젖소에 있어 아급성제1위과산증(SARA)의 강도가 혈장 Lipopolysaccharide (LPS)의 농도에 미치는 효과 Effect of Subacute Ruminal Acidosis on Plasma Concentrations of Lipopolysaccharide in Dairy Cattle원문보기
본 시험은 젖소 4두에 대하여 제1위체류형 센서(Indwelling probe)를 정치시키고 이를 이용하여 아급성제1위과산증(SARA)의 강도를 조사함과 동시에 pH가 혈 중 내독소(Lipopolysaccharide; LPS)의 농도에 미치는 효과를 알아보기 위하여 수행되었다. 비섬유성탄수화물(Non-fiber carbohydrates, NFC)을 기준으로 적정 수준의 NFC를 포함하고 있는 정상 사료군(Normal diet, ND)과, 아급성제1위과산증(Subacute ruminal acidosis, SARA) 유발가능 사료군(Acidogenic diet, AD)의 2개 처리구에 각 2두씩 배치하여 Cross-over 설계로 사양실험을 반복 실시하였다. 제1위체류형 센서는 장시간에 걸친 제1위 내 pH의 변화를 추적하는 데 효과적이었다. 얻어진 결과에서 AD 급여는 반추위내용물의 pH를 낮추는 데 커다란 영향을 주었으며, 반추위 내 pH의 저하는 혈 중 LPS의 농도가 증가로 이어짐을 확인할 수 있었다. 따라서 혈 중 LPS 농도는 급성 또는 만성형을 불문하고 과산증을 확인하는 지표로 사용 가능할 것으로 판단된다. 또한 착유우용 사료첨가물로 많이 이용되는 소디움벤토나이트(NaB)와 프로필렌글리콜(PG)의 급여는 반추위 내 pH의 저하를 완충시켜 궁극적으로 SARA의 강도를 완화시키고 혈 중 Lipopolysaccharides (LPS) 농도의 증가를 줄여 줌으로써 내독소에 의해 발생하기 쉬운 제엽염 등의 부작용을 완화시키는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
본 시험은 젖소 4두에 대하여 제1위체류형 센서(Indwelling probe)를 정치시키고 이를 이용하여 아급성제1위과산증(SARA)의 강도를 조사함과 동시에 pH가 혈 중 내독소(Lipopolysaccharide; LPS)의 농도에 미치는 효과를 알아보기 위하여 수행되었다. 비섬유성탄수화물(Non-fiber carbohydrates, NFC)을 기준으로 적정 수준의 NFC를 포함하고 있는 정상 사료군(Normal diet, ND)과, 아급성제1위과산증(Subacute ruminal acidosis, SARA) 유발가능 사료군(Acidogenic diet, AD)의 2개 처리구에 각 2두씩 배치하여 Cross-over 설계로 사양실험을 반복 실시하였다. 제1위체류형 센서는 장시간에 걸친 제1위 내 pH의 변화를 추적하는 데 효과적이었다. 얻어진 결과에서 AD 급여는 반추위내용물의 pH를 낮추는 데 커다란 영향을 주었으며, 반추위 내 pH의 저하는 혈 중 LPS의 농도가 증가로 이어짐을 확인할 수 있었다. 따라서 혈 중 LPS 농도는 급성 또는 만성형을 불문하고 과산증을 확인하는 지표로 사용 가능할 것으로 판단된다. 또한 착유우용 사료첨가물로 많이 이용되는 소디움벤토나이트(NaB)와 프로필렌글리콜(PG)의 급여는 반추위 내 pH의 저하를 완충시켜 궁극적으로 SARA의 강도를 완화시키고 혈 중 Lipopolysaccharides (LPS) 농도의 증가를 줄여 줌으로써 내독소에 의해 발생하기 쉬운 제엽염 등의 부작용을 완화시키는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
A study was conducted to determine if subacute ruminal acidosis (SARA) induced by feeding high level of non-structural carbohydrates results in increases in lipopolysaccharides (LPS) of peripheral blood in dairy cattle. In this experiment four Holstein steers, two of which having ruminal canulae wit...
