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奶牛营养与代谢病


NUTRITIONAL APPROACH FOR CATTLE FOOT CARE
通过营养的办法护理牛的体部

感染性皮肤病(多种因素引起的问题)
INFECTIOUS SKIN DISEASES (MULTIFACTORIAL PROBLEM)
Disease organism Spirochaete

病原生物 螺旋体属

Deep Slurry 厚的泥浆泥浆浆浆 Wet Hooves 蹄部潮湿潮潮湿湿 Low Oxygen 氧气含量低 氧

蹄疣(蹄部肉赘) FOOT WARTS

Housing System

圈舍条件

Nutrition (Protein)

营养(蛋白质)

临床上蹄部损伤由以下因素造成:
CLINICAL LESIONS IN HOOF RESULT FROM:

POOR HORN QUALITY

角质质量差

决定于 QUALITY EPIDERMAL TISSUES 表皮组织的质量
DEPENDS ON 决

营养
Nutrition

{

Keratinization

角质化

Intercellular Substances

细胞间的物质

HORN QUALITY 角质蛋白丝和相关的蛋白
* Keratin filaments and associated proteins

角质质量

* Cross linkages by disulphide bonds to form keratin masses
* Intercellular cementing substances

通过二硫键的交叉联接形成交织基质 细胞间的粘接基质

需要的营养物质
* Sulphur containing amino acids, cystine, methionine and histidine * Fatty Acids * Calcium, Zinc * Biotin

REQUIRED NUTRIENTS 含硫氨基酸,胱氨酸,蛋氨酸和组氨酸 脂肪酸 钙,锌

生物素

精料喂量与蹄病
CONCENTRATE FEEDING AND HOOF DISORDERS 大量的淀粉或纤维饲料供给有限导致蹄病
Large amount of Starch or restricted fibre leads to hoof disorders Peterse et al. (1989) Liversay and Fleming (1980) Manson and Lever (1988) No Effect 无效 Bergsten and Frank (1998) Olsson et al. (1998)

(Concrete cubicles) (混凝土隔间)

Rubber Mats (Tie Stall)

橡胶垫 (拴系栏位)

适应PH 值变化规律的瘤胃发酵形式
RUMEN FERMENTATION PATTERNS AS A CONSEQUENCE OF ADAPTION DUE TO pH REGULATION

80 60 40 20 0 7.2 6.8 6.4 6.0 5.6 5.2 4.8 RUMEN pH 瘤胃PH ACETIC ACID
醋酸

克 分 子 ( % )

MOLAR(%)

PROPIONIC ACID
丙酸

LACTIC ACID
乳酸

放牧饲喂苜蓿草加少量玉米青贮的奶牛的24间的瘤胃PH值变化情况
CHANGES OF RUMEN pH THROUGHOUT A 24 HOUR PERIOD IN DAIRY COWS FED CLOVER PASTURE PLUS SMALL AMOUNTS OF MAIZE SILAGE

7 6.7 6.4

Clover pasture Pasture + S ilage

苜蓿草

苜蓿草加青贮

pH
6.1 5.8 5.5 0 4 8 10 12 16 18 20 24 Time(h)

时间(小时)

(Stockdale, 1994)

导致板炎的原因(事件的结果导致板炎)
SEQUENCE OF EVENTS LEADING TO LAMINITIS
Nutrition

营养

Excessive grain 谷物过多 Finely chopped forage

粗料切割过细 Slug grain feeding 谷物懒汉喂法(谷物饲喂次数过少)

Lactic Acid Production Decreased pH

产生乳酸

PH值下降
Environment Stress 应激 Concussion Trauma

Death of gram negative bacteria & endotoxin release
Infectious Diseases Metritis 子宫炎 Mastitis 乳房炎 Foot Rot

革兰氏阴性菌死亡和内毒素释放

传染病

Histamine

组胺

环境

蹄腐烂
Vaso-constraction/dilation Laminae destruction Hoof deterioration LAMINITIS

震动 外伤(创伤)

