چگونه زایمان را در گاو پیش بینی و از سخت زایی پیشگیری کنیم؟

چگونه زایمان را در گاو پیش بینی و از سخت زایی پیشگیری کنیم؟ 

ناتوانی گاو در خارج کردن جنین از واژن، سخت زایی نامیده می شود. سخت زایی اغلب زمانی ایجاد می شود که برخی از موانع فیزیکی یا نقص عملکردی روند زایمان را مختل می کند. به دلیل ماهیت پیچیده عوامل دخیل در روند زایمان، ممکن است تشخیص بین اتوسیا (زایمان طبیعی) و دیستوشیا (زایمان سخت) دشوار باشد. زیرا اثرات فیزیوپاتولوژیک زایمان سخت، اغلب باعث آسیب به دستگاه تناسلی و توسعه ثانویه عفونت های سیستمیک و در نهایت موجب مرگ حیوان می شود. علل می تواند عوامل مادری (اینرسی رحم، اندازه ناکافی کانال زایمان) و/یا عوامل جنینی (جنین بزرگ، جهت گیری غیر طبیعی هنگام ورود جنین به کانال زایمان) باشد. به نظر می رسد اتساع نامناسب دهانه رحم یکی از علل شایع تر سخت زایی در گاو باشد. تشخیص نادرست سخت زایی ممکن است منجر به سزارین غیر ضروری شود. سخت زایی بیشتر در تلیسه ها نسبت به گاوهای بالغ دیده می شود. عواملی که بر احتمال بروز زایمان سخت تأثیر می گذارند عبارتند از عفونت، وراثت، تغذیه، جنسیت گوساله، ورزش، سن گاو و مدت بارداری. اگرچه سخت زایی را نمی توان از گله حذف کرد! اما بهبود در مدیریت تلیسه ها در دوران رشد آنها و مشاهده گاوها و تلیسه ها در طول فصل زایش برای کاهش تلفات گوساله بسیار مهم است.

امروزه صنعت دامداری به‌ویژه در پرورش گاوهای شیری، با افزایش تعداد حیواناتی که باید مورد مراقبت قرار گیرند، همراه با کاهش زمان مشاهده هر حیوان، مواجه است. بنابراین سیستم‌های نظارت از راه دور به‌منظور بهینه‌سازی کار و افزایش رفاه حیوانات مورد نیاز هستند. در مزارعی که حضور پرسنل به‌طور مداوم وجود دارد، مانند مزارع شیری با تعداد زیادی گاو شیرده یا با سه نوبت دوشش در روز، سیستم‌های نظارت بر زایمان که در مرحله مقدماتی زایمان (مرحله (I هشدار می‌دهند، می‌توانند مفید باشند. از سوی دیگر، در مزارع کوچک‌تر که حضور پرسنل مزرعه تضمین نشده است، سیستم‌هایی که در آغاز زایمان (مرحله (II هشدار می‌دهند، ممکن است ترجیح داده شوند. در این حالت، زمان مشاهده حیوانات پیرامون زایمان کاهش می‌یابد.

حسگرهای خودکار برای دمای بدن و فعالیت، معمولاً یک فاصله زمانی 6 تا 12 ساعته بین هشدار و زایمان دارند. نتایج امیدوارکننده‌ای توسط دستگاه‌هایی نشان داده شده که می‌توانند درون کانال واژن قرار گیرند و با شناسایی شروع خروج جنین، زمان‌بندی بهینه‌ای برای کمک به زمان زایمان فراهم کنند. با این حال، گزارش‌هایی از مشکلات تحمل جایگاه و رفاه گاو نیز وجود دارد. تحقیقات آینده باید بر بهبود حساسیت  (Se)، ویژگی (Sp) و ارزش پیش‌بینی مثبت (PPV) دستگاه‌های هشداردهنده زایمان متمرکز شود تا تعداد هشدارهای مثبت کاذب کاهش یابد و تمرکز بر روی ابزاری باشد که به‌راحتی قابل استفاده، چند بار مصرف و با کیفیت بالا هستند.

Se: Sensitivity

Sp: Specificity

PPV: Positive Predictive Value

مقدمه

مدیریت صحیح در گله گاو شیری یکی از عوامل اصلی در بهینه‌سازی عملکرد تولیدمثل و بازده خالص مزرعه پرورشی است. همچنین تولید مثل یکی از ملاحظات مهم در اقتصاد تولیدات گاو شیری است. نظارت و کمک به زایمان، یکی از بزرگترین نقاط ضعف در سراسر جهان محسوب می‌شود؛ هرچند گاهی نادیده گرفته می‌شود، اما زایمان یک رویداد حیاتی برای هر دو یعنی مادر و گوساله است. زایمان طولانی یا سخت زایی (دیستوشیا) و کمک‌نامناسب (چه دیرهنگام و چه زودهنگام) می‌تواند رفاه، باروری و تولید شیر مادر را به خطر بیندازد، و همچنین بر بقا، رشد و عملکرد آینده گوساله تأثیر بگذارد. در صورت عدم وجود برنامه پرورشی منظم و زایش در زمان مناسب، پرورش گاو شیری سودآور نخواهد بود. یک گوساله سالم در هر سال هدف اصلی تولید مثل است. این تنها با افزایش راندمان تولید مثل حیوانات امکان پذیر است. تولید مثل موفق شامل توانایی جفت گیری، ظرفیت باردار شدن و تغذیه جنین و زایمان در پایان یک دوره طبیعی بارداری است. اختلالات تولیدمثلی بر عملکرد تولیدی و تولید مثلی گاوهای شیری تأثیر منفی می گذارد.

