C. R. Seely and J. A. A. McArt

Кафедра популяционной медицины и диагностических наук

Корнельского университета

1 часть

Дни после отела – непростое время для дойной коровы, поскольку она приспосабливается к метаболическим и энергетическим нагрузкам, связанным с выработкой молозива и молока. Следует отметить, что с наступлением лактации у коровы наблюдается повышенная потребность в Ca. Несмотря на существующие биологические механизмы поддержания гомеостаза Ca, в начале лактации некоторые коровы страдают от гипокальциемии. Наиболее ярко она протекает в форме клинической гипокальциемии, но по мере улучшения методов содержания коров в околоотельный период частота клинической гипокальциемии снижается. В начальных исследованиях, посвященных изучению субклинической гипокальциемии, не удалось прийти к единому мнению о том, какая концентрация Ca в крови свидетельствует о субклинической гипокальциемии и в какой день в молоке ее лучше всего диагностировать. В связи с этим влияние субклинической гипокальциемии на здоровье и производительность значительно варьируется. Однако в результате недавних исследований было установлено, что при диагностике субклинической гипокальциемии с учетом временной динамики содержания Ca в крови в начале лактации показатели, связанные с этим заболеванием, оказываются весьма закономерными. Параллельно с углублением наших знаний о субклинической гипокальциемии разрабатываются стратегии ее профилактики и лечения. В промышленных условиях широко используется пероральное введение Ca, как правило, в виде болюса, однако влияние такого введения на здоровье, продуктивность и репродуктивные показатели варьируется. Цель данного доклада – рассмотреть современные представления об особенностях содержания Ca в крови в начале лактации, влияние этого фактора на диагностику субклинической гипокальциемии и доступные стратегии лечения для минимизации негативных последствий, связанных с наличием этой проблемы.

Эпидемиология субклинической гипокальциемии

Гипокальциемия долгое время остается проблемой для производителей молока, поскольку поддержание уровня Ca в первые несколько дней лактации является серьезным испытанием для коровы. С наступлением лактации потребность коровы в Ca увеличивается более чем в два раза для поддержания выработки молозива и молока, а также в силу важной роли, которую Ca играет во многих физиологических и иммунологических процессах (Webb, 2003; Kimura et al., 2006; Goff et al., 2014). С целью восполнения возросшей потребности в Ca некоторые гормоны и ткани работают в тандеме, восстанавливая и поддерживая нормокальциемию в течение нескольких часов и дней после отела (Goff, 2000).

К сожалению, некоторые коровы не могут восстановить нормокальциемию и страдают от гипокальциемии – падения уровня Ca в крови ниже физиологически нормальных концентраций. Особенно ярко она проявляется в виде клинической гипокальциемии – наиболее известного клинического диагноза у дойных коров. При котором вскоре после отёла коровы становятся вялыми, не могут поднять голову или встать, а также часто у них холодные уши. (McArt and Oetzel, 2023). Случаи клинической гипокальциемии, которую еще называют парезом, требуют немедленного внутривенного введения Ca для предотвращения летального исхода. К счастью, за последние несколько десятилетий в результате прогресса в стратегиях кормления и содержания коров, находящихся в околоотельном периоде, частота проявления клинической гипокальциемии, которая встречается примерно у 5% дойных коров 2+ лактации, существенно снизилась (Goff, 2008). Однако примерно у 45% дойных коров 2+ лактации возникает субклиническая гипокальциемия (СГК) в первые дни после отела (Reinhardt et al., 2011).

Субклиническая гипокальциемия (СГК) – это снижение концентрации Ca в крови до пороговых значений в определенное время, не сопровождающееся физическими признаками заболевания (McArt and Oetzel, 2023). Первые исследования, направленные на выявление СГК, проводились путем определения концентрации Ca в крови в течение первых нескольких дней лактации, а поскольку в первые 24 ч лактации Ca в сыворотке крови часто достигает своего минимума, именно это время считалось идеальным для диагностики СГК (Oetzel, 1988; Martinez et al., 2012). Для улучшения характеристики СКГ и выявления более точного диагностического порогового значения Ca в крови в последующем были проведены масштабные полевые исследования, в которых с помощью эпидемиологических методов изучали связь заданных пороговых значений Ca с такими важными показателями, как молочная продуктивность, возникновение заболеваний и репродуктивные показатели (Chapinal et al., 2011; Neves et al., 2018a; Venjakob et al., 2018).

