Lypsylehmien lisääntymishoito – tulevaisuus

Lypsykarjan terveydenhoito on maailmanlaajuisesti radikaalin muutoksen vaiheessa. Muutoksen taustalla on monia tekijöitä, kuten lypsylehmien lisääntymishallintaa tukevien tekniikoiden massiivinen lisääntyminen, kiintiöiden poistaminen (Euroopassa) ja karjan/tilan koon merkittävä kasvu. Esimerkiksi Irlannilla on kunnianhimoisia suunnitelmia lisätä maidontuotantoa 50 prosentilla, ja tämä on tarkoitus saavuttaa lisäämällä karjakokoa ja lisäämällä maidontuotantoa lehmää kohti. Tässä asiakirjassa pyritään yksilöimään joitakin muutoksia, jotka helpottavat tuotannon lisäämistä, lypsylehmien terveyden parantamista ja lisääntymishallintaa.

Euroopassa lypsykarjan koko ja lukumäärä ovat pysyneet pitkälti ennallaan vuodesta 1984 vuoteen 2015. Huhtikuusta 2015 alkaen kiintiöt on poistettu, mikä antaa mahdollisuuden laajentumiselle, joka tapahtuu todennäköisesti sekä lehmien tuotoksen että lehmien lukumäärän kasvuna. Irlannissa Food Harvest 2020 -raportissa (ja Foodwise 2025 -raportin tukemana) käsitellään maidontuotannon laajentamista 50 prosentilla vuosina 2015-2020. Alankomaissa on meneillään samanlainen laajeneminen, vaikka kokonaisfosfaattirajat aiheuttavat haasteita lehmämäärän kasvulle kyseisessä maassa. Tässä katsauksessa keskitytään tiedonhallinnan, ravitsemusstrategioiden, geneettisten strategioiden, tautien torjunnan, täsmäkarjatalouden (hormonihoidot ja anturiteknologiat) ja urospuolisten hedelmällisyyden aloilla tapahtuvaan kehitykseen, jolla on potentiaalinen vaikutus maidontuotannon, lehmien terveyden ja hedelmällisyyden lisäämiseen.

Geneettiset strategiat lisääntymiskyvyn lisäämiseksi

2000-luvun alkupuoliskolle asti maidontuottajamaiden maidon geneettiset valintaohjelmat valikoivat maitoeläinten osalta perinteisesti pääasiassa maitotuotoksen perusteella, usein muiden maitotuotannolle olennaisten ominaisuuksien (hedelmällisyys mukaan luettuna) ja terveydentilaa koskevien kustannuksella. Tämän vuosisadan alkupuolella jalostusohjelmat alkoivat sisällyttää hedelmällisyyttä (esim. ottamalla mukaan pitkäikäisyyden ja poikimavälien kaltaisia ominaisuuksia) ja terveyttä osana valintaominaisuuksia. Näiden ominaisuuksien sisällyttäminen ohjelmaan on auttanut kääntämään joitakin aikaisempia suuntauksia, jotka johtivat hedelmällisyyden vähenemiseen. Viimeisten 15 vuoden aikana on nyt tunnustettu, että sekä pitkäikäisyyden (lisääntynyt) että poikimavälien (vähentynyt) suuntaukset ovat parantuneet. Hedelmällisyysominaisuuksien sisällyttämisessä jalostusohjelmiin suurena haasteena on ollut kehittää fenotyyppejä, joiden periytyvyys on kohtuullinen. Esimerkiksi monilla hedelmällisyysominaisuuksilla on tyypillisesti vain alhaiset periytyvyysarviot (esim. 0,1, kun taas monilla kasvu- ja ruho-ominaisuuksilla periytyvyys on 0,25-0,5). Toinen suuri ongelma monien hedelmällisyysominaisuuksien osalta on helposti mitattavien fenotyyppisten ominaisuuksien tai genomisten markkereiden (yhden nukleotidin polymorfismit; SNP:t) olemassaolo, jotka korreloivat sopivien hedelmällisyysominaisuuksien kanssa.

Mahdollisuudet uusien ominaisuuksien valintaan, jotka voitaisiin sisällyttää jalostusohjelmiin, saattavat nyt avautua. EU:n rahoittaman ”Genotype plus Environment” (GplusE) -hankkeen monien tavoitteiden joukossa on uusien uusien maitopohjaisten fenotyyppien tunnistaminen, joita voidaan käyttää perinteisten, mutta myös vaikeasti mitattavien, kirjattavien ja valittujen ominaisuuksien, kuten hedelmöittymisprosentin ja kohtuterveyden, ennustajina (www.gpluse.eu). Hankkeen tavoitteena on kehittää muun muassa uusia maitopohjaisia ominaisuuksia, jotka korreloivat lypsylehmien terveys- ja hedelmällisyysominaisuuksien kanssa ja ennustavat niitä. Käytettäviä strategioita ovat muun muassa maidon keski-infrapunaspektrin (MIR), maidon aineenvaihduntatuotteiden ja maidon immuno-gammaglobuliini (IgG) -fraktion glykaanien mittaaminen. Hankkeessa nämä uudet mitattavat ominaisuudet yhdistetään hedelmällisyys- ja terveysominaisuuksiin, ja sitten sekä uudet että perinteiset ominaisuudet yhdistetään uusiin genomisiin merkkiaineisiin (SNP:t), mikä helpottaa tulevaisuudessa parempia valintastrategioita. Tämän hankkeen ja muiden laboratorioiden työn tuloksena pitäisi syntyä lisää hedelmällisyyden SNP:tä, jotka voivat tehostaa geneettistä valintaa hedelmällisyyden parantamiseksi.

Uudet välineet ja sovellukset uusiin fenotyyppeihin, joita voidaan käyttää maitoalalla

Dublinin yliopistokollegion hiljattainen työ on johtanut kohtuterveyden glykaanimarkkereiden kehittämiseen. Tästä on kehitetty patenttihakemus (PCT/EP2014/068734: ”Methods for predicting, diagnosing or monitoring infections or conditions”). Lisäksi on kehitetty maitopohjaisia glykaanimarkkereita, joiden avulla voidaan ennakoivasti tunnistaa lehmät, joiden istukkakalvot ovat säilyneet. Tällaiset maidosta helposti mitattavat biomarkkerit antaisivat karjankasvattajille mahdollisuuden valita lehmiä, joilla on taipumus parantaa kohdun terveyttä, ja näin ollen siirtyä kohti lehmiä, joiden hedelmällisyys on lisääntynyt.

Vaikka koeputkihedelmöitys (IVF) ja alkionsiirto ovat nykyään merkittäviä välineitä geneettisen valinnan lisäämiseksi naaraspuolella Bos indicus -nautojen kohdalla, moninkertainen ovulaatio ja alkionsiirto ovat tällä hetkellä kustannustehokkaampi menetelmä Bos Taurus -nautojen kohdalla (mukaan luettuina kaikki merkittävät lypsykarjarodut): Holstein-Friesian, Brown Swiss, Jersey jne.) populaatiotasolla. Tämä johtuu siitä, että Bos Taurus -rodut tuottavat vain 5-20 follikkelia follikkeliaaltoa kohti, mikä ei riitä riittävään määrään munasoluja, jotta niitä voitaisiin viljellä tehokkaasti IVF-menetelmää varten.

