Συγκριτική μελέτη της εξέλιξης της υγείας του μαστού και της ηπατικής λειτουργίας αγελάδων γαλακτοπαραγωγής με ή χωρίς υποκλινική μαστίτιδα

Abstract

The transition from dry period to early lactation is critical both for udder health and hepatic function of dairy cows. The objective of the present doctoral thesis was to study the progress of udder health and hepatic function of dairy cows in relation to the presence or absence of subclinical mastitis, utilizing modern non-invasive examination methods available to veterinarians on farm. Seventeen measurements were performed on 21 clinically healthy Holstein dairy cows from a commercial farm in the region of Thessaloniki, Greece: 11 primiparous and 10 multiparous. Each cow was examined 7 days before dry-off, at dry-off, on the 3rd, 7th, 21st, 35th day in dry period (DP), 7 and 3 days before calving, on calving day, and on the 3rd, 7th, 14th, 30th, 45th, 60th, 75th and 90th day in the new lactation period (LP). The cows were housed in the same barns, fed the same total mixed rations, based on their production stage, managed with the same practices and received blanket dry cow therapy with antibiotics. Blood flow in the milk vein and portal vein was examined with colour Doppler ultrasonography. Diameter (MVDiam, PVDiam) of the vein, area in cross-section (MVCSA, PVCSA) and distance from skin surface (MVDepth, PVDepth), time-averaged mean / mean maximum velocity (MVTAMV, PVTAMVmax), maximum velocity (MVVmax, PVVmax) and blood flow volume (MVBFVol, PVBFVol) were measured. The examination of udder and liver parenchyma was carried out with B-mode ultrasonography. Fifteen parameters of first, second and high-order statistics were used for parenchymal echotexture analysis: Mean Numerical Pixel Value (NPV), Pixel Standard Deviation (PSD), skewness (SKEW), excess (EXC), contrast (CON), correlation (CORR), entropy (ENT), homogeneity (HOM), run percentage (RunPer), long run emphasis (LRE), gray value distribution (GVD), runlength distribution (RunLDistr), gradient variance (GradVar), and percentage of non-zero gradients (PNZGrad). On each measurement day, milk somatic cell count (SCC) was recorded as an indicator of subclinical mastitis, as well as daily milk yield (DMY), body condition score, backfat thickness (measured with ultrasonography), and heart girth circumference. Withers height was measured at the first measurement day. Descriptive statistical analysis was used to present the progress of the above parameters throughout the study period. Inferential statistical analysis with linear mixed effects (LME) models was used to study the relationship over time between the above health and functional parameters of the udder and the liver. Regarding the milk vein, MVBFVol, MVTAMV and MVVmax were significantly different (p<0.01 for all three) between the 3 production stages (late lactation, dry period, early lactation), while MVDepth, MVDiam and MVCSA remained constant. Blood flow was significantly related to the demands of milk production, as MVBFVol increased by 0.25 L/min with every 1 kg increase in DMY, keeping all other variables constant. On the contrary, the increase in SCC was negatively related to MVBFVol. Udder echotexture