Reproduktionshantering hos mjölkkor – framtiden

Mjölkkobesättningars hälsovård genomgår en period av radikal förändring över hela världen. Drivkrafterna bakom denna förändring är många och omfattar bland annat den massiva ökningen av teknik för att underlätta reproduktionsförvaltningen av mjölkkor, avskaffandet av kvoter (inom Europa) och den betydande ökningen av storleken på besättningar och gårdar. Efter avskaffandet av kvoterna i Europa utökar många länder sin mjölkproduktion, till exempel har Irland ambitiösa planer på att öka mjölkproduktionen med 50 %, vilket skall uppnås genom en kombination av ökad besättningsstorlek och ökad mjölkproduktion per ko. Syftet med detta dokument är att identifiera några av de förändringar som kommer att underlätta ökad produktion, förbättrad hälsa hos mjölkkorna och förbättrad reproduktion.

I Europa har mjölkkobesättningarnas storlek och antal varit i stort sett oförändrade från 1984 till 2015. Från och med april 2015 har kvoterna tagits bort vilket ger möjlighet till expansion, detta kommer troligen att ske i form av både ökad avkastning och ökat antal kor. I Irland diskuteras i rapporten Food Harvest 2020 (som stöds av rapporten Foodwise 2025) en ökning av mjölkproduktionen med 50 % mellan 2015 och 2020. En liknande expansion sker i Nederländerna, även om gränsvärdena för totalfosfat utgör en utmaning för ökningen av antalet kor i det landet. Denna översyn kommer att fokusera på utvecklingen inom områdena datahantering, näringsstrategier, genetiska strategier, sjukdomsbekämpning, precisionsdjursuppfödning (hormonbehandlingar och sensorteknik) och manlig fertilitet som kommer att ha en potentiell inverkan på ökad mjölkproduktion, kohälsa och fertilitet hos korna.

Genetiska strategier för att förbättra reproduktionen

I början av 2000-talet var det traditionellt sett så att de genetiska urvalsprogrammen för mejeriprodukter i mjölkproducerande länder främst valde ut mjölkavkastningen, ofta på bekostnad av andra egenskaper som är relevanta för mejeriet, inklusive fertilitet och hälsa. I avelsprogrammen i början av detta århundrade började man inkludera fertilitet (t.ex. genom att inkludera egenskaper som livslängd och kalvningsintervall) och hälsa som en del av urvalsegenskaperna. Införandet av dessa egenskaper har bidragit till att vända några av de tidigare trender som gav upphov till minskad fertilitet. Under de senaste 15 åren har man nu konstaterat att trenderna för både livslängd (ökad) och kalvningsintervall (minskad) har förbättrats. En stor utmaning för avelsprogrammen när det gäller integrering av fertilitetsegenskaper har varit att utveckla fenotyper som har en rimlig arvbarhet. Många fertilitetsegenskaper har t.ex. vanligtvis endast en låg värdering av arvbarheten (t.ex. 0,1, jämfört med många tillväxt- och slaktkroppsegenskaper där arvbarheten är 0,25-0,5). En annan viktig fråga för många fertilitetsegenskaper är att ha lätt mätbara fenotypiska egenskaper eller genomiska markörer (single-nucleotide polymorphisms; SNP) som korrelerar med lämpliga fertilitetsegenskaper.

Möjligheter kan nu uppstå för urval av nya egenskaper som skulle kunna införlivas i avelsprogrammen. Ett EU-finansierat projekt ”Genotype plus Environment” (GplusE) har bland sina många mål identifieringen av nya mjölkbaserade fenotyper som kan användas som prediktorer för de traditionella, men även de svåra att mäta, registrera och välja ut egenskaper som befruktningsfrekvens och livmoderhälsa (www.gpluse.eu). Detta projekt syftar bland annat till att utveckla nya mjölkbaserade egenskaper som korrelerar med och förutsäger hälso- och fertilitetsegenskaper hos mjölkkor. De strategier som används är bl.a. mätning av MIR-spektrum (Mid-infrared spectra) i mjölk, metaboliter i mjölk och glykaner i mjölkens IgG-fraktion (immunogammaglobulin). Projektet kopplar dessa nya mätbara egenskaper till fertilitets- och hälsoegenskaper och kopplar sedan både nya och traditionella egenskaper till nya genomiska markörer (SNP), vilket i slutändan kommer att underlätta förbättrade urvalsstrategier i framtiden. Detta projekt och arbete från andra laboratorier bör resultera i ytterligare SNPs för fertilitet som kan förbättra det genetiska urvalet för ytterligare förbättringar av fertiliteten.

Nya verktyg och tillämpningar för nya fenotyper som kan användas inom mejerisektorn

Ett nyligen utfört arbete vid University College i Dublin har lett till utveckling av glykanmarkörer för livmoderns hälsa. Detta har utvecklats till en patentansökan (PCT/EP2014/068734: ”Methods for predicting, diagnosing or monitoring infections or conditions”). Man har också utvecklat mjölkbaserade glykanmarkörer som kan identifiera kor med kvarvarande placentamembran. Sådana biomarkörer som lätt kan mätas i mjölk skulle göra det möjligt för djuruppfödare att välja ut kor med en tendens till förbättrad livmoderhälsa och därmed gå mot kor som skulle ha en ökad fertilitet.

Men in vitro-befruktning (IVF) och embryoöverföring är nu viktiga verktyg för att öka det genetiska urvalet på honsidan hos Bos indicus- nötkreatur, men för närvarande är multipel ägglossning och embryoöverföring fortfarande den mer kostnadseffektiva metoden för Bos Taurus- nötkreatur (inklusive alla betydande mjölkraser): Holstein-Friesian, Brown Swiss, Jersey etc.) på populationsnivå. Detta beror på att Bos Taurus-raserna endast producerar mellan 5 och 20 folliklar per follikelvågsutbrottshändelse , vilket är ett otillräckligt antal för att möjliggöra ett adekvat antal ägg för effektiv odling för IVF.

