肉牛熱應激的診斷

目前隨著全球溫室效應的增加，有報道預測未來50年全球夏季溫度不斷升高，持續(xù)天數(shù)不斷增加，全球氣溫上升已經(jīng)對生物產(chǎn)生巨大的影響。大量研究指出夏季高溫作為一種熱應激源導致肉牛發(fā)生熱應激而引發(fā)呼吸采食繁殖等方面的嚴重障礙，給肉牛產(chǎn)業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失。因此，亟需快速、準確的熱應激診斷方法來降低損失，保證動物福利。該文介紹了熱應激對肉牛的影響，并總結和概括目前在生產(chǎn)實踐中運用的肉牛熱應激診斷方法，以期為肉牛生產(chǎn)實踐中緩解熱應激提供參考。01熱應激對肉牛的影響在一定溫度濕度下，環(huán)境傳遞給肉牛的熱量超出自身熱量散失能力會誘發(fā)肉牛發(fā)生不同程度的熱應激。熱應激會對肉牛生長發(fā)育和生產(chǎn)性能帶來嚴重影響，主要體現(xiàn)為以下幾個方面的影響：①動物體受到熱應激時通過下丘腦-垂體-腎上腺軸，改變機體的神經(jīng)內分泌從而調節(jié)網(wǎng)絡與激素分泌，體內微量元素代謝隨著溫度升高其攝取和排出都會減少，造成肉牛抵抗力下降，易感染疾病，而且肉牛發(fā)生熱應激后，喘氣沉重，無力、精神萎靡，臥躺、半仰坐，顯著降低動物福利，嚴重時還會造成一定的死亡率。②熱應激下，肉牛采食量和消化率普遍降低，營養(yǎng)物質攝入不足，導致產(chǎn)肉性能下降；熱應激導致內分泌和生殖激素的分泌紊亂引起肉牛不發(fā)情或者發(fā)情延遲，精子、精液品質下降、繁殖性能降低、胎兒的流產(chǎn)、畸形和死胎概率增大，給畜牧生產(chǎn)造成很大的經(jīng)濟損失。有報道指出，每年熱應激導致美國牛肉產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟損失超過3億美元。因此，亟需對處于熱應激狀態(tài)的肉牛進行精準有效的診斷，從而采取相應措施降低損失。02肉牛熱應激的診斷方法2.1行為觀察法行為觀察法是指通過人工觀察肉牛的精神狀態(tài)、日常行為以及飲食排泄等方面來進行診斷的方法。例如，精神狀態(tài)方面：無力、精神萎靡不活潑，對外界刺激反應遲鈍，頭低下，耳耷拉，性欲、交配欲下降等；日常行為方面：呼吸頻率加快（120～150次/min），張嘴呼吸甚至伸出舌頭，喘氣沉重、臥躺、半仰坐，體溫升高，喜歡玩水，而且喜歡尋找陰涼地區(qū)減少熱輻射等；性反射遲鈍，爬跨時間延長；精液量減少，品質下降；母牛發(fā)情周期變短，發(fā)情表現(xiàn)不明顯，沉默排卵顯著增加，卵母細胞受精能力下降；飲食排泄方面：食欲下降，采食量顯著降低，飲水量上升；代謝紊亂等。行為觀察法中肉牛個體之間沒有干擾，可以按照已有生產(chǎn)經(jīng)驗來判斷。但是，這種判斷方法存在主觀性、隨意性，容易受到個體差異干擾，會造成較高的誤判率。另外，行為觀察法需要占用大量的人力、物力資源，有時還需要長時間觀察。隨著養(yǎng)殖場規(guī)模的擴大，使得養(yǎng)殖場的管理、技術、組織和后勤的工作量也隨之增加，制約了觀察人員親自檢測每一頭肉牛的可能性。2.2侵入檢查法2.2.1血液指標檢測熱應激時，動物會提高心排血量促進血液流向外圍循環(huán)，導致更多熱量蒸發(fā)。而且，血液生理生化指標可以最直接、最真實地反映出肉牛的應激狀態(tài)。