parameters of NPV, PSD and LRE were significantly linked with DMY, while NPV, PSD, HOM, ENT, GMV and GradVar were related to SCC. In the portal vein, PVBFVol, PVTAMVmax, PVVmax, PVDiam and PVCSA were significantly different (p<0.01 for all five) between the 3 production stages, but PVDepth remained constant (p=0.235). Blood flow was significantly linked to milk production; PVBFVol presented an increase of 1.68% for every 1 kg increase in DMY, keeping all other variables constant. An increase in SCC was associated with a decrease in PVBFVol. Liver echotexture parameters of NPV and PSD were significantly related to DMY, while NPV, SKEW and CON were associated with SCC. Blood flow volume in the milk vein and portal vein were significantly linked. Finally, in a multivariable analysis, PVBFVol was positively related to DMY and negatively to body condition score and backfat thickness. Ultrasonographic examination of the mammary and hepatic parenchyma, the milk and the portal vein are a practical, non-invasive method that can be applied on farm site. Based on the results of this study, second and high-order statistical parameters can provide useful information on udder and liver parenchymal echotexture. The quantity of milk contained in the secretory system of the udder, and the presence of a high SCC concentration in milk significantly affect certain echotexture parameters of the udder. At the same time, liver parenchymal echotexture is affected, firstly, by high lactation which causes metabolic changes and body reserves mobilization and, secondly, by subclinical mastitis which is related to lower milk production. Furthermore, lactation is positively related to blood flow volume both in the milk vein and in the portal vein. These observations support that milk production not only affects blood flow in vessels directly related to the udder, but the whole circulatory system. Lower milk production due to subclinical mastitis leads to reduction of the volume of blood flowing through the milk vein, and the portal vein. The increased blood flow volume in the portal vein during high lactation implies an increased metabolic rate. This increase is accompanied by body reserves mobilization, which is also reflected on the negative relationship between blood flow volume in the portal vein with body condition score and backfat thickness. In conclusion, udder parenchyma is changing throughout the progress of production stages and is affected by udder health status. Blood supply of the udder is fluctuating in order to serve the needs of milk production and is reduced in the presence of subclinical mastitis. The liver is adapting its’ function to cover the udder’s nutrient demands and, consequently, hepatic blood supply and parenchymal echotexture are changing according to the production stage and health status of the udder.

