمایی کلسیم کل (tCa) مشابهی در زمان زایمان با گاوهایی که pH ادرار آنها بالاتر از 6.0 بوده است، دارند (Melendez and Poock, 2017; Melendez et al., 2019). با این حال، هنوز شواهد قطعی درباره مؤثرترین و ایدهآلترین مقدار DCAD و pH ادرار برای جلوگیری از هیپوکلسمی بدون تأثیر منفی بر عملکرد گاو در دوره انتقالی وجود ندارد (Goff, 2018; Santos et al., 2019).
شواهد فراوانی نشان میدهند که در حالی که DCAD از 300 + به 200- میلیاکیوالان در هر کیلوگرم ماده خشک (DM) کاهش مییابد، مصرف DM بهطور خطی کاهش یافته، اسیدوز متابولیکی تشدید میشود، احتمال جابجایی شیردان افزایش مییابد و باروری کاهش پیدا میکند.( Charbonneau et al., 2006; Mecitoglu et al., 2016; Santos et al., 2019; Glosson et al., 2020; Vieira-Neto et al., 2021; Melendez et al., 2022b).
از آنجایی که DCAD با pH ادرار مرتبط است، اما یک مقدار DCAD مشابه ممکن است منجر به pH ادرار متفاوتی شود (Leno et al., 2017; Glosson et al., 2020) توصیه میشود که برای ارزیابی اسیدوز متابولیکی پیش از زایمان، pH ادرار اندازهگیری شود و تنها به مقدار DCAD بسنده نشود.
یک رابطه چندجملهای درجه دوم بین pH ادرار قبل از زایمان و خطر هیپوکلسمی در گاوهای شیری گزارش شده است( (Santos et al., 2019. گاوهایی که pH ادرار بین 5.5 تا 6.5 داشتند، خطر کمتری برای هیپوکلسمی نشان دادند. با این حال، در مطالعه دیگری، این ارتباط بهصورت مشابهی مشاهده شد، اما با بالاترین غلظت پلاسمایی tCa در گاوهایی که pH ادرار بین 6.0 تا 7.0 داشتند (Melendez et al., 2021a). بنابراین، pH متوسطتر نتایجی مشابه pH کمتر از 6.0 ارائه میدهد، که نشان میدهد هدفگذاری برای رسیدن به pH زیر 6.0 ، مفید نیست.
همچنین گزارش شده است که کاهش DCAD از 200- به 200+ میلیاکیوالان در هر کیلوگرم DM، خطر جابجایی شیردان را در گاوهای شکماول از 12درصد (با pH ادرار 5.7) به 6درصد (با pH ادرار 8.0) کاهش داده است (Santos et al., 2019). مطالعات دیگر نیز نشان دادند که گاوهایی که دچار جابجایی شیردان شدند،pH ادرار و خون پایینتری نسبت به گاوهای سالم داشتند، در حالی که غلظت کلسیم یونیزه( iCa ) سرم بین دو گروه تفاوتی نداشت (Mecitoglu et al., 2016).
علاوه بر این، در مطالعاتی که گاوهای دریافتکننده DCAD-70 وDCAD-180 میلیاکیوالان در هر کیلوگرم DM را با گاوهای دریافتکننده DCAD+110 میلیاکیوالان در هر کیلوگرم DM مقایسه کردند، نشان داده شد که گاوهای با DCAD -180 مصرف DM کمتری داشتند، pH خون آنها کاهش یافت و تولید شیر آنها در اولین دوشش کمتر از گروه DCAD -70 بود (Lopera et al., 2018; Vieira-Neto et al., 2021). همچنین، گاوهای دریافتکننده جیره اسیدوزی شدیدتر، پاسخ به انسولین کمتری نشان دادند و افزایش تجزیه چربی داشتند.
یک مطالعه جدیدتر نشان داد که جیره های DCAD -154 میلیاکیوالان در هر کیلوگرم DM باعث کاهش pH ادرار به کمتر از 6.0، افزایش دفع کلسیم از طریق ادرار، افزایش NEFA سرم و کاهش درصد چربی شیر شدند (Beck et al., 2022). مطالعه دیگری نشان داد که جیره های دارای DCAD منفی باعث افزایش tCa و iCa سرم در دوره پس از زایمان میشوند، بدون تفاوت در تولید شیر بین جیره های DCAD -180 و -100 میلیاکیوالان در هر کیلوگرم DM (Hassanien et al., 2022).