Näringsstrategier för att förbättra reproduktionen

Moderna mjölkkor har huvudsakligen valts ut för en hög mjölkavkastning i den tidiga laktationen, vilket är förknippat med en mycket hög förmåga att mobilisera kroppsreserver under denna period. I en studie av Tamminga et al. med 5 produktionsförsök med 295 kor visade beräkningar att korna kan producera så mycket som mellan 120 och 550 kg mjölk från kroppsreserver på energibasis (genomsnitt 324 kg). Den maximala mobiliseringen under 8 veckor uppgick till 41,6 kg tom kroppsvikt, 30,9 kg fett och 4,6 kg protein . De flesta kor klarar av denna metaboliska belastning som definieras som: Den totala energibelastning som orsakas av syntesen och utsöndringen av mjölk och som kan täckas genom mobilisering av kroppsreserver. Metabolisk stress definieras dock som ”den mängd metabolisk belastning som inte kan klaras av denna mobilisering, vilket leder till nedreglering av vissa energiprocesser, inklusive de som upprätthåller den allmänna hälsan” . Därför är den ”överdrivna” mobiliseringen av kroppsreserver under NEB-perioden en nyckelfaktor för sjukdomskänslighet hos moderna mjölkkor. Utöver energibalansen efter kalvning har dessutom förlusten av kroppskondition före kalvning betydande konsekvenser för metabolisk status, mjölksammansättning och senare hälsa, vilket bör uppmärksammas.

Den genetiskt och hormonellt betingade kroppsmobiliseringen förvärras ytterligare av en allvarlig obalans mellan energibehovet och koens förmåga att ta upp energi . Det senare påverkas ofta ytterligare negativt av en otillräcklig anpassning av både mag- och tarmkanalen och den övergripande intermediära ämnesomsättningen och ofta en förhöjd förekomst av sjukdomar under perioden efter kalvning. Maximalt foderintag inträffar vanligen vid 6-8 veckor i laktationen, vilket är mycket senare än den högsta produktionen, vilket gör att korna vanligtvis befinner sig i negativ energibalans i 5-7 veckor efter födseln.

Komponenter till minskad fertilitet hos moderna mjölkkor är bland annat fördröjd återgång till normal ovariecykel, livmoderns hälsa, lägre uttryck av brunstsymptom och lägre dräktighetsfrekvens vid första och efterföljande inseminationer. Det sistnämnda beror främst på en ökad förekomst av embryo- och fosterdöd. Relevanta översiktsartiklar har publicerats om den mekanistiska bakgrunden till sambandet mellan metabolisk stress och nedsatt fertilitet hos moderna mjölkkor efter förlossning.

Hanteringsstrategier för kor i övergångsfasen är huvudsakligen inriktade på att hjälpa korna att klara av den metaboliska belastningen genom att optimera hälsan, minimera stressen (t.ex. genom att minimera grupp- eller ransonförändringar), stimulera torrsubstansintaget och immunförsvaret. Det finns stora möjligheter för veterinären att regelbundet övervaka och anpassa besättningshanteringen för att göra detta. LeBlanc och Mulligan et al. identifierade de nyckelfrågor som bör täckas av veterinären för att optimalt vägleda lantbrukskunder för att optimera sin hantering av övergångskvigor.

För övrigt har tillämpningen av dieter som är särskilt utformade för att förbättra fertiliteten genom att motverka mekanismer som är relaterade till den negativa energibalansen (NEB) eller genom att stödja en specifik väg som är nödvändig för en framgångsrik fertilitet alltid varit ett mycket attraktivt sätt att kringgå den försämrade reproduktionen under den tidiga laktationen . Även om det är känt att det reproduktiva systemet påverkas av flera hormoner som också är involverade i anpassningen till hög mjölkproduktion (t.ex. tillväxthormon, GH, insulinliknande tillväxtfaktor I, IGF-I och leptin) är det bara insulin som är känt för att vara relativt känsligt för förändringar i ransonens sammansättning . Äggstocksfolliklar innehåller insulinreceptorer och kor med lägre perifera insulinnivåer under den omedelbara postpartumperioden drabbas av försenat återupptagande av äggstockarna efter förlossningen och normal cyklisk aktivitet, bland annat genom en högre risk att drabbas av cystisk äggstockssjukdom. Därför har glukogena dieter förespråkats under den omedelbara postpartumperioden i syfte att öka de perifera insulinkoncentrationerna och påskynda ett normalt återupptagande av äggstockarna . Insulin har dock visat sig ha skadliga effekter på oocytens och embryots kompetens och har visat sig stimulera enzymatisk katabolism av progesteron (P4) i levern . Det sistnämnda tyder på att glukogena dieter endast är fördelaktiga när de erbjuds under den omedelbara postpartumperioden, medan de bör undvikas när korna insemineras.

Redningar som leder till höga perifera ureanivåer nämns generellt som förknippade med lägre dräktighetsfrekvens på grund av dess skadliga effekter på embryot . De mekanistiska vägar genom vilka denna skadliga effekt kan orsakas och tröskelvärdena för perifera ureakoncentrationer är dock fortfarande föremål för diskussion. Särskild uppmärksamhet i detta avseende bör ägnas åt tillskott av sojamjöl som den huvudsakliga proteinkällan i ransonen. I en nyligen genomförd studie visades att kommersiellt tillgängligt sojabönsmjöl innehåller isoflavoner i koncentrationer som kan leda till en ökning av blodkoncentrationen av östrogenaktiva isoflavonmetaboliter (equol, O-desmetylangolensin, dihydrodaidzein) hos högavkastande mjölkkor efter födseln, även när de tillförs i relativt små mängder (i genomsnitt 1,72 kg per dag). Jämfört med rapsmjöl var sojatillskott dessutom förknippat med en minskad angio- och steroidogenes på nivån för corpus luteum (CL) baserat på biopsiprovtagning vid dag 9 i östruscykeln . Det var dock inte möjligt att påvisa någon effekt på den perifera progesteronkoncentrationen under de tre första östralcyklerna efter kalvning . Även om resultaten av den studien tyder på negativa effekter av sojautfodring på CL-funktionen hos nyligen kalvade mjölkkor, motiverar denna effekts bidrag till den perifera progesteronkoncentrationen och därmed till den totala fertiliteten hos tillskottsutfodrade kor ytterligare forskning .