Ravitsemusstrategiat lisääntymisen parantamiseksi

Nykyaikaiset lypsylehmät on valikoitu pääasiassa korkeaan maitotuotokseen varhaislaktaatiokauden alkupuolella, mikä liittyy erittäin korkeaan kykyyn mobilisoida elimistön varantoja kyseisenä ajanjaksona. Tammingan ym. tutkimuksessa, jossa oli viisi tuotantokoetta, joissa oli mukana 295 lehmää, laskelmat osoittivat, että lehmät voivat tuottaa energiavarastoista jopa 120-550 kg maitoa (keskimäärin 324 kg). Kahdeksan viikon aikana käyttöön otettiin enimmillään 41,6 kg tyhjää ruumiinpainoa, 30,9 kg rasvaa ja 4,6 kg valkuaista. Useimmat lehmät pystyvät selviytymään tästä metabolisesta kuormituksesta, joka määritellään seuraavasti: ”maidon synteesin ja erittymisen aiheuttama kokonaisenergiakuormitus, joka voidaan kattaa mobilisoimalla kehon varantoja” . Metabolinen stressi määritellään kuitenkin ”aineenvaihdunnalliseksi kuormitukseksi, jota ei voida ylläpitää tällä mobilisoinnilla ja joka johtaa joidenkin energeettisten prosessien, myös yleistä terveyttä ylläpitävien prosessien, säätelyyn alaspäin”. Näin ollen elimistön reservien ”liiallinen” mobilisointi NEB-jakson aikana on keskeinen tekijä nykyaikaisen lypsykarjan tautialttiuden kannalta. Lisäksi poikimisen jälkeisen energiatasapainon lisäksi myös ennen poikimista tapahtuvalla kehon kunnon heikkenemisellä on merkittäviä seurauksia aineenvaihduntatilanteeseen, maidon koostumukseen ja myöhempään terveyteen, ja se olisi tunnustettava.

Geneettisesti ja hormonaalisesti ohjattua kehon mobilisointia pahentaa entisestään vakava epäsuhta energiantarpeen ja lehmän energianottokyvyn välillä . Jälkimmäiseen vaikuttaa usein vielä kielteisemmin sekä ruoansulatuskanavan että yleisen välittäjäaineenvaihdunnan riittämätön sopeutuminen ja usein lisääntynyt sairauksien esiintyvyys poikimisen jälkeisenä aikana . Rehun maksimaalinen saanti tapahtuu tavallisesti 6-8 imetysviikolla, mikä on paljon myöhemmin kuin huipputuotanto, minkä vuoksi lehmät ovat yleensä negatiivisessa energiatasapainossa 5-7 viikkoa synnytyksen jälkeen.

Nykyaikaisten lypsylehmien heikentyneen hedelmällisyyden osatekijöitä ovat muun muassa munasarjojen normaalin syklin viivästynyt jatkuminen, kohdun terveys, kiimaoireiden vähäisempi ilmaantuvuus ja alhaisemmat tiinehtyvyysprosentit ensimmäiseen ja myöhempiin siemennyksiin. Jälkimmäinen johtuu pääasiassa alkio- ja sikiökuolemien lisääntyneestä esiintyvyydestä. Aineenvaihdunnallisen stressin ja heikentyneen hedelmällisyyden välisen yhteyden mekaanisista taustoista nykyaikaisilla synnytyksen jälkeisillä lypsylehmillä on julkaistu asiaa käsitteleviä katsausartikkeleita.

Transitiolehmien hoitostrategiat keskittyvät pääasiassa auttamaan lehmiä selviytymään aineenvaihdunnallisesta kuormituksesta optimoimalla terveyttä, minimoimalla stressiä (esimerkiksi minimoimalla ryhmämuutokset tai annosmuutokset), stimuloimalla kuiva-aineen syöntiä ja immuunijärjestelmän toimintaa. Eläinlääkärillä on hyvät mahdollisuudet seurata säännöllisesti karjanhoitoa ja mukauttaa sitä. LeBlanc ja Mulligan et al. määrittelivät keskeiset kysymykset, joita eläinlääkärin olisi käsiteltävä, jotta hän voisi optimaalisesti ohjata viljelijäasiakkaita optimoimaan siirtymävaiheen lehmien hoitoa.

Lisäksi sellaisten ruokavalioiden käyttö, jotka on erityisesti suunniteltu parantamaan hedelmällisyyttä torjumalla negatiiviseen energiatasapainoon liittyviä mekanismeja tai tukemalla tiettyä reittiä, joka on välttämätön onnistuneelle hedelmällisyydelle, on aina ollut erittäin houkutteleva tapa kiertää lisääntymiskyvyn heikkeneminen varhaislaktaation aikana . Vaikka lisääntymisjärjestelmään tiedetään vaikuttavan useita hormoneja, jotka osallistuvat myös sopeutumiseen korkeaan maidontuotantoon (esim. kasvuhormoni, GH, insuliinin kaltainen kasvutekijä I, IGF-I ja leptiini), vain insuliinin tiedetään reagoivan suhteellisen herkästi annoksen koostumuksen muutoksiin . Munarakkuloissa on insuliinireseptoreita, ja lehmillä, joiden perifeeriset insuliinitasot ovat alhaisemmat välittömästi synnytyksen jälkeen, munasarjojen palautuminen synnytyksen jälkeen ja normaali syklisyys viivästyvät, ja muun muassa riski sairastua kystiseen munasarjasairauteen on suurempi. Tämän vuoksi välittömästi synnytyksen jälkeisenä aikana on suositeltu glukogeenista ruokintaa, jolla pyritään nostamaan perifeerisiä insuliinipitoisuuksia ja edistämään munasarjojen normaalia palautumista . Insuliinilla on kuitenkin osoitettu olevan haitallisia vaikutuksia munasolujen ja alkioiden pätevyyteen, ja sen on osoitettu stimuloivan progesteronin (P4) entsymaattista kataboliaa maksassa . Jälkimmäinen viittaa siihen, että glukogeenisistä ruokavalioista on hyötyä vain silloin, kun niitä tarjotaan välittömästi synnytyksen jälkeisenä aikana, kun taas niitä olisi vältettävä, kun lehmiä siemennetään.

Ruokavalioiden, jotka johtavat korkeisiin perifeerisiin ureapitoisuuksiin, mainitaan yleisesti liittyvän alhaisempiin tiineyslukuihin alkioon kohdistuvien haitallisten vaikutusten vuoksi . Mekanistiset reitit, joiden kautta tämä haitallinen vaikutus voi aiheutua, ja perifeerisen ureapitoisuuden kynnysarvo ovat kuitenkin edelleen keskustelun aiheena. Erityistä huomiota olisi tältä osin kiinnitettävä soijajauhon lisäämiseen annoksen pääasiallisena valkuaislähteenä. Tuoreessa tutkimuksessa osoitettiin, että kaupallisesti saatavilla oleva soijajauho sisältää isoflavoneja sellaisina pitoisuuksina, että ne voivat lisätä estrogeenisesti aktiivisten isoflavonimetaboliittien (ekvoli, O-desmetyyliangolensiini, dihydrodaidzeiini) pitoisuuksia veressä korkeatuottoisilla lypsylehmillä synnytyksen jälkeen, vaikka sitä annettaisiinkin suhteellisen vähäisiä määriä (keskimäärin 1,72 kg päivässä). Rypsirouheeseen verrattuna soijalisäykseen liittyi lisäksi angio- ja steroidogeneesin väheneminen keltarauhasen (CL) tasolla, joka perustui biopsianäytteenottoon esteruiskierron 9. päivänä . Vaikutusta perifeeriseen progesteronipitoisuuteen ei kuitenkaan voitu osoittaa poikimisen jälkeisten kolmen ensimmäisen pötsijakson aikana . Vaikka kyseisen tutkimuksen tulokset viittaavat soijaruokinnan kielteisiin vaikutuksiin CL:n toimintaan äskettäin poikineilla lypsylehmillä, tämän vaikutuksen vaikutus perifeeriseen progesteronipitoisuuteen ja siten täydennysravintoa saaneiden lehmien kokonaishedelmällisyyteen vaatii lisätutkimuksia.