مطالعات اخیر همچنین نشان دادند که pH ادرار کمتر از 6.0 ممکن است با کاهش مصرف خوراک و افزایش NEFA مرتبط باشد، که این وضعیت میتواند اثرات منفی بر عملکرد شیردهی و سلامت گاو داشته باشد (Melendez et al., 2021a; Zhang et al., 2022).
در مقابل، یک مطالعه کانادایی نشان داد که یک DCAD ملایم منفی (100- میلیاکیوالان در هر کیلوگرم DM) که pH ادرار را در حدود 6.3 حفظ کرد، عملکرد شیردهی گاوهای چندزا را بهبود بخشید و باعث افزایش احتمال آبستنی در تلقیح اول شد (Couto Serrenho et al., 2021a).
با توجه به این مطالعات، پیشنهاد میشود که کاهش DCAD به کمتر از 100- میلیاکیوالان در هر کیلوگرم DM و کاهش pH ادرار به زیر 6.0 هیچ مزیتی ندارد و ممکن است تأثیرات منفی بر سلامت، مصرف خوراک، پاسخ انسولینی و متابولیسم چربی داشته باشد.
تأثیر اختلاف کاتیون-آنیون بسیار پایین جیره بر سلامت گوساله
اسیدوز متابولیکی شدیدتر ممکن است پیامدهای منفی برای سلامت گوساله نیز داشته باشد (Hasegawa et al., 2019). گاوهایی که pH ادرار پایینتر از 6.0 داشتند، میزان بالاتری از مردهزایی (13.6٪) را در مقایسه با گاوهایی با ادرار قلیایی (4.4٪) تجربه کردند (Melendez et al., 2021a). علاوه بر این، نشان داده شده است که جیره اسیدی باعث کاهش طول دوره آبستنی گاوهای شیری به میزان 2 روز میشود (Lopera et al., 2018) که این موضوع نیازمند بررسیهای بیشتر است.
به طور قطع، مقاومت به انسولین، افزایش اجسام کتونی در خون، اسیدوز متابولیکی شدید، همراه با کاهش مصرف ماده خشک در دوره حوالی زایمان، از اختلالات متابولیکی مهمی هستند که ممکن است موجب استرس در مراحل پایانی آبستنی شده و بر زندهمانی گوساله تأثیر منفی بگذارند (Mills et al., 1986, Ling et al., 2018, van Gastelen et al., 2021). علاوه بر این، غلظت کورتیزول پلاسما در میشهای آبستن که نمکهای آنیونی (DCAD −88.9 mEq/kg DM) دریافت کرده بودند، در مقایسه با جیره های دارای DCAD مثبت، بهویژه یک روز قبل از زایمان، بالاتر بود (Espino et al., 2005). این افزایش زیاد در کورتیزول ممکن است منجر به دشواری زایمان شده و پیامدهای منفی بیشتری برای گوساله (مانند مردهزایی) و عملکرد گاو به دنبال داشته باشد (Arnott et al., 2012).
با این حال، مکانیسمهای پاتوفیزیولوژیکی که از طریق آنها جیره های با DCAD بسیار پایین مستقیماً بر عملکرد حیوان تأثیر میگذارند، بهطور گسترده مورد مطالعه قرار نگرفتهاند. اسیدوز متابولیکی شدید، استرسی کافی برای گاو ایجاد میکند که میتواند بر جنین در رحم تأثیر گذاشته و در صورت مواجهه با اسیدوز متابولیکی جبراننشده (منعکسشده در pH پایین ادرار پیش از زایمان، کمتر از 6.0، و مصرف کم ماده خشک)، میزان مردهزایی را افزایش دهد.
به عنوان مثال، در مطالعه Hassanien et al (2022) تمایل به بهبود کیفیت آغوز در گروهی که جیره غذایی با DCAD −180 میلی اکی والان در کیلوگرم DM داشتند، در مقایسه با گروهی با DCAD −100 میلی اکی والان در کیلوگرم DM مشاهده شد (P=0.16). اما در عین حال، تمایل به کاهش وزن تولد گوسالهها در گروه دارای DCAD −180 میلی اکی والان در کیلوگرم DM (40.1 ± 0.44 کیلوگرم) در مقایسه با گروه دارای DCAD −100 میلی اکی والان در کیلوگرم DM (41.5 ± 0.44 کیلوگرم) نیز مشاهده شد (P=0.16).
