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應用FTIR技術檢測乳牛酮症之全球經驗
新竹分所／蕭振文、王思涵、李素珍、賈玉祥 生理組／劉振發 編譯
◆摘要
酮症是一種常見於泌乳早期的代謝異常，因為泌乳所需超過採食所能供應之能量，負能量平衡導致乳牛分解體脂肪做為能量來源，酮體在血中大量蓄積，超過肝臟所能代謝的能力。
傅里葉轉換紅外光譜 (Fourier transform infrared spectroscopy，以下略稱FTIR)技術已開發並供測定牛乳之酮體，與傳統化學法之檢測結果具一定相關性，已證明可篩檢牛群酮症。在2011年4月，位於加拿大魁北克省之Valacta公司ketolab實驗室開始檢測牛乳β-羥基丁酸(β-hydroxybutyric acid，以下略稱BHB)以篩檢酮症，此項服務酪農需額外付費。在2014年，參與乳牛酮症篩檢之牧場及乳牛%分別為71%及54%，酮症發生率也自2011年26%降為15%。與BHB＜0.15mM/l的正常牛隻比較，BHB≧0.2mM/l的負能量平衡乳牛在測乳日之乳量約少了2.4公斤，牛乳有較高的脂肪率及體細胞數，較低的蛋白質及尿素，較差的繁殖表現，泌乳早期之空胎日數超過24天，且高達41%的高酮症牛會在下一個泌乳期前離開牛群。
在法國，CLASEL實驗室應用CetoDetect儀器建立丙酮(acetone，以下簡稱Ac)及BHB之檢量線，使用參與乳牛群性能改良計畫(dairy herd improvement，以下略稱DHI)例行測乳的乳樣檢測酮症風險，約有50%的酪農參加此項服務。檢測結果以0-5分評級，0代表健康牛隻，1-2代表潛在性酮症，3-5代表酮症。酮症之發生率因季節及飼養方式不同，約在10-30%之間，春天供應高品質草料的牛隻評分較低，而冬天給飼低品質青貯的牛隻評分較高，酮症發生率增加，乳牛之產乳量及繁殖率較差，牛乳體細胞數也較高。
在荷蘭與比利時的法蘭德斯(Flanders)區域，Qlip實驗室應用FTIR篩檢DHI乳樣之Ac及BHBA，結合荷蘭CRV公司開發的參數供乳牛酮症評分之用。在泌乳前期60天的酮症評分結果，可供酪農管理牛群之參考，亦做為飼料公司調整轉換期及日糧之用。在荷蘭，乳牛酮症之發生率約16%，酮症的遺傳率中等(20%)，CRV公司已於2014年12月發表酮症育種價，做為「較佳終生健康育種指數」的部分參考資料。泌乳牛檢測酮症的服務具有利基，投資報酬率約1：10，除有助降低酮症發生率外，亦具育種改良之附加價值，對酪農及飼料公司均具經濟價值。
◆前言
酮症或高酮血症(hyperketonemia)是最常見的高產乳牛代謝性異常，主要發生在產仔後2個月，因嚴重的負能量平衡所致，泌乳及維持所需超過採食所能提供的能量。為了補償能量需求，牛隻動用體脂肪而釋出游離脂肪酸，供應能量且併入乳脂肪。當脂肪酸釋放速率超過肝臟的處理能力，即造成Ac、BHB及乙醯乙酸(aceto acetic acid，AcAc)等酮體的蓄積，不僅導致乳量、乳品質與繁殖性能低落，也增加後續潛在性酮症例如低血鈣症(產乳熱)、第四胃異位、蹄病、子宮內膜炎及胎衣滯留等發生率。每增加一個酮症病例，估計增加289美元的成本。
由於潛在性酮症欠缺臨床症狀，傳統上只能藉由測定乳、血或尿中之酮體而診斷，黃金標準是以實驗室方法測定血中BHB濃度。在牧場，可應用手持式電子儀器測定血中BHB，優點為準確率高且省時，缺點則需要額外操作儀器之人力，始能全面篩檢所有高酮症風險的牛隻。
在DHI計畫下，使用每個月的乳樣檢測並監控酮症，不但可行且節省勞力，目前，FTIR光譜儀已普遍應用於分析乳成分，包括脂肪、蛋白質、乳醣及微量成分如尿素、BHB與Ac等。以FTIR測定乳中BHB與Ac的結果，與應用片段流分析技術(segmented flow)之分析結果經對數轉換後數值的相關係數達0.8。加拿大與荷蘭的研究顯示，檢測例行性DHI乳樣之BHB與Ac來偵測酮症，具有良好之敏感性(分別為69與87%)及特異性(95%)。
◆材料與方法
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一、 |
測定乳樣之Ac與BHB |
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本文彙集自2012年1月1日至2014年12月31日，在加拿大魁北克省、比利時法蘭德斯區、法國及荷蘭等國家DHI組織使用例行性DHI乳樣篩檢酮症之使用經驗。使用丹麥FOSS公司的乳質分析儀【MilkoscanFT+(FTIR)instruments】及其已建立且認證之操作步驟分析乳樣之Ac與BHB。檢測方法是分別應用FTIR及片段流分析儀分析2,000個乳樣先行建立檢量線，再進一步分析1,500個乳樣確認檢測結果，分析數據再經FOSS公司驗證。 |
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二、 |
結果之分類與應用 |
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在加拿大，Valacta實驗室送交100個DHI乳樣檢測BHB，同時逢機選擇乳樣以Skalar連續流動分析儀(continuous flow analyser)檢測BHB作為參考方法，提供FTIR儀器每20分鐘校正測定值之用。檢測結果以酮症風險表示，乳中BHB<0.15mM/l=低度風險
；0.15-<0.20mM/l=中度風險；>0.2mM/l=高度風險。 |