Rasvojen lisääminen on toinen strategia, jota on testattu laajalti lypsylehmien heikentyneen lisääntymiskyvyn vähentämiseksi. Tutkimus, jossa pyrittiin minimoimaan negatiivinen energiatase vähentämällä maidon rasvasynteesiä ja siten rajoittamalla maidon kautta tapahtuvaa energiantuottoa täydentämällä annosta eksogeenisilla rasvoilla, ei onnistunut, koska lehmät yksinkertaisesti tuottivat enemmän maitoa, kun NEB:tä vähennettiin . Omega-6-rasvahapoilla uskotaan olevan tulehdusta edistäviä ja siten prostaglandiini F2-alfaa (PGF) stimuloivia ominaisuuksia, mikä tekee niistä erityisen arvokkaita alkuvaiheessa synnytyksen jälkeen, kun taas omega-3-rasvahapot voivat heikentää tätä tulehdusta edistävää vaikutusta, mikä lisää alkion selviytymismahdollisuuksia, kun niitä täydennetään hedelmöityshoitoaikana . Valitettavasti tutkimustulokset antavat harvoin yksimielisyyttä tästä aiheesta. Näiden rasvaravintostrategioiden seuraukset munasolujen ja alkioiden laatuun ovat edelleen kiehtova keskustelunaihe. Rasvasyöttö voi muuttaa varhaisen ja vanhemman alkion kasvavan ja kypsyvän munasolun mikroympäristöä ja siten vaikuttaa lisääntymistulokseen . Tutkimukset ovat osoittaneet, että ruokavalion aiheuttama hyperlipidemia voi olla haitallista alkion kehitykselle ja aineenvaihdunnalle . Tähän mennessä tutkimustulokset ovat kuitenkin edelleen jossain määrin ristiriitaisia, mikä johtuu todennäköisesti eroista käytetyissä rasvalähteissä, ruokavaliossa ja lisäannoksen kestossa sekä koejärjestelyissä yleensä . Lisäksi lypsävien lypsylehmien perifeerinen veri sisältää sekoituksena sekä ravinnosta että elimistön kudosten hajoamisesta peräisin olevia rasvahappoja, joista jälkimmäisiä on runsaasti välittömästi synnytyksen jälkeen ja jotka sisältävät runsaasti tyydyttyneitä rasvahappoja . Erityisesti jälkimmäisten on osoitettu vaikuttavan merkittävästi haitallisesti sekä munasolujen että alkioiden laatuun .

Lisävitamiinien ja kivennäisaineiden lisäämistä ruokavalioon on usein ehdotettu ”kultaiseksi luodiksi” lehmien hedelmällisyyden heikkenemisen vähentämiseksi eri kaupallisten eturyhmien toimesta, vaikka nykyaikaisen lypsykarjan optimaalisen lisääntymistehokkuuden vaatimukset ansaitsevat huolellisen uudelleenarvioinnin hyvin suunnitellun tieteellisen tutkimuksen perusteella . Yleensä karjankasvattajat hyväksyvät nämä ”lisäravinteita koskevat ratkaisuehdotukset” helposti, koska niihin ei liity lisätyövoimaa, joka on usein karjankasvattajien ensisijainen rajoitus. Sen toteaminen, onko näiden yhdisteiden määrä annoksessa riittävä, on usein hyvin vaikeaa eläinlääkärille, koska yleensä on mahdotonta edes arvioida näiden aineiden pitoisuutta karkearehun perusannoksessa. Karjoissa, joissa lehmille annetaan suuria määriä väkirehua huipputuotoksen ylläpitämiseksi välittömästi synnytyksen jälkeisenä aikana, erityisten puutostilojen riski on pienempi, koska väkirehua täydennetään yleensä runsaasti vitamiineilla ja kivennäisaineilla. Erityistä huomiota olisi kiinnitettävä E-vitamiiniin ja seleeniin, koska ne vaikuttavat immuunivasteeseen ja alkioiden laatuun. Jälkimmäistä tukee äskettäinen havainto, jonka mukaan karjoissa, joilla oli tokoferolivaje kuivikekaudella, 1000 IU:n viikoittainen 1000 IU:n E-vitamiinin injektiohoito kolmen viimeisen tiineysviikon aikana ei ainoastaan vähentänyt istukan irtoamista ja kuolleena syntymistä, vaan myös vähensi merkittävästi tiinehtymishäviöitä (20,5 % verrattuna 12,5 %:iin; P < 0,01) .

Tartuntatautien hallinta

Lypsykarjan hedelmällisyyttä hoitavien eläinlääkäreiden olisi säännöllisesti arvioitava karjan terveydentila sellaisten taudinaiheuttajien varalta, joiden tiedetään heikentävän lisääntymistehokkuutta. Leptospira hardjon, naudan virusripulin tai herpesvirusten kaltaisten taudinaiheuttajien aiheuttamien infektioiden tiedetään vähentävän tiinehtymisastetta, kun taas Neospora caninum -tartunnat ja uudet virukset, kuten bluetongue-virus, voivat aiheuttaa sikiötappioita ja abortteja. Naudan herpesviruksella 4 on raportoitu olevan tropismi kohdun limakalvon soluihin, ja sen vuoksi sitä olisi erityisesti seurattava ja valvottava kohdun sairauksista kärsivissä karjoissa erityisesti silloin, kun muut riskitekijät on valvottu tai suljettu pois. Jatkuvan huolellisen seurannan ja asianmukaisten bioturvallisuussuunnitelmien lisäksi saatetaan tarvita asianmukaisten rokotusprotokollien sisällyttämistä, jotta estetään uusien taudinaiheuttajien kulkeutuminen karjaan ja leviäminen karjan sisällä.

Bakteeritautien joukossa erityisen kiinnostavaa on kohdun sairauksien minimointi. Nautaeläimillä kohdun bakteerikontaminaatio on yleistä synnytyksen yhteydessä. Tämä ei kuitenkaan automaattisesti merkitse kohdun sairauden ja sitä seuraavien hedelmällisyysongelmien syntymistä. Yleisesti ottaen patogeenin läsnäolon lisäksi kohdun immuunitoiminnan heikentyminen mahdollistaa bakteeripopulaatioiden siirtymisen ja taudin syntymisen jopa 20 prosentissa eläimistä. Huolimatta siitä, että on julkaistu useita julkaisuja, joissa on pyritty pääsemään yleiseen yhteisymmärrykseen synnytyksen jälkeisten kohtutautien määritelmistä, jotka perustuvat pääasiassa kliinisiin oireisiin , määritelmistä vallitsee edelleen paljon epäselvyyttä eläinlääkäreiden keskuudessa. Tämä määritelmien epäselvyys johtaa siihen, että alalla sovelletaan monenlaisia ennaltaehkäiseviä ja parantavia hoitoprotokollia, joista monet eivät ole tieteellisesti todistetusti tehokkaita. Viimeaikaisessa kirjallisuudessa korostetaan erityisesti subkliinisen endometriitin suurta esiintyvyyttä korkeatuottoisissa karjoissa. Tämän häiriön diagnosointi perustuu kohdunsisäiseen näytteenottoon sytologista tutkimusta varten, jota ei tällä hetkellä tehdä rutiininomaisesti. Tämän vuoksi Pascottini ym. raportoivat sytotapin käytöstä, joka mahdollistaa näytteenoton varhaisessa vaiheessa synnytyksen jälkeen ja siemennyksen aikana ja helpottaa kohdun sytologian profilointia toistuvasti kasvatettavilla lehmillä. Yleisesti hyväksytty tarve minimoida antibioottien käyttö lehmillä olisi ulotettava koskemaan myös kohtutulehdusten hoitoa. On tärkeää määrittää eri kohtutautien riskitekijät ja suunnitella ennaltaehkäisy- ja torjuntaohjelmia tautien esiintyvyyden vähentämiseksi.