سخت زایی در گاوهای شیری یک دغدغه بزرگ است که میزان وقوع آن در ایالات متحده بین 10/7 تا 51/2 درصد و در اروپا بین 2 تا 22 درصد متغیر است. این تفاوت‌ها می‌تواند با عواملی چون تعداد زایمان‌های قبلی، نژاد، پدر و جنسیت گوساله مرتبط باشد. در گاوهای گوشتی، میزان زایمان دشوار معمولاً کمتر است و بین 3 تا 7/7 درصد متغیر است. سخت زایی به عنوان یک رویداد دردناک شناخته می‌شود، اما ارزیابی و تسکین درد هنوز نیاز به توجه بیشتری در میان دامپزشکان و دامداران دارد. دیستوشیا  یا سخت زایی همچنین باعث خسارت مالی قابل‌توجهی می‌شود که به دلیل جذب ناکافی ایمونوگلوبولین‌ها از آغوز و افزایش مرگ و میر گوساله‌ها رخ می‌دهد. میزان مرگ و میر گوساله‌ها طی 48 ساعت اول زندگی در ایالات متحده بین 5/3 تا 13/2 درصد است که بیشتر این وقایع در گوساله‌های متولد شده از گاوهای شکم اول رخ می‌دهد؛ در سیستم‌های چراگاهی گوشتی استرالیا، این میزان در گاوهای شکم اول به 20 درصد می‌رسد.

آگاهی از تأثیر سخت زایی بر رفاه مادر و گوساله، بقا و بازده خالص مزرعه در میان کشاورزان و ذی‌نفعان در حال افزایش است. بهبود نظارت و کمک به زایمان برای شناسایی به موقع و رفع سخت زایی و تجویز آغوز نیز امری ضروری است. با این حال، شناسایی دقیق زمان شروع زایمان بحثی چالش‌برانگیز است. اکثر مزارع پرورشی از نرم‌افزارهایی برای محاسبه تاریخ احتمالی زایمان بر اساس روز آخرین تلقیح استفاده می‌کنند، اما مدت زمان بارداری متفاوت است. در سیستم‌هایی که از جفت‌گیری طبیعی استفاده می‌شود یا زمانی که تاریخ آخرین تلقیح ثبت نشده است، تاریخ زایمان تنها با تقریب 10 روز می‌تواند تعیین شود.

در اینجا ما می خواهیم روش‌های موجود از جمله سنسورهای “پوشیدنی”، الگوریتم‌های اختصاصی و فناوری‌های یادگیری ماشین را برای پیش‌بینی زایمان مورد بررسی قرار دهیم.

تغییرات پیش از زایمان در اثر تغذیه، فعالیت و دما

تغییرات رفتاری گاوها قبل از زایمان شامل افزایش بی‌قراری، کاهش مصرف خوراک و نشخوار، تمایل به انزوا، تغییرات مکرر وضعیت بدن، بالا بردن دم و افزایش دفعات دراز کشیدن است. این تغییرات رفتاری در ساعت‌های آخر قبل از زایمان بیشتر دیده می‌شود. بنابراین، رویکردهای مختلفی برای شناسایی خودکار و پیش‌بینی زمان زایمان توسعه یافته‌اند.

مشاهده بصری حیوانات در حوالی زایمان می‌تواند از طریق ضبط ویدئویی با دوربین‌هایی که در محل زایمان قرار دارند انجام شود، اما این روش زمان‌بر است و به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. حضور مکرر یک ناظر نیز می‌تواند باعث ناراحتی حیوانات در حال زایمان شود، ترشح کاتکولامین‌ها را تحریک کند و در روند زایمان تداخل ایجاد کند. گروهی از دانشمندان یک الگوریتم برای نظارت خودکار لحظه‌ای بر حرکات و وضعیت گاوهای در حال زایمان بر اساس تحلیل تصویری از طریق دوربین‌های ویدئویی توسعه دادند. این الگوریتم 85 تا 87 درصد از رفتارها را به درستی در مقایسه با ارزیابی‌های انجام‌شده توسط ناظران دسته‌بندی کرد. الگوریتم‌های خودکار تحلیل تصویر، می‌توانند رویکردی ارزشمند برای شناسایی حیوانات در حال زایمان در آینده باشند.

پژوهشگران تلاش کرده‌اند تا ارزیابی علائم مقدماتی زایمان را به یک معادله تبدیل کنند تا زمان دقیق آغاز مرحله خروج جنین، که با انقباضات شدید رحمی و خروج جنین همراه است، پیش‌بینی کنند. برای مثال، برخی از دانشمندان از یک مدل خطی برای ارزیابی رابطه بین بالا بردن دم، قدم زدن، ترشحات واژینال شفاف یا خونی و دراز کشیدن به پهلو همراه با انقباضات شکمی در گاوهای شیری در اواخر بارداری با زمان مؤثر زایمان استفاده کردند. آنها از برآوردهای مدل برای ساخت معادله زیر جهت پیش‌بینی زایمان استفاده کردند:

ساعت تا زایمان = 97.99 + (بالا بردن دم × 38.0-) + (قدم زدن × 37.65-) + (ترشحات واژینال شفاف × 25.78-) + (ترشحات واژینال خونی × 51.88-) + (دراز کشیدن به پهلو با انقباضات شکمی × 30.52-).