Στις αγελάδες γαλακτοπαραγωγής το διάστημα από το τελευταίο στάδιο της κυοφορίας έως και το πρώιμο στάδιο της γαλακτικής περιόδου είναι κρίσιμο τόσο για την υγεία του μαστού, όσο και για την ηπατική λειτουργία τους. Στην παρούσα μελέτη παρατήρησης διερευνήθηκε η σχέση της υγείας και παραγωγικής απόδοσης του μαστού με την ηπατική λειτουργία στο παραπάνω χρονικό διάστημα, αξιοποιώντας σύγχρονα διαγνωστικά εργαλεία που είναι διαθέσιμα στο πεδίο της εκτροφής. Πραγματοποιήθηκαν 17 επαναλαμβανόμενες μετρήσεις σε 21 κλινικά υγιείς αγελάδες φυλής Χόλσταϊν από μία εκτροφή της Π.Ε. Θεσσαλονίκης, 11 πρωτότοκες και 10 πολύτοκες. Κάθε ζώο μετρήθηκε την 7η ημέρα πριν από την είσοδό του στην ξηρά περίοδο, την ημέρα εισόδου στην ξηρά περίοδο, την 3η, 7η, 21η, 35η ημέρα της ξηράς περιόδου, 7 και 3 ημέρες πριν από τον αναμενόμενο τοκετό, την ημέρα του τοκετού και τις ημέρες 3, 7, 14, 30, 45, 60, 75, 90 της νέας γαλακτικής περιόδου. Σε όλη τη διάρκεια της μελέτης οι αγελάδες σταβλίζονταν στους ίδιους χώρους και λάμβαναν το ίδιο ενιαίο σιτηρέσιο, ανάλογα με το παραγωγικό τους στάδιο, είχαν την ίδια διαχείριση και έλαβαν όλες θεραπεία με αντιβιοτικά ξηράς περιόδου. Η αιματική ροή στη μαστική φλέβα και στην πυλαία φλέβα εξετάστηκε με έγχρωμο Doppler και καταγράφηκαν: η διάμετρος (MVDiam, PVDiam), το εμβαδό σε κάθετη τομή (MVCSA, PVCSA) η απόσταση της μαστικής φλέβας από την επιφάνεια το δέρματος (MVDepth, PVDepth), η μέση ταχύτητα ροής στη διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου (MVTAMV, PVTAMVmax), η μέγιστη ταχύτητα (MVVmax, PVVmax) και ο όγκος ροής (MVBFVol, PVBFVol). Η εξέταση του μαστικού και του ηπατικού παρεγχύματος έγινε με υπερηχοτομογραφία (B-mode). Η ανάλυση ηχοϋφής των υπερηχοτομογραφημάτων έγινε με 15 στατιστικές παραμέτρους πρώτης, δεύτερης και ανώτερης τάξης. Αυτές περιλάμβαναν τη μέση τιμή απόχρωσης του γκρι (NPV), την τυπική απόκλιση των τιμών της απόχρωσης του γκρι (PSD), τη λοξότητα (SKEW), την κύρτωση (EXC), την αντίθεση (CON), τη συσχέτιση (CORR), την εντροπία (ENT), την ομοιογένεια (HOM), το ποσοστό διαδρομών (RunPer), την έμφαση μακρών διαδρομών (LRE), την κατανομή των επιπέδων του γκρι (GVD), την κατανομή του μήκους των διαδρομών (RunLDistr), τη μέση τιμή της κλίσης (GradMV), τη διακύμανση των τιμών της κλίσης (GradVar) και το ποσοστό των κλίσεων με μη μηδενική τιμή (PNZGrad). Επίσης, καταγράφηκαν ο αριθμός σωματικών κυττάρων (SCC) από δείγματα γάλακτος ως δείκτης υποκλινικής μαστίτιδας, η ημερήσια γαλακτοπαραγωγή (DMY), ο δείκτης θρεπτικής κατάστασης, το πάχος υποδόριου λίπους με υπερηχοτομογραφία και η περίμετρος στέρνου στην πορεία του χρόνου. Τέλος, μετρήθηκε το ύψος ακρωμίου των ζώων κατά την είσοδο στην έρευνα. Πραγματοποιήθηκε περιγραφική στατιστική ανάλυση για να παρουσιαστεί η πορεία των παραπάνω παραμέτρων σε βάθος χρόνου και επαγωγική στατιστική ανάλυση για τη μελέτη των σχέσεων μεταξύ των δεικτών υγείας και παραγωγικότητας του μαστού με τους αντίστοιχους του ήπατος. Η επαγωγική στατιστική ανάλυση έγινε με γραμμικά μοντέλα μικτών επιδράσεων.Στη μαστική φλέβα, ο MVBFVol, η MVTAMV και η MVVmax διέφεραν σημαντικά μεταξύ των τριών παραγωγικών σταδίων (p<0,01 και για τις τρεις), ενώ οι MVDepth, MVDiam και MVCSA παρέμειναν σταθερές. Ο MVBFVol συσχετίζεται σημαντικά με τη γαλακτοπαραγωγή και βρέθηκε ότι αυξάνεται κατά 0,25 L/min για κάθε 1 kg αύξησης της DMY, διατηρώντας όλες τις υπόλοιπες μεταβλητές σταθερές. Αντίθετα, η αύξηση του αριθμού σωματικών κυττάρων στο γάλα σχετίζεται με μείωση του MVBFVol. Οι παράμετροι NPV, PSD και LRE της ηχοϋφής του μαστικού παρεγχύματος σχετίζονται σημαντικά με την