Tarkkuuseläintuotannon käyttö

Oestrouksen havaitseminen

Traditionaalisiin lähestymistapoihin lisääntymishoidossa ja keinosiemennyksen käytössä on kuulunut joko silmämääräinen havainnointi oestrouskäyttäytymisessä tai kiinteä-aikaisten keinosiemennysprotokollien käyttö (esim, OVSYNC ).

Korkeiden keinosiemennysprosenttien saavuttaminen, jotka ovat ratkaisevia 365 päivän poikimavälien saavuttamiseksi kausikohtaisesti poikivissa karjoissa, edellyttää tehokasta ja käytännöllistä keinoa tunnistaa kukin tiinehtyvä lehmä. Asennettavaksi seisomista pidetään tärkeimpänä käyttäytymisen merkkinä, jonka avulla voidaan tunnistaa kiima-aika, ja sitä käytetään oikean siemennysajankohdan määrittämiseen. Sekä fyysistä aktiivisuutta että kiinnittymisaktiivisuutta, jotka johtuvat lisääntyneestä estradiolituotannosta ovulaatiota edeltävän follikulaarivaiheen aikana, voidaan seurata eri tavoin. Kiiman havaitsemisprosentti vaihtelee karjakohtaisesti, ja yleensä 30-70 prosenttia lehmistä, jotka käyttäytyvät tiinehtyneesti, havaitaan tiinehtyneinä. Optimaalisella optimaalisella näköhavainnoinnilla 20 minuutin ajan viisi kertaa päivässä voidaan saavuttaa 90-95 prosentin kiiman havaitsemisaste, mutta sitä pidetään työläänä ja aikaa vievänä. Pienemmällä havainnointitiheydellä saavutetaan alhaisempi tiineyden havaitsemisaste erityisesti korkeatuottoisemmilla lehmillä (esim. vain 70 % lehmistä havaitaan tiineydessä kahdella tai kolmella 30 minuutin pituisella havainnointijaksolla).

Lisäksi korkeatuottoisilla holstein- friisiläisillä lypsylehmillä niiden lehmien prosenttiosuus, jotka seisovat pystyssä, jotta muut lehmät voisivat ratsastaa heitä, on pienentynyt, minkä vuoksi tiineyden havaitseminen on vaikeampaa. Roelofs ym. havaitsivat, että vain 58 prosenttia lehmistä havaittiin seisovassa tiineydessä. Tämä puolestaan vähentää keinosiemennystä ja heikentää siten merkittävästi lisääntymistehokkuutta.

Esityskäyttäytymisen havaitsemiseen perustuva menestyksekäs lisääntymistehokkuus edellyttää, että suurimmalla osalla lehmistä on havaittava oestron alkaminen tarkasti ja siemennettävä 4-16 tuntia myöhemmin . Tämä johti yleiseen käytäntöön, jossa lehmät jalostetaan am-pm-säännön mukaisesti, mikä edellyttää, että lehmiä tarkkaillaan tiinehtymisen varalta viisi kertaa päivässä, aamulla tiinehtyvät lehmät siemennetään samana iltana ja klo 12 jälkeen tiinehtyvät lehmät.00:n jälkeen keskipäivällä siemennetään seuraavana aamuna (kiiman alkaminen määritellään ensimmäiseksi havaintojaksoksi, jolloin lehmän havaitaan seisovan, jotta muut karjakaverit tai kiusaajasonni voivat nousta sen selkään).

Kiiman havainnointiin perustuva lähestymistapa on toiminut hyvin karjoissa, jotka ovat valmiita panostamaan aikaa ja vaivaa hyvään ja tarkkaan kiiman havaitsemiseen. Se edellyttää kuitenkin huomattavaa työpanosta, hyvää lehmien tunnistusta ja lehmien estruksen havaitsemiseen koulutettua henkilökuntaa.

Etruksen havaitsemiseen käytettävät anturit

Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana on kehitetty erilaisia järjestelmiä estruksen havaitsemisen automatisoimiseksi eriasteisella menestyksellä.

Painesensorit

Varastoitavien seisovien karjujen ominaispiirteistä estruskäyttäytymistä voidaan tarkkailla käyttämällä järjestelmiä, kuten, naarmuuntumiskortteja (esim, Estrotect; Rockway Inc., Spring Valley, WI), väriampulleja (Kamar Products Inc., Zionsville, IN), vasektomoituja sonneja, jotka on varustettu leukapallomerkillä, hännänmaalausmenetelmiä tai elektronista HeatWatch-laitetta .

Aktiivisuusmonitorit

Yksi työvoimaa säästävä tekniikka, joka viljelijöillä on käytettävissään ja jonka avulla he voivat kasvattaa poikimakertaa nopeammaksi ja pienentää oestrouksen havainnoimiseen liittyvää työvoiman määrää, on fyysisen aktiivisuuden seuranta. Jalkaan kiinnitettävä askelmittari havaitsee tunnissa otettujen askelten määrän lisääntymisen tiineyden aikana (esim. S.A.E. Afikim, Kibbutz Afikim, Israel) , kun taas kaulapannan käyttö (esim, Alpro; DeLaval International AB, Tumba, Ruotsi; Heatime, SCR, Netanya, Israel; MooMonitor; Dairy Master, Irlanti) tunnistaa lisääntyneen fyysisen aktiivisuuden (käveleminen, ratsastaminen, ylösnousu ja makuulle meno), joka ilmaistaan aktiviteettiryhmänä (AC), ja varoittaa viljelijää AC:n alkamisajankohdasta (kun lehmät astuvat seuraavan kerran lypsykarsinaan). Näin ollen se voi määrittää viljelijälle optimaalisen AI-ajankohdan, joka on 12-18 tuntia ennen ennustettua ovulaatioajankohtaa. Hiljattain tehdyssä tutkimuksessa, jossa käytettiin kaulapannan aktiivisuusmonitoria Heatime (SCR Engineers Ltd., Netanya, Israel), todettiin, että todennäköisyys sille, että AC on ovulaatiota edeltävässä follikulaarivaiheessa eikä luteaalivaiheessa, parani 29 prosenttia jokaista huippuaktiivisuuden yhden yksikön lisäystä kohti ja 91 prosenttia jokaista AC:n keston kahden tunnin lisäystä kohti (kuvat 1 ja 2). Käyttämällä yhtä tällaista aktiivisuusmonitoria (Heatime) optimaalinen siemennysajankohta oli 9-15 tuntia aktiivisuusklusterin laukeamisen jälkeen.