از آنجا که اندازه نمونه در هر گروه فقط 16 گاو بود، احتمالاً مطالعه قدرت آماری کافی برای شناسایی تفاوتهای معنیدار در وزن تولد گوسالهها را نداشت. بنابراین، ممکن است جیره های با DCAD بسیار پایین (کمتر از mEq/kg DM -120 تا 100- ) اثرات نامطلوبی بر وزن تولد گوساله و سلامت بعدی آن داشته باشند.
اختلاف کاتیون-آنیون بسیار پایین در جیره، وضعیت اسید-باز و متابولومیکس
تحقیقات پیشین درباره پاسخهای متابولیکی به DCAD منفی در جیره معمولاً بر متابولیتهای رایج مانند گلوکز، تریگلیسریدها و NEFA متمرکز بودهاند. ما اخیراً اطلاعاتی درباره پارامترهای اسید-باز خون و متابولومیکس پلاسما و ادرار در گاوهای هلشتاین پیش از زایمان که با جیره آنیونی با DCAD بسیار پایین تغذیه شده بودند، ارائه کردهایم (Melendez et al., 2022b).
گاوهایی که میزان کافی از نمکهای آنیونی را مصرف کردند که pH ادرار آنها را به 4.96–5.74 کاهش داد، دارای مقدار بسیار پایین بیس اکسیس (Base Excess) در خون بودند، که نشاندهنده یک اسیدوز متابولیکی شدید است. علاوه بر این، آنها در مقایسه با گاوهایی که جیره با DCAD مثبت داشتند، غلظت بالاتری از لاکتات خون داشتند.
همچنین مشاهده کردیم که گاوهای تغذیهشده با جیره DCAD منفی، غلظت کمتری از اسیدهای آمینه آروماتیک، لیزین، هیستیدین و ترئونین در ادرار داشتند و همچنین میزان اسیدهای آمینه ضروری و گلوکوژنیک آنها پایینتر بود. در مقابل، غلظت در حال گردش اسیدهای آمینه غیرضروری و گلوکوژنیک در خون آنها بیشتر بود.
جالب توجه است که نمکهای آنیونی جیره تأثیرات قابل توجهی بر تعدادی از گلیسروفسفولیپیدهای پلاسما داشتند. مطالعات بیشتری برای ارزیابی این موضوع ضروری است که آیا پروفایلهای متابولومیکی در خون و/یا ادرار میتوانند پیشبینیکننده گاوهای مستعد اسیدوز متابولیکی باشند و اینکه آیا این شاخصها پس از بازگشت وضعیت اسید-باز به حالت طبیعی، به سطح عادی برمیگردند یا خیر.
در مطالعاتی که تأثیرات نامطلوب جیره ها با DCAD بسیار پایین بر عملکرد و سلامت گاو و گوساله را گزارش کردهاند، خلاصه شدهاند.
نتیجهگیری
با توجه به دانش فعلی، تولیدکنندگان و متخصصان تغذیه میتوانند با استفاده از مکملهای نمکهای آنیونی در جیره، از تب شیر جلوگیری کرده، تأثیر منفی هیپوکلسمی تحت بالینی (SCH) را کاهش داده و عملکرد شیردهی گاوها را بهبود بخشند. با این حال، چنین مداخله تغذیهای باید با در نظر گرفتن اثرات ثانویه احتمالی که مصرف بیش از حد نمکهای آنیونی میتواند بر سازگاریهای فیزیولوژیکی گاو و گوساله اعمال کند، متعادل شود.
حفظ یک وضعیت متابولیکی متوسط با pH ادرار بین 6.0 تا 7.0 به نظر میرسد که برای کنترل و پیشگیری از هیپوکلسمی بالینی و کاهش بروز SCH کافی باشد. مطالعات نشان دادهاند که یک وضعیت اسیدوز شدید نه تنها مفید نیست، بلکه ممکن است برای گاو و احتمالاً گوسالهاش مضر باشد.
ضرورت دارد که مطالعات بیشتری برای روشن ساختن مکانیسمهای پاتوفیزیولوژیکی که از طریق آنها جیره ها با DCAD بسیار پایین بر سلامت و بهرهوری گاوهای شیری تأثیر میگذارند، انجام شود. همچنین، بررسی اثرات انتقالی این جیره ها بر سلامت و عملکرد نسلهای بعدی ضروری است.
پدرو ملندز، پراسانث ک. چلیکانی
آزمایشگاه تغذیه و متابولیسم، دانشگاه تکنولوژی تگزاس، آماریلو، آمریکا