【小院科普】奶牛热应激的产生与预防
文摘
三农
2024-05-04 20:04
北京
夏天和五一假期一同到来，相信大家能够明显感受到最近回暖的气温，走在路上偶尔还会热出一身汗来。天热，对我们来说并不是什么困扰，尤其是在科技发达的现代生活帮助下，似乎避暑变得越来越简单，从些许年前的树下蒲扇乘凉夜话，到如今家家户户有的风扇空调，街边小商铺也有冷饮和冰棒在售，只是得注意一下就算天热也别一下吃太多，吃坏肚子可就得不偿失了。更何况，人类的发达的汗腺也可以在炎热的天气帮助调节体温，这也是我们与生俱来的高效散热途径之一。可是对于奶牛，散热确实有些困难了。由于奶牛汗腺不发达，皮肤散热性差，因此对热环境比较敏感，易发生热应激。热应激会导致奶牛采食量减少、产奶量降低、免疫力下降等不良反应，还会使奶牛易受病毒和细菌侵袭，阻碍与器官发育相关的蛋白质和激素的合成，还会降低奶牛的繁殖能力，等等，属于负面效果拉满了。先简单解释一波，奶牛的热应激，其实是奶牛应对高温环境的一种防御反应。一旦奶牛场出现高温高湿环境(温度高于30℃，湿度高于70%)，奶牛热应激应对措施不力，就会导致热量在体内蓄积，进而引发奶牛热应激反应。奶牛的热应激反应一般表现为：活动量少、反刍少、食欲减退、粗饲料采食量下降、物质代谢减缓、产奶量减少、牛奶品质和营养价值降低，等等。严重的会导致奶牛发情紊乱、不易受胎或死胎等一系列问题。奶牛的热应激也会提升乳房炎、子宫炎及肢蹄病等一系列疾病的发病率，严重威胁奶牛健康，甚至危害奶牛产业的发展。![]()
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由黄色到红色，其危险程度不断上升，从横纵坐标可以看出，牛的热应激和环境的温湿度是密切相关。大家都知道，恒温动物被称作恒温，就是因为其会调节自身的产热和散热，使得生物体的温度控制在一个恒定温度的范围，温度并不会真正地“恒温”，机体允许体温在小范围内动态变化，但总体来看，体温是处在平稳的状态的。先说散热，自然界中的有机体都会通过四种基本方式来散发自身热量：蒸发、辐射、传导和对流。有一个较为经典的例子——热带雨林气候。这是地球上最复杂和最活跃的地区类型之一。在这里，四种基本的热传递方式（蒸发、辐射、传导和对流）共同作用，维持着生态系统的平衡。![]()
每天，太阳的辐射能以光和热的形式穿透大气层，为雨林提供必要的能量。树木和其他植物通过光合作用吸收这些能量，而它们的叶子表面则通过蒸腾作用释放水分，这个过程就是蒸发。蒸发消耗了大量的热量，因此具有显著的冷却效果，使得植物和周围环境保持较低的温度。在雨林的地面上，热量通过接触传导的方式从温暖的土壤传递到较冷的树根和落叶层。由于土壤通常是热的不良导体，这种热传递方式的效率相对较低，但对于维持土壤微生物的生存环境至关重要。当太阳的热量加热了雨林的表面水体，如河流和池塘，它们的水面开始蒸发。这种蒸发增加了空气中的湿度，同时也导致了水体的冷却。随着热空气上升，冷空气下沉，形成了对流循环，这种对流运动在雨林中形成了独特的局部气候和小气候。夜间，当太阳不再辐射能量到雨林时，辐射冷却开始发挥作用。地表和植物表面的热量以红外辐射的形式散发到大气中，导致温度下降。这种辐射冷却过程对于调节雨林的夜间温度和湿度非常重要。可以看到，热带雨林气候是由蒸发、辐射、传导和对流这四种热传递方式共同塑造的。那么当我们理解了这四种基本的散热途径之后，再来看看牛牛们，就知道牛牛们有多燥热了。![]()
首先是蒸发，奶牛汗腺不发达，很少有流汗，有时夏天下雨，炎热且潮湿的天气会使得蒸发更加困难，就更没法散热。然后是辐射，热辐射是无时无刻不在进行的，不过生物体散发的热辐射相比于产热来讲还是太少了，不是散热的主导因素。接下来是传导，传导建立在接触上，由于牛的皮肤温度约为 36°C，因此每当环境低于 36°C 时，热量就会从动物转移到环境中。牛只正常生活时接触的大多是周边的空气，空气的比热容较低且温度常常较高，使得传导空气散热十分困难。牛只晚上睡觉时接触地面，地面温度相对较低，这样的散热较为有效。最后是对流，生物体内的对流散热主要是与循环系统相关，例如呼吸和排泄，都会带走大量体内的热量。过热的天气牛牛会增加喘气，也是加快散热的表现。所以，综合看来，炎热温度下的牛牛散热条件的确有限，几乎只有传导和对流这两种途径在发挥作用。但相比于散热，产热可是更大的一部分。牛牛的产热包含新陈代谢、生物活动和瘤胃内发酵。考虑到养牛场天热的时候基本不会让牛过度运动的情况，我们可以认为体内的主要热源来自于新陈代谢和瘤胃发酵。新陈代谢方面，恒温动物通常通过减少采食量来对热做出反应。比如正在泌乳的奶牛，一天吃的饲料约为50~65kg，而应激之后的奶牛可能减少约二成，甚至更少。这通常被解释为一种适应性反应，会减慢新陈代谢率，从而减慢代谢热的产生。但相较而言，瘤胃发酵方面才是大头，牛牛的瘤胃有大量消化纤维素的微生物，在对粗饲料进行消化的过程中会产生大量的消化热。不过这也是牛牛的无奈了。除了体内的热源，体外的热源无疑就是这炎热的天气了。刚才提到，环境低于36°C，牛只会向环境散热，但高于36°C就“倒反天罡”了，环境反而会向牛牛身上导热，进一步加剧机体热升高。