Endokriininen profilointi

Kaupallisesti saatavilla oleva in-line-mittausjärjestelmä endokriiniseen profilointiin on hiljattain kehitetty (Herd Navigator, Delaval), jolla voidaan havaita aineenvaihduntatuotteet ja P4-pitoisuus maidossa . Algoritmien avulla P4-profiileja voidaan käyttää estrogeenitapahtumien ja mahdollisesti tiineystilanteen ennustamiseen. Toistaiseksi tämä tekniikka on kuitenkin vielä suhteellisen kallista, mikä rajoittaa sen käyttöönottoa. Lisäksi sen teknisellä käyttökelpoisuudella on rajansa.

i) Järjestelmä kehitettiin alun perin olettaen, että maidon P4:n pitoisuus mitataan päivittäin, mutta kaupallisessa muodossa sitä pidetään usein liian kalliina päivittäisiin mittauksiin, ja sitä käytetään yleensä vain kahdesti tai kerran viikossa karjoissa, joissa on käytössä tämä tekniikka.

ii) Follikulaarivaihe vaihtelee naudoilla 3-7 vuorokauden välillä, ja se vaihtelee erittäin paljon, ja päivittäisissäkin mittauksissa siirtyminen follikulaarivaiheeseen (ts, korkeasta P4:stä matalaan P4:ään merkitsee P4:n lasku) ei ole hyvä ennustaja ovulaatiolle tai estruksen alkamiselle, eikä se näin ollen ole käytännössä riittävän tarkka siemennysten ajoituksen kannalta. Sen avulla voidaan kuitenkin tunnistaa follikkelivaiheessa olevat lehmät, joita olisi sen jälkeen erityisesti tarkkailtava (muilla keinoin), jotta siemennykset voidaan ajoittaa. Jos mittaukset tehdään vain kerran tai kahdesti viikossa, tästä on paljon vähemmän hyötyä, ja viikoittaisilla väleillä follikulaarinen vaihe voi vahingossa jäädä kokonaan huomaamatta.

iii) Tiineyden määritysmenetelmänä P4 on luotettavampi testi, joka ei osoita tiineyttä, kuin tiineyspositiivisten lehmien varmistaminen. Tämä johtuu siitä, että P4:n lasku 18-24 päivää oikein ajoitetun siemennyksen jälkeen tarkoittaa ei-tiineyttä. Korkea P4-arvo 18-24 päivää siemennyksen jälkeen voi kuitenkin johtua tiineydestä; tai väärin ajoitetusta ensimmäisestä siemennyksestä (mikä tarkoittaa, että lehmä on nyt ei-tiineessä keltarauhasvaiheessa); tai jatkuvasta CL:stä, joka näkyy varhaistiineysprofiilina, vaikka tiineyttä ei olekaan (liittyy usein kohtutulehdukseen); tai ensimmäisestä tiineydestä, jota on seurannut alkion menetys, joka johtaa korkeaan progesteronipitoisuuteen, vaikka tiineyttä ei olekaan. Kaikissa näissä tapauksissa tiheämpi mittaustiheys (esim. päivittäin) auttaa vähentämään näitä ongelmia, mutta ei täysin poista rajoituksia, jotka liittyvät P4:n käyttöön tiineystilan indikaattorina.

Oestrouksen synkronointi ja ovulaation synkronointi

Traditionaaliset oestrouksen synkronointimenetelmät (eli pelkät prostaglandiiniohjelmat ja 12-päiväiset progesteroniohjelmat) suunniteltiin niin, että niillä voitiin synkronisoida östrus, mutta ne edellyttivät yleensä silti östruksen tarkkailua, jotta voidaan optimaalisesti optimoida pariutumisajankohdan ajoitus ja tiinehtymismäärä. Poikkeuksena tästä kaksi prostaglandiinipistosta 11 päivän välein neitseellisille hiehoille voi toimia kiinteäaikaisen siemennyksen (FTAI) kanssa 72 ja 96 tunnin kuluttua tai vaihtoehtoisesti 72 tunnin kuluttua, minkä jälkeen siemennystä tarkkaillaan intensiivisesti 3-4 päivän ajan ja siemennetään myöhään alkavat hiehot vastauksena pysyvään siemennykseen (käyttäen aamupäivän ja iltapäivän välistä sääntöä). Tämä protokolla lehmillä edellytti tiinehtymisen tarkkailua toisen prostaglandiini-injektion jälkeen.

Ovulaation synkronointiohjelmat suunniteltiin helpottamaan FTAI:n käyttöä karjoissa ilman, että tiinehtymisen havaitsemiseen käytettäisiin merkittävästi aikaa ja työvoimaa. Niitä kehitettiin 1990-luvun alusta lähtien. Ne soveltuvat paremmin suuriin karjoihin, jotka eivät ole kausiluonteisia ja joissa poikimaväli ei ole yhtä tärkeä karjan taloudellisen tuloksen kannalta, ja usein poikimaväli voi olla yli 400-420 päivää. Ovulaation synkronoinnin perusohjelman (OVSYNCH) tärkeimpiä ongelmia on se, että hedelmöittymisprosentti yhdellä OVSYNCH-ohjelmakierroksella on vain noin 30 %, ja se on eurooppalaisessa kontekstissa suhteellisen kallis. Tiinehtymisprosentin parantamiseksi on kehitetty strategioita (esim. kaksinkertainen OVSYNCH ja esisynkronointi-ovulaation synkronointi (PRESYNCH-OVSNCH)), jotka ovat hyväksyttäviä monissa yhdysvaltalaisissa karjoissa (46 ja 41 prosentin hedelmöittymisprosentti), mutta joista aiheutuu huomattavia kustannuksia ajan, lääkekustannusten, vaatimustenmukaisuuden ja yleisen mielipiteen (hormonien rutiininomaisesta käytöstä nautakarjantuotannossa) suhteen, minkä vuoksi niiden käyttö eurooppalaisissa lypsykarjoissa on kyseenalaista. OVSYNCH-, PRESYNCH-OVSYNCH- ja Double OVSYNCH -protokollien hoitoaika on kausittaisissa karjoissa liian pitkä suhteessa saavutettaviin hedelmöitystuloksiin. Progesteronipohjaiset ohjelmat (esim, 7- tai 8-päiväinen protokolla), joissa käytetään intravaginaalista laitetta, joka sisältää GnRH:ta alussa ja PGF:ää lopussa (7. päivä), antavat parempia tuloksia synkronoinnin ja tiinehtymisprosentin suhteen terveillä lehmillä.

Terveyden toteaminen

Terveyden toteamisen suorat menetelmät

Terveyden toteamiseksi on käytettävissä erilaisia menetelmiä, joihin kuuluvat tiinehtymisvaiheeseen palaaminen, lisääntymiskanavan peräsuolinen tunnustelu ja lisääntymiselimistön tarkastelu ultraäänitutkimuksella. Käytännössä tiineyteen palaaminen on hankalaa tiineyden tarkkailuun liittyvien vaikeuksien vuoksi, joten tällä hetkellä suurin osa lehmien tiineyden toteamisesta tehdään sukuelinten ultraäänitutkimuksella, jolla havaitaan varhaisen alkion ja sikiönesteen läsnäolo tai puuttuminen. Tällä menetelmällä tiineystilanne määritetään yleensä tiineyden 28. päivästä alkaen. Vaikka tätä menetelmää käytetäänkin rutiininomaisesti, se on liian myöhäistä, jotta uusintalevitys olisi mahdollista optimaalisena ajankohtana (esim, 18-24 päivää alkuperäisen keinosiemennyksen jälkeen) ei-tiineille lehmille, koska normaali munintakierto on 18-24 päivää.