A study was conducted to determine if subacute ruminal acidosis (SARA) induced by feeding high level of non-structural carbohydrates results in increases in lipopolysaccharides (LPS) of peripheral blood in dairy cattle. In this experiment four Holstein steers, two of which having ruminal canulae with indwelling probes placed for measuring long term pH changes, were alloted into two dietary treatments in a cross-over design, where an acidogenic diet (AD) was formulated by including high amount of non-structural carbohydrates (NSC) based on corn silage and corn flake as TMR ingredients. Data for ruminal pH change and plasma LPS concentration were compared against normal diet (ND) which contained grass hay as forage and low NSC ingredients. Feeding AD for more than 14 days to animals brought about a pH change as low as less than 5.8 for more than 4 hours, which made good contrast to ND fed animals. Decreased ruminal pH also had an effect on LPS concentrations which showed significantly higher level for AD compared with ND. Therefore, plasma LPS concentration may be used as an effective indicator to verify acidosis whether it is acute or chronic. Na-bentonite and Propylene glycol, which are frequently included in dairy TMR as additives, helped decrease ruminal pH by buffering and then ultimately alleviates SARA. Therefore, it could also be helpful to lower the occurrence of laminitis which is often caused by increased blood endotoxin (LPS) concentration.
A study was conducted to determine if subacute ruminal acidosis (SARA) induced by feeding high level of non-structural carbohydrates results in increases in lipopolysaccharides (LPS) of peripheral blood in dairy cattle. In this experiment four Holstein steers, two of which having ruminal canulae with indwelling probes placed for measuring long term pH changes, were alloted into two dietary treatments in a cross-over design, where an acidogenic diet (AD) was formulated by including high amount of non-structural carbohydrates (NSC) based on corn silage and corn flake as TMR ingredients. Data for ruminal pH change and plasma LPS concentration were compared against normal diet (ND) which contained grass hay as forage and low NSC ingredients. Feeding AD for more than 14 days to animals brought about a pH change as low as less than 5.8 for more than 4 hours, which made good contrast to ND fed animals. Decreased ruminal pH also had an effect on LPS concentrations which showed significantly higher level for AD compared with ND. Therefore, plasma LPS concentration may be used as an effective indicator to verify acidosis whether it is acute or chronic. Na-bentonite and Propylene glycol, which are frequently included in dairy TMR as additives, helped decrease ruminal pH by buffering and then ultimately alleviates SARA. Therefore, it could also be helpful to lower the occurrence of laminitis which is often caused by increased blood endotoxin (LPS) concentration.
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문제 정의
본 시험은 젖소 4두에 대하여 제1위체류형 센서(Indwelling probe)를 정치시키고 이를 이용하여 아급성제1위과산증(SARA)의 강도를 조사함과 동시에 pH가 혈 중 내독소(Lipopolysaccharide; LPS)의 농도에 미치는 효과를 알아보기 위하여 수행되었다.
이에 본 연구는 아급성제1위과산증(SARA)의 강도를 판정함에 있어 혈 중 LPS 농도의 유효성을 평가하고, 동시에 제1위 내용물의 pH를 정상 범위 내에 유지하기 위한 첨가물의 효과를 알아보기 위한 목적으로 실시하였다.
, 2007), 근래에 국내 젖소에서 발생빈도가 높아지고 있는 제엽염(Laminitis) 역시 일차적으로는 속발효성 탄수화물의 과다 급여, 즉 사료 내 높은 NFC 수준에 기인한 제1위내용물의 pH 저하, 그리고 그로 인해 융해(lysis)되는 그람음성(－)균에서 유래하는 내독소(Lipopolysaccharides, LPS)에 기인한다고 볼 수 있다. 이에 본 연구에서는 아급성제1위과산증을 유기할 가능성이 높은 성격의 사료(TMR)를 배합하여 급여하면서 제1위 내 pH의 변화를 장시간 추적함과 동시에 그에 따른 혈 중 LPS의 농도변화를 관찰하고자 하였다. 그리고 사료용 첨가물로 이용되는 NaB 및 PG 급여가 SARA와 관련된 부정적 효과를 어느 정도 개선할 수 있는지를 관찰하였다.
제안 방법
Table 1에 제시된 바와 같이, 제1위과산증 유발사료(Acidogenic Diet, AD)의 배합비를 정상사료(Normal Diet, ND)와 비교해보면, ND에 포함된 화본과 건초 대신에 옥수수사일리지 (황숙기 수확, pH 4.4)를 조사료로 하고 옥수수 후레이크와 당밀을 더 높은 수준으로 포함하였다. 화학분석 또는 계산식을 이용하여 산출된 에너지 (TDN)와 조단백질(CP)의 함량에 있어 두 처리구 간에 커다란 차이를 보이지 않았지만, AD는 ND에 비하여 NDF 및 ADF 함량에 있어 각각 3~4% 단위 낮은 반면, 비섬유성탄수화물 (NFC)은 3.
공시축은 사료 내 비섬유성 탄수화물(non-fiber carbohydrate, NFC)을 기준으로 적정 수준의 NSC를 포함하고 있는 정상사료군(Normal diet, ND)과, 아급성제1위과산증(Subacute ruminal acidosis, SARA) 유발가능 사료군(Acidogenetic diet, AD)의 2개 처리구에 각 2두씩 배치하여 Cross-over설계로 사양실험을 반복 실시하였다.