DMY. Οι παράμετροι NPV, PSD, HOM, ENT, GMV και GradVar της ηχοϋφής του μαστικού παρεγχύματος σχετίζονται σημαντικά με τον SCC. Στην πυλαία φλέβα, ο PVBFVol, η PVTAMVmax, η PVVmax, η PVDiam και το PVCSA διέφεραν σημαντικά μεταξύ των τριών παραγωγικών σταδίων (p<0,01 και για τις 5), ενώ το PVDepth παρέμεινε σταθερό (p=0,235). Ο PVBFVol συσχετίζεται σημαντικά με τη γαλακτοπαραγωγή και βρέθηκε ότι αυξάνεται κατά 1,68% για κάθε 1 kg αύξησης της DMY, διατηρώντας όλες τις υπόλοιπες μεταβλητές σταθερές. Αντίθετα, ο PVBFVol εμφάνισε αρνητική συσχέτιση με τον αριθμό σωματικών κυττάρων. Οι παράμετροι NPV και PSD της ηχοϋφής του ηπατικού παρεγχύματος εμφάνισαν σημαντική συσχέτιση με την DMY, όπως επίσης οι NPV, SKEW και CON με τον SCC. Οι PVBFVol και MVBFVol εμφάνισαν σημαντική συσχέτιση μεταξύ τους. Τέλος, σε πολυπαραγοντική ανάλυση, ο PVBFVol συσχετίστηκε θετικά με την DMY και αρνητικά με τον δείκτη θρεπτικής κατάστασης και το πάχος υποδόριου λίπους.Η υπερηχοτομογραφική εξέταση του μαστικού και του ηπατικού παρεγχύματος, αλλά και της αιματικής ροής στη μαστική και στην πυλαία φλέβα με έγχρωμο Doppler είναι μία μη επεμβατική μέθοδος που μπορεί να εφαρμοστεί στο πεδίο της εκτροφής. Βάσει των αποτελεσμάτων της έρευνας προκύπτει ότι οι στατιστικές παράμετροι δεύτερης και ανώτερης τάξης μπορούν να παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες για την ηχοϋφή του μαστικού και του ηπατικού παρεγχύματος. Η ποσότητα του γάλακτος που περιέχεται στο εκφορητικό σύστημα του μαστού, αλλά και η υψηλή συγκέντρωση σωματικών κυττάρων στο γάλα κατά την υποκλινική μαστίτιδα επιδρούν σημαντικά σε ορισμένες παραμέτρους ηχοϋφής του μαστού. Την ίδια στιγμή, η ηχοϋφή του ήπατος επηρεάζεται, αφενός, από την υψηλή γαλακτοπαραγωγή, η οποία επιφέρει μεταβολικές αλλαγές και κινητοποίηση των σωματικών αποθεμάτων και, αφετέρου, από την υποκλινική μαστίτιδα που περιορίζει το ύψος γαλακτοπαραγωγής. Επιπλέον, η γαλακτοπαραγωγή συσχετίζεται θετικά με τον όγκο αιματικής ροής στη μαστική φλέβα αλλά και στην πυλαία φλέβα. Αυτό ενισχύει τη θέση ότι η γαλακτοπαραγωγή δεν επηρεάζει μόνο την αιματική ροή αγγείων που σχετίζονται άμεσα με τον μαστό, αλλά ολόκληρο το κυκλοφορικό σύστημα. Η μείωση της γαλακτοπαραγωγής εξαιτίας της υποκλινικής μαστίτιδας οδηγεί σε μείωση του όγκου ροής αίματος τόσο στη μαστική φλέβα, όσο και στην πυλαία φλέβα. Ο αυξημένος όγκος ροής στην πυλαία φλέβα που παρατηρείται κατά την υψηλή γαλακτοπαραγωγή υποδεικνύει μία αύξηση του μεταβολικού ρυθμού. Η αύξηση αυτή συνοδεύεται από κινητοποίηση των σωματικών αποθεμάτων, κάτι που αντανακλάται στην αρνητική συσχέτιση του όγκου ροής στη πυλαία φλέβα με τον δείκτη θρεπτικής κατάστασης και το πάχος του υποδόριου λίπους. Εν κατακλείδι, συμπεραίνουμε ότι το μαστικό παρέγχυμα μεταβάλλεται ανάλογα με το παραγωγικό στάδιο και την κατάσταση της υγείας του μαστού. Η αιμάτωση του μαστού αυξομοιώνεται προκειμένου να ανταποκριθεί στις ανάγκες της γαλακτοπαραγωγής και μειώνεται παρουσία υποκλινικής μαστίτιδας. Το ήπαρ προσαρμόζει τη λειτουργία του για να εξυπηρετήσει τις απαιτήσεις του μαστού σε θρεπτικά συστατικά και, συνεπώς, η ηπατική αιμάτωση και ηχοϋφή μεταβάλλονται ανάλογα με την παραγωγική φάση του μαστού, αλλά και την κατάσταση της υγείας του.