血管收缩/扩张

板层破坏 蹄部变质

板炎

微生物氮流入干奶牛和泌乳奶牛十二指肠的预测
PREDICTION OF MICROBIAL NITROGEN FLOWS TO THE DUODENUM IN DRY AND LACTATING COWS
(From Firkin et al. 1998)

微 生 物 氮 流 量 克 日

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

干奶牛
Dry Cow

泌如日粮
Lactating Rations

N.R.C.回归直
N.R.C. Regression

Microbial Nitrogen flows (g/day)

Firkin et al. (1998) (From published data)

(发表的数据)

( / )

10

20

30

40

50

Net Energy (Lactation) Mcal/day

净能(产奶)Mcal/日

高产奶牛的蛋氨酸需要量与估测的瘤胃微生物蛋氨酸合成的比 较
REQUIREMENT FOR METHIONINE IN HIGH YIELDING DAIRY COWS COMPARED TO ESTIMATED SYNTHESIS OF MICROBIAL METHIONINE IN RUMEN

30 25

产40升奶蛋氨酸需要量
40 litres methionine requirement

产30升奶蛋氨酸需要量
30 litres methionine requirement

蛋 氨 酸 克 日

Methionine g/d

20 15 10 5 0 Dry Cows 30 Litres 40 Litres

Firkin et al. (1998) NRC (1989)

/

干奶牛

40升

Milk Production L/day

牛奶产量

蛋白饲料的氨基酸组成和微生物蛋白的氨基酸组成
AMINO ACID COMPOSITION OF PROTEIN MEALS AND RUMEN BACTERIAL PROTEIN (G/100G AMINO ACIDS) (克/100克氨基酸0

蛋氨酸
METHIONINE

胱氨酸
CYSTINE 0.72 1.18 0.97 0.81 1.41 1.92 2.40 1.27 2.13 1.70 2.23 -

赖氨酸
LYSINE 6.66 4.44 10.10 6.81 3.88 3.5 5.01 5.50 2.70 2.38 1.96 7.9 4.9-9.5

奶 MILK 2.04 MEAT MEAL 肉粉 1.27 BLOOD MEAL 血粉 1.18 FISH MEAL 鱼粉 2.40 COTTONSEED MEAL棉粕 1.13 SUNFLOWER MEAL 葵花粕 2.28 RAPESEED MEAL 菜粕 1.89 SOYABEAN 大豆 1.10 MAIZE GRAIN 1.80 玉米 MAIZE GLUTEN FEED 玉米蛋白饲料 1.80 SORGHUM GRAIN 高粱 1.51 BACTERIA 细菌 2.60 Min-Max 1.1-4.9
最低--最高

产犊时出现的问题
PROBLEMS OCCUR AT CALVING
干物质进食量下降 * Dry matter intakes fall (Van Saun 1993, Grummer 1995) 子宫蛋白沉积在最后60天翻番 * Protein accretion of uterus doubles in last 60 days (Bell et al. 1998) 子宫的氨基酸的获取量占了总营养物质池的70% * Uterine uptake of amino acids represents 70% of total material pool (Bell 1995) 初乳(含免疫球蛋白,含硫氨基酸丰富)和高的产奶量排除了动物体内的必需氨基酸 * Colostrum (rich in sulphur amino acids containing immunoglobulins) and the high milk yield drains the animal of these essential amino acids 组氨酸和蛋氨酸是乳蛋白合成的第一限制性氨基酸 * Histidine and methionine first limiting amino acids for milk protein synthesis 过度期低血钙降低了钙池中的钙(可能会持续6周) * Transient hypocalcaemia reduces calcium pool. (May last up to 6 weeks) 增加了瘤胃的酸度 * Increased rumen acidity

产前的采食量变化
FEED INTAKE CHANGES PRIOR TO CALVING

产犊前日龄
Days Prior to Calving
-26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 11.00 10.50

干 物 质 进 食 量 公 斤 日

DM Intake (Kg/d)

10.00 9.50 9.00 8.50 8.00 7.50 7.00 6.50 6.00

( ? )

Van Saun et al., (1993)