과산증 유발사료와 대조하기 위하여 배합된 정상사료(Normal Diet, ND) 경우에는 화본과 및 콩과 건초를 조사료로 한 전형적인 TMR을 배합하였고, 제1위과산증 유발사료(Acidogenic Diet, AD)의 배합에서는 건초 대신에 옥수수사일리지(황숙기 수확, pH 4.4)를 조사료로 하고 속발효성 탄수화물인 옥수수후레이크와 당밀을 더 높은 수준으로 포함시켰으며, 궁극적으로 TDN과 조단백질 함량에 거의 차이가 없도록 배합하였다.
이에 본 연구에서는 아급성제1위과산증을 유기할 가능성이 높은 성격의 사료(TMR)를 배합하여 급여하면서 제1위 내 pH의 변화를 장시간 추적함과 동시에 그에 따른 혈 중 LPS의 농도변화를 관찰하고자 하였다. 그리고 사료용 첨가물로 이용되는 NaB 및 PG 급여가 SARA와 관련된 부정적 효과를 어느 정도 개선할 수 있는지를 관찰하였다.
반추위내용물의 pH 측정에는 체류형 pH 측정장치(Indwelling pH probe; DASCOR LRCpH Series-4)를 누관을 통하여 제1위의 복낭(Ventral sac)에 정치시킨 다음 시간경과에 따른 변화를 추적하였다 (Fig. 1). 측정 간격은 10분으로 지정하여 총 14일 간 체류시킨 다음, 인출하여 공시 사료 급여에 따른 pH의 변화패턴을 조사하였다.
비섬유성탄수화물(Non-fiber carbohydrates, NFC)을 기준으로 적정 수준의 NFC를 포함하고 있는 정상 사료군(Normal diet, ND)과, 아급성제1위과산증(Subacute ruminal acidosis, SARA) 유발가능 사료군(Acidogenic diet, AD)의 2개 처리구에 각 2두씩 배치하여 Cross-over 설계로 사양실험을 반복 실시하였다.
사양시험의 각 처리기간별로 3일 및 4일째에 공복, 급여 4시간 및 6시간에 미근정맥으로부터 진공채혈관(vacutainer)을 이용하여 혈액을 채취하고, 실험실로 운송한 다음 혈장을 분리하였다. 혈장 내 LPS 농도의 분석에는 Levin and Bang (1964)의 내독소 분석방법에 기초하여 제조된 Test Kit(Toxin Sensor Chromogenic LAL Endotoxin Assay Kit No.
음수는 실험기간 동안 자유 섭취(ad libitum)하도록 하였다. 처리구 변경 시마다 급여사료의 배합비는 7일 간의 적응기간을 두었으며, 14일간 급여 후에 시료를 채취하였다. 기타 사양관리는 농장 관행에 준하였다.
7 kg을 충족시키는 기준으로 설계하였다. 처리구별 배합비는 Table 1에 제시한 바와 같으며, 사료는 1일 2회 (오전 6시와 오후 6시)에 급여하였다. 음수는 실험기간 동안 자유 섭취(ad libitum)하도록 하였다.
첨가제 급여가 제1위 내 pH 변화패턴과 혈 중 LPS 농도의 변화에 치치는 효과를 관찰하기 위하여 해당 처리구의 경우 사료용 완충제로 이용되는 소디움벤토나이트(NaB;'BIONIT'- H사)를 분말 형태로 두 당 1일 2회 각 60 g 씩 TMR에 혼합하여 급여하는 한편, 액상 프로필렌글리콜(PG; ‘MPG’- S사)을 해당 처리구에 두 당 1일 2회 각 100 ml 씩 사료 급여 직전에 골고루 혼합하여 급여하였다.
1). 측정 간격은 10분으로 지정하여 총 14일 간 체류시킨 다음, 인출하여 공시 사료 급여에 따른 pH의 변화패턴을 조사하였다. 인출된 프로브는 세척한 후 인출한 칩을 컴퓨터에 연결을 하여 데이터를 기록하고, 포맷을 실시한 다음 다시 결합하여 해당 처리구의 공시동물에 재사용하였다.
혈장의 LPS 농도는 사료급여 직전(0시간)과 급여 후 4 및 6시간에 채취한 혈액으로부터 얻은 혈장에 대하여 측정하였으며, 이때 제1위내용물의 pH 변화를 완충시키고 대사를 촉진하는 것으로 알려진 소디움벤토나이트(NaB) 및 프로필렌글리콜(PG)을 사료에 첨가하였을 때 제1위 내 pH 변화 및 혈 중 LPS에 미치는 효과를 조사하였다.