Todennäköisesti varhainen tiineystesti olisi:

• Osaisi korkean herkkyyden (eli tunnistaisi oikein tiineet lehmät)

• Osaisi korkean spesifisyyden (eli tunnistaisi oikein ei-tiineet lehmät).tiineet lehmät)

• Ole edullinen suorittaa

• Ole yksinkertainen lehmän vieressä tehtävä testi (eli käyttökelpoinen kenttäolosuhteissa)

• Määritä tiineysstatus hyvissä ajoin (mieluiten testin suorittamishetkellä); (luettelo muokattu lähteestä Fricke et al. ).

Epäsuorat menetelmät tiineyden toteamiseksi lypsylehmillä

Epäsuorissa tiineyden varhaisdiagnostiikkamenetelmissä käytetään emon elimistönesteissä olevien hormonien tai konseptuspesifisten aineiden kvalitatiivisia tai kvantitatiivisia mittaustuloksia epäsuorina indikaattoreina elinkelpoisen tiineyden olemassaolosta . Kaupallisesti saatavilla olevia epäsuoria menetelmiä tiineyden toteamiseksi lypsylehmillä ovat maidon progesteronitestit ja testit tiineyteen liittyville glykoproteiineille (PAG) veressä tai maidossa .

Progesteronimääritykset ovat hyödyllisempiä kuin ei-tiineysaikaiset testit tiineyspäivänä 21 . Se on kuitenkin epätarkka tiineystestinä, koska alhaisen P4-arvon palautuminen ei-tiineillä lehmillä on hyvin vaihtelevaa varhaisen alkionmenetyksen vuoksi. Sitä on kokeiltu kaupallisesti, mutta se ei ole selviytynyt näiden ongelmien vuoksi. In-line P4-testauksella (kuten aiemmin mainittiin) on potentiaalia, jos toistuvien analyysien kustannukset saadaan kilpailukykyisiksi.

PAG-mittaus on käyttökelpoinen menetelmä tiineystilanteen määrittämiseksi lypsylehmillä, mutta PAG:n havaitsemisen tarkkuus on hyvä vasta päivän 35-40 jälkeen. PAG:n siirtyminen edellisestä tiineydestä 40-50 päivän ajaksi voi myös aiheuttaa häiriöitä, mikä aiheuttaa väärien positiivisten tulosten riskin. Se voi myös antaa vääriä positiivisia tuloksia alkion menetyksen jälkeen.

Yhdistyneen kuningaskunnan patenttihakemuksessa nro 1520248.4 kuvattu työ on johtanut glykaanidiagnostiikkaan perustuvan testin kehittämiseen maidon IgG-fraktion avulla. Tällä teknologialla voidaan havaita raskaustila jo 16. päivästä alkaen, ja se on johtanut etuoikeutettuun patenttihakemukseen (jätetty 17. marraskuuta 2015; UK-patenttihakemus nro 1520248.4). Tärkeää on, että tiineystilanteen varhainen havaitseminen mahdollistaisi strategian, jonka avulla lehmät voitaisiin synkronoida ja siementää uudelleen jo 21. päivään mennessä ensimmäisen epäonnistuneen siemennyksen jälkeen (kuva 3).

Tarinan urospuoli

Vaikka suurin osa todisteista viittaa siihen, että nykyaikaisten lypsykarjojen lisääntymistehokkuuteen kohdistuvat paineet liittyvät ensisijaisesti korkeatuottoisiin naaraspuolisiin eläimiin, on selvää, että urosten roolia ei pidä unohtaa. Vaikka eläinlääkärit usein unohtavat kolikon tämän puolen merkityksen, viljelijät syyttävät usein esimerkiksi sperman laatua ja keinosiemennysteknikon asiantuntemusta, enimmäkseen siksi, että ihmisluonteeseen kuuluu mieluummin syyttää jotakuta toista kuin olla kriittinen omia puutteita kohtaan. Tutkimuksessa, jossa tarkasteltiin 5883 siemennyksen tiinehtymistuloksia, 1 35:stä siemennesteen toimittaneesta sonnista oli yhteydessä 2-2,5-kertaiseen tiinehtymisasteen nousuun . Saman ryhmän toisessa tutkimuksessa, jossa tarkasteltiin 10 965 siemennyksen tiinehtymistuloksia, havaittiin paitsi sonnien välisiä eroja myös dramaattisia eroja siementäjien välillä. Tiinehtymisen todennäköisyys oli lähes neljä kertaa pienempi, kun lehmää siemensi huonoin siementäjä verrattuna parhaaseen siementäjään.

Siemennyksen onnistuminen riippuu muun muassa siitä, että sopiva määrä siemennestettä, jolla on hyvä hedelmöittymiskyky, laskeutuu sopivaan paikkaan sukuelimessä sopivaan aikaan suhteessa ovulaatioon. Keinosiemennysannoksen hedelmällisyyspotentiaali riippuu sen sisältämän siemennesteen määrästä, laadusta ja terveydentilasta. Keinosiemennysteollisuuden tehtävänä on jatkossakin ylläpitää intensiivisiä laadunvalvontaohjelmia sen varmistamiseksi, että myyntiin luovutetut kryosäilötyt siemennesteannokset ovat tautivapaita ja täyttävät edellä mainitut kriteerit. Useissa maissa toimivien keinosiemennysyritysten siemennesteen käsittelykäytäntöjä koskevassa laajassa tutkimuksessa todettiin, että keskimääräinen kryosäilötty keinosiemennysannos sisältää noin 20 × 106 siittiöitä. Tämän on arvioitu olevan keskimäärin 2-20 kertaa suurempi kuin arviot vähimmäismääristä, joita tarvitaan normaalin hedelmöittymisasteen takaamiseksi. Huomionarvoista on, että sonnit, joiden tiedetään tuottavan marginaalilaatuista siemennestettä, saavuttavat usein keskimääräistä alhaisemman hedelmällisyyden, vaikka siemennesteen määrä annosta kohti on kasvanut ja päinvastoin.

Vuonna 2003 Pace tarkasteli teknologisia edistysaskeleita, joita keinosiemennysteollisuus on ottanut käyttöön sen perustamisen jälkeen 1930-luvun lopulla, ja tuli siihen tulokseen, että ”teknologiselta kannalta katsottuna lypsylehmäteollisuus vastaanottaa korkealaatuisinta siemennestettä, mitä koskaan on tuotettu”. Siemennesteen käsittelyssä tapahtunut teknologinen kehitys näkyy siinä, että 1990-luvun lopulla ja 2000-luvun alussa kryosäilötyn siemennesteen hedelmöitystasot olivat vertailukelpoisia jäädyttämättömän siemennesteen hedelmöitystasojen kanssa, jotka raportoitiin jäädyttämättömän siemennesteen osalta 1950-luvulla. Innovatiivisia tekniikoita, joita on äskettäin testattu keinosiemennysteollisuudessa, ovat kryosäilytystekniikat, jotka parantavat siemennesteen selviytymistä sulatuksen jälkeen ja vähentävät siten herkkyyttä keinosiemennyksen optimaalisen ajankohdan suhteen. Tältä osin on testattu siittiöiden mikrokapselointia pitkäaikaista vapautumista varten tai tekniikoita, joiden tarkoituksena on vähentää kryosäilytyksen aiheuttaman kapasitaation voimakkuutta.