钙在牛蹄部表皮完整性中的作用
ROLE OF CALCIUM IN BOVINE HOOF EPIDERMAL INTEGRITY

含硫氨基酸丰富的蛋白质的合成
SYNTHESIS OF INCREASED SULPHUR AMINO ACID RICH PROTEINS MANY SULPHYDRAL GROUPS

许多含硫基团

BORDER OF CORNIFICATION PROCESS

角质化过程的边界

CHANGE FROM SULPHYDRAL GROUPS TO DISULPHIDE BONDS 由含硫基团转变为二硫键 * Sulphur amino acids important for formation of cellular envelope (Marginal Bond) * Acts as protective sheath on inner side of cell membrane of keratinizing epidermal cells CALCIUM IMPORTANT

含硫氨基酸对细胞的形成发展非常重要(边缘键)

CORNIFICATION

角质化

在角质化表皮细胞的细胞膜的内侧起到保护套的作用

表皮谷氨酰胺转氨酶激活剂
* Activator of epidermal transglutaminase (Cross Links) (交联键)

钙的重要性

诱导角质化细胞的最终分化

* Induction of terminal differentation of keratinocytes

奶牛产前饲喂阴离子或阳离子日粮在临产前后血浆钙的浓度
PERIPARTURIENT CALCIUM CONCENTRATION IN PLASMA FROM COWS FED AN IONIC OR CATIONIC DIET PRIOR TO CALVING

升血 液 钙 的 浓 度 毫 克 10 0 毫 ( /

10.00 9.50 9.00 8.50 8.00 7.50 7.00 6.50 6.00 5.50 5.00

正常的低水平
Lower Level of normal (Hove 1986)

Blood Calcium Concentration (mg/100ml)

阴离子

Anionic Cationic
阳离子

-7

-5

-3

-2

-1

0

1

2

3

0日为产犊日 Day 0 was day of calving (Goff et al. 1991)

精饲料和粗饲料比例体外试验对瘤胃生物素合成的影响
EFFECT OF FORAGE : CONCENTRATE RATIO ON RUMEN BIOTIN SYNTHESIS IN VITRO
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 83/17 67/33 50/50 33/67 17/83

生 物 素 微 克 日

Biotin mcg/day

/

Forage : Concentrate

粗饲料:精饲料

(Da Costa Gomez, 1998)

泌乳奶牛的生物素平衡

Biotin Balance in lactating dairy cows
14 12 10

微 克 日

mcg/d

8 6 4 2 0 Feed Milk Urine Faeces

/

饲料
Steinberg et al. 1994

牛奶

尿



蹄部奇型发病率:12个月后最后一次修时蹄对照比生物素
Incidence of Hoof Abnormalities: Control vs. Biotin after 12 months at Final Hoof Trimming
50 43 31 24 53 52

50

affected cows (%)

占 发 病 奶 牛 (%)

40 30 20 10 0 sole hemorrhages 蹄底出血
(Bergsten et al., 1999)

24*

28

*p<0.05

double sole 双重蹄底 control
对照

ridges 脊(棱线) biotin 20 mg
生物素20毫克

heel horn erosion 蹄跟角质糜烂

华盛顿洲进行的生物素领域研究
WASHINGTON STATE BIOTIN FIELD STUDY

150头高产奶牛

? 150 cows, high producing herd 电脑喂料系统保证了对照和处理组:0或20毫克生物素/日 ? computer feeder system allowed control and treatment groups: 0 or 20 mg/day biotin 试验1年;蹄部临床症状评价4次,修蹄三次 ? 1 year trial; clinical hoof evaluations 4x, hooftrimmed 3x 由牛群改良委员会记录产奶量 ? milk production from DHIA records 湖手牛奶公司杰出的营养专家 ? outstanding LOL nutritionist

(Bergsten et al., 1999)

生物素对奶牛产奶量的影响(在华盛顿洲进行的生物素领域研究)
Influence of Biotin on Milk Production in Dairy Cows (Washington State Biotin Field Study)
Projected milk production (kg in 305 d)
1000 800 600 400 200 0 878*