В результате проведенных исследований удалось выяснить, что концентрация общего Ca в сыворотке крови (tCa), или его содержание в молоке для постановки диагноза, наиболее корректно отражает негативные последствия для здоровья и продуктивности. Диагностические границы tCa варьировались от 1,8 до 2,2 ммоль/л, а день, в который проводился анализ крови, - от 0 до 7 дня с момента появления молока (Couto Serrenho et al., 2021). В работе Chamberlin et al. (2013) коровы 2+ лактации голштинской породы классифицировались как СГК, когда ионизированный Ca в крови составлял менее 1,0 ммоль/л (примерно 2,0 ммоль/л tCa) в течение первых 24 ч после отела, при этом не наблюдалось разницы в частоте возникновения клинического мастита, кетоза, метрита, смещения сычуга и репродуктивных показателей между коровами с СГК и теми, у которых сохранялась нормокальциемия. Кроме того, не было обнаружено разницы в показателях молочной продуктивности за первые 35 дней лактации между коровами с СГК и коровами с нормокальциемией. В работе Neves et al. (2018), посвященной изучению зависимости концентрации tCa у коров 2+ лактации голштинской породы в течение 12 ч после отела, было установлено, что у коров с tCa ≤1,85 ммоль/л риск развития смещения сычуга был выше, чем у коров с tCa выше контрольного значения. Интересно отметить, что многотельные коровы с уровнем tCa ≤1,95 ммоль/л давали больше молока, чем коровы с уровнем tCa выше указанного значения. Кроме того, в результате масштабного полевого исследования, проведенного в 55 стадах Северной Америки, в которых диагноз СГК ставился при tCa < 2,1 ммоль/л в любой момент в течение первой недели лактации, было установлено, что у коров с СГК повышается вероятность развития смещения сычуга и они дают меньше молока, чем коровы с нормокальциемией.

В исследованиях, где при диагностике СГК учитывалась временная динамика содержания Ca в крови в течение первых нескольких дней лактации, картина СГК была более четкой, и связанные с этим негативные последствия СГК были более закономерными. При анализе концентрации tCa только в 1 день лактации Невес с коллегами (Neves et al., 2018b) не выявили связи между диагнозом СГК и риском развития метрита, однако обнаружили, что если у коров 2 лактации уровень tCa во 2 день локтации был ≤1,97 ммоль/л, а у коров 3 лактации в 4 день лактации ≤2,2 ммоль/л, то риск развития метрита, смещения сычуга или того и другого повышался по сравнению с коровами, у которых уровень tCa оставался выше установленных контрольных значений. Кроме того, они обнаружили, что снижение уровня tCa в крови на 1 сутки лактации связано с увеличением молочной продуктивности, в то время как снижение уровня tCa на 4 сутки лактации связано с уменьшением молочной продуктивности. В работе Кейксета и его соавторов (Caixeta et al., 2017) также было установлено, что у коров с уровнем tCa ≤2,15 ммоль/л в течение первых 3 дней лактации восстановление нормального цикла происходило значительно дольше, а вероятность наступления стельности после первого осеменения снижалась по сравнению с коровами, у которых лишь один образец был с показателем ≤2,15 ммоль/л или показатели превышали контрольные значения в течение первых 3 дней лактации.

