DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2026.1775279
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41847362
تاريخ النشر: 2026-03-02
المؤلف: Bing Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية المجترات وعلم وظائف الهضم
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة الاستجابات الالتهابية النظامية والتغيرات الأيضية في الأبقار الحلوب الناتجة عن الحميات الغنية بالحبوب، والتي تُستخدم عادة لتلبية احتياجات الطاقة للأبقار الحلوب ذات الإنتاج العالي. تم تغذية أربعة عشر بقرة حلوب في منتصف فترة الرضاعة مع ناسور دائم في المعدة بزيادة تدريجية في كميات حبوب الذرة لتحفيز الحموضة المعوية. أكدت النتائج نجاح تحفيز الحموضة، كما يتضح من الانخفاض الكبير في درجة حموضة المعدة (p < 0.05). كشفت تحليلات المصل عن نمط جرس مقلوب لتركيزات الليبوبوليسكاريد (LPS) وزيادات ملحوظة في بروتينات المرحلة الحادة مثل أميليود المصل A (SAA) وبروتين C التفاعلي (CRP) والهبتوجلوبين (Hp)، مما يشير إلى التهاب نظامي (p < 0.05). حددت ملفات التعريف الأيضية 37 مستقلبًا مختلفًا بشكل ملحوظ بين حالات الحموضة الطبيعية والحموضة، مع ملاحظات على الارتباطات بين درجة حموضة المعدة، وعلامات الالتهاب، ومستقلبات المصل المحددة. تسلط النتائج الضوء على العلاقة المعقدة بين خلل المعدة وتنظيم الأيض، موضحة أن التغذية الغنية بالحبوب لا تعطل فقط التوازن في المعدة ولكن أيضًا تحفز الالتهاب النظامي وإعادة برمجة الأيض. ومن الجدير بالذكر أن D-glycerol-1-phosphate و4-hydroxypyridine ظهرا كعلامات بيولوجية محتملة لتمييز التغيرات الأيضية المرتبطة بالحموضة. تعزز هذه الأبحاث الفهم لآليات الالتهاب المرتبطة بالحموضة المعوية وتقترح استراتيجيات غذائية للتخفيف من الاضطرابات المرتبطة بالحموضة في الأبقار الحلوب.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على العلاقة الحرجة بين النظام الغذائي والصحة في الأبقار الحلوب ذات الإنتاج العالي، خاصة خلال فترة الرضاعة المبكرة. تؤكد على أن تحويل الأبقار من نظام غذائي قائم على العلف إلى نظام غذائي مركز قابل للتحلل العالي أمر ضروري لتلبية احتياجاتها المتزايدة من الطاقة. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي هذه الحميات الغنية بالحبوب إلى الحموضة المعوية تحت الحادة (SARA) أو الحموضة الحادة، مما يؤثر سلبًا على صحة الأبقار من خلال التسبب في حالات مثل التهاب الحافر والإسهال. تسهل درجة حموضة المعدة المنخفضة تحلل البكتيريا سالبة الجرام، مما يحرر الليبوبوليسكاريد (LPS) في مجرى الدم، مما يحفز الالتهاب النظامي ويؤثر على الاستجابات الأيضية.
تناقش هذه الفقرة أيضًا أهمية معايير الدم كمؤشرات للصحة الأيضية، خاصة فيما يتعلق بالاستجابات الالتهابية المميزة ببروتينات المرحلة الحادة مثل الهبتوجلوبين (Hp) وأميليود المصل-A (SAA). على الرغم من التأثير المعروف لـ SARA على إنتاج الحليب والصحة، لا تزال الآليات الكامنة وراء الالتهاب النظامي خلال انتقالات النظام الغذائي غير مفهومة جيدًا. تهدف الدراسة إلى التحقيق في هذه الآليات على المستوى الأيضي باستخدام علم الأيض، بهدف تحديد علامات بيولوجية محتملة للالتهاب النظامي والكشف المبكر عن الحموضة الحادة في المعدة خلال المرحلة الحرجة من الرضاعة المبكرة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام أربعة عشر بقرة حلوب من سلالة هولشتاين في منتصف فترة الرضاعة مع ناسور دائم في المعدة للتحقيق في آثار الحموضة المعوية المحفزة. تضمنت التصميم التجريبي زيادة تدريجية في محتوى حبوب الذرة في حميات الأبقار على مدى 16 يومًا، بهدف خفض درجة حموضة المعدة إلى أقل من 5.8، وهو عتبة تشير إلى الحموضة. تم إجراء التعديلات الغذائية كل يومين، وتم مراقبة درجة حموضة المعدة من خلال أخذ عينات عبر الناسور، حيث كانت الأيام الأولى بمثابة فترة تحكم لمستويات الحموضة الطبيعية.