高 出 的 产 奶 量 ( 公 斤 30 5 天 )

*p<0.01

/

与对照比增加 increase compared to control

n = 94

(Bergsten et al., 1999)

生物素20毫克 biotin 20 mg

北昆氏兰州米拉米拉地区个月的降雨量和降雨天数
RAINFALL PATTERN AND NUMBER OF WET DAYS/MONTHS IN THE MILLAA MILLAA REGION OF NTH QLD

降雨天数
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Wet Days

降雨量 毫米/月
Rainfall *mm/month 700 600 500 400 300 200 100 0

O

Ja D n98

A

N

F

7

S

M

A

J

J

97年5月 6月 7月

M ay -9

8月 9月 10月 11月12月98年1月2月 3月

4月 5月

(T. Fitzgerald, B.W. Norton, R. Elliott and O.L. Svendsen, 1998)

M

补充生物素与不补充生物素牛群的平均运动评分
MEAN LOCOMOTION SCORES OF HERDS WITH OR WITHOUT BIOTIN SUPPLEMENTATION

2.0

Locomotion Score

对照 Control

生物素 Biotin

**

1.5 1.0 0.5 0.0 May 97 97年5月 July 7月 Sept 9月 Nov 11月 Jan 98 98年1月 Mar 3月

**

运 动 评 分

May 5月

Significant Difference : P<0.05 显著水平:P〈0.05
(T. Fitzgerald, B.W. Norton, R. Elliott and O.L. Svendsen, 1998)

补充或不补充生物素的奶牛个月的跛行发病率
REPORTED MONTHLY INCIDENCE OF LAMENESS IN CATTLE WITH OR WITHOUT BIOTIN SUPPLEMENTATION
45 40

生物素
Biotin

对照
Control

跛 行 奶 牛 头 数 月

No of lame cows / month

35 30 25 20 15 10 5 0 May97 J J A Jan9月 10月 11月 12月 98 S O N D F M A M

***
* * *

** ***

(T. Fitzgerald, B.W. Norton, R. Elliott and O.L. Svendsen, 1998)

/

97年 5月

6月 7月

8月

显著水平:

2月 3月 4月 5月 98年 1月 *P<0.05 **P<0.01 ***P<0.001

Significant Difference : * P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001

补充生物素对蹄部健康状况的影响
INFLUENCE OF BIOTIN SUPPLEMENTATION ON HOOF HEALTH (Totals For Year)(年合计) 变量 没有补充生物素 补充生物素 显著水平

Variable Unsupplemented Biotin Supplemented Significance Hooves showing moderate to 蹄部和蹄趾表现为中等或严重损伤 severe damage to digits Left Rear 左后蹄 101 21 P<0.001 Right Rear 右后蹄 100 47 P<0.001 Left Front 左前蹄 42 7 P<0.001 Right Front 右前蹄 17 6 P<0.05 Affected Digit Inner 内侧 Outer 外侧

蹄趾病变

43 140 59 108

21 53 41 15

P<0.05 P<0.001 N.S. P<0.001

Number of cow shoes/slips applied Number of antibiotic treatment

穿鞋或挂掌奶牛数

抗生素治疗奶牛数

(T. Fitzgerald, B.W. Norton, R. Elliott and O.L. Svendsen, 1998)

补充生物素和不补充生物奶牛卡普兰--梅尔(人名)存活函数图 Kaplan-Meir Plot of Survival Function in Biotin Supplement and Unsupplemented Cows

1

Survival Function

0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 100 200 300 400 500 600 700 Time (Days) 时间(天)
没有补充生物素

存 活 函 数 值

Unsupplemented Supplemented
补充生物素

临床上为蹄板炎的奶牛和蹄部完好的奶牛的蹄底角质含水量(%)
SOLE HORN MOISTURE CONTENT (%) IN COWS WITH CLINICAL LAMINITIS AND COWS WITH SOUND HOOVES.
50

* ┬ ┬

40

蹄 底 角 质 湿 度 (%)