Todennäköisesti ilmeisin ja yksinkertaisin suositus on sellaisten isien siemennesteen käyttö, joilla on todistetusti korkea hedelmällisyys. Kun superhedelmällisyyssonnia aletaan kuitenkin käyttää laajamittaisesti hedelmällisyysongelmista kärsivillä lehmillä, herää kysymys, missä mielessä jälkimmäinen voi vaikuttaa näistä sonneista raportoituihin hedelmällisyystietoihin. Muiden rotujen, joissa hedelmällisyyden heikkeneminen ei ole yhtä vakava ongelma kuin holstein-rodussa, siemennesteen käyttöä voidaan myös harkita vaihtoehtona karjan hedelmällisyyden parantamiseksi, erityisesti jos käytetään sellaisten sonnien siemennestettä, jotka ovat peräisin asianmukaisesti jälkeläistestatuista isistä, jotka edustavat rotuja, joilla on vertailukelpoinen tuotantotaso. On kuitenkin pidettävä mielessä, että risteytys ei sinänsä paranna perimää ja että geneettistä valintaa suositellaan edelleen vahvasti käytettävien rotujen sisällä.

Viime aikoina on julkaistu raportteja, jotka osoittavat, että jotkin isät suoriutuvat ajoitetuissa keinosiemennysskenaarioissa paremmin kuin toiset . Viimeksi mainitun pitäisi kannustaa johtajia ja eläinlääkäreitä analysoimaan karjan hedelmällisyystietoja suhteessa tiettyjen sonnien käyttöön. Toisaalta ei ole vielä tiedossa, edistetäänkö tällä tavoin valintaa kohti eläimiä, jotka selviytyvät paremmin tietyistä määräaikaisprotokollista, sen sijaan, että valintaa edistettäisiin kohti parempaa hedelmällisyyttä.

Lisävaikuttavaa on myös siemennesteen laskeutumispaikka.

Lisävaikuttavaa on myös siemennesteen laskeutumispaikka. Vaikka kohdun runko on yleisesti hyväksytty oikeaksi paikaksi siemennesteen laskeutumiselle, kokeessa, jossa käytettiin kontrastiröntgenkuvausta ammattimaisen siementäjän tarkkuuden arvioimiseksi, siemennesteen laskeutuminen kohdun runkoon onnistui vain 39 %:ssa yrityksistä, kun taas 25 %:ssa tapauksista siemenneste laskeutui kohdunkaulaan . Vaikka useissa tutkimuksissa havaittiin, että hedelmällisyys parani sarvivälitteisen siemennyksen seurauksena (syvä kaksisarvinen siemennys, jossa täysi siemennösannos jaetaan molempien kohdun sarvien kesken, tai syvä yksisarvinen siemennys, jota edelsi ultraäänitutkimus, jonka tarkoituksena oli havaita ovulaatiofollikkelin sijainti ipsilateraalisen siemennyksen mahdollistamiseksi), useimmissa vertailevissa tutkimuksissa ei havaittu eroa . Äskettäin kehitettiin uusi laite, joka helpottaa merkittävästi syvää kohdunsisäistä inseminaatiota , vaikka kirjoittajat eivät kyenneet osoittamaan parempia raskaustuloksia käyttämällä tätä laitetta verrattuna tavanomaiseen kohdunsisäiseen inseminaatioon . Syvää kohdunsisäistä siemennystä testattiin sukupuolittain lajiteltujen siittiöiden pienten solulukuannosten siementämiseen. Vaikka virtaussytometrian/solujen lajittelun on osoitettu olevan luotettava menetelmä X- ja Y-kromosomipitoisten siittiöiden erottamiseksi toisistaan, sukupuolilajitellun siemennesteen käyttöä suositellaan usein vain nulliparaattisille hiehoille, koska hedelmällisyystulokset ovat olleet pettymyksiä moniparaisilla eläimillä. Johtopäätöksenä DeJarnette ym. mainitsivat saatavilla olevia asiakirjoja tarkastellessaan, että ensisijainen huolenaihe on varmistaa, että siemennesteen laskeutuminen tapahtuu kraniaalisesti kohdunkaulan sisäisestä osista. Huomionarvoinen tässä yhteydessä on López-Gatiuksen ja Hunterin artikkeli, jossa kirjoittajat raportoivat onnistuneesta intrafollikulaarisesta siemennyksestä toistuvasti kasvatettavilla lehmillä lämpöstressin aikana. Jälkimmäinen tutkimus kaipaa kuitenkin vahvistusta lisätutkimuksilla.

”Big datan” käyttö ja saatavuus

Yleinen käytäntö lypsykarjatutkimuksessa

Ennen ”Big datan” aikakautta lypsykarjatutkijat hyödynsivät menestyksekkäästi satunnaistettujen kontrolloitujen kokeiden tietoja tutkiakseen monimutkaista suhdetta tuotannon ja lisääntymisen välillä lypsykarjassa . Useita havainnointitutkimuksia on suunniteltu tunnistamaan (metabolisia) riskitekijöitä, jotka vaikuttavat tähän suhteeseen lypsykarjalla . Tällä alalla on tehty useita tutkimuksia, jotka on menestyksekkäästi julkaistu arvostetuissa tieteellisissä julkaisuissa . Kuten Leblanc kuvailee, havaitut ajalliset yhteydet eivät kuitenkaan merkitse syy-yhteyttä. Monet muut meijeriteollisuuteen liittyvät näkökohdat ovat muuttuneet viime vuosikymmeninä ja sekoittaneet tätä suhdetta. Satunnaistaminen ei sulje pois sekoittavia tekijöitä. On mahdollista, että muut muuttujat kuin hoito voivat olla riippumattomasti yhteydessä toimenpiteeseen ja jopa lopputulokseen. Vaikka hyvin suunnitellut satunnaistetut, kontrolloidut kliiniset tutkimukset ovat edelleen kultainen standardi kokeellisten hoitojen arvioinnissa, Big Datan mahdollisuudet maitotieteessä piilevät perinteisesti kerättyjen tietojen yhdistämisessä näihin uusiin tietomuotoihin sekä eläin- että populaatiotasolla. Ihmislääketieteessä tämäntyyppistä tietoa on kuvattu todellisen maailman todisteeksi . Edellä mainittu reaalimaailman todistusaineiston runsaus eläimissä voisi mahdollisesti auttaa selvittämään monimutkaisia suhteita, kuten usein kuvattua tuotannon ja lisääntymisen vastakkainasettelua lypsylehmillä. Ruttenin ym. hiljattain tekemä tutkimus dokumentoi täsmällisesti integroitujen tietojen ja päätöksenteon tukivälineiden puutteen lypsykarjatutkimuksen nykyteknologian osalta. Vuoteen 2013 mennessä ei raportoitu yhdestäkään tieteellisestä julkaisusta aineenvaihdunnan ja lisääntymisen aloilta, joissa hyödynnettäisiin ”Big Dataa”. Tutkimus vahvistaa Big Data -analytiikassa havaitut tieteelliset metodologiset haasteet.

Traditionaalisen meijeritiedon analysoinnissa ja visualisoinnissa käytetyt tekniikat eivät sovellu Big Dataan. Tällaisen datan määrä, nopeus, monimuotoisuus, hajautuneisuus ja inkrementaalinen luonne asettavat haasteita perinteisille data-analyysimenetelmille.