Согласно этим исследованиям, абсолютный минимум уровня tCa в начале лактации не всегда указывает на сопутствующие негативные последствия, необходимо обращать внимание на время и продолжительность СГК. В своей работе МакАрт и Невес (McArt, Neves, 2020) продолжили изучение особенностей изменения уровня tCa в первые 4 дня лактации, классифицировав коров 2+ лактации голштинской породы (n = 263) в одну из 4 групп по уровню tCa в 1 и 4 дни лактации. Крайние значения tCa были определены с помощью ROC-кривых, разработанных Невесом и др. (2018b), и составили ≤1,77 ммоль/л и ≤2,20 ммоль/л для 1 и 4 дней лактации, соответственно. Если уровень tCa у коров превышал обе контрольные точки на 1 и 4 дни лактации, то их считали нормокальциемическими (НК; n = 109); коров с уровнем tCa ≤1,77 ммоль/л на 1 день лактации, но >2. 20 ммоль/л на 4 день лактации, отнесли к преходящей СГК (пСГК; n = 50), коров с уровнем tCa ниже контрольных точек на 1 и 4 день лактации - к персистирующей СГК (персист. СГК; n = 34), и, наконец, коров с уровнем tCa >1,77 ммоль/л на 1 день лактации, но ≤2,20 ммоль/л на 4 день лактации – к отсроченной СГК (оСГК; n = 70). На рис. 1 представлена динамика tCa в начале лактации. При анализе степени вероятности неблагоприятных последствий, к которым относятся гиперкетонемия, метрит, смещение сычуга, выбраковка из стада или их совокупность в течение первых 60 дней лактации среди этих коров, авторы обнаружили, что вероятность неблагоприятных последствий у коров с персист. СГК и оСГК была почти в два раза выше, чем у коров с НК. Кроме того, коровы пСГК давали гораздо больше молока на протяжении первых 10 недель лактации по сравнению с коровами НК.

Для дальнейшего изучения этиологии СГК и динамики уровня tCa в период начала лактации Сили и др. (2021) (Seely et al. (2021) вновь классифицировали коров 2+ лактации голштинской породы (n = 78) на НК, пСГК, персист. СГК или оСГК на основании уровня tCa на 1 и 4 дни лактации (точка отбора на 1 день лактации: tCa ≤1,95 ммоль/л и на 4 день лактации: tCa ≤2,20 ммоль/л) и измеряли суточное потребление сухого вещества (СВ) в течение 14 дней до отёла и 21 дня после отёла. В предотельный период потребление сухого вещества в рационе коров с СГК было одинаковым во всех группах (P = 0,6). Однако после отела потребление сухого вещества в кормах между группами СГК было существенно различным (P < 0,001), причем коровы с НК и пСГК потребляли больше корма, чем их сородичи с персист. СГК и оСГК (НК = 20,9 ± 1,0 кг/сут, пСГК = 21,2 ± 1,0 кг/сут, персист. СГК = 17,5 ± 1,2 кг/сут и оСГК = 18,6 ± 1,0 кг/сут). Примечательно, что в течение первых 4 дней лактации между группами СГК наблюдалась специфическая картина изменения СВ, которая в точности повторяла временную картину изменения уровня tCa в крови, что еще раз подчеркивает особую природу концентрации tCa в ранний период лактации.

Рис. 1. Динамика tCa у коров 2+ лактации голштинской породы (n = 263). Коровы были распределены следующим образом: нормокальциемия (НК, серая линия; [Ca] >1,77 на 1 день лактации и 2,20 ммоль/л на 4 день лактации); преходящая субклиническая гипокальциемия (пСГК, оранжевая линия; [Ca] ≤1,77 на 1 день лактации и >2,20 ммоль/л на 4 день лактации); персистентная субклиническая гипокальциемия (персист. СГК, фиолетовая линия; [Ca] ≤1,77 на 1 день лактации и ≤2,20 ммоль/л на 4 день лактации); или отсроченная субклиническая гипокальциемии (оСГК, зеленая линия [Ca] >1,77 на 1 день лактации и ≤2,20 ммоль/л на 4 день лактации). Материал взят из работы McArt и Neves (2020).

Совокупность результатов исследований McArt и Neves (2020) и Seely et al. (2021), а также более ранних работ Caixeta et al. (2017) и Neves et al. (2018b), рассматривающих динамику tCa в начале лактации при диагнозе СГК, подтверждают единообразие данных. В совокупности эти работы позволяют сделать вывод о том, что кратковременное снижение уровня Ca в крови на 1 день лактации может быть следствием подготовки коровы к лактации, в то время как низкий уровень Ca на 3 и 4 день лактации свидетельствует о более серьезных метаболических нарушениях, что повышает риск развития сопутствующих заболеваний и снижения репродуктивного потенциала и продуктивности коровы. С учетом постоянных отрицательных показателей продуктивности и здоровья, связанных с низким уровнем tCa на 4 день лактации, можно предположить, что у этих коров наблюдается состояние дискальциемии, когда потребности начала лактации опережают биологические механизмы, созданные для восстановления и поддержания концентрации tCa.