Tillförsel av fetter är en annan strategi som har testats i stor omfattning för att minska den försämrade reproduktionsförmågan hos mjölkkor. En studie som syftade till att minimera den negativa energibalansen genom att minska syntesen av mjölkfett och därmed begränsa energiuttaget via mjölken genom att komplettera ransonen med exogena fetter var inte framgångsrik eftersom korna helt enkelt producerade mer mjölk när man minskade NEB . Omega-6-fettsyror anses ha proinflammatoriska och därmed prostaglandin F2-alfa (PGF)-stimulerande egenskaper, vilket gör dem extra värdefulla tidigt efter födseln, medan omega-3-fettsyror kan försvaga denna inflammatoriska effekt, vilket leder till en större chans för embryot att överleva om det tillförs under den perikonceptuella perioden . Tyvärr ger forskningsresultaten sällan ett samförstånd i detta ämne. Konsekvenserna av dessa fettmatningsstrategier för oocyt- och embryokvaliteten förblir en spännande fråga som måste diskuteras. Fettutfodring kan förändra mikromiljön i den växande och mognande oocyten i tidiga och äldre embryon och kan därmed påverka det reproduktiva resultatet . Forskning har visat att hyperlipidemi som orsakas av kosten kan vara skadligt för embryots utveckling och ämnesomsättning . Hittills har dock forskningsresultaten varit något motstridiga, troligen på grund av skillnader i de fettkällor som använts, i kosthållning och tillskottets varaktighet samt i försöksupplägget i allmänhet . Perifert blod hos lakterande mjölkkor kommer dessutom att innehålla en blandning av fettsyror från kosten och fettsyror från nedbrytning av kroppsvävnad, där de senare är rikligt förekommande under den omedelbara postpartumperioden och innehåller en hög andel mättade fettsyror . Särskilt de sistnämnda har visat sig ha en betydande negativ effekt på både oocytens och embryots kvalitet.

Att tillföra extra vitaminer och mineraler till fodret har ofta föreslagits som en ”gyllene lösning” för att minska minskad fertilitet hos korna av olika kommersiella intressen, medan kraven för optimal reproduktionseffektivitet hos moderna mjölkkor förtjänar en noggrann omvärdering baserad på väl utformad vetenskaplig forskning . Vanligtvis antar jordbrukarna lätt dessa ”föreslagna tilläggslösningar” eftersom de inte innebär extra arbete, vilket ofta är den största begränsningen för dem. Att avgöra om mängden av dessa föreningar är tillräcklig i ransonen är ofta mycket svårt för den som arbetar med detta, eftersom det vanligtvis är omöjligt att ens uppskatta innehållet av dessa ämnen i den grundläggande grovfoderransonen. I besättningar där korna får stora mängder kraftfoder för att upprätthålla toppavkastningen under den omedelbara perioden efter förlossningen är risken för specifika brister mindre, eftersom kraftfoder vanligtvis innehåller mycket vitaminer och mineraler. När det gäller deras effekt på immunförsvaret och embryokvaliteten bör särskild uppmärksamhet ägnas åt vitamin E och selen. Det sistnämnda stöds av ett färsk resultat som visar att i besättningar med tokoferolbrist under torrperioden minskade behandling med injicerbart E-vitamin på 1 000 IE varje vecka under de tre sista veckorna av dräktigheten inte bara förekomsten av kvarhållen placenta och dödfödsel utan minskade också avsevärt dräktighetsförlusterna (20,5 % jämfört med 12,5 %; P < 0,01) .

Kontroll av infektionssjukdomar

Veterinärer som hanterar fertiliteten i mjölkkobesättningar bör regelbundet utvärdera besättningens hälsostatus med avseende på patogener som är kända för att äventyra reproduktionseffektiviteten. Infektioner med patogener som Leptospira hardjo, bovin virusdiarré eller herpesvirus är kända för att minska befruktningsfrekvensen, medan infektioner med Neospora caninum och nya virus som bluetonguevirus kan orsaka fosterförluster och aborter. Bovint herpesvirus 4 rapporteras ha en tropism för endometrieceller och bör därför särskilt övervakas och kontrolleras i besättningar som lider av livmodersjukdomar, särskilt när andra riskfaktorer är kontrollerade eller uteslutna . Förutom fortsatt noggrann övervakning och lämpliga planer för biosäkerhet kan det krävas lämpliga vaccinationsprotokoll för att förhindra att nya agens förs in i besättningen och för att förhindra spridning inom besättningen.

Minimering av livmodersjukdomar är av särskilt intresse bland bakteriella sjukdomar. Hos nötkreatur är bakteriell kontaminering av livmodern allestädes närvarande vid födseln. Detta innebär dock inte automatiskt att livmodersjukdom och efterföljande fertilitetsproblem uppstår. Det är i allmänhet ett undertryckande av livmoderns immunfunktion utöver förekomsten av patogener som möjliggör en förändring av bakteriepopulationen och sjukdom hos upp till 20 % av djuren . Trots att flera artiklar har publicerats i syfte att nå en allmän överenskommelse om definitionerna av livmodersjukdomar efter förlossning, som huvudsakligen grundar sig på kliniska symtom, råder det fortfarande stor förvirring om dessa definitioner bland yrkesutövare. Denna förvirring om definitionerna ger upphov till en mängd olika förebyggande och botande behandlingsprotokoll som tillämpas på området, varav många inte är vetenskapligt bevisade att de är effektiva. I den senaste litteraturen betonas den höga förekomsten av framför allt subklinisk endometrit i högproducerande besättningar. Diagnosen av denna skada bygger på intrauterin provtagning för cytologi, vilket för närvarande inte görs rutinmässigt. Därför rapporterade Pascottini et al. om användningen av cytotape som gör det möjligt att ta prover tidigt post partum och under inseminationen, och som underlättar profilering av cytologin i livmodern hos kor med återkommande uppfödning. Den allmänt accepterade nödvändigheten att minimera användningen av antibiotika hos kor bör utvidgas till att omfatta behandling av infektioner i livmodern. Det är viktigt att fastställa riskfaktorerna för de olika livmodersjukdomarna och utforma förebyggande och kontrollprogram för att minska sjukdomsförekomsten.