تم تغذية الأبقار بنظام غذائي أساسي تم صياغته وفقًا للمعايير التي وضعتها لجنة أبحاث التغذية (NRC، 2001)، مع تفاصيل تركيبات غذائية محددة في الجدول المرافق. تم التغذية ثلاث مرات يوميًا، كما تم حلب الأبقار ثلاث مرات. التزمت الدراسة بالمعايير الأخلاقية، حيث حصلت على موافقة من لجنة رعاية الحيوانات والأخلاقيات في جامعة الزراعة بمنغوليا الداخلية، مما يضمن الامتثال للإرشادات الوطنية لرعاية الحيوانات المخبرية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على النقاط البيانية الرئيسية والاتجاهات الملاحظة. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة بتحليلات إحصائية ذات صلة، والتي قد تشمل قيم p، وفترات الثقة، أو أحجام التأثير، لدعم أهمية النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح البيانات بوضوح. تساعد هذه الوسائل البصرية في تعزيز فهم النتائج وتسهيل المقارنات بين ظروف تجريبية أو مجموعات مختلفة. بشكل عام، تسهم النتائج في السياق الأوسع لسؤال البحث، مقدمة رؤى قد تفيد الدراسات المستقبلية أو التطبيقات العملية في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في آثار الحميات الغنية بالحبوب على الحموضة المعوية في الأبقار الحلوب في منتصف فترة الرضاعة، مع التركيز على الاستجابات الالتهابية النظامية والتغيرات الأيضية. تم جمع عينات الدم يوميًا، وتم قياس علامات الالتهاب في المصل، بما في ذلك الليبوبوليسكاريدات (LPS) وبروتينات المرحلة الحادة (SAA وCRP وHp). أشارت النتائج إلى أن زيادة حبوب الذرة في النظام الغذائي قللت بشكل كبير من درجة حموضة المعدة وزادت من علامات الالتهاب في المصل، مما يظهر ارتباطًا واضحًا بين تركيبة النظام الغذائي والاستجابات الالتهابية. بالإضافة إلى ذلك، كشفت تحليل الأيض غير المستهدف عن 366 قمة فعالة، مع تحديد 169 مستقلبًا، مما يبرز التحولات الكبيرة في ملفات مستقلبات المصل بين حالات الحموضة الطبيعية والحموضة. ومن الجدير بالذكر أنه تم تحديد 37 مستقلبًا مختلفًا بشكل ملحوظ (SDMs)، مع زيادة الأحماض الأمينية والأحماض العضوية في حالات الحموضة، مما يشير إلى تغييرات في الأيض الطاقي ومسارات الالتهاب.
كما حددت الدراسة علامات بيولوجية محتملة للحموضة المعوية، وتحديدًا 4-hydroxypyridine وD-glycerol 1-phosphate، التي أظهرت دقة تنبؤية عالية في تمييز بين حالات الحموضة الطبيعية والحموضة. كشفت تحليلات الارتباط عن ارتباطات قوية بين مستقلبات المصل وعلامات الالتهاب، مما يشير إلى أن التغيرات في درجة حموضة المعدة تلعب دورًا محوريًا في دفع الاستجابات الأيضية والالتهابية. تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين النظام الغذائي والالتهاب والأيض في الأبقار الحلوب، مما يوفر أساسًا للبحوث المستقبلية حول التطبيقات التشخيصية واستراتيجيات الإدارة للتخفيف من آثار الحموضة المعوية على صحة الأبقار وإنتاجيتها.
DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2026.1775279
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41847362
Publication Date: 2026-03-02
Author(s): Bing Zhang et al.
Primary Topic: Ruminant Nutrition and Digestive Physiology
Overview
This study investigates the systemic inflammatory responses and metabolic alterations in dairy cows induced by high-grain diets, which are commonly used to meet the energy needs of high-producing lactating cows. Fourteen midlactation dairy cows with permanent rumen fistulas were gradually fed increasing amounts of corn grain to induce ruminal acidosis. The results confirmed successful acidosis induction, evidenced by a significant decrease in rumen pH (p < 0.05). Serum analysis revealed an inverted bell-shaped pattern of lipopolysaccharide (LPS) concentrations and marked increases in acute-phase proteins such as serum amyloid A (SAA), C-reactive protein (CRP), and haptoglobin (Hp), indicating systemic inflammation (p < 0.05). Metabolomic profiling identified 37 significantly different metabolites between normal and acidosis states, with correlations observed between rumen pH, inflammatory markers, and specific serum metabolites. The findings highlight the intricate relationship between ruminal dysfunction and metabolic regulation, demonstrating that high-grain feeding not only disrupts ruminal homeostasis but also triggers systemic inflammation and metabolic reprogramming. Notably, D-glycerol-1-phosphate and 4-hydroxypyridine emerged as potential biomarkers for distinguishing acidosis-related metabolic changes. This research enhances the understanding of inflammatory mechanisms linked to ruminal acidosis and suggests dietary strategies to mitigate acidosis-related disorders in lactating dairy cows.
