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肉牛热应激的诊断
现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2023/6/9 7:40:38 关注：717 评论： 我要投稿
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摘 要：随着全球温室效应的日益严重，夏季高温作为一种热应激源，严重影响肉牛生长发育和生产性能，给畜牧生产带来了严重损失。因此，亟需对发生热应激的肉牛进行精准有效的诊断，进而采取相应措施降低损失。该文简要分析了热应激对肉牛的影响，并总结了在实践中切实有效的肉牛热应激诊断方法，以期为生产实践提供参考。
目前随着全球温室效应的增加，有报道预测未来50 年全球夏季温度不断升高，持续天数不断增加，全球气温上升已经对生物产生巨大的影响。大量研究指出夏季高温作为一种热应激源导致肉牛发生热应激而引发呼吸采食繁殖等方面的严重障碍，给肉牛产业带来严重的经济损失。因此，亟需快速、准确的热应激诊断方法来降低损失，保证动物福利。该文介绍了热应激对肉牛的影响，并总结和概括目前在生产实践中运用的肉牛热应激诊断方法，以期为肉牛生产实践中缓解热应激提供参考。
01
热应激对肉牛的影响
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在一定温度湿度下，环境传递给肉牛的热量超出自身热量散失能力会诱发肉牛发生不同程度的热应激。热应激会对肉牛生长发育和生产性能带来严重影响，主要体现为以下几个方面的影响：①动物体受到热应激时通过下丘脑-垂体-肾上腺轴，改变机体的神经内分泌从而调节网络与激素分泌，体内微量元素代谢随着温度升高其摄取和排出都会减少，造成肉牛抵抗力下降，易感染疾病，而且肉牛发生热应激后，喘气沉重，无力、精神萎靡，卧躺、半仰坐，显著降低动物福利，严重时还会造成一定的死亡率。②热应激下，肉牛采食量和消化率普遍降低，营养物质摄入不足，导致产肉性能下降；热应激导致内分泌和生殖激素的分泌紊乱引起肉牛不发情或者发情延迟，精子、精液品质下降、繁殖性能降低、胎儿的流产、畸形和死胎概率增大，给畜牧生产造成很大的经济损失。有报道指出，每年热应激导致美国牛肉产业的经济损失超过3 亿美元。因此，亟需对处于热应激状态的肉牛进行精准有效的诊断，从而采取相应措施降低损失。
02
肉牛热应激的诊断方法
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2.1 行为观察法
行为观察法是指通过人工观察肉牛的精神状态、日常行为以及饮食排泄等方面来进行诊断的方法。例如，精神状态方面：无力、精神萎靡不活泼，对外界刺激反应迟钝，头低下，耳耷拉，性欲、交配欲下降等；日常行为方面：呼吸频率加快（120～150 次/min），张嘴呼吸甚至伸出舌头，喘气沉重、卧躺、半仰坐，体温升高，喜欢玩水，而且喜欢寻找阴凉地区减少热辐射等；性反射迟钝，爬跨时间延长；精液量减少，品质下降；母牛发情周期变短，发情表现不明显，沉默排卵显著增加，卵母细胞受精能力下降；饮食排泄方面：食欲下降，采食量显著降低，饮水量上升；代谢紊乱等。行为观察法中肉牛个体之间没有干扰，可以按照已有生产经验来判断。但是，这种判断方法存在主观性、随意性，容易受到个体差异干扰，会造成较高的误判率。另外，行为观察法需要占用大量的人力、物力资源，有时还需要长时间观察。随着养殖场规模的扩大，使得养殖场的管理、技术、组织和后勤的工作量也随之增加，制约了观察人员亲自检测每一头肉牛的可能性。
2.2 侵入检查法
2.2.1 血液指标检测