Användning av precisionsdjursuppfödning

Detektering av östrus

Traditionella tillvägagångssätt för reproduktionsförvaltning och användning av artificiell insemination har innefattat antingen visuell observation av östralbeteende, eller användning av inseminationsprotokoll med fasta tider (t.ex, OVSYNC ).

För att uppnå en hög andel inlämningar till artificiell insemination (AI), vilket är avgörande för att uppnå ett kalvningsintervall på 365 dagar i besättningar med säsongskalvning, krävs ett effektivt och praktiskt sätt att identifiera varje ko i brunst. Att stå upp för att bli beredd anses vara det viktigaste beteendetecknet för att identifiera en östrusperiod och används för att bestämma rätt tidpunkt för inseminering . Både den fysiska aktiviteten och monteringsaktiviteten som induceras av ökad östradiolproduktion under den preovulatoriska follikelfasen kan övervakas på olika sätt. Graden av brunstupptäckt varierar från besättning till besättning, men mellan 30 och 70 % av de kor som uppvisar brunstbeteende upptäcks vanligen i brunst. Med optimal visuell observation av monteringsaktivitet i 20 minuter 5 gånger om dagen kan man uppnå en brunstdetektion på 90-95 %, men det anses vara arbets- och tidskrävande. Med lägre observationsfrekvens uppnås lägre nivåer av östrosupptäckt, särskilt för kor med högre avkastning (t.ex. endast 70 % av korna upptäcks i brunst med två eller tre observationsperioder på 30 minuter).

För övrigt har andelen kor som visar att de står upp för att bli beridna av andra kor minskat hos Holstein-Friesian-mjökor med hög avkastning, vilket gör det svårare att upptäcka brunst. Roelofs et al. fann att endast 58 % av korna observerades i stående brunst. Detta minskar i sin tur andelen som anmäler sig till AI och bidrar därmed avsevärt till minskad reproduktionseffektivitet.

För att lyckas med reproduktionsprestanda baserad på upptäckt av östrusbeteende krävs att man noggrant upptäcker östrusdebut hos majoriteten av korna och att man sedan inseminerar 4 till 16 timmar senare. Detta ledde till den vanliga praxisen att avla på kor enligt am-pm-regeln som kräver att korna observeras för brunst fem gånger per dag, de som börjar brunst på morgonen insemineras på kvällen och de som börjar brunst efter kl. 12 .00 kl. 12.00 insemineras nästa morgon (begynnande brunst definieras som den första observationsperioden då kon observeras stå för att bli beredd av andra besättningskamrater eller en tjur som retar upp den).

Metoden med observation av brunst har fungerat bra för besättningar som är beredda att investera tid och kraft i en god och noggrann brunstdetektering. Det kräver dock en betydande arbetsinsats, god identifiering av korna och personal som är utbildad i att upptäcka brunst hos korna.

Sensorer för brunstdetektering

Under de senaste två decennierna har olika system för automatisering av brunstdetektering utvecklats med varierande framgång.

Trycksensorer

Det karakteristiska brunstbeteendet hos stående kor som ska monteras kan övervakas genom att man använder system som skraplotter (t.ex, Estrotect; Rockway Inc., Spring Valley, WI), färgampuller (Kamar Products Inc., Zionsville, IN), vasektomiserade tjurar utrustade med en hakbollsmarkör, användning av svansmålningsmetoder eller den elektroniska anordningen HeatWatch .

Aktivitetsmonitorer

En arbetsbesparande teknik som lantbrukare har tillgång till för att bidra till att öka inlämningsfrekvensen och minska arbetskraftsbehovet för oestrousdetektering är användningen av en monitor av fysisk aktivitet. En stegräknare som fästs på ett ben registrerar en ökning av antalet steg per timme under brunst (t.ex. S.A.E. Afikim, Kibbutz Afikim, Israel) , medan användningen av en nackkrage (t.ex, Alpro; DeLaval International AB, Tumba, Sverige; Heatime, SCR, Netanya, Israel; MooMonitor; Dairy Master, Irland) identifierar ökad fysisk aktivitet (gå, stiga upp, resa sig upp och lägga sig ner) uttryckt som ett aktivitetskluster (AC) och varnar lantbrukaren för när AC började (när korna nästa gång går in i mjölkningsstallet). Det kan därför identifiera för lantbrukaren den optimala tidpunkten för AI, vilket är under ett fönster på 12-18 timmar före den förutspådda tidpunkten för ägglossning. I en nyligen genomförd studie, där man använde aktivitetsmätaren Heatime (SCR Engineers Ltd., Netanya, Israel), konstaterades att sannolikheten för att en AC sker i en follikelfas före ägglossning snarare än i en lutealfas förbättrades med 29 % för varje ökning av toppaktiviteten med 1 enhet och med 91 % för varje ökning av varaktigheten av en AC med 2 timmar (fig. 1, fig. 2) . Med hjälp av en sådan aktivitetsmonitor (Heatime) var den optimala tidpunkten för inseminering mellan 9 och 15 timmar efter det att aktivitetsklustret utlöstes .