Introduction
The introduction highlights the critical relationship between diet and health in high-yielding dairy cows, particularly during the early lactation period. It emphasizes that transitioning cows from a forage-based diet to a high-degradable concentrate diet is essential to meet their increased energy demands. However, such high-grain diets can lead to subacute ruminal acidosis (SARA) or acute acidosis, which negatively impacts cow health by causing conditions like laminitis and diarrhea. The resulting low rumen pH facilitates the lysis of gram-negative bacteria, releasing lipopolysaccharide (LPS) into the bloodstream, which triggers systemic inflammation and affects metabolic responses.
The section further discusses the importance of blood parameters as indicators of metabolic health, particularly in relation to inflammatory responses marked by acute-phase proteins such as haptoglobin (Hp) and serum amyloid-A (SAA). Despite the known impact of SARA on milk yield and health, the mechanisms underlying systemic inflammation during diet transitions remain poorly understood. The study aims to investigate these mechanisms at the metabolic level using metabonomics, with the goal of identifying potential biomarkers for systemic inflammation and early detection of rumen acute acidosis during the critical early lactation phase.
Methods
In this study, fourteen mid-lactation Holstein dairy cows with permanent rumen fistulas were utilized to investigate the effects of induced ruminal acidosis. The experimental design involved gradually increasing the corn grain content in the cows’ diets over a 16-day period, with the aim of lowering rumen pH below 5.8, a threshold indicative of acidosis. The dietary adjustments were made every two days, and ruminal pH was monitored through sampling via the fistulas, with the first two days serving as a control period for normal pH levels.
The cows were fed a basal diet formulated according to the standards set by the Nutrition Research Council (NRC, 2001), with specific dietary compositions detailed in the accompanying table. Feeding occurred three times daily, and the cows were also milked three times. The study adhered to ethical standards, receiving approval from the Animal Welfare and Ethics Committee of Inner Mongolia Agricultural University, ensuring compliance with national guidelines for laboratory animal care.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, highlighting key data points and trends observed. The results are typically accompanied by relevant statistical analyses, which may include p-values, confidence intervals, or effect sizes, to substantiate the significance of the findings.
Additionally, the section may include visual representations such as graphs or tables to illustrate the data clearly. These visual aids serve to enhance the understanding of the results and facilitate comparisons between different experimental conditions or groups. Overall, the findings contribute to the broader context of the research question, offering insights that may inform future studies or practical applications in the field.
Discussion
In this study, the effects of high-grain diets on ruminal acidosis in mid-lactation dairy cows were investigated, focusing on systemic inflammatory responses and metabolic alterations. Blood samples were collected daily, and serum inflammatory biomarkers, including lipopolysaccharides (LPS) and acute-phase proteins (SAA, CRP, and Hp), were quantified. The results indicated that increasing dietary corn significantly decreased ruminal pH and elevated serum inflammatory markers, demonstrating a clear correlation between dietary composition and inflammatory responses. Additionally, an untargeted metabolomic analysis revealed 366 effective peaks, with 169 identified metabolites, highlighting significant shifts in serum metabolite profiles between normal and acidosis states. Notably, 37 significantly different metabolites (SDMs) were identified, with specific amino acids and organic acids enriched in acidosis, suggesting alterations in energy metabolism and inflammatory pathways.
The study also identified potential biomarkers for ruminal acidosis, specifically 4-hydroxypyridine and D-glycerol 1-phosphate, which exhibited high predictive accuracy in distinguishing between normal and acidosis states. Correlation analyses revealed strong associations between serum metabolites and inflammatory markers, indicating that changes in ruminal pH are pivotal in driving metabolic and inflammatory responses. The findings underscore the complex interplay between diet, inflammation, and metabolism in dairy cows, providing a foundation for future research on diagnostic applications and management strategies to mitigate the impacts of ruminal acidosis on cow health and productivity.