با این حال، همان نویسندگان به شدت توصیه کردند که گاوهای در اواخر بارداری هر دو ساعت یکبار مشاهده شوند که این مسئله می‌تواند بر امکان استفاده از این روش در عمل به صورت میدانی تأثیر منفی بگذارد.

مطالعاتی روی دمای بدن نشان دادند که کاهش 0/2 تا 0/4 درجه سانتی‌گراد در دمای واژینال و رکتال در دو اندازه‌گیری متوالی، 36 تا 24 ساعت قبل از زایمان رخ می‌دهد.

سنسورهای پوشیدنی برای نظارت خودکار: چه چیزی را می‌توان اندازه‌گیری کرد؟

در پرورش گاو شیری، از سنسورهای مختلفی مانند پدومترها و شتاب‌سنج‌ها که ابتدا برای تشخیص فحلی طراحی شده بودند، استفاده می‌شود. علاوه بر این، میکروفون‌های گردن آویز برای کنترل تغذیه و نشخوار و همچنین دماسنج‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها می‌توانند در بخش‌های مختلف بدن گاو نظیر پاها، گردن، گوش‌ها یا دم نصب شوند تا داده‌های مربوط به حرکات سه‌محوره یا صداها را جمع‌آوری کنند (مطابق با شکل 1). .

مطالعات نشان داده‌اند که سنسورهای خودکار از دقت بالایی برخوردارند و می‌توانند با دقتی مشابه یا حتی بیشتر از مشاهده بصری عمل کنند. پارامترهایی نظیر زمان نشخوار، زمان ایستادن، تعداد قدم‌ها، زمان و دفعات دراز کشیدن، و بالا رفتن دم از جمله داده‌هایی هستند که برای ایجاد یک خط مبنای رفتار طبیعی گاو مورد استفاده قرار می‌گیرند. تغییرات از این خط مبنا می‌تواند نشان‌دهنده احتمال زایمان در 6 تا 12 ساعت آینده باشد.

با این حال، هنگام استفاده از این سنسورها برای پیش‌بینی زایمان، باید بهبودهایی در الگوریتم‌ها ایجاد شود. به عنوان مثال، برخی تحقیقات نشان داده‌اند که دفعات بالا رفتن دم، ایستادن و دراز کشیدن در گاوهای شکم اول حدود 4 ساعت قبل از زایمان و در گاوهای چندشکم زا حدود 2 ساعت قبل از زایمان افزایش می‌یابد. همچنین، تغییرات رفتاری می‌تواند تحت تأثیر ژنوتیپ حیوان قرار گیرد؛ به طوری که گاوهای هلشتاین- فریزین قبل از زایمان فعالیت بیشتری در قدم زدن  نسبت به گاوهای جرسی و دورگه دارند.

سنسورهای نشخوار که به بند بینی متصل می‌شوند نیز نشان داده‌اند که گاوها به طور متوسط 123 دقیقه قبل از شروع زایمان نشخوار را متوقف می‌کنند. همچنین، استفاده از میکروفون‌های موجود برای نظارت بر جویدن نیز کاهش زمان نشخوار و کاهش مصرف ماده خشک را در 24 ساعت و 6 ساعت قبل از زایمان نشان داده است.

این نتایج می‌توانند در توسعه الگوریتم‌های هشدار زایمان در کاربردهای آینده مفید باشند. همچنین در حیواناتی مانند گوزن شمالی، داده‌ها از طریق قلاده‌های رادیویی GPS برای شناسایی لحظه زایمان با دقت بالا استفاده شده است که این روش می‌تواند در آینده برای سیستم‌های چراگاهی گاوها نیز مورد استفاده قرار گیرد.

در نهایت، سنسورهای خودکار برای اندازه‌گیری مداوم دمای بدن نیز می‌توانند به عنوان ابزار پیش‌بینی زایمان مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال، سنسورهای واژینال و شکمی می‌توانند کاهش دمای بدن را به عنوان نشانه‌ای از زایمان قریب‌الوقوع در 48 تا 72 ساعت آینده تشخیص دهند.

موکال (Moocall) یکی از سنسورهای خاصی است که برای نصب روی دم گاوها و نظارت بر حرکات دم طراحی شده است و می‌تواند با دقت بالا زمان زایمان را پیش‌بینی کند. این دستگاه‌ها با ارسال هشدار به پرورش‌دهندگان کمک می‌کنند تا از زایمان قریب‌الوقوع مطلع شوند و اقدامات لازم را انجام دهند.

در دهه اخیر، تمرکز تحقیقات بر ترکیب داده‌های مربوط به رفتارهای مختلف و استفاده از ابزارهای نظارتی متنوع برای بهبود دقت پیش‌بینی زمان زایمان بوده است.

دستگاه RumiWatch که ترکیبی از یک سنسور بند بینی و شتاب‌سنج در اندام عقبی است، برای اندازه‌گیری نشخوار و فعالیت گاوها طراحی شده است. این دستگاه قادر است زمان زایمان را در 3 ساعت آینده با تفاوت کمی برای گاوهای چندزا و شکم اول پیش‌بینی کند. با این وجود، تعداد نسبتاً بالای هشدارهای مثبت کاذب که توسط این دستگاه گزارش شده است، می‌تواند کارایی آن را در استفاده‌های میدانی محدود کند.