Lehmien hedelmällisyys ja datanhallintastrategiat

Historiallisesti eläinlääketieteessä on keskitytty yksittäiseen lehmään, jolla on kliininen sairaus. Noin 30 vuotta sitten kuitenkin tunnustettiin, että subkliiniset sairaudet olivat suurin syy taloudellisiin tappioihin lypsykarjassa, ja eläinlääkärit alkoivat tutkia näiden subkliinisten sairauksien monitekijäistä luonnetta . Tämä osoittautui tehokkaaksi keinoksi parantaa karjan yleistä terveydentilaa ja siten kannattavuutta. Tätä lähestymistapaa kutsuttiin karjan terveydenhallinnaksi, ja sitä on sovellettu eläinlääketieteellisessä koulutuksessa ainakin kolmen vuosikymmenen ajan. Samana aikana on kehittynyt internet- ja viestintäteknologia, joka on integroitu karjan terveydenhoitoon ja jonka avulla on voitu hyödyntää lehmien terveystietoja. Lehmiin liittyviä tietoja on tuotettu ja käytetty yli 100 vuoden ajan. Ensimmäinen raportti maidontuotantotietojen kirjaamisesta ja keräämisestä on peräisin tanskalaiselta maidontuottajien liitolta vuodelta 1895. Vuonna 1906 perustettiin Yhdysvaltojen ensimmäinen maidonrekisteröintiyhdistys. Tietokoneita on käytetty 1950-luvulta lähtien maidontuotannon hallintovälineenä. Seuraavina vuosikymmeninä lypsykarjan hallintaohjelmistot ovat kehittyneet nopeasti, ja henkilökohtainen tietokone on noussut tärkeäksi hallintavälineeksi tuotannon, lisääntymisen ja terveyden seurannassa . Tietojen keräämisen ja tallentamisen tekniikat ovat kehittyneet nopeammin kuin maitotieteen uudet oivallukset ovat kehittyneet. Tiedon luomisen eksponentiaalisesti lisääntynyt määrä ja nopeus, josta käytetään yleisesti nimitystä Big Data, on tuonut uusia haasteita maitotieteen tutkimukselle. Se, miten tutkijoiden on hyödynnettävä Big Datan voimaa, on ollut huomion keskipisteenä siitä lähtien, kun julkaisutrendi alkoi noin vuonna 2009 . Se, miten näihin haasteisiin vastataan, on tulevan tutkimuksen pääteema.

Maidontuottajien käytettävissä oleva data

1. Viralliset maidon rekisteröintiorganisaatiot keräävät 4-8 viikoittaista maitonäytettä maidon komponenttien havaitsemiseksi. Uusilla analyysimenetelmillä havaitaan enemmän aineenvaihduntatuotteita maidon (uudelleen)tuotantokyvyn arvioimiseksi. Esimerkkinä voidaan mainita, että maidon koko keski-infrapunaista (MIR) spektriä on ehdotettu lypsylehmien sairauksien ennusteeksi. MIR-ennusteita on nyt helposti saatavilla maidon koostumusominaisuuksia, kuten maitorasvaa, valkuaista ja rasvahappoja, varten ; kehitteillä on uusia ennusteyhtälöitä, joiden avulla voidaan ennustaa kasvihuonekaasuja sekä uusia suorituskyky- ja terveysominaisuuksia. Diagnostiikkapalvelut analysoivat rutiininomaisesti lukuisia parametreja lypsylehmien veri-, maito- ja ulostenäytteistä. Viime aikoina genomitietoja on tullut kaupallisesti saataville sekä urospuolisista että naaraspuolisista eläimistä, mikä on luonut uuden tietokokonaisuuden. Näitä niin sanottuja toissijaisia tilan ulkopuolisia tietokeskuksia, jotka sisältävät pääasiassa maidon rekisteröintitietoja, genomitietoja ja diagnostiikkatietoja, on perustettu eri maissa, ja kukin niistä sisältää osajoukon tietoja, jotka edustavat lypsylehmien todellista maailmaa.

2. Tilalla tavanomaiset ja robotisoidut lypsyjärjestelmät on varustettu yhä useammilla ja entistä paremmilla antureilla, jotka keräävät tietoa tuotetun maitomäärän ohella. Inline-anturit havaitsevat maidon koostumuksen, somaattisten solujen määrän, lämpötilan ja värin . Biosensorit keräävät uusia biomarkkereita, kuten progesteronia (lisääntyminen), L-laktaattidehydrogenaasia (utareterveys), ureaa ja beetahydroksibutyraattia (aineenvaihdunnan terveys). Vaa’at ja kolmiulotteiset kamerat tallentavat eläimen ruumiinpainon ja kunnon lypsyn aikana. Anturitekniikan alusta lähtien lehmät on varustettu askelmittareilla ja kiihtyvyysmittareilla, jotka tallentavat eläimen liikkeitä ja joiden avulla voidaan ennustaa lypsylehmien tiettyä käyttäytymistä, kuten tiinehtymistä ja sairauksia. Esimerkkejä lypsylehmiin sovellettavista alkuvaiheen innovaatioista ovat pötsin lämpötilan ja pH:n bolukset , intravaginaaliset lämpötila-anturit ja sykemittaukset . Tietojen määrä tai muoto ei ole enää suuri este, joten päivässä kerättävien lehmiin liittyvien tietojen kokonaismäärä on kasvanut nopeasti .

Uudet tietolähteet lypsykarjataloudessa

1. Ympäristötekijöiden, kuten lämpötilan ja kosteuden, merkitys lypsylehmien lisääntymisessä on kiistaton . Sijaintitietoja on tullut julkisesti saataville viime vuosikymmeninä, mikä on luonut mahdollisuuden kerrostaa fyysisiä karttoja ja sijaintiin perustuvia tietoja muiden saatavilla olevien tietojen päälle. Maitotieteessä ei ole vielä hyödynnetty lähestymistapaa, jossa reaaliaikaiset Internet-of-Things (IoT) -laitteet yhdistetään historiallisten tietojen analysointiin. Näin ollen automaattisista ympäristötekijöiden tiedonkeruulaitteista virtaava data tarjoaa uusia sovelluksia big datan keräämiseen ja käyttöön päätöksenteon ja hallinnan muuttamiseksi .

2. Tietokonelaitteistojen nopeus ja kapasiteetti ovat kasvaneet, kun taas kustannukset ovat laskeneet . Tämä on johtanut tietojen kirjaamisen helpottumiseen halpojen mobiililaitteiden ja korkean käytettävyyden pilvipohjaisten tietokeskusten avulla, mikä mahdollistaa manuaalisesti syötettyjen lisääntymis-, tauti- ja hoitotapahtumien johdonmukaisemman ja tarkemman kirjaamisen lehmätasolla. Näiden tietojen käyttäminen ennustavien mallien laatimiseen nykyisten hoitosuunnitelmien tautitulosten ennakoimiseksi ja näiden mallien tarkentamiseksi reaaliajassa parantaa tieteellistä tietoa hoidon tehokkuudesta, joka rajoittuu tällä hetkellä havainnointitutkimuksiin.

3. Lisäksi mobiililaitteilla kerätyt, viljelijöiltä, eläinlääkäreiden muistiinpanoista ja muista lähteistä saadut anekdootti- ja strukturoimattomat tiedot ovat hyödyntämättömän tietämyksen jättiläismäinen rajapyykki. Tutkijat ovat nykyään todenneet, että 85 prosenttia maailman tiedosta on jäsentymätöntä, joka koostuu vapaamuotoisesta tekstistä, äänestä ja videosta eikä niinkään siististi järjestetyistä tunnistettavista kentistä. Vaikka standardoidun sairaustiedon syötön tarve on tunnustettu jo pitkään, se ei ole toteutettu tehokkaasti nykyisissä ohjelmistoissa. Luonnollisen kielen käsittely koostuu useista laskennallisista tekniikoista, joiden avulla voidaan käsitellä kieltä ihmisen tavoin koneellisesti luettavista strukturoimattomista teksteistä. Sitä on sovellettu menestyksekkäästi ihmislääketieteessä, mutta ei tietojemme mukaan vielä maitotieteessä. Tämän tiedon talteenotto ja hyödyntäminen rikastuttaa analyysejä ja oivalluksia suunnattomasti.