대상 데이터
2013년 7월에서 9월까지 경기도 남양주시 소재 고려대학교 부속농장에서 사육하는 평균 체중 500 ± 20 kg의 제1위 누관 (cannula)이 장착된 Holstein 거세우 4두를 계류식 우사(stanchion barn)에 수용하였다.
데이터처리
SAS software package(ver. 9.3, SAS Institute, NC, USA)를 이용하여 분산 분석을 실시하였으며, 처리구의 평균치 간 유의성 검정을 Duncan’s multiple range test로 5% 수준에서 실시하였다.
이론/모형
사료의 영양수준은 한국가축사양표준－젖소(2012)에 따라 체중 500 kg, 일당증체량 0.7 kg을 충족시키는 기준으로 설계하였다. 처리구별 배합비는 Table 1에 제시한 바와 같으며, 사료는 1일 2회 (오전 6시와 오후 6시)에 급여하였다.
사양시험의 각 처리기간별로 3일 및 4일째에 공복, 급여 4시간 및 6시간에 미근정맥으로부터 진공채혈관(vacutainer)을 이용하여 혈액을 채취하고, 실험실로 운송한 다음 혈장을 분리하였다. 혈장 내 LPS 농도의 분석에는 Levin and Bang (1964)의 내독소 분석방법에 기초하여 제조된 Test Kit(Toxin Sensor Chromogenic LAL Endotoxin Assay Kit No. L00350)를 사용하였으며, 매 시료 당 3반복으로 분석하였다.
성능/효과
PG를 사료에 일주일 간 첨가 급여하였을 때 LPS의 농도는 PG 급여구에서 식후 6시간에 제일 높은 수준을 보였는데 반하여 AD는 식후 4시간에 가장 높았는데, PG의 첨가 급여로 AD 급여구나 NaB 첨가구에 비해 유의적으로 낮은 농도를 나타내었다(p<.05).
얻어진 결과에서 AD 급여는 반추위내용물의 pH를 낮추는 데 커다란 영향을 주었으며, 반추위 내 pH의 저하는 혈 중 LPS의 농도가 증가로 이어짐을 확인할 수 있었다.
5는 공시사료를 급여하면서 혈액을 채취하여 얻은 혈장에 대하여 LPS를 정량 분석하여 얻은 결과이다. 전체적으로 LPS의 농도는 AD 급여구에서 현저히 높아 ND 급여구와 뚜렷한 차이를 보였으며, NaB 첨가구와 PG 첨가구는 둘 간의 중간에 해당하는 형장 농도를 보여 AD 급여구에서 나타나는 부작용을 완화시키고 있음을 암시하였다. 즉 완충제로서 NaB를 급여한 경우 공복시에는 AD와 큰 차이를 보이지 않았으나 아침사료에 NaB를 혼합 급여함으로써 혈 중 LPS 농도가 뚜렷이 낮아진 것을 확인할 수 있다.
제1위 내 평균 pH의 최저치가 6.4 이상을 나타낸 ND 급여구와는 달리, AD 급여구는 급여시간 구간 내에서 pH가 6.0 이하로 지속된 누적시간이 8시간을 상회하였음을 볼 때, AD의 구성사료 및 배합비로 공시축은 아급성제1위과산증에 매우 근접하는 상태에 도달해 있었다.
제1위체류형 센서는 장시간에 걸친 제1위 내 pH의 변화를 추적하는 데 효과적이었다.
즉 TMR 섭취를 시작한지 4시간 이내에 pH가 저하되다가 약 8시간이 지나면서 다시 서서히 증가하는 양상을 보였는데, 이때 ND 급여구의 경우에는 pH 6.4에서 7.0 이하의 범위 내에서 변화를 보인 반면, AD 급여구는 pH 5.5에서 6.5의 범위로 더 커다란 변화 폭을 나타내었다.
최저 pH가 아닌 시간영역에서도 NaB 혼합급여구는 AD 급여구에 비하여 평균적으로 pH 약 0.2 단위가 더 높은 수준에서 변화함으로써 NaB가 급성이 아닌 아급성 또는 만성형 제1위과산증을 개선하는 효과를 보여주었다.