تگ‌های گوش جدیدی که قابلیت ضبط داده را دارند، به تازگی به بازار عرضه شده‌اند. این تگ‌ها امکان جمع‌آوری مداوم اطلاعاتی مانند فعالیت، تغذیه، نشخوار و دمای گوش گاو را به‌صورت ساعتی فراهم می‌کنند. این داده‌ها می‌توانند در پیش‌بینی وضعیت سلامت عمومی، تشخیص فحلی و همچنین رفتار زایمان بسیار مفید باشند. برخی دانشمندان الگوریتمی را برای پیش‌بینی زایمان در یک بازه زمانی یک ساعته ارزیابی کردند و دریافتند که حساسیت این الگوریتم پایین است. با افزایش بازه زمانی به 12 ساعت، حساسیت بهبود یافت اما احتمال هشدارهای کاذب نیز افزایش پیدا کرد.گروهی دیگر از محقین با استفاده از بازه زمانی 1 تا 3 ساعت به نتایج بهتری دست یافتند.

نکته جالب توجه این است که گاوهایی که در زمان زایمان نیاز به کمک داشتند، در مقایسه با گاوهایی که به کمک نیاز نداشتند، از 4 تا 2 ساعت قبل از زایمان تعداد بیشتری از تغییرات را نشان دادند. این داده‌ها می‌توانند به بهبود الگوریتم‌های آینده کمک کنند تا بتوان حیواناتی را که در معرض خطر سخت زایی هستند بهتر تشخیص داد و به این ترتیب نظارت بر گاوهای نزدیک به زایمان و مدیریت کارها بهینه‌سازی شود.

عملکرد حسگرهای خودکار و یادگیری ماشین برای پیش‌بینی از راه دور زایمان

مزیت اصلی حسگرهای خودکار این است که داده‌ها را به صورت مداوم به نرم‌افزارهای مدیریت مزرعه منتقل می‌کنند بدون اینکه بار اضافی بر دوش دامدار بگذارند. دستگاه‌های تجاری موجود عمدتاً برای تشخیص فحلی طراحی شده‌اند، اما تولیدکنندگان به‌روزرسانی‌های اضافی برای نرم‌افزارهای مدیریت ارائه می‌دهند که شامل تحلیل داده‌ها برای پیش‌بینی زایمان می‌شود. شتاب‌سنج‌هایی نظیر IceTag 3D) و IceQube (IceRobotics، ادینبرا، بریتانیا)  و (Onset Pendant® G data logger می‌توانند به آویز‌های گردن یا پای عقبی گاو متصل شوند، در حالی که دستگاه‌هایی مانندSensOor (Agis Automatisering BV) ، به تگ شناسایی گوش متصل می‌شوند تا نشخوار را نظارت کنند. این دستگاه‌ها می‌توانند هشدارهایی برای زایمان قریب‌الوقوع با بازه عدم قطعیت حداقل 12–6 ساعت ارسال کنند. گروهی از دانشمندان تلاش کردند با ترکیب داده‌های سه حسگر، فاصله زمانی از هشدار تا زایمان را به 4–2 ساعت کاهش دهند: دو شتاب‌سنج طراحی شده برای مطالعات حرکت انسانی که به پای عقبی و دور گردن گاوها نصب شده بودند (Axivity AX3 loggers) ، Axivity Ltd بود. با این حال، آزمایش‌ها دقت (Pr) و حساسیت (Se) پایینی (به ترتیب 67–79% و 63–69%) را برای استفاده در شرایط میدانی نشان دادند. اصلاحات با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین عملکرد بهتری را نشان داد.  بلند شدن دم مهم‌ترین پارامتر برای پیش‌بینی زایمان بود و زایمان نوزاد در بازه زمانی 5 ساعت با تفاوت کمی در گاوهای شیری و گوشتی پیش‌بینی شد.

میکروفون‌های گردنی حساسیت ~70% و اختصاصیت ~70% را در پیش‌بینی زایمان در 24 ساعت آینده نشان دادند. برخی دانشمندان آستانه کاهش 10% در نشخوار نسبت به خط پایه گاو تک‌گاو را اعمال کردند و با موفقیت زایمان را با فاصله زمانی 2–4 ساعت پیش‌بینی کردند.

یکی از جدیدترین تکنیک‌ها برای تحلیل داده‌های بزرگ در پرورش دام استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین و یادگیری عمیق است. به طور خلاصه، نرم‌افزار می‌تواند آموزش ببیند که چگونه پایگاه داده را تحلیل کرده و خود را اصلاح کند، که منجر به بهبود پیش‌بینی یک رویداد خاص می‌شود. واحد اندازه‌گیری اینرسی (RT-BT-9axisIMU، RT Corporation، توکیو، ژاپن) به عنوان یقه یا آویز گردن برای شناسایی تغییرات فعالیت در گاوهای گوشتی ژاپنی Black استفاده شده است. داده‌های جمع‌آوری شده سپس از طریق مدل نوآورانه حافظه کوتاه‌مدت-تکرار عصبی (LSTM-RNN) تجزیه و تحلیل شدند. به طور مشابه، ترکیب الگوریتم‌های یادگیری عمیق و یادگیری ماشین برای تحلیل تغییرات در فعالیت، دراز کشیدن، ایستادن، زمان بی‌تحرکی، خوردن و نشخوار در گاوهای شیری منجر به پیش‌بینی زایمان در 3 ساعت آینده با  Se = 57%،  Sp = 85% و        Pr = 0.49%  در مطالعه‌ای که اخیرا انجام شد، مشاهده شد. کاهش بازه زمانی برای پیش‌بینی زایمان تأثیر منفی بر عملکرد الگوریتم داشت. محققان از دوربین‌های 360 درجه نصب شده در سقف سالن زایمان برای استخراج داده‌های رفتاری از ویدئوها استفاده کرده و آن‌ها را از طریق مدل هیدن مارکوف و الگوریتم ویتربی  یا مدل زنجیره مارکوف تحلیل کردند تا زایمان در گاوهای شیری را پیش‌بینی کنند. در اولین آزمایش بر روی 10 گاو با شکم اول زایش، الگوریتم با موفقیت زایمان را با Se = 91.05% و Pr = 93.28% و دقت کلی (Acc) ~91% پیش‌بینی کرد. مدل زنجیره مارکوف، موفق به کاهش بازه زمانی بین پیش‌بینی زایمان و رویداد زایمان به 3 ساعت در 25 گاو هولشتاین و براون سوئیس شد. مطالعه دیگری پیش‌بینی دقیق روز زایمان را گزارش کرد، اما ساعت دقیق را نتوانست پیش‌بینی کند. به طور کلی، نویسندگان معتقدند که الگوریتم‌ها به درستی داده‌های مربوط به تغذیه، نشخوار، دراز کشیدن و ایستادن را دسته‌بندی می‌کنند، اما باید قبل از استفاده گسترده برای پیش‌بینی دقیق زایمان بهبود یابند.