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2012年，法國CLASEL公司已建立以FTIR測定牛乳BHB與Ac的方法，每個月檢測100個先導乳樣建立檢量線，再對照化學法驗證，BHB檢測值以mM/l表示。檢測結果以0到5分表示牛乳Ac與BHB水準，0分為健康牛；1至2分表示潛在性酮症；3到5分表示臨床性酮症。 |
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荷蘭Qlip及CRV公司實驗室應用FTIR檢測乳中Ac及BHB，並結合脂肪蛋白質比(%)、乳牛胎次及測乳月份等，以是/否罹患酮症分數表示。 |
◆結果與討論
上述各國的牛群篩檢酮症已經相當普遍(表1)，Valacta、CLASEL及Qlip等實驗室均提供酮症檢測服務，參加的牧場有48％(加拿大)至85％(比利時及荷蘭)，有51-90%的乳牛篩檢高酮血症。參加酮症篩檢的牧場有增加之趨勢。
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表1.2012年1月1日至2014年12月31日各國進行酮症篩檢的乳樣總數、牧場及牛隻比例 |
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Valacta與CLASEL實驗室之檢測結果於DHI報表中以低、中或高酮症風險通知酪農。CRV公司則將Qlip實驗室的檢測結果於DHI報表中呈現個別牛隻之酮症檢測結果。2012年與2014年(圖1)，在加拿大及法國，高酮症風險牛之發生率分別微降5%及4%。2012年與2014年，中度酮症風險牛隻在加拿大分別為19%與11%，在法國分別為22%與13%。圖1顯示，2014年可能因酮症篩檢提升酪農認知進而有效因應，使乳牛酮症發生率降低。然而法國的經驗顯示，飼料品質也是改善因素之一，法國2011年收獲之玉米青貯品質不佳，2013年品質卻相當好。2012年與2014年荷蘭及比利時乳牛酮症發生率分別為16.1%與16.7%(圖1)。荷蘭及比利酮症發生率(%) 時早在2011年之DHI計畫即開始酮症篩檢，並分別自2011年末至2012年初提供檢測服務，酮症發生率在5至80%之間，經產牛(26%)發生率通常較初產牛(20%)為高，另因產仔月份及早期泌乳飼養方式之不同，進一步造成10至30%的差異，在春季給飼高品質草料的牛隻其發生率較冬天給飼品質差的牛隻為低。
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酮症發生率(%) |
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圖1.2012年與2014年加拿大 (Valacta)、法國 (CLASEL)、比利時
(Flanders地區) 及荷蘭之牛隻酮症發生率 (低度、
中度、高度風險分別以綠、橘及紅色表示)。比利時及荷蘭以酮症有 (高度風險) 或無 (低度風險) 表示。 |
在所有篩檢酮症的國家，均發現泌乳早期罹患酮症的牛隻對後續性能表現有負面影響。相較於低度酮症風險牛隻，高度與中度酮症風險牛隻之每日泌乳量分別減少2-6kg與1-3kg。高、中與低度酮症風險乳牛之體細胞數分別為>360,000 cells/ml、>318,000 cells/ml及230,000 cells/ml，高度與中度酮症風險牛隻後續再發生臨床性酮症與第4胃位移之風險也明顯增加。在繁殖表現方面，產仔至初次配種、配種後不回復百分率(non-return rate)也明顯較低度風險牛差。以Valacta公司Ketolab實驗室之經驗，酮症篩檢結果可做為牛群監控的工具，提供酪農測乳日牛隻BHB濃度值及依照產仔日期之陽性牛比例分布圖，方便觀察酮症發生與泌乳期的時間趨勢。此外，顯示目前測乳日及其已泌乳日數資料分布圖，可得知酮症在泌乳期的發生時間點。高比例罹患酮症牛隻出現在產後2-3週，也顯現乾乳期牛隻飼養可能有能量供應過多、牛隻太肥、胰島素抵抗等第2型酮症的代謝問題。高酮血症在泌乳早期發生，多數與第1型酮症的能量缺乏有關。建議在重要轉換期間調整日糧配方、飼養管理及環境條件等 (容易接近飼料槽、過度擁擠、乳牛舒服程度等)。個別牛的檢測結果可供酪農預防高酮症。在CRV公司，將酮症篩檢結果做為牛隻健康管理及育種之用，並於最近將酮症之育種價併入「較佳長壽健康牛」指數，此指數可在所有CRV公司的種公牛資訊中查詢，供酪農參考並生產更健康的後裔之用。長遠觀之，可減少酮症發生。
◆結論
FTIR技術在加拿大、法國、比利時及荷蘭已應用例行性DHI乳樣進行3年酮症篩檢，提供酪農有價值的服務。由於泌乳早期之代謝異常對牛隻後續之性能表現有顯著負面影響，應用DHI例行乳樣檢測酮症可降低成本，篩檢服務對酪農有利，除突顯酮症問題外，並尋求降低酮症發生率的有效方法。
在國內，行政院農業委員會畜產試驗所新竹分所進行DHI計畫之乳樣分析，檢測結果的報表自104年中旬新增潛在性酮症風險的提醒代號，讓酪農能早期發現酮症並即時因應，降低酮症發生率，增加收益。請國內酪農朋友多多參加DHI計畫，享受這項超值的檢測服務。
主要參考資料：Schwarz, D. etal., 2015. Global experience on ketosis screening by FTIR technology. ICAR Technical Series No. 19:5-10.
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