周産期病とその予防 1 京都大学大学院農学研究科 久米新一
周産期病の発生要因は? 動物は分娩時にさまざまなリスクが発生するが 体内代謝などを適応させてリスクを回避するしくみがある 高泌乳牛では遺伝的能力が向上したため 分娩時のリスクが高まっている (NEFA 増加 低 Ca 血症など ) 不適切な栄養管理などが加わると代謝機能が阻害され 周産期病が多発する
周産期病の予防は? 周産期病の発生にはさまざまな要因が複雑に関与している 高泌乳牛の体内代謝を正常化する栄養管理を実践し 周産期病を予防する 周産期病の予防 ( 優先順位 ): エネルギー不足と低 Ca 血症を改善することが重要
分娩前後の DMI 減少 ビタミン 微量ミネラル 抗酸化物質の不足 高 DCAD 低 Mg 飼料 免疫能低下 低 Ca 血症筋収縮減退 負のエネルギー タンハ ク質バランス NEFA 増加 跛行 ケトーシス 脂肪肝 乳房炎 ルーメン胎盤停滞アシドーシス 子宮炎 周産期病の発生要因 飼料中有効繊維の不足 乳熱第四胃変位 Goff(2006)
乳牛の除籍理由 ( 牛群検定成績 : 平成 22 年 ) 25 20 % 15 10 北海道都府県 5 0 乳用売却低能力繁殖障害 疾病 乳器障害 死亡 北海道 都府県 肢蹄故障 12.7 4.7 消化器病 2.2 1.9 起立不能 5.0 2.7 乳房炎 16.4 6.2
乳量 (kg) 10000 9000 8000 7000 6000 図 乳量増加と乳牛の生体機能 ( 牛群検定 : 北海道 ( ) と都府県 ( )) 5000 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 年 乳牛 : 摂取した栄養素を乳生産に優先的に利用する 乳牛の乳量が急増したが 遺伝子 細胞 組織 器官の何が変わったか?( 体内代謝が活発になり 酸素消費量 血流量が増加 ) 動物の細胞 ( 約 60 兆 ) は 1 年で 90% % 以上入れ替わるが 生体機能に変化は生じるか? 後継牛の遺伝的能力は母牛より高い ( 栄養管理の改善が常に必要 )
図 分娩直後の乳牛の特徴 : 乳量の急増 乾物摂取量 (kg/ 日 ) 体重 (kg) と不十分な乾物摂取量による栄養不足 24 20 16 12 800 700 600 500 8-14 0 14 28 42 分娩前後 ( 日 ) -14 0 14 28 42 分娩前後 ( 日 ) 乳量 (kg/ 日 ) 血漿中遊離脂肪酸 (meq/l) 50 40 30 20 1.2 0.8 0.4 0 0 14 28 42 分娩後 ( 日 ) -14 0 14 28 42 56 分娩前後 ( 日 )
移行期 ( 周産期 ) の栄養管理の重要性 -- 乳牛の栄養管理のFinal Frontier 移行期 (Transition Period) とは分娩前 3 週間と分娩後 3 週間の期間 : 栄養管理の最も難しい時期 (1995 年の J.Animal Science の 3 編の論文を契機 ) 移行期の栄養管理が不十分だと -- 代謝障害の増加 乳生産 繁殖成績の低下
高泌乳牛の代謝特性と周産期病 体内代謝の急激な変動 : リスク要因 栄養管理などの不備 : 周産期病の増加 周産期の免疫機能の低下
表, 分娩 1 週間前 (3 日間 ) と分娩 2 ー 4 日後 (3 日間 ) の乾物摂取量 (n=4) 分娩前ク ラスアルファルファ 分娩後ク ラスアルファルファ 体重, kg 754 733 711 643 増体, kg/ 日 0.15 0.65-4.79-6.50 DMI,kg/ 日 10.0 11.0 13.3 13.3 乳量, kg/ 日 29.5 31.9 乾物消化率, % 74.1 70.8 71.6 73.1 CP 消化率,% 71.8 70.8 70.5 72.5 N 蓄積量, g/ 日 49 64-93 -72 分娩直後 : 消化率は高いが DMI が極度に少ない