热应激时，动物会提高心排血量促进血液流向外围循环，导致更多热量蒸发。而且，血液生理生化指标可以最直接、最真实地反映出肉牛的应激状态。通过检测热应激肉牛血液中皮质醇（上升）、血清电解质（K+、Cl-上升）、血清蛋白质（下降）、血液中的酶（天门冬氨酸转移酶、丙氨酸转移酶上升）等生理生化指标以判定肉牛是否处于热应激。此外，血液中的单个核细胞等在热应激时细胞活力显著下降，代谢受到影响。其中与热应激相关联的热休克蛋白、影响蛋白质加工和核苷酸结合寡聚化结构域（NOD）样受体通路、糖酵解通路均发生变化。但是，血液指标检测采样时要求对牛施加限制，有时对牛会产生新的应激，这增大了采样难度，同时本身可能会引起应激反应，而且采样频次有限制，导致无法反映热应激的变化。
2.2.2 测温法
热应激导致肉牛体温上升。因此，测量肉牛体表温度（皮肤温度）和核心温度（直肠、阴道、耳朵鼓室、瘤胃温度等）的变化均可以有效反应肉牛热应激的状况。例如，直肠或阴道温度被用作衡量核心的传统“金标准” 体温，通过将体温计放入直肠或阴道记录大约30s 就可以获得核心温度。当直肠温度超过39.4℃，表明牛已经经历热应激[8]。但是，上述方法在速度、准确性等方面都有所不同，而且受到很多影响因素干扰。比如，直肠温度测量中，温度计进入直肠的深度和与粪便是否接触。同时，测量皮肤温度需要将热数据记录器在肉牛的皮肤表面固定。因此，不仅增加测量难度，还会影响动物福利。
2.2.3 内分泌检测
内分泌变化在热应激的代谢反应中起着关键作用。当肉牛发生热应激时，神经内分泌调节网络分别通过下丘脑-垂体-肾上腺轴：热应激源诱发下丘脑释放促肾上腺皮质激素释放激素，垂体释放促肾上腺皮质激素，进而作用与肾上腺皮质，调控应激时的情绪反应，内啡肽释放，糖可的松释放等。另一方面通过交感肾上腺髓质轴：热应激源诱发脑干去甲肾上腺素能神经元进而作用于交感神经、肾上腺，促进肾上腺素、去甲肾上腺素、儿茶酚胺浓度上升，使机体处于唤醒状态应对热应激。因此，神经内分泌激素负责热应激相关的激素皮质醇、胆酸、甲状腺激素、生长激素、胰岛素、催乳素、醛固酮、抗利尿激素、瘦素和生殖激素可以作为热应激诊断的依据。例如，在急性热应激牛中，抗利尿激素、催乳素、糖皮质激素和儿茶酚胺显著增加，醛固酮减少。但是，内分泌检测缺点与血液检测类似，采样时要求对牛施加限制，有时对牛会产生新的应激。
2.2.4 组学分析
组学一种以先进的测序和芯片等高通量分析技术为动力的生命科学研究方法，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等。组学技术可用于整体和宏观评估分子水平上的生物体、组织或细胞，而且可实现时空动态与三维观测。
将组学方法应用于畜牧业具有巨大潜力。随着组学技术的进步，越来越多的研究者利用组学技术去分析动物热应激标志物以及相关候选基因，以期在实践生产中获得更加精确的检测。例如，采用转录组分析牛血液发现85 个差异蛋白，特别是补体系统中C1、C3、C5、C6、C7、C8因子等。代谢组学分析热应激与非热应激牛的血浆，发现13 种代谢产物（三甲胺、葡萄糖、乳酸、甜菜碱、肌酸、丙酮酸、乙酰乙酸盐、丙酮、β-羟基丁酸酯等）具有诊断HS 状态的高灵敏度和特异性，并且可能是热应激牛的潜在生物标志物。肉牛微生物组学则进一步揭示热应激下瘤胃微生物的变化和对个体的影响[8]。因此，在肉牛热应激诊断上，组学分析虽然在采集样品、检测费用等方面存在缺点，但是，建立多组学数据库，通过对不同时空动态下的多种组学数据进行整合分析，可以对肉牛热应激发生形成的生物学过程进行深入解析，找到新的因果位点和效应基因，在精确性、热应激机制研究以及抗热应激品种选育中具有重大价值和巨大前景。
2.3 非侵入检查法
2.3.1 排泄物与毛发检测法