این نتایج امیدوارکننده است و به وضوح چشم‌اندازی برای کاربردهای آینده شامل تحلیل داده‌های ویدئویی و حسگرها برای پیش‌بینی زایمان با دقت روزافزون فراهم می‌آورد.

ملاحظات کلی درباره دستگاه‌های پایش از راه دور تغذیه، فعالیت و دما برای پیش‌بینی زایمان

تفاوت‌هایی که در مطالعات مختلف در زمان پایه و تغییرات نشخوار، مدت زمان دراز کشیدن و دفعات دراز کشیدن گاوها در اطراف زمان زایمان مشاهده می‌شود، می‌تواند به عواملی مانند تغییرات در محتوای فیبر خوراکی و سیستم‌های نگهداری مرتبط باشد. همچنین باید در نظر داشت که حسگرهایی که برای تشخیص زایمان به فعالیت و/یا رفتار (مانند بلند کردن دم، راه رفتن بی‌هدف) متکی هستند، ممکن است به دلیل تفاوت‌های فردی در حیوانات دچار اشتباه شوند. به عنوان مثال، اگرچه بیشتر گاوها با نزدیک شدن به زمان زایمان دفعات دراز کشیدنشان افزایش می‌یابد، درصدی از گاوها هیچ تغییری نشان نمی‌دهند.

به طور کلی، بهبود فناوری‌های پایش مداوم فعالیت‌های گاوها مانند شتاب‌سنج‌های نصب شده روی گردن و برچسب‌های گوش، فرصت جدیدی برای پیش‌بینی زمان زایمان فراهم می‌کند. مزیت اصلی این سیستم‌ها در استفاده آنها برای پایش عمومی سلامت (مانند نشخوار) و تشخیص فحلی (شتاب‌سنج‌ها) است. بنابراین، این دستگاه‌ها اغلب در زمینه پرورش دام دقیق (Precision Livestock Farming) از قبل به کار گرفته شده‌اند و عملکرد خاص پیش‌بینی زایمان را می‌توان با به‌روزرسانی نرم‌افزار توسط تولیدکنندگان به دست آورد. باید هزینه خرید این عملکرد اضافی یا تعویض حسگرها نیز مورد توجه قرار گیرد.

روش‌ها و ابزارهای مذکور به‌راحتی قابل استفاده هستند، اما نمی‌توانند شروع دقیق زایمان را مشخص کنند. فاصله زمانی بین هشدار و زایمان بین 24 تا 6 ساعت متغیر است؛ بنابراین، این دستگاه‌ها در حال حاضر برای شناسایی مرحله پیش‌زایمان مفید هستند و می‌توانند به دامداران هشدار دهند که چه زمانی گاوها را به بخش زایمان منتقل کنند. به طور کلی، هرچه بازه زمانی برای هشدارها کوتاه‌تر باشد، احتمال هشدارهای نادرست بیشتر می‌شود. این مسئله به طور ناخواسته بر تمایل دامداران به استفاده از این دستگاه‌ها تأثیر می‌گذارد. مرحله پیش‌زایمان (مرحله اول) با تغییرات فیزیکی جزئی مانند افزایش انقباضات عضلات رحمی یا تغییرات هورمونی کاهش پروژسترون و افزایش اکسی‌توسین و (PGF2α) مشخص می‌شود. حسگرهایی که قادر به ثبت این تغییرات باشند، هنوز در دسترس نیستند یا بسیار پیچیده و گران‌قیمت هستند.

علاوه بر این، باید توجه داشت که دقت این سیستم‌ها ممکن است تحت تأثیر شرایط دیگری مانند تب و لنگش، شرایط نگهداری و رویدادهای روزانه مزرعه قرار گیرد. زمانی که شناسایی دقیق شروع مرحله خروج جنین ضروری است، همچنان نیاز به مشاهده مستقیم و منظم حیوانات در حال زایمان وجود دارد. از آنجا که این دستگاه‌ها قادر به شناسایی تغییرات رفتاری هستند که در مرحله پیش‌زایمان (آمادگی) رخ می‌دهد، دامداران می‌توانند بر اساس این هشدارها تصمیم بگیرند که چه زمانی گاوها را به محوطه مخصوص زایمان منتقل کنند و نظارت بر برخی حیوانات خاص را افزایش دهند.