Endokrin profilering

Ett kommersiellt tillgängligt in-line-mätningssystem för endokrin profilering har nyligen utvecklats (Herd Navigator, Delaval) för att detektera metaboliter och P4-koncentrationen i mjölk . Med hjälp av algoritmer kan P4-profiler användas för att förutsäga östrushändelser och eventuellt dräktighetsstatus. Hittills är denna teknik dock fortfarande relativt dyr, vilket begränsar dess användning. Dessutom finns det gränser för dess tekniska användbarhet.

i) Systemet utvecklades ursprungligen med utgångspunkt i daglig mätning av P4 i mjölk, men i det kommersialiserade formatet anses det ofta vara för dyrt att använda för dagliga mätningar och används i allmänhet bara två eller en gång i veckan i besättningar som är utrustade med denna teknik.

ii) Den follikulära fasen hos nötkreatur kan variera från 3 till 7 dagar och är mycket varierande, även med dagliga mätningar är övergången till den follikulära fasen (dvs, hög P4 till låg P4 markeras av en nedgång i P4) är inte en bra förutsägelse för ägglossning eller början av brunst och är därför inte tillräckligt specifik för tidpunkten för inseminationer i praktiken. Det kan dock identifiera kor i follikelfas som sedan särskilt bör observeras för tecken på östrusbeteende (på annat sätt) för att möjliggöra tidpunkter för insemination. Om mätningen endast sker en eller två gånger i veckan blir detta mycket mindre användbart och vid veckovisa intervall kan follikelfasen oavsiktligt missas helt.

iii) Som metod för att fastställa dräktighetsstatus är P4 mer tillförlitligt som ett icke-dräktighetstest än att bekräfta dräktighetspositiva kor. Detta beror på att en minskning av P4 18-24 dagar efter en korrekt tids insemination innebär att en ko inte är dräktig. Ett högt P4 18-24 dagar efter en insemination kan dock bero på dräktighet, eller på en felaktig tidpunkt för den första inseminationen (vilket innebär att kon nu befinner sig i en icke-dräktig lutealfas), eller på en ihållande CL som framstår som en tidig dräktighetsprofil utan att det finns någon dräktighet (ofta i samband med en livmoderinfektion), eller på en första dräktighet som följs av en embryoförlust, vilket kommer att resultera i ett högt progesteronvärde, även detta utan att det finns någon dräktighet. I alla dessa fall kommer en högre mätfrekvens (dvs. dagligen) att bidra till att minska dessa problem, men övervinner inte helt begränsningarna i användningen av P4 som indikator för dräktighetsstatus.

Östrussynkronisering och ägglossningssynkronisering

Traditionella metoder för östrussynkronisering (dvs. program med enbart prostaglandin och program med 12-dagars progesteron) utformades för att synkronisera brunsten, men i allmänhet krävdes det fortfarande observation av brunsten för att optimera tidpunkten för parning och dräktighetsfrekvens. Som ett undantag till detta kan två injektioner av prostaglandin med 11 dagars mellanrum hos jungfrukvigor fungera med insemination med bestämd tid (FTAI) vid 72 och 96 timmar eller alternativt vid 72 timmar, och sedan intensivt observera brunst i ytterligare 3-4 dagar och inseminera dem som kommer sent in i brunst, som svar på stående brunst (med hjälp av am-pm-regeln) . Detta protokoll för kor krävde observation av brunst efter den andra prostaglandininjektionen.

Programmen för synkronisering av ägglossning utformades för att underlätta användningen av FTAI i besättningar utan betydande investeringar i tid och arbete för att upptäcka brunst. Dessa utvecklades från början av 1990-talet och framåt. De lämpar sig bättre för stora besättningar som inte är säsongsbundna, där intervallet mellan kalvning och kalvning är något mindre relevant för besättningens ekonomiska resultat och där kalvningsintervallen ofta tillåts sträcka sig längre än 400-420 dagar. De största problemen med ett grundläggande program för ovulationssynkronisering (OVSYNCH) är att befruktningsfrekvensen för en enda omgång OVSYNCH endast är ungefär 30 % och att det i ett europeiskt sammanhang är relativt dyrt. Strategier för att förbättra dräktighetsfrekvensen har utvecklats (t.ex. dubbel OVSYNCH och presynkronisering-ovulationssynkronisering (PRESYNCH-OVSNCH) som är acceptabla i många amerikanska besättningar (46 % respektive 41 % av befruktningsfrekvensen), men som medför avsevärda kostnader i form av tid, läkemedelskostnader, efterlevnad och allmänhetens uppfattningar (om rutinmässig användning av hormoner i boskapsproduktion), vilket gör att användningen av dessa strategier är tvivelaktig i europeiska mjölkkobesättningar. För säsongsbetonade besättningar är den behandlingstid som krävs för OVSYNCH-, PRESYNCH-OVSYNCH- och Double OVSYNCH-protokollen för lång i förhållande till de befruktningsfrekvenser som kan uppnås. Progesteronbaserade program (t.ex, 7- eller 8-dagarsprotokoll) med hjälp av en intravaginal anordning som innehåller GnRH i början och PGF i slutet (dag 7) ger bättre resultat när det gäller synkronisering och dräktighet hos friska kor.

Dräktighetsupptäckt

Direkta metoder för dräktighetsupptäckt

Det finns olika metoder för att fastställa dräktighetsstatus, bland annat genom att återgå till brunst, palpation av fortplantningsorganen genom rektalpalpation och ultraljudsundersökningar för att observera fortplantningsorganet. I praktiken är det svårt att återgå till brunst på grund av de svårigheter som är förknippade med observation av brunst, så för närvarande sker den mesta dräktighetsbestämningen hos kor genom ultraljudsscanning av könsorganen för att upptäcka närvaron eller frånvaron av det tidiga embryot och fostervätska. Med denna metod bestäms dräktighetsstatus i allmänhet från och med dag 28 i dräktigheten. Även om denna metod används rutinmässigt är den för sen för att möjliggöra avel vid optimal tidpunkt (dvs, 18-24 dagar efter första AI) för icke-dräktiga kor, eftersom den normala östralcykeln är 18-24 dagar.

Det skulle ett tidigt dräktighetstest i själva verket göra det:

• Har hög känslighet (dvs. identifierar korrekt dräktiga kor)

• Har hög specificitet (dvs. identifierar korrekt icke-dräktiga kor).