采用测量排泄物（粪便、尿液）和毛发与热应激相关的成分是一种非侵入方法。在许多动物检测中得到应用，采样过程无需对动物施加限制，而且可以多次采样，受外界条件干扰很小，不影响动物福利。但是，粪便、尿液与毛发检测具有滞后性，特别是粪便需要考虑出现热应激到排出粪便的滞后时间，滞后时间大约10～12h，并受季节、喂饲、草料消化性等影响[7,8]。皮质醇是由肾上腺皮质束状带合成分泌的一种糖皮质激素激素，也存在于肉牛的粪便和毛发中。在机体应激过程中，皮质醇促进相关激素合成分泌、升高血压、增强代谢是反映应激的黄金生化标准。据报道，当牛暴露于炎热的环境条件时，呼吸速率增加即热应激时，粪便皮质醇代谢物浓度增加，而且，毛发皮质醇代谢物从6.3pg 增加到24.2pg/mg。所以，研究者认为测量粪便、毛发样本中的皮质醇是一种简单无侵入性的热应激评估。但是，相对于急性热应激，由于毛发长度和生长速度，可能需要数周至数月，毛发皮质醇检测最适用于慢性热应激诊断，而粪便皮质醇则适用于急性热应激诊断。上述粪便和毛发皮质醇检测相对较为灵敏，但多用于奶牛，以期未来应用到肉牛热应激检测与诊断。
2.3.2 温热指数法
温热指数法是目前应用最广泛的非侵入方法。牛舍中应悬挂干湿球温度计或温度湿度计，获得干球摄氏温度、湿球摄氏温度、相对湿度后依据温湿度指数的计算公式就可反映牛的热应激程度。一般来说，当温湿度指数大于72 时，开始出现热应激反应。当温湿度指数达到90 以上时，表明肉牛发生重度热应激，严重时甚至发生死亡[10]。但是，该方法所采用的温湿度指数计算公式因经纬度、地区和物种的不同需要进行修改，带来一定不便。而且，温热指数法只考虑到温度和湿度等环境因素，具有局限性。研究者逐步发现其他的指数方法：黑球湿度指数、温湿风指数、热荷指数等。环境综合评价指数涉及复杂的环境因素，需要依据大量数据进行建模、校正等，以克服其局限性。
2.3.3 热应激自动检测装置
热应激自动检测装置不仅科学精确实时检测，而且实现自动化测量与大规模利用。目前，热应激自动检测装置主要用于奶牛热应激中。如，记录心率、呼吸率、血液参数和耳廓温度等斐然生理反应记录器；检测奶牛觅食、躺、站和行走的行为测量系统；然而，热应激自动检测装置存在以下问题：安装复杂，有时需要小手术固定，对牛具有一定的刺激；设备较为笨重，需要轻量化；成本较高，不适合大面积推广。需要进一步研发适合我国国情肉牛饲养的热应激自动检测装置，并且在实际操作中减轻肉牛本身的影响。
2.3.4 红外成像法
红外成像法是利用检测肉牛机体由于温度的不同发出的波长为2.0～1000μm 的热红外线从而对热应激进行诊断。热辐射由相机的红外传感器检测到，并显示为不同颜色或深浅的像素温度图，表示不同的红外温度。物体的辐射率为0～1，牛体表的发射率范围为0.93～0.98，取决于皮肤和毛发颜色以及毛发密度。因此，具有非侵入性、高灵敏度、检测迅速、不损害动物福利、与计算机等电子设备连用可以实现自动化和实时观察等诸多优点。但是，在进行红外线检测时，需要注意肉牛全身各部位红外线的特点。例如，耳朵的频繁移动以及耳标的存在会阻挡了皮肤的辐射。眼睛靠近下丘脑热敏部位，眼眶内角周围的皮肤，不受环境温度的影响能很好地反映了牛的核心体温。红外成像法需要排除皮肤和头发颜色、皮肤红外线发射率、意外运动、健康状况和喂养时间等有关的因素，以及外部因素例如环境温度、相对湿度、阳光、风速、相机镜头与测量对象之间的距离以及相机定位角度。此外，进行红外线检测时，需要注意牛的情绪状态。例如，牛在情绪平稳时，牛口鼻部位的红外线降低。而眼睛更靠近大脑的交感神经系统，所以眼睛区域的红外线比鼻口对情绪反应更敏感。因此，需要进一步开发神经网络算法和更好的分析软件来改进。此外，红外成像法检测仪器成本较为昂贵，不适合小型牛场进行热应激检测。
03
小结
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夏季高温作为一种热应激源严重影响肉牛生长发育和生产性能，给畜牧生产带来了严重损失，因此，在夏季热应激时期，应及时采取降温防暑措施，降低肉牛产业经济损失。
参考文献：（略）
来源：中国畜禽种业
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