通過檢測熱應激肉牛血液中皮質醇（上升）、血清電解質（K+、Cl-上升）、血清蛋白質（下降）、血液中的酶（天門冬氨酸轉移酶、丙氨酸轉移酶上升）等生理生化指標以判定肉牛是否處于熱應激。此外，血液中的單個核細胞等在熱應激時細胞活力顯著下降，代謝受到影響。其中與熱應激相關聯(lián)的熱休克蛋白、影響蛋白質加工和核苷酸結合寡聚化結構域（NOD）樣受體通路、糖酵解通路均發(fā)生變化。但是，血液指標檢測采樣時要求對牛施加限制，有時對牛會產(chǎn)生新的應激，這增大了采樣難度，同時本身可能會引起應激反應，而且采樣頻次有限制，導致無法反映熱應激的變化。2.2.2測溫法熱應激導致肉牛體溫上升。因此，測量肉牛體表溫度（皮膚溫度）和核心溫度（直腸、陰道、耳朵鼓室、瘤胃溫度等）的變化均可以有效反應肉牛熱應激的狀況。例如，直腸或陰道溫度被用作衡量核心的傳統(tǒng)“金標準”體溫，通過將體溫計放入直腸或陰道記錄大約30s就可以獲得核心溫度。當直腸溫度超過39.4℃，表明牛已經(jīng)經(jīng)歷熱應激。但是，上述方法在速度、準確性等方面都有所不同，而且受到很多影響因素干擾。比如，直腸溫度測量中，溫度計進入直腸的深度和與糞便是否接觸。同時，測量皮膚溫度需要將熱數(shù)據(jù)記錄器在肉牛的皮膚表面固定。因此，不僅增加測量難度，還會影響動物福利。2.2.3內分泌檢測內分泌變化在熱應激的代謝反應中起著關鍵作用。當肉牛發(fā)生熱應激時，神經(jīng)內分泌調節(jié)網(wǎng)絡分別通過下丘腦-垂體-腎上腺軸：熱應激源誘發(fā)下丘腦釋放促腎上腺皮質激素釋放激素，垂體釋放促腎上腺皮質激素，進而作用與腎上腺皮質，調控應激時的情緒反應，內啡肽釋放，糖可的松釋放等。另一方面通過交感腎上腺髓質軸：熱應激源誘發(fā)腦干去甲腎上腺素能神經(jīng)元進而作用于交感神經(jīng)、腎上腺，促進腎上腺素、去甲腎上腺素、兒茶酚胺濃度上升，使機體處于喚醒狀態(tài)應對熱應激。因此，神經(jīng)內分泌激素負責熱應激相關的激素皮質醇、膽酸、甲狀腺激素、生長激素、胰島素、催乳素、醛固酮、抗利尿激素、瘦素和生殖激素可以作為熱應激診斷的依據(jù)。例如，在急性熱應激牛中，抗利尿激素、催乳素、糖皮質激素和兒茶酚胺顯著增加，醛固酮減少。但是，內分泌檢測缺點與血液檢測類似，采樣時要求對牛施加限制，有時對牛會產(chǎn)生新的應激。2.2.4組學分析組學一種以先進的測序和芯片等高通量分析技術為動力的生命科學研究方法，包括基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學等。組學技術可用于整體和宏觀評估分子水平上的生物體、組織或細胞，而且可實現(xiàn)時空動態(tài)與三維觀測。將組學方法應用于畜牧業(yè)具有巨大潛力。隨著組學技術的進步，越來越多的研究者利用組學技術去分析動物熱應激標志物以及相關候選基因，以期在實踐生產(chǎn)中獲得更加精確的檢測。例如，采用轉錄組分析牛血液發(fā)現(xiàn)85個差異蛋白，特別是補體系統(tǒng)中C1、C3、C5、C6、C7、C8因子等。代謝組學分析熱應激與非熱應激牛的血漿，發(fā)現(xiàn)13種代謝產(chǎn)物（三甲胺、葡萄糖、乳酸、甜菜堿、肌酸、丙酮酸、乙酰乙酸鹽、丙酮、β-羥基丁酸酯等）具有診斷HS狀態(tài)的高靈敏度和特異性，并且可能是熱應激牛的潛在生物標志物。