散热跟不上升温，那就会热量蓄积，就会过热。和人太热会中暑一样，牛牛太热会出现热应激的异常情况。而判断奶牛热应激的方法也较为简单直接：直接测量奶牛的直肠温度，如果温度超过39°C（正常体温为38.5°C到39.5°C），可能表明奶牛正在经历热应激。此外，也有一些可以进行辅助判断的方法。奶牛在热应激时会增加呼吸频率，正常情况下奶牛的呼吸频率大约是每分钟20到30次，而在热应激时，呼吸频率可能会增加到每分钟60次以上。在热应激时，奶牛的食欲会显著下降，奶产量也会显著下降。当奶牛异常地聚集在阴凉和风扇区域时也应该引起注意，这是因为散热条件不好使得奶牛被迫主动寻找散热途径。总之，炎热天气下，若观察到奶牛表现出不适的行为，如不安、频繁站立和寻找水源等，那么极有可能是出现了热应激或疾病。还是从刚才的四种基础散热方式入手，我们来着手解决牛只的热应激：通过增加场内和过道遮荫，可以减少太阳的直晒，减少牛只热辐射的摄入，并通过降低牛群密度，使得牛和牛之间的距离增加，提升热辐射散热效率；我们还可以通过加装喷淋装置，通过在牛只身上喷水来“模拟”出汗，不仅增加了蒸发散热效率，与水的直接接触还加强了传导散热的效率；还可以配合适当放置的风机来加快空气流动速度，不仅提高了热传导效率，还提高了对流散热效率，也使得场区的有毒有害气体也得到了排除。![]()
如上这些是我在很多牛场见到的现实实例，当然还有很多创新的想法和措施，如使用浅色或反光材料铺装牛舍地面以减少地面对太阳辐射的吸收，降低地面温度，以及挑选较为凉爽的早晨和傍晚进行重要生产活动（如挤奶），还有训练牛只在固定的较为凉爽的地方进行休息等等。说完了导热减轻热应激，还有一些方法是现代技术已经探明且实用的，举个经典的例子——饲料添加剂。比如，在日粮中适量添加饲料添加剂，可预防热应激的发生。目前已验证的有适量添加维生素A、维生素E、维生素C和烟酸等，以提高奶牛抗热应激能力。微生态制剂中所含的益生菌能够起到维持消化道菌群的动态平衡，可适量添加微生态制剂来提高消化率，提高奶生机体免疫力的作用。还可以使用中草药类原料，如芦根、石膏、青蒿、板蓝根、金银花和夏枯草等。中草药不仅具有祛热解暑，减轻应激的作用，而且具有提高产奶量和改善乳品品质的功效。科技不光改变了人们的生活，也使得牛场的牛只们享受到了科技带来的福利，至少在热应激这部分，牛牛再也不用承担那么大的痛苦了。在生活更滋润的同时，还提高了生产性能。当然在让动物如何生活地更滋润这个问题上，科技在发展的路上越走越远，给出的答案常出常新，牛牛生活上的困难也越来越少。![]()
我们常说科技是第一生产力，事实也的确如此。毕竟，研究生产动物就是一个双向成全的过程，你让动物过得滋润，那么动物的回报就会更加丰厚。这么想来，在未来生活的生产动物，可能活的比人们还舒适呢。但，不要因此就羡笼中鸟，值得羡慕的应该是用科学技术为动物们创造出如此环境的人——正因有了他们，才使得这个行业用更低的成本换来更高的生产效率，推动整个行业大跨步发展，其贡献可谓挥毫泼墨，功标青史。[1]. Gayatri Gujar, Manish Tiwari, Nistha Yadav, Dr. Monika, Heat stress adaptation in cows – Physiological responses and underlying molecular mechanisms, Journal of Thermal Biology, 10.1016/j.jtherbio.2023.103740, 118, (103740), (2023).[2]. 殷海全 & 彭来营. 奶牛热应激的危害及预防措施. 北方牧业, 29 (2023).[3]. Gujar, G., Tiwari, M., Yadav, N. & Monika, D. Heat stress adaptation in cows – Physiological responses and underlying molecular mechanisms. Journal of Thermal Biology 118, 103740 (2023). https://doi.org:https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2023.103740[4]. Herbut, P., Angrecka, S., Godyń, D. & Hoffmann, G. The Physiological and Productivity Effects of Heat Stress in Cattle – A Review. Annals of Animal Science 19, 579-593 (2019). https://doi.org:doi:10.2478/aoas-2019-0011[5]. 郭咏梅, 李佳荣, 闫素梅 & 史彬林. 热应激对奶牛的危害及营养调控措施. 饲料研究 46, 174-179 (2023). https://doi.org:10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.14.034