دستگاه‌هایی که مرحله دوم زایمان را تشخیص می‌دهند

مرحله‌ی خروج جنین (مرحله دوم زایمان) با گشاد شدن کامل کانال زایمان، پارگی کیسه‌های جنینی، ورود جنین به کانال زایمان همراه با انقباضات شدید و هماهنگ رحم و شکم مشخص می‌شود. حسگرهایی که برای تشخیص مرحله دوم زایمان استفاده می‌شوند، به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: دستگاه‌های خارجی که به پوست فرج دوخته می‌شوند و حسگرهای داخل‌واژنی.

حسگرهای مغناطیسی فرج

جداسازی لب‌های فرج در طول زایمان می‌تواند با استفاده از حسگرهای مغناطیسی که به پوست فرج دوخته می‌شوند، شناسایی شود؛ این روش به طور معمول در دامپزشکی در اسب استفاده می‌شود .در مطالعه‌ دیگری که انجام شد، حساسیت (Se) و ارزش پیش‌بینی مثبت (PPV) سیستم Foalert را به‌عنوان هشدار زایمان در ۵۳ گاو هلشتاین فریزین بررسی کرده و به ترتیب ۱۰۰٪ و ۹۵٪  این فاکتورها را گزارش کرده‌اند. آنها همچنین گزارش دادند که حضور پرسنل مزرعه در زمان زایمان برای گاوهایی که از این هشدار استفاده می‌کردند، به ۱۰۰٪ رسید، در حالی که برای گاوهای کنترل شده این میزان ۱۷٪ بود . این سیستم همچنین با یک فرستنده GPS که در گردن گاوهای شیری و گوشتی استفاده می‌شود، ترکیب شده است. در سیستم‌های چراگاهی، موقعیت‌یابی GPS و هشدار زایمان می‌تواند در تأمین کمک‌های زایمان، مراقبت‌ از گوساله ها و جلوگیری از تلفات ناشی از شکار کمک‌کننده باشد. اگرچه این دستگاه‌ها برای شناسایی صحیح زایمان در گاوها مناسب به نظر می‌رسند، اما استفاده از آن‌ها تهاجمی بوده و نیازمند نظارت دامپزشکی است؛ زیرا برای دوختن اجزای دستگاه به سطح فرج، نیاز به بی‌حسی موضعی وجود دارد. این فناوری به دلیل هزینه‌های خرید و نگهداری، برای استفاده در عملیات پرورشی در گاوها گران ارزیابی شده است.

دستگاه‌های داخل‌واژنی

برخی از دماسنج‌های داخل‌واژنی قادر به شناسایی کاهش دمای بدن دام قبل از زایمان و همچنین خروج خودشان از بدن در زمان ورود کیسه‌های جنینی یا جنین به کانال زایمان هستند. دستگاه هشدار زایمان که به یک حسگر نور مجهز است، برای استفاده در گاوهای هلشتاین بررسی شده است. حساسیت (Se) و ویژگی (Sp) این دستگاه به ترتیب 0/73 و 0/93 گزارش شده است. اگرچه این دستگاه به درستی پرسنل مزرعه را هشدار داد، اما کیفیت ضعیفی مشاهده شد؛ زیرا تحریک و ناراحتی در محل دستگاه مشاهده گردید. علاوه بر این، احتمالاً دستگاه باعث تداخل در فرآیند زایمان شد، زیرا شکل دستگاه می‌تواند منجر به پارگی زودرس کیسه‌های جنینی، تأخیر در گشاد شدن کانال زایمان و افزایش نرخ سخت زایی (58/3٪ و 40/9٪ در گاوهای گروه آزمایشی و کنترل به ترتیب، شود.  دماسنج‌هایی هستند که می‌توانند هشدار زایمان را تقریباً ۲۴ ساعت قبل از زایمان (کاهش 0/4 درجه سانتیگراد دمای واژن) ایجاد کنند و همچنین هشدار زایمان را در زمان خروج دستگاه‌ها فراهم کنند. با این حال، یکی از نگرانی‌های اصلی در استفاده از دستگاه‌هایی که فقط به دماسنج مجهز هستند این است که تفاوت دمایی بین دمای بدن دام و محیط خارجی ممکن است برای ایجاد هشدار کافی نباشد، به ویژه در شرایط آب و هوایی گرم. دستگاه داخل‌واژنی OraNasco (Kronotech Srl, Campoformido, Italy) مشکلات مربوط به یک پارامتر را از بین می‌برد، زیرا به حسگرهای فیزیکی برای نور و دما مجهز است. حسگر دما برای شناسایی تغییرات تنظیم شده است و حسگر نور حتی در صورت کمبود نور نیز قادر به ایجاد خروجی است. زمانی که دستگاه در کانال واژن قرار می‌گیرد، پروب نور یا تغییر ناگهانی دما را تشخیص می‌دهد. اگر حداقل یکی از این دو شرط وجود داشته باشد، پروب به وضعیت خروجی تغییر می‌کند و خروج دستگاه به واحد مرکزی اطلاع داده می‌شود. این دستگاه در ابتدای مرحله دوم زایمان و زمانی که کیسه‌های جنینی یا خود جنین وارد کانال زایمان می‌شود، خارج می‌گردد و واحد مرکزی از طریق اتصال GSM، LAN  و Wi-Fi هشدارهایی را به پرسنل مزرعه ارسال می‌کند. این سیستم از راه دور برای استفاده در گاوها و بوفالوها مورد ارزیابی قرار گرفته است. آزمایش‌های میدانی حساسیت کلی 86/3٪ و نرخ بالای نگهداری را نشان دادند.