30

20

10

0 Cows with Laminitis

蹄板炎奶牛

Cows with Sound Hooves

蹄部完好奶牛

*Signifcant difference (P< 0.01)

显著水平(P<0.01)

临床上表现为蹄板炎奶牛和蹄完好奶牛的血清平均生物素含量 (微微克/毫升)
Mean serum Biotin Concentration (pg/ml) of cows with clinical laminitis and cows with sound hooves
400 350 300 250 200 150 100 50 0 Cows with Laminitis Cows with Sound Hooves



血 清 生 物 素 浓 度 ( 微 微 克 毫 升 / )

* ┬

蹄板炎奶牛

蹄完好奶牛

CORRELATION BETWEEN SERUM BIOTIN CONCENTRATIONS (pg/ml) MOISTURE CONTENT OF SOLE HORNS OF COWS WITH CLINICAL LAMINITIS AND COWS WITH SOUND HOOVES.
50

临床上蹄板炎奶牛和蹄部完好奶牛的蹄底角质含水量 与血清生物素浓度(微微克/毫升)的关系

45

蹄 底 角 质 含 水 量 (%)

Sole horn moisture content (%)

40

35

30
n=14 r=0.903 p<0.001

25

20 280 300 320 340 360 380 400 420
Serum Biotin Concentration (pg/ml)

血清生物素浓度(微微克/毫升)

补充生物素对产奶量影响的实验结果总结
出处 处理 设计 反应(结果)

305天增加320公斤校正产奶量 (处理组12,110 公斤比对照组 的11,790公斤, P<0.05) 0或20毫克/日 应用研究,经电脑喂料器补充 305天校正产奶量增加878公斤(P<0.01) 牛群滚动平均 产奶量=9800 一个农场 公斤 0或20毫克/日 应用研究,每个处理10个农场 对产奶量没有作用。对照每天约产奶 19公斤,处 理约产奶18 公斤 放牧(澳大利亚) 0,10,20毫克/日 对照研究,每个处理15头奶牛 线形反应(P<0.05);0,10,和20毫克 各处理的产 奶量为36.9, 37.8和39.7 公斤/日。 产奶最出100天

0或20毫克/日 应用研究,圈养,一个农场

产 奶 量 , 公 斤 日

/

产奶周龄 每天补充生物素对产奶量的影响( =对照, =10毫克 , =20毫克)

丙酰CoA

丙酸盐 丙酮酸盐

丙酸盐 丙酮酸盐 乳酸盐

甲基丙二 酰CoA

丙酮酸磷酸脂---? 葡萄糖

苹果酸盐
乙酰CoA 草酰乙酸盐--?

苹果酸盐 草酰乙酸盐--? 脂肪酸 枸橼酸盐

三羧酸循环

拘橼酸盐

丙二酰CoA 乙酸盐 乙酰CoA

细胞质 线粒体 图2.糖原异生和脂肪合成通路需要生物素参加1=丙酮酸羧化酶,2=乙酰CoA羧化酶 3=丙酰CoA羧化酶。B-甲基巴豆酸酰CoA羧化酶参与亮氨酸代谢通路,图中没有显示。

瘤胃酸度控制
CONTROL OF RUMEN ACIDITY
Vitamins A D E

维生素

Prevention of endotoxins

内毒素防治
蹄部良好结构的物理维护
Physical maintenance of good hoof structure

血管完整性的维护
Maintenance of vascular integrity Diffusion of nutrients to epidermis

营养物质向表皮扩散 维生素
Vitamins Biotin

矿物质
Minerals
富含硫的氨基酸
Sulphur rich amino acids

氨基酸
Amino Acids

Intracellular synthesis of protein

蛋白质的细胞内合成



Zinc Keratins

(Other trace elements)

Synthesis of long

生物素 长链脂肪酸的合成
fatty acids

(其他微量元素)
Calcium

角蛋白

Proteins of cellular envelope

细胞外壳蛋白质

Intercellular cementing substance (Prevention of excessive hydration)

细胞间的粘接物质

(防止过渡水化)



Cornification 角质化


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