エネルギー摂取 ( 炭水化物 脂肪 蛋白質 ) 糞 (VFA) エネルギー基質 +O 2 肺 O 2 CO 2 CO 2 +H 2 O+N 化合物 尿 糞 乳成分 貯蔵 ( グリコーゲン 体脂肪 アミノ酸 ) 61 ATP :39 ( エネルギー源 ) 体内代謝 ( 乳生産 ) 図 分娩直後の乳牛のエネルギー代謝 熱
乳牛のエネルギー利用 ルーメン粘膜肝臓末梢血末梢組織 酢酸 酢酸 プロピオン酸糖新生ク ルコースク ルコース 酪酸 β- ヒト ロ β- ヒト ロ オキシ酪酸 オキシ酪酸 酢酸の 78% は骨格筋 心筋 乳腺などで消費 ( 末梢血 VFA の 95% は酢酸 : エネルギー源 ) 分娩前後には筋肉のアミノ酸などから 糖新生でグルコースを産生することが必要になる ( タンパク質をエネルギーとして使いたくない )
図 乳牛の乳量と乳糖の関係 ( グルコースの必要性 ) 乳量 (k g / 日 ) 45 40 35 30 25 乳成分 (%) 5 4.5 4 3.5 3 脂肪率蛋白質乳糖 20 0 2 4 6 8 10 泌乳期 ( 月 ) 2.5 0 2 4 6 8 10 泌乳期 ( 月 ) 乳量増加は乳糖 ( グルコース ) の増加が重要 : 浸透圧の関係 ( 乳糖が多いと乳腺に水の移行が増加する )
ケトーシス 脂肪肝の発生 ケトーシス : 分娩直後の体脂肪の大量動員により血中遊離脂肪酸が急増して脂肪酸代謝障害が生じると, 体内にアセト酢酸などのケトン体が増加し, 痙攣, 麻痺などの脳 神経障害を起こす ( 糖質不足 : 血漿ク ルコースの低下 ) 脂肪肝 : 肝臓に大量に動員された脂肪を処理できなくなると大量のケトン体の生成による重度の中毒症状と肝機能の減退を示す 分娩直後 ~10 日頃までのエネルギー代謝異常 ( 不足 ) によるケトーシス 脂肪肝が問題 (1980 年代 : 分娩 2~4 週後に多発 )
図 初乳中への免疫 栄養成分の分泌 -- 子牛の健康維持と乳房炎の予防 乳成成分 (%) 15 10 5 タンパク質脂肪乳糖 乳成分 (mg/dl mg/dl) 250 200 150 Ca P K 0 0 1 2 3 4 分娩後 ( 日 ) 100 0 1 2 3 4 分娩後 ( 日 ) 初乳量の急増による乳中への栄養素の多量分泌が周産期病の一因になる : カルシウムとリン
飼料 乳牛の分娩直後の Ca 出納 (g/ 日 ) 腸 細胞外液 Ca 貯蔵量 (8-10g) 血漿中 Ca 貯蔵量 (2.5-3.0g) 骨 (Ca の 99%) 糞 尿 (0.2-1.0g) 乳 (20-30g) 胎児 (0) 初乳中への急激な Ca 分泌量への対応が遅れる
表, 分娩 1 週間前 (3 日間 ) と分娩 2 ー 4 日 後 (3 日間 ) のミネラル出納 (n=4) 分娩前分娩後ク ラスアルファルファク ラスアルファルファ DCAD, meq/kg 178 186 134 152 尿量, kg/ 日 11.3 12.6 15.5 22.9 尿中 ph 8.20 8.31 8.19 7.75 Ca 摂取量,g/ 日 46.6 81.3 69.5 111.0 蓄積量 11.7 18.9-20.3-1.4 K 摂取量,g/ 日 194.8 203.7 218.9 192.5 蓄積量 0.1 2.9-50.2-18.9 分娩直後はミネラルの蓄積もマイナスになる
NRC2001 の乳熱発生要因 1)K あるいは Na 過剰摂取による代謝性アルカローシス 副甲状腺ホルモン (PTH) 受容体の機能低下 活性型ヒ タミン D 低下による Ca 吸収量減少 骨吸収減少 2) 妊娠牛の低 Mg 血症 PTH 分泌量減少と PTH 受容体の機能低下