برخی از دانشمندان پتانسیل یک دستگاه داخل‌واژنی که از یک شتاب‌سنج سه‌محوره همراه با یک بدنه رادیویی پیوسته تشکیل شده است، بررسی کردند. پس از خروج، سیگنال رادیویی دیگر توسط بافت‌های بدن تضعیف نمی‌شود، در حالی که شتاب‌سنج خروج را تشخیص می‌دهد. ترکیب این داده‌ها به هشدار زایمان توسط واحد مرکزی تبدیل می‌شود. تشخیص مرحله دوم زایمان برای هر دو روش شتاب‌سنج سه‌محوره و سیگنال رادیویی به درستی گزارش شد، اگرچه هیچ اطلاعات بیشتری در مورد تحمل محلی یا استفاده میدانی از این دستگاه در دسترس نیست.

بیشتر محصولات توصیف شده برای استفاده در گله‌های چراگاهی طراحی نشده‌اند، زیرا واحد مرکزی باید در محدوده‌ای نزدیک به گاوهای در حال زایمان قرار گیرد. به دلیل پراکندگی گله‌ها در سیستم‌های چرایی وسیع استرالیا، یک دستگاه هشدار زایمان تلومتریک داخل‌واژنی در گاوهای گوشتی مورد ارزیابی قرار گرفته است. این دستگاه مجهز به یک برد اصلی TaggleTM است که پس از خروج یک سیگنال رادیویی ارسال می‌کند. سیگنال رادیویی می‌تواند تلومتریک و موقعیت‌یابی شود و موقعیت درون چراگاه را مشخص کند. نتایج اولیه نشان دادند که نرخ نگهداری ۸۵٪ و هیچ اثر جانبی محلی وجود ندارد. تشخیص صحیح زایمان در ۶۶٪ از زایمان‌ها و موقعیت‌یابی حیوانات در ۶۴٪ موارد با تقریب ۱۰۰ تا ۲۰۰ متر انجام شد. ردیابی حیوانات زایمان‌کننده در مناطق چرایی وسیع یکی از نگرانی‌های سیستم‌های پرورش استرالیا است. نصب آنتن‌های گیرنده رادیویی ممکن است به دلیل توپوگرافی زمین دشوار باشد؛ بنابراین محققان همچنین یک دستگاه فرستنده داخل‌واژنی (Vaginal               Implant Transmitter, VIT) که به حسگرهای دما و شتاب‌سنج و یک یقه GNSS برای ردیابی از طریق فناوری ماهواره‌ای مجهز است، مورد ارزیابی قرار می‌دهند. این دستگاه هنوز در مرحله نمونه‌سازی است و بهبودهای بیشتری برای استفاده در میدان مورد نیاز است.

ملاحظات کلی درباره دستگاه‌های شناسایی مرحله دوم زایمان

روش‌های معرفی شده در این بخش، قادر به شناسایی دقیق آغاز مرحله خروج جنین (مرحله دوم زایمان) هستند و به این ترتیب به موقع به کارکنان مزرعه هشدار می‌دهند و باعث مداخله به موقع می‌شوند. مدت زمان میانگین مرحله دوم زایمان برای گاوهای زایش اول که بدون کمک زایمان می‌کنند، ۶۴ دقیقه، برای نخست‌زاهای کمک‌شده 42 دقیقه و برای گاوهای چندزا ۲۰ دقیقه گزارش شده است. روش‌های شناسایی آغاز مرحله خروج، هشدارهایی را به صورت پیامک ارسال می‌کنند و زمان دریافت این هشدارها می‌تواند به عنوان مرجعی برای برنامه‌ریزی مداخله، در صورتی که زمان بین هشدار و پیشرفت زایمان از مدت زمان میانگین مرحله دوم بیشتر شود، مورد استفاده قرار گیرد.

این روش‌ها منحصراً به پیش‌بینی زایمان اختصاص دارند و نمی‌توان از آنها برای کاربردهای متعدد مانند تشخیص فحلی، بررسی نشخوار و یا تصمیم‌گیری درباره زمان انتقال گاوها به جایگاه زایمان استفاده کرد. خرید این فناوری باید با توجه به امکان استفاده مجدد از دستگاه برای چندین گاو و بازگشت سرمایه از طریق مدیریت بهتر زایمان مورد ارزیابی قرار گیرد. علاوه بر این، در گله‌های کوچک که تعداد کارکنان قادر به پایش مداوم گاوهای در آستانه زایمان نیستند، حضور کارکنان در جایگاه زایمان بهینه می‌شود و زمان صرف‌شده برای پایش حیوانات کاهش می‌یابد. استفاده خاص از این فناوری‌ها در مزارعی که ارزش گوساله بالا است (مانند استفاده از منی تفکیک‌شده یا انتقال جنین) می‌تواند مفید باشد. کمک به موقع در زایمان به بهبود نتایج تولیدمثلی و تولیدی در مزرعه کمک می‌کند.

دانشمندان نشان داده‌اند که کمک به موقع در زایمان و مراقبت‌های اولیه از گوساله، میزان بیماری‌های رحمی پس از زایمان مانند باقی‌ماندن جفت، متریت و مرگ و میر گوساله ها را کاهش می‌دهد. کاهش ابتلا به عفونت‌های رحمی باعث کاهش فاصله زایمان تا لقاح و تعداد تلقیح‌های مصنوعی مورد نیاز برای هر بارداری در گاوهای شیری می‌شود.