• Var billig att utföra

• Var ett enkelt test vid sidan av kon (dvs. användbart i fält)

• Detektera dräktighetsstatus i rätt tid (helst vid den tidpunkt då testet utförs); (listan har ändrats från Fricke et al. ).

Indirekta metoder för upptäckt av dräktighet hos mjölkkor

Indirekta metoder för tidig dräktighetsdiagnostik använder kvalitativa eller kvantitativa mätningar av hormoner eller konceptusspecifika substanser i kroppsvätskor från modern som indirekta indikatorer på närvaron av en livskraftig dräktighet . Kommersiellt tillgängliga indirekta metoder för dräktighetsdiagnostik hos mjölkkor omfattar progesterontest i mjölk och test för dräktighetsassocierade glykoproteiner (PAG) i blod eller mjölk .

Progesteronanalyser är mer användbara som ett icke-dräktighetstest på dag 21 . Det är dock felaktigt som test för dräktighet eftersom återgång till lågt P4 hos icke-dräktiga kor är mycket varierande på grund av tidiga embryonala förluster. Den har prövats kommersiellt, men har inte överlevt på grund av dessa problem. In-line P4-testning (som tidigare nämnts) har potential om kostnaderna för upprepade analyser kan bli konkurrenskraftiga.

PAG-mätning är en gångbar metod för att fastställa dräktighetsstatus hos mjölkkor , men noggrannheten för PAG-detektion är endast god efter dag 35-40. Interferens kan också uppstå på grund av att PAG överförs från tidigare dräktighet under 40-50 dagar, vilket ger upphov till en risk för falskt positiva resultat. Det kan också ge falska positiva resultat efter embryoförlust.

Det arbete som beskrivs i den brittiska patentansökan nr 1520248.4 har lett till utveckling av ett test baserat på glykandiagnostik med hjälp av IgG-fraktionen i mjölk. Denna teknik kan upptäcka graviditetsstatus redan från dag 16 och har lett till en prioriterad patentansökan (inlämnad den 17 november 2015; brittisk patentansökan nr 1520248.4). Viktigt är att tidig upptäckt av dräktighetsstatus skulle möjliggöra en strategi för att resynkronisera och återbesätta korna senast dag 21 efter den första misslyckade inseminationen (fig. 3).

Den manliga sidan av historien

Och även om det mesta tyder på att trycket på reproduktionseffektiviteten i moderna mjölkkobesättningar i första hand är relaterat till de högproducerande hondjuren, är det uppenbart att man inte får glömma bort hanens roll. Medan veterinärer ofta förbiser vikten av denna sida av myntet, skyller lantbrukarna ofta på frågor som spermiekvalitet och AI-teknikerns expertis, mest för att det ligger i människans natur att föredra att skylla på någon annan i stället för att vara kritisk mot personliga brister. I en studie där man undersökte dräktighetsresultatet av 5883 inseminationer, var en av de 35 tjurar som levererade sperma förknippad med en 2- till 2,5-faldig ökning av dräktighetsfrekvensen . I en annan studie från samma grupp där dräktighetsresultaten av 10 965 inseminationer granskades observerades inte bara en skillnad mellan tjurar utan även dramatiska skillnader mellan inseminatörer. Sannolikheten för dräktighet var nästan fyra gånger lägre när en ko inseminerades av den sämsta jämfört med den bästa inseminatorn.

Framgången av en insemination beror bland annat på att ett lämpligt antal spermier med god befruktningsförmåga deponeras på lämplig plats i könsorganen vid lämplig tidpunkt i förhållande till ägglossningen. Fertilitetspotentialen hos en dos artificiell insemination är en funktion av kvantiteten, kvaliteten och hälsostatusen hos den sperma som ingår i dosen. Det är AI-industrins uppgift att fortsätta att upprätthålla intensiva kvalitetskontrollprogram för att se till att kryokonserverad sperma som släpps ut till försäljning är sjukdomsfri och uppfyller de ovan nämnda kriterierna. I en stor undersökning av metoderna för behandling av sperma vid företag som tillverkar AI i flera länder rapporterades att den genomsnittliga kryokonserverade AI-dosen innehåller cirka 20 × 106 spermatozoer totalt . Detta har uppskattats vara i genomsnitt 2 till 20 gånger högre än uppskattningarna av det minsta antal spermier som krävs för att garantera normal befruktning. Det är anmärkningsvärt att tjurar som är kända för att producera sperma av marginell kvalitet ofta uppnår en fruktsamhet som ligger under genomsnittet trots kompensatoriska ökningar av antalet spermatozoer per dos och vice versa. 2003 granskade Pace de tekniska framsteg som AI-industrin har gjort sedan den etablerades i slutet av 1930-talet och drog slutsatsen att ”ur teknisk synvinkel får mejeriindustrin den mest högkvalitativa sperma som någonsin har producerats”. De tekniska framstegen inom seminbearbetningen återspeglas i att befruktningsgraden med hjälp av kryokonserverad sperma i slutet av 1990-talet och början av 2000-talet är jämförbar med den som rapporterades för icke-frusen sperma på 1950-talet . Innovativa tekniker som nyligen testats inom AI-industrin är kryokonserveringstekniker som förbättrar överlevnaden av spermier efter upptinering och därmed minskar känsligheten för den optimala tidpunkten för inseminationen. I detta avseende har mikroinkapsling av spermatozoer för uthållig tidsfrigörelse eller tekniker utformade för att minska omfattningen av kryokonserveringsinducerad kapacitering testats.