表 飼料のミネラル含量 ( 乾物当たり %) と イオンバランス (DCAD) Na K Cl S DCAD 配合飼料 0.10 0.81 0.20 0.22 59 大豆粕 0.02 2.33 0.02 0.40 350 イタリアンライク ラス 0.08 3.13 1.79 0.24 184 アルファルファ 0.05 3.23 1.02 0.29 379 オーチャート ク ラス 0.27 2.11 1.17 0.21 200 コーンサイレーシ 0.03 1.00 0.27 0.09 139 注 )DCAD=((Na/23.0+K/39.1)-(Cl/35.5+S/16.0)) 10,000( ミリ当量 /kg) わが国では牧草のカリウム含量が非常に高い
図 ク ラス区 ( ) アルファルファ - 正常 ( ) アルファファ - 乳熱 ( ) の血液成分 血漿中 Ca (mg/dl) 10 8 6 4-14 -7 0 7 分娩前後 ( 日 ) 血漿中 PT TH (pg/ml) 1500 1000 500 0-14 -7 0 7 分娩前後 ( 日 ) アルファルファ給与による乳熱発生 :K 含量の高いこと (3.4%) が一因である
図 DCAD((Na+K)-(Cl+0.6S)) 給与 による乾物摂取量の減少 ( 人為的 ) (Charbonneau ら 2006)
乳牛の妊娠期間の血漿 乳中エストロゲンの上昇 ( 乳腺の発達などに必須 )(Pape- Zembito ら 2008) 分娩前のDMI の減少と免疫機能の低下 : 妊娠末期の血漿中エストロン (E1) とエストラジオール (E2) の上昇が影響する
骨粗鬆症とエストロゲン ( 閉経後 ) エストロゲン受容体 : 骨芽細胞と破骨細胞 卵巣機能低下によるエストロゲン不足 ( エストロゲンは骨のCa の保持に重要 ) 骨吸収が増加して 骨から Ca が損失する ー乳牛の分娩前の高エストロゲンは骨 吸収を抑制する
乳腺と免疫機能 乳牛の分娩前後は免疫能が低下する 1) 乳腺には栄養素が豊富に含まれていること 2) 泌乳開始で乳頭口が開くことなどにより 有害病原菌が乳房に侵入しやすい 乳腺の分娩前後の免疫機能 1) 子牛の受動免疫を高めるために免疫成分 (IgG IgA など ) を乳腺で多量生成 2) 乳線の免疫成分の生成が高まることは 乳腺への細菌感染 ( 乳房炎 ) も予防する
表 牛とヒトの血清 乳の免疫ク ロフ リン濃度 初乳常乳血清 ウシ IgG 1 46.40 0.58 11.20 IgG 2 2.87 0.06 9.20 IgA 5.36 0.08 0.37 IgM 6.77 0.09 3.05 ヒト IgG 0.43 0.04 12.10 IgA 17.35 1.00 2.50 IgM 1.59 0.10 0.90 (mg/ml) (Weeler 2007) 牛は妊娠中に胎盤を介して IgG が子牛に移行しない
周産期病発生のリスク要因 1. 分娩前後の体内代謝 内分泌機能の急激な変動 ( 乳生産の増加が影響 ) -- 代謝障害 繁殖障害の増加 2. 分娩前後の免疫機能の低下 -- 病原菌の体内侵入による乳房炎などの疾病増加 ( 乳腺に IgG が多いことは細菌感染から乳腺を保護している ) 高泌乳牛は分娩に伴うリスクが高く 精密な栄養管理による周産期病の予防が必要
移行期の課題と飼料給与 栄養管理の改善が乳量増加に追いつかない 粗飼料( イネ科 ) の品質が改善されない 1) 分娩直後の乾物摂取量の早期増加を図る 2) 飼料から栄養素を過不足なく摂取する 3) ルーメン環境の適正維持と絨毛の発達促進 良質粗飼料を活用して TMRで給与する 分娩前の濃厚飼料の給与比率を3 割程度 移行期はほぼ同じ粗飼料構成にする
栄養管理による周産期病の予防 周産期病が予防できると 酪農家の収益が増加する : 周産期病が発生すると 治療の経費 乳量減少 淘汰などによる減収が大きい 生理機能に基づいた栄養管理の改善 乾物摂取量と飲水量の増加による栄養生理機能の改善
動物の恒常性と適応 1) 動物の恒常性維持機能 : 動物は常に変動する体外からの情報を受け取り それに適切に対応しながら 体内の生理機能を常に一定の範囲内に維持して 健康を保っている 2) 適応の重要性 : 外部環境あるいは体内の変化に対して 神経系 内分泌系 免疫系などの機能を高めて 体内の変化を最小限にする