4)를 조사료로 하고 옥수수 후레이크와 당밀을 더 높은 수준으로 포함하였다. 화학분석 또는 계산식을 이용하여 산출된 에너지 (TDN)와 조단백질(CP)의 함량에 있어 두 처리구 간에 커다란 차이를 보이지 않았지만, AD는 ND에 비하여 NDF 및 ADF 함량에 있어 각각 3~4% 단위 낮은 반면, 비섬유성탄수화물 (NFC)은 3.8% 단위 더 높은 것으로 나타나 실제로 아급성제1위과산증을 유발하기 쉬운 사료조성을 가졌다고 판단되었다.
후속연구
이것은 그들의 실험에서는 급여사료로 50~84%의 옥수수 사일리지를 사용하였지만 본 시험에서는 30% 내외로 농후사료 위주의 급여를 하였기 때문인 것으로 판단된다. 그러므로 완충제로 NaB를 사용할 경우 젖소 고능력우나 비육우를 위한 농후사료 위주의 사양형태에서 보다 큰 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
얻어진 결과에서 AD 급여는 반추위내용물의 pH를 낮추는 데 커다란 영향을 주었으며, 반추위 내 pH의 저하는 혈 중 LPS의 농도가 증가로 이어짐을 확인할 수 있었다. 따라서 혈 중 LPS 농도는 급성 또는 만성형을 불문하고 과산증을 확인하는 지표로 사용 가능할 것으로 판단된다. 또한 착유우용 사료첨가물로 많이 이용되는 소디움벤토나이트(NaB)와 프로필렌글리콜 (PG)의 급여는 반추위 내 pH의 저하를 완충시켜 궁극적으로 SARA의 강도를 완화시키고 혈 중 Lipopolysaccharides (LPS) 농도의 증가를 줄여줌으로써 내독소에 의해 발생하기 쉬운 제엽염 등의 부작용을 완화시키는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
따라서 혈 중 LPS 농도는 급성 또는 만성형을 불문하고 과산증을 확인하는 지표로 사용 가능할 것으로 판단된다. 또한 착유우용 사료첨가물로 많이 이용되는 소디움벤토나이트(NaB)와 프로필렌글리콜 (PG)의 급여는 반추위 내 pH의 저하를 완충시켜 궁극적으로 SARA의 강도를 완화시키고 혈 중 Lipopolysaccharides (LPS) 농도의 증가를 줄여줌으로써 내독소에 의해 발생하기 쉬운 제엽염 등의 부작용을 완화시키는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
이상의 연구결과를 종합해 볼 때, 혈 중 LPS 농도는 장기적인 제1위과산증 및 제엽염 등을 암시하는 유효한 지표로서 활용 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제1위과산증이란?
근래에 젖소의 유전적 개량으로 생산능력이 점점 높아지면서 이를 영양적으로 지원하는데 보다 많은 영양소가 요구됨으로써 소화기 질환이나 대사장해 등 부작용이 빈발하고 있다. 그 중에서도 제1위과산증(Ruminal Acidosis, RA)은 반추동물에서 가장 빈번하게 일어나는 소화기 질환으로, 동물이 갑자기 곡물이나 소화가 잘 되는 고영양사료를 다량으로 섭취하였을 때 제1위 내용물의 pH가 비정상적으로 저하하는 상태를 말한다(Ruminal Acidosis, 2007). 제1위과산증 (RA)은 만성 (Chronic)과 아급성 (Subacute)으로 구분되는데, 만성은 제1위의 pH가 6.
제1위과산증은 어떻게 구분되는가?
그 중에서도 제1위과산증(Ruminal Acidosis, RA)은 반추동물에서 가장 빈번하게 일어나는 소화기 질환으로, 동물이 갑자기 곡물이나 소화가 잘 되는 고영양사료를 다량으로 섭취하였을 때 제1위 내용물의 pH가 비정상적으로 저하하는 상태를 말한다(Ruminal Acidosis, 2007). 제1위과산증 (RA)은 만성 (Chronic)과 아급성 (Subacute)으로 구분되는데, 만성은 제1위의 pH가 6.0 이하로 장시간 유지되는 것인 데 반해 아급성(Acute)은 적어도 3시간 이상 pH가 5.
비유초기 젖소사료의 프로필렌글리콜 첨가 효과의 구명이 필요시되는 이유는 무엇인가?
Owens et al. (1998)은 소에서의 과산증을 예방하기 위해 급여하는 사료 첨가물은 젖산 생성을 비롯하여 과산증과 관련된 미생물을 효과적으로 억제하는 성격을 갖도록 하는 것이 중요하다 하였는바, 특히 조농비가 크게 낮아지기 쉬운 비유초기 젖소사료에 있어 PG의 첨가는 관련 반추위 내 미생물대사와 관련하여 긍정적 또는 부정적 효과를 줄 수 있으므로, 이에 대한 구명이 필요시 된다.
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