Для изучения влияния дискальциемии на репродуктивные показатели Сили и МакАрт (Seely and McArt, 2023) распределили коров 2+ лактации голштинской породы (n = 697) на группы с дискальциемией, если на 4 день лактации tCa ≤2,20 ммоль/л (n = 182), и с нормокальциемией, если на 4 день лактации tCa >2,20 ммоль/л (n = 515). Они обнаружили, что вероятность наступления стельности от первого осеменения у коров с дискальциемией значительно ниже, чем у коров с нормокальциемией (соотношение шансов = 0,75; P = 0,01). 27,4% коров с нормокальциемией покрылись с первого раза и только 18,1% коров с дискальциемией покрылись с первого раза. Аналогичным образом, медиана времени наступления стельности оказалась больше у коров с дискальциемией (119 ± 16 д) по сравнению с коровами с нормокальциемией (103 ± 11 дней; P = 0,1). Снижение вероятности наступления стельности на 150 день лактации также наблюдалось у коров с дискальциемией (частота встречаемости = 65,4%; отношение шансов = 0,82; P = 0,06) по сравнению с коровами с нормокальциемией (частота встречаемости = 70,7%).

Помимо уже известных негативных проявлений воздействия дискальциемии на здоровье и продуктивность, низкая концентрация Ca в крови в целом может негативно влиять на работу рубца и время руминации. Сила и скорость сокращений рубца зависят от цитозольного Ca (Webb, 2003). В случаях клинической гипокальциемии часто происходит остановка сокращений рубца (Jørgensen et al., 1998), а в работе Гоффа с соавторами (Goff et al., 2020) говорится о положительной связи между временем руминации и содержанием Ca в крови в течение первых 2 дней лактации. Стремясь изучить связь между дискальциемией и временем руминации в околоотельный период и, возможно, найти альтернативу взятию проб крови для диагностики дискальциемии, Сили и МакАрт (Seely and McArt, 2023) фиксировали время руминации и активности у коров 2+ лактации голштинской породы (n = 182). Коровы классифицировались как дискальцемические, если на 4 день лактации tCa ≤2,20 ммоль/л (n = 57), и нормокальцемические, если на 4 день лактации tCa >2,20 ммоль/л (n = 125), а время руминации и активности фиксировалось в течение 14 дней до и после отела. Если до отёла разницы в показателях руминации и времени активности между коровами с дискальциемией и нормокальциемией не было (оба показателя P > 0,3), то после отёла руминация и время активности были значительно снижены у коров с дискальциемией по сравнению с коровами с нормокальциемией (оба показателя P < 0,01). В первые 14 дней лактации коровы с дискальциемией жвачили в среднем 480,5 ± 15 мин/сут, а коровы с нормокальциемией - 512,3 ± 10,5 мин/сут. Коровы с дискальциемией также были менее активны, чем коровы с нормокальциемией (407,8 ± 15,5 условных единиц в сутки против 436,1 ± 11,0 условных единиц в сутки). Прогностические расчеты, использующие переменные руминации и активности, зафиксированные в течение первых 4 дней лактации, также показали высокую эффективность для выявления коров с дискальциемией (наилучшая расчетная модель: чувствительность = 38,6%, специфичность = 94,4%, точность = 77,0%).

Последние работы, посвященные изучению причин дискальциемии, ставят под сомнение привычные принципы диагностики СГК, и на рис. 2 представлены результаты, полученные в зависимости от временных характеристик содержания Ca в крови в период начала лактации. Остается выяснить фактор, который позволяет одним коровам восстанавливать нормокальциемию после кратковременного снижения уровня Ca в крови на 1 день лактации, в то время как у других снижение уровня Ca в крови сохраняется или не падает до 4 дня лактации. Кроме того, несмотря на более глубокое понимание процессов изменения содержания Ca в крови после отела, гипокальциемия по-прежнему поражает немало дойных коров в начале лактации, в связи с чем мы применяем различные стратегии лечения и профилактики.

Рис. 2. Кальциевые динамические группы на основе концентрации кальция в крови коров 2+ лактации в 1 и 4 дни лактации и их связь с потреблением сухого вещества, последующей заболеваемостью, удоем в начале лактации и репродуктивным потенциалом.