図 環境の変化に対する動物の適応 環境ー動物 -- 分娩時の生理的適応は? 環境の変化 体内平衡の乱れ センサー 神経系など 体内の変化 体内平衡の回復 体内代謝の反応 中枢神経系神経 内分泌 免疫系 適応栄養素
図 アルファルファ区 ( ) とク ラス区 ( ) の血漿中 Ca 濃度と副甲状腺ホルモン (PTH) 血漿中 Ca(mg/dl) 11 10 9 Alfalfa Grass H(pg/ml) 血漿中 PT 1000 800 600 400 200 Alfalfa Grass 8-14 0 14 28 42 56 分娩前後 ( 日 ) 0-14 -7 0 7 分娩前後 ( 日 ) 乳牛は分娩前後の生理的危機を常に正常化するように機能する ( 栄養管理はそれを助けることが重要 )
良質粗飼料を活用した エネルギー代謝の改善 良質粗飼料は消化率が高く 乾物摂取量が増加する 高泌乳牛は飼料の利用効率 ( 吸収率 代謝率 ) が向上 -- 乳量増加につながる
給与飼料 ( サイレージ ) の成分含量 (DM%) : トウモロコシサイレーシ は大豆粕を添加 イネ科牧草アルファルファトウモロコシ CP 11.9 18.3 11.1 NDF 61.9 44.9 37.8 ADF 37.2 35.3 23.3 NDICP 2.6 2.4 0.7 ADICP 0.6 1.1 0.5 ADL 4.6 7.0 3.2 EE 4.2 4.3 3.2 Ash 6.9 10.5 5.3
図 サイレージの TDN と飼料中 ADF ADL 含量の関係 TD (% %) 80 75 70 65 60 y = -0.76x + 92.13 R² = 0.57 TD (% %) 80 75 70 65 60 y = -2.61x + 80.93 R² = 0.85 55 55 50 50 20 25 30 35 40 45 2 4 6 8 10 ADL(%) ADF(%) 良質粗飼料は TDN が高い (70% 以上 )
図 乾乳牛と泌乳牛 ( 粗濃比 :60:40 乳量 : 30.1kg) のエネルギー代謝 (HP; 熱発生量 ) エネルギー (M MJ/ 日 ) 160 120 80 40 400 蓄積 HP メタン 300 尿糞 (MJ/ 日 ) エネルギー ( 200 100 蓄積乳 HP メタン尿糞 0 0 オーチャート ク ラスアルファルファコーン泌乳牛 TDN(%) 67.8 62.7 74.5 69.7 代謝率 (%) 52.8 51.7 59.6 59.8 HP(MJ/ 日 ) 85.2 71.6 76.0 113.0
図 アルファルファ給与区 ( ;n=4) とコーン + アルファルファ給与区 ( ;n=4) の乾物摂取量と乳量 25 50 乾物摂摂取量 (kg/ 日 ) 20 15 10 乳量 (kg/ 日 ) 40 30 5-14 -7 0 7 14 分娩前後 ( 日 ) 20 0 7 14 分娩前後 ( 日 ) 高泌乳牛 : 分娩直後の乳量の急増が特徴
図 アルファルファ給与区 ( :n=4) とコーン + アルファルファ給与区 ( :n=4) の血液成分 血漿グルココース (mg/dl) 100 80 60 40-14 -7 0 7 14 分娩前後 ( 日 ) 血漿 NEFA (meq/l) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 分娩後の血漿中遊離脂肪酸の急増とその後の回復 0-14 -7 0 7 14 分娩前後 ( 日 )
周産期の乳牛の飼養管理 : グラス区は遺伝的能力を満たしていない飼い方 30 50 DMI (kg/ 日 ) 25 20 15 10 5-4 -2 0 2 4 6 8 10 分娩後 ( 週 ) 乳量 (kg/ 日 ) 40 30 0 2 4 6 8 10 分娩後 ( 週 ) 図 アルファルファ給与区 ( ;n=7) グラス給与区 ( ;n=6) コーン + アルファルファ給与区 ( ;n=4) の乾物摂取量と乳量分娩後の粗濃比 : 50:50( グラス アルファルファ ) 60:40( コーン ). 分娩前の粗濃比 :70:30( 各給与区とも )