Användning av sperma från hingstar med bevisad hög fertilitet är förmodligen den mest uppenbara och enklaste rekommendationen. När man börjar använda superfertila tjurar i stor omfattning på kor som lider av fertilitetsproblem uppstår dock frågan på vilket sätt det senare kan påverka de fertilitetsdata som rapporterats för dessa tjurar. Användning av sperma från andra raser där fertilitetsförsämringen inte är ett lika allvarligt problem som i Holsteinrasen kan också övervägas som ett alternativ för att förbättra besättningens fertilitet, särskilt om man använder sperma från tjurar från lämpligt avkommetestade avkommor från raser med jämförbara produktionsnivåer. Vi bör dock komma ihåg att korsningar inte i sig är en genetisk förbättring och att genetiskt urval fortfarande starkt rekommenderas inom de raser som används.

Nyligen har rapporter publicerats som visar att vissa tjurar presterar bättre än andra i tidsbestämda AI-scenarier . Det sistnämnda bör stimulera förvaltare och veterinärer att analysera fertilitetsdata för sin besättning i förhållande till användningen av specifika tjurar. Å andra sidan är det fortfarande okänt om vi på detta sätt stimulerar urvalet mot djur som är bättre på att klara av specifika tidsbestämda protokoll i stället för att stimulera urvalet mot förbättrad fertilitet.

En annan bidragande faktor är platsen för spermauppläggning. Även om livmoderkroppen i allmänhet accepteras som den rätta platsen för spermauppläggning, lyckades man i ett experiment där man använde kontraströntgen för att utvärdera noggrannheten hos professionella inseminatörer, att deponera sperma i livmoderkroppen i endast 39 % av försöken, medan man i 25 % av fallen deponerade sperma i livmoderhalsen . Även om flera studier observerade en förbättrad fertilitet till följd av hornuppfödning (djup tvåhörningsinsemination där hela insemineringsdosen fördelas mellan båda livmoderhornen eller djup enhörningsinsemination efter en föregående ultraljudsundersökning för att upptäcka platsen för den ägglossande follikeln för att möjliggöra ipsilateral insemination), visade de flesta jämförande studier ingen skillnad . Nyligen utvecklades en ny anordning som avsevärt underlättar djup intrauterin insemination, även om författarna inte kunde påvisa förbättrade graviditetsresultat med denna anordning jämfört med konventionell insemination i livmoderkroppen . Djup intrauterin insemination testades för insemination av doser med lågt celltal av könssorterade spermier. Även om flödescytometri/cellsortering har visat sig vara ett tillförlitligt förfarande för att skilja X- respektive Y-kromosombärande spermatozoer, rekommenderas ofta användning av könssorterad sperma endast för kvigor som är nulliparösa på grund av nedslående fertilitetsresultat hos multiparösa djur. Som en slutsats nämner DeJarnette et al. i sin genomgång av tillgängliga artiklar att det viktigaste är att se till att spermaavlagringen sker kranialt om den inre livmoderhalsen. Anmärkningsvärt i detta sammanhang är López-Gatius och Hunters artikel där författarna rapporterar om framgångsrik intrafollikulär insemination hos återkommande avelskvigor under värmestress. Den sistnämnda studien behöver dock bekräftas med ytterligare studier.

Användning och tillgänglighet av ”big data”

Gemensam praxis inom mejerivetenskapen

För ”big data”-eran utnyttjade mejeriforskare framgångsrikt data från randomiserade kontrollerade försök för att utforska det komplexa sambandet mellan produktion och reproduktion hos mjölkkor. Flera observationsstudier har utformats för att identifiera (metaboliska) riskfaktorer som påverkar detta förhållande hos mjölkkor . Flera studier har genomförts på detta område och har framgångsrikt publicerats i högt värderade vetenskapliga publikationer . Enligt Leblancs beskrivning innebär dock de tidsmässiga samband som har identifierats inte att det finns ett orsakssamband. Många andra aspekter av mjölkindustrin har förändrats under de senaste årtiondena, vilket har påverkat sambandet. Randomisering utesluter inte förväxling. Det finns fortfarande en möjlighet att andra variabler än behandlingen kan ha ett oberoende samband med interventionen och till och med med resultatet. Även om väl utformade randomiserade kontrollerade kliniska prövningar förblir den gyllene standarden när man utvärderar experimentella behandlingar, ligger potentialen hos Big Data inom mejerivetenskapen i kombinationen av traditionellt insamlade data med dessa nya former av data, både på djur- och befolkningsnivå. Inom humanmedicinen har denna typ av data beskrivits som bevis från den verkliga världen . Det ovan nämnda överflödet av verkliga bevis hos djur kan potentiellt bidra till att lösa komplexa förhållanden, t.ex. den ofta beskrivna antagonismen mellan produktion och reproduktion hos mjölkkor. En nyligen genomförd undersökning av Rutten et al. dokumenterar exakt bristen på integrerade informations- och beslutsstödsverktyg för den nuvarande tekniken inom mjölkforskningen. Fram till 2013 rapporterades ingen enda vetenskaplig publikation inom områdena metabolism och reproduktion som utnyttjar ”Big Data”. Undersökningen bekräftar de vetenskapliga metodologiska utmaningar som observerats i Big Data-analyser.

De tekniker som används för analys och visualisering av traditionella mejeridata är inte lämpliga för Big Data. Volymen, hastigheten, variationen, distributionen och den inkrementella karaktären hos sådana data innebär utmaningar för de traditionella metoderna för dataanalys.