تأمین مصرف آغوز در ۶ ساعت اول زندگی برای بقا و رفاه گوساله حیاتی است. تحقیقات نشان داده که ارتباط مثبتی بین انتقال ایمنی غیرفعال مناسب و تغذیه آغوز در سه ساعت اول زندگی وجود دارد. با این حال، آنها همچنین مشاهده کردند که تنها ۴۲ درصد از گوساله‌های تازه متولد شده، اولین وعده غذایی خود را در این بازه زمانی دریافت می‌کنند و به دامداران توصیه کردند که مدیریت گوساله‌ها و آغوز را بهبود بخشند. بنابراین، افزایش کار برای پایش زایمان و مراقبت از گوساله تازه متولد شده ممکن است توسط دامداران به عنوان فرآیندی وقت‌گیر و پرهزینه تلقی شود، اما ارزیابی‌های اقتصادی نشان داده که با استفاده از این فناوری‌ها در یک گله ۱۰۰ راسی گاو شیری، می‌توان بازده خالص را از ۳۷ به ۹۰ یورو به ازای هر گاو در سال افزایش داد. این درآمدها ناشی از کاهش تلفات گوساله، کاهش خروج ناخواسته گاوها در ۶۰ روز اول پس از زایمان و کاهش روزهای بدون باروری با افزایش تولید شیر است. به همین دلیل، سرمایه‌گذاری در مراقبت از گوساله‌ها می‌تواند از طریق افزایش تعداد گوساله‌های از شیر گرفته شده برای فروش یا جایگزینی جبران شود.

در عین حال، شناسایی دقیق مرحله دوم زایمان می‌تواند در مواردی که جداسازی زودهنگام گاو و گوساله و تغذیه آغوز بدون پاتوژن برای ریشه‌کنی بیماری‌های انتقال‌یافته عمودی مانند پاراتوبرکلوز و ویروس لوسمی گاوی ضروری است، مفید باشد.

نتیجه گیری نهایی

پیش‌بینی زمان زایمان بر اساس مشاهده مداوم بصری، آزمایش هورمونی و نظارت دستی بر دما، زمان‌بر، هزینه‌بر و در اکثر سیستم‌های پرورش بسته به‌طور عملی امکان‌پذیر نیست. بنابراین، سیستم‌های نظارت از راه دور و هشدار خودکار برای مدیریت سلامت، از جمله زایمان، به منظور بهینه‌سازی فشار کاری، رفاه حیوانات و بازده خالص مزرعه ضروری است. مدیران مزرعه پرورشی باید هنگام انتخاب یک سیستم نظارت خودکار مبتنی بر حسگرها، به جای خرید دستگاه‌های اختصاصی هشدار زایمان، نیاز به شناسایی دقیق آغاز زایمان و هزینه‌ها را در نظر بگیرند.

در مزرعه‌هایی که حضور مداوم کارکنان تضمین شده است، مانند مزارعی که تعداد زیادی گاو شیری دارند یا سه بار در روز شیردوشی انجام می‌دهند، سیستم‌های نظارت زایمان که در مرحله ابتدایی زایمان (۶ تا ۱۲ ساعت قبل) هشدار می‌دهند، می‌توانند مفید باشند. در این شرایط، مشاهده گاوهای نزدیک به زایمان می‌تواند در فواصل زمانی منظم و به عنوان بخشی از روتین روزانه مزرعه انجام شود، بدون اینکه هزینه‌های کاری افزایش یابد. در مقابل، در مزارعی که حضور مداوم کارکنان تضمین نشده است، سیستم‌هایی که در آغاز زایمان هشدار می‌دهند، می‌توانند ترجیح داده شوند. در این حالت، زمان صرف شده برای مشاهده گاوهای نزدیک به زایمان کاهش می‌یابد و دخالت به‌موقع در لحظه زایمان، هزینه‌های مربوط به نیروی کار را کاهش می‌دهد.

یکی دیگر از جنبه‌های مهم، قابلیت اطمینان هر هشدار زایمان است: حسگرهای خودکار برای دمای بدن و فعالیت به‌طور گسترده‌ای در پرورش گاو استفاده می‌شوند تا وضعیت سلامتی را نظارت کنند و می‌توانند به‌عنوان دستگاه‌های تشخیص زایمان قریب‌الوقوع نیز تطبیق یابند. حتی اگر اکثر این دستگاه‌ها دارای حساسیت (Se) و ویژگی (Sp) خوبی باشند، افزایش حساسیت می‌تواند منجر به تعداد بیش از حد هشدارهای مثبت کاذب شود که تمایل دامداران به استفاده از آن‌ها را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، باید توجه داشت که دقت این سیستم‌ها می‌تواند تحت تأثیر شرایطی غیر از زایمان، مانند تب و لنگش، راحتی گاو، مسکن، کفپوش و رویدادهای روزانه مزرعه قرار گیرد. نتایج امیدوارکننده‌ای از دستگاه‌هایی که می‌توانند در کانال واژن قرار گیرند، نشان داده شده است که شروع خروج جنین را تشخیص داده و زمان‌بندی کمک‌های مامایی را بهینه می‌کنند.

تلاش‌های آینده باید بهبود حساسیت، ویژگی و ارزش پیش‌بینی مثبت (PPV) دستگاه‌های هشدار زایمان را هدف قرار دهند، تعداد هشدارهای مثبت کاذب را کاهش داده و محصولات قابل استفاده مجدد، آسان برای استفاده و با کیفیت خوب را در اولویت قرار دهند.