泌乳牛の体重と DMI/ 体重 : 目標 : 泌乳前期の DMI/ 体重を 4% 以上 800 4 体重 (kg kg) 750 700 650 DMI/ 体重 (%) 3 2 600-4 -2 0 2 4 6 8 10 1-4 -2 0 2 4 6 8 10 分娩前後 ( 週 ) 分娩前後 ( 週 ) 図 グラス給与区 ( ) アルファルファ給与区 ( ) コーン + アルファルファ給与区 ( )
アルファルファとグラスサイレージ給与牛の乾物摂取量と反芻胃内滞留時間の関係 ( 上田ら 2004) 50 45 OG AL 反芻胃内滞留留時間 (h) 40 35 30 25 20 サイレージ大飼料片小飼料片 15 16 18 20 22 24 26 28 乾物摂取量 (kg/day) アルファルファは消化管通過速度が速い :DMI が多いサイレージ ( 約 2cm), 大飼料片 (5mm), 小飼料片 (1mm)
T D N 充足率 ( % ) 泌乳牛のエネルギーとタンパク質 100 80 60 の充足率 ( 日本飼養標準 ) 0 2 4 6 8 10 分娩後 ( 週 ) C P 充足率 ( % ) 図 アルファルファ給与区 ( ;n=7) グラス給与区 ( ;n=6) コーン + アルファルファ給与区 ( ;n=4) の TDN と CP 充足率 120 100 80 60 0 2 4 6 8 10 分娩後 ( 週 ) グラス給与区では乳量が少なく TDN の充足率も低い : 周産期の栄養管理でもっとも問題の多い飼養法
泌乳牛の Ca と P の充足率 ( 日本飼養標準 ) C a 充足率 (% ) 140 120 100 80 60 40 0 2 4 6 8 10 分娩後 ( 週 ) P 充足率 (% ) 100 80 60 0 2 4 6 8 10 分娩後 ( 週 ) 図 アルファルファ区 ( ;n=7) グラス区 ( ;n=6) コーン + アルファルファ区 ( ;n=4) の TDN と CP 充足率 ミネラルでは P の充足率が低い
表, アルファルファ給与牛の 繁殖成績 ( 山田ら ) ク ラス区アルファルファ区 例数 14 13 初回排卵 日 35±18 37±19 受胎までの日数 94±33 102±30 受精回数 回 1.4±0.7 2.0±0.9 受胎頭数 13/14 12/13
図 乾乳牛と泌乳牛 ( 乳量 :29.5kg) の水摂取量と水損失量 80 80 80 80 100 100 100 100 120 120 120 120 日 ) 乳尿糞 80 80 80 80 100 100 100 100 120 120 120 120 日 ) 代謝水代謝水代謝水代謝水飼料水飼料水飼料水飼料水飲料水飲料水飲料水飲料水 0 20 20 20 20 40 40 40 40 60 60 60 60 80 80 乾乳牛乾乳牛乾乳牛乾乳牛泌乳牛泌乳牛泌乳牛泌乳牛水損失水損失水損失水損失 (kg/ (kg/ (kg/ (kg/ 日糞蒸発蒸発蒸発蒸発 0 20 20 20 20 40 40 40 40 60 60 60 60 80 80 乾乳牛乾乳牛乾乳牛乾乳牛泌乳牛泌乳牛泌乳牛泌乳牛水摂取水摂取水摂取水摂取 (kg/ (kg/ (kg/ (kg/ 日乳牛は分娩直後に大量の飲料水を必要とする
表 乾物摂取量 (DMI) 水摂取量 (TWI) と 飲水量 (DWI) の比較 (kg/ 日 ) 乾乳牛泌乳牛泌乳牛 / 乾乳牛 DMI 7.7 20.7 2.69 TWI 30.3 98.4 3.25 DWI 16.0 77.6 4.85 分娩前と比較して 泌乳牛では乾物摂取 量の増加率よりも飲水量の増加率が高 い : 水が飲めないと代謝異常になる