Fruktsamhet och datahanteringsstrategier för mjölkkor

Historiskt sett har tyngdpunkten inom veterinärmedicinen varit inriktad på den enskilda kon som drabbats av en klinisk sjukdom. För cirka 30 år sedan insåg man dock att subkliniska sjukdomar var den största orsaken till ekonomiska förluster i mjölkkobesättningar och veterinärer började undersöka den multifaktoriella karaktären hos dessa subkliniska sjukdomar . Detta visade sig vara effektivt för att förbättra besättningens allmänna hälsostatus och därmed lönsamheten. Detta tillvägagångssätt kallades för hälsostyrning av besättningar och har tillämpats inom veterinärutbildningen i minst tre decennier. Under samma tidsperiod har internet- och kommunikationsteknik vuxit fram och integrerats i förvaltningen av besättningars hälsa för att öka förståelsen av kotrapporterna. Uppgifter om kor har genererats och använts i mer än 100 år. Den första rapporteringen om registrering och insamling av uppgifter om mjölkproduktion kommer från en sammanslutning av mjölkbönder i Danmark år 1895. År 1906 grundades den första amerikanska mjölkregistreringsföreningen . Sedan 1950-talet har datorer använts som ett förvaltningsverktyg inom mjölkproduktionen . Under de följande decennierna har programvaran för förvaltning av mjölkbesättningar utvecklats snabbt och persondatorn har blivit ett viktigt förvaltningsverktyg för att övervaka produktion, reproduktion och hälsa . Tekniken för att samla in och lagra data har utvecklats snabbare än den hastighet med vilken nya insikter inom mejerivetenskapen har upptäckts. Den exponentiellt ökade volymen och hastigheten med vilken data nu skapas, allmänt kallad Big Data, har inneburit nya utmaningar för forskningen inom mejerivetenskap. Hur forskarna måste utnyttja kraften i Big Data har stått i centrum för uppmärksamheten ända sedan publiceringstrenden som startade omkring 2009 . Hur dessa utmaningar ska hanteras kommer att vara huvudområdet för framtida forskning.

Tillgängliga data för mjölkpraktiker

1. Officiella mjölkregistreringsorganisationer samlar in 4 till 8 mjölkprover per vecka för att upptäcka mjölkkomponenter. Nya analysmetoder upptäcker fler metaboliter för att bedöma (åter) produktiva prestationer i mjölken. Som exempel kan nämnas att hela MIR-spektrumet (mid-infra-röd) i mjölk har föreslagits som en prediktor för sjukdomar hos mjölkkor . MIR-prediktioner är nu lättillgängliga för egenskaper som rör mjölkens sammansättning, t.ex. mjölkfett, protein och fettsyror. Ytterligare prediktionsekvationer håller på att utvecklas för att göra det möjligt att förutsäga växthusgaser och nya prestations- och hälsoegenskaper. Diagnostiska tjänster analyserar rutinmässigt en mängd olika parametrar i blod-, mjölk- och avföringsprover från mjölkkor. Nyligen har genomisk information blivit kommersiellt tillgänglig för både han- och hondjur, vilket skapar en ny uppsättning data. Dessa så kallade sekundära datacenter utanför gården, som huvudsakligen innehåller uppgifter om mjölkregistrering, genomik och diagnostik, har byggts upp i olika länder och innehåller var och en en en delmängd uppgifter som representerar mjölkkors verkliga värld.

2. På gården är konventionella och robotmjölkningssystem utrustade med fler och bättre sensorer som samlar in information utöver den producerade mjölkmängden. Inlinesensorer upptäcker mjölkens sammansättning, antalet somatiska celler, temperatur och färg. Biosensorer samlar in nya biomarkörer som progesteron (reproduktion), L-laktatdehydrogenas (juverhälsa), urea och beta-hydroxibutyrat (metabolisk hälsa) . Vågar och tredimensionella kameror registrerar djurets kroppsvikt och kroppskondition under mjölkningen . Ända sedan sensorteknikens början har kor utrustats med stegräknare och accelerometrar som registrerar djurets rörelser för att kunna förutsäga specifika beteenden, t.ex. brunst och sjukdomar hos mjölkkor . Exempel på innovationer i ett tidigt skede som tillämpas på mjölkkor är boler för rumintemperatur och pH-värde i vommen, sensorer för intravaginal temperatur och mätning av hjärtfrekvensen . Volymen eller formatet på uppgifterna utgör inte längre någon större begränsning, och därför har den totala volymen av kurrelaterade uppgifter som samlas in per dag ökat snabbt.

Nya datakällor inom mjölkindustrin

1. Den stora betydelsen av miljöfaktorer som temperatur och luftfuktighet för reproduktion av mjölkkor är obestridlig. Platsbaserade data har blivit allmänt tillgängliga under de senaste decennierna, vilket har skapat möjlighet att lägga fysiska kartor och platsbaserade insikter ovanpå andra tillgängliga data. Metoden att kombinera Internet-of-Things (IoT)-enheter i realtid med analys av historiska data är oexploaterad inom mejerivetenskapen. Data som strömmar från automatiserade dataloggare för miljöfaktorer erbjuder således nya tillämpningar när det gäller insamling och användning av stora datamängder för att förändra beslutsfattande och förvaltning .

2. Hastigheten och kapaciteten hos datorhårdvara har ökat, samtidigt som kostnaderna har sjunkit . Detta har lett till enklare dataregistrering med hjälp av billiga mobila enheter och molnbaserade datacentraler med hög tillgänglighet som gör det möjligt att på ett mer konsekvent och korrekt sätt registrera manuellt inmatade reproduktions-, sjukdoms- och behandlingshändelser på ko-nivå. Genom att använda dessa data för att bygga prediktiva modeller för att förutse sjukdomsutfall från aktuella behandlingsplaner och förfina dessa modeller i realtid kommer den vetenskapliga kunskapen om behandlingens effektivitet att förbättras, vilket för närvarande är begränsat till observationsstudier.

3. För övrigt är mobilt registrerade anekdotiska och ostrukturerade data från lantbrukare, veterinärers anteckningar och andra källor en gigantisk gräns för outnyttjade insikter. I dag har forskare konstaterat att 85 % av världens information är ostrukturerad och består av text, ljud och video i fri form, snarare än av välorganiserade och igenkännbara fält. Även om behovet av en standardiserad inmatning av sjukdomsdata redan har uppmärksammats under lång tid, saknas ett effektivt genomförande i nuvarande programvara. Behandling av naturligt språk består av flera olika beräkningstekniker för att bearbeta språk på ett människoliknande sätt från maskinläsbara ostrukturerade texter. Detta har framgångsrikt tillämpats inom humanmedicinen, men ännu inte inom mjölkforskningen såvitt vi vet. Att fånga och utnyttja dessa data kommer att berika analysen och insikterna enormt.