ミネラル栄養の改善による 乳熱の予防 カリウム摂取量の低減による乳熱予防 イオンバランスによる乳熱予防
NRC2001 の乳熱予防法 1) 飼料中のKあるいはNaの低減 飼料配合 コーンサイレーシ 利用によるK 低減 2) 陰イオン塩の給与 (Na+K)-(Cl+S) の式で0ミリ当量 /kg 程度 3)Mg 剤の給与 分娩前の飼料中 Mg 含量 :0.35-0.40% 4)CaとPの給与 適正なCa 給与量は未定 P 給与量は40-50g ( 分娩前のDMIが増加したため Caの低減はほとんど不可能 )
図 アルファルファ給与区 ( ) とコーン + アルファルファ給与区 ( ) の血漿 Ca と Pi 濃度 11 (mg/dl) 血漿中 Ca 10 9 8 血漿 Pi (mg/dl) 6 4 7-14 -7 0 7 分娩前後 ( 日 ) 2-14 -7 0 7 分娩前後 ( 日 ) 血漿 Ca と Pi 濃度を正常に維持して 乳熱を予防する
図 アルファルファ給与区 ( ) とコーン + アルファルファ給与区 ( ) の血漿 PTH と活性型ビタミン D 濃度 1000 500 150 100 50 血漿中 PTH (pg/ml) 血漿 1,25( (OH)2D (pg/ml) 0-14 -7 0 7 分娩前後 ( 日 ) 0-14 -7 0 7 分娩前後 ( 日 ) 血漿中副甲状腺ホルモンと活性型ビタミン D は分娩直後に急増して 乳熱を予防する
乳牛の分娩前後の Ca 代謝 ( 乳熱予防に対する適応反応 ) 副甲状腺ホルモン分泌 腎臓 :Ca 再吸収 (PTH) 活性型 VD 分泌 骨吸収の増加小腸のCa 吸収増加 (PTH 受容体 ) ( ビタミンD 受容体 ) 分娩時における Ca 代謝の正常化
表 乳牛のCa K 摂取量と乳熱発生 低 Ca 血症 (7.5mg/dl 以下 ) の関係 (Goff,1997) 飼料中 K 1.1% 2.1% 3.1% Caの影響 Ca, 0.5%( 発生頭数 / 供試頭数 ) 乳熱発生 0/10 4/11 8/10 12/31 低 Ca 血症 9/10 11/11 10/10 30/31 Ca, 1.5% 乳熱発生 2/10 6/9 3/13 11/32 低 Ca 血症 9/10 9/9 12/13 30/32 Kの影響 (K 含量が2.1% 以上で乳熱増加 ) 乳熱発生 2/20 10/20 11/23 低 Ca 血症 18/20 20/20 22/23
図 乳牛のカリウム摂取量と尿量の関係 400 乳尿糞 30 y = 0.0688x + 2.4733 R² = 0.943 K 出納 (g/ 日 ) 300 200 100 蓄積 尿量 (k kg/ 日 ) 20 10 0 乾乳牛 泌乳牛 0 0 100 200 300 400 500 尿中 K 排泄量 (g/ 日 ) カリウム排泄のために大量の飲料水が必要になる : 水が不足するとカリウムを排泄できない
表. 乾乳牛の K 出納 牧草牧草 + トウモロコシ トウモロコシ (n=24) (n=4) (n=6) DMI kg/ 日 7.9a 7.2 6.8b 水摂取量 kg/ 日 34.0a 24.8b 18.1b 尿量 kg/ 日 13.7a 9.4 7.5b 飼料中 K % 2.7a 1.8b 1.3b K 摂取量 g/ 日 210a 132b 86b K 尿中排泄量 165a 113 65b K 蓄積量 14-7 2 a,b P<0.05
(Charbonneau ら 2006) 図 DCAD(5 種類の式 ) 給与と乳熱の関係
移行期の栄養管理のポイント 1. 分娩後の乾物摂取量を早期に高め て エネルギーや栄養素の充足を早め るための精密な栄養管理 ( 飼料設計 ) 2. 乳牛の健康を維持し 分娩前後の代 謝障害 繁殖障害を減らすための適切 な栄養管理 ( イオンバランスなど ) 高品質粗飼料を活用した乳量増加 疾 病予防 繁殖成績改善