肉牛微生物組學則進一步揭示熱應激下瘤胃微生物的變化和對個體的影響。因此，在肉牛熱應激診斷上，組學分析雖然在采集樣品、檢測費用等方面存在缺點，但是，建立多組學數(shù)據(jù)庫，通過對不同時空動態(tài)下的多種組學數(shù)據(jù)進行整合分析，可以對肉牛熱應激發(fā)生形成的生物學過程進行深入解析，找到新的因果位點和效應基因，在精確性、熱應激機制研究以及抗熱應激品種選育中具有重大價值和巨大前景。2.3非侵入檢查法2.3.1排泄物與毛發(fā)檢測法采用測量排泄物（糞便、尿液）和毛發(fā)與熱應激相關的成分是一種非侵入方法。在許多動物檢測中得到應用，采樣過程無需對動物施加限制，而且可以多次采樣，受外界條件干擾很小，不影響動物福利。但是，糞便、尿液與毛發(fā)檢測具有滯后性，特別是糞便需要考慮出現(xiàn)熱應激到排出糞便的滯后時間，滯后時間大約10～12h，并受季節(jié)、喂飼、草料消化性等影響。皮質醇是由腎上腺皮質束狀帶合成分泌的一種糖皮質激素激素，也存在于肉牛的糞便和毛發(fā)中。在機體應激過程中，皮質醇促進相關激素合成分泌、升高血壓、增強代謝是反映應激的黃金生化標準。據(jù)報道，當牛暴露于炎熱的環(huán)境條件時，呼吸速率增加即熱應激時，糞便皮質醇代謝物濃度增加，而且，毛發(fā)皮質醇代謝物從6.3pg增加到24.2pg/mg。所以，研究者認為測量糞便、毛發(fā)樣本中的皮質醇是一種簡單無侵入性的熱應激評估。但是，相對于急性熱應激，由于毛發(fā)長度和生長速度，可能需要數(shù)周至數(shù)月，毛發(fā)皮質醇檢測最適用于慢性熱應激診斷，而糞便皮質醇則適用于急性熱應激診斷。上述糞便和毛發(fā)皮質醇檢測相對較為靈敏，但多用于奶牛，以期未來應用到肉牛熱應激檢測與診斷。2.3.2溫熱指數(shù)法溫熱指數(shù)法是目前應用最廣泛的非侵入方法。牛舍中應懸掛干濕球溫度計或溫度濕度計，獲得干球攝氏溫度、濕球攝氏溫度、相對濕度后依據(jù)溫濕度指數(shù)的計算公式就可反映牛的熱應激程度。一般來說，當溫濕度指數(shù)大于72時，開始出現(xiàn)熱應激反應。當溫濕度指數(shù)達到90以上時，表明肉牛發(fā)生重度熱應激，嚴重時甚至發(fā)生死亡。但是，該方法所采用的溫濕度指數(shù)計算公式因經(jīng)緯度、地區(qū)和物種的不同需要進行修改，帶來一定不便。而且，溫熱指數(shù)法只考慮到溫度和濕度等環(huán)境因素，具有局限性。研究者逐步發(fā)現(xiàn)其他的指數(shù)方法：黑球濕度指數(shù)、溫濕風指數(shù)、熱荷指數(shù)等。環(huán)境綜合評價指數(shù)涉及復雜的環(huán)境因素，需要依據(jù)大量數(shù)據(jù)進行建模、校正等，以克服其局限性。2.3.3熱應激自動檢測裝置熱應激自動檢測裝置不僅科學精確實時檢測，而且實現(xiàn)自動化測量與大規(guī)模利用。目前，熱應激自動檢測裝置主要用于奶牛熱應激中。如，記錄心率、呼吸率、血液參數(shù)和耳廓溫度等斐然生理反應記錄器；檢測奶牛覓食、躺、站和行走的行為測量系統(tǒng)；然而，熱應激自動檢測裝置存在以下問題：安裝復雜，有時需要小手術固定，對牛具有一定的刺激；設備較為笨重，需要輕量化；成本較高，不適合大面積推廣。需要進一步研發(fā)適合我國國情肉牛飼養(yǎng)的熱應激自動檢測裝置，并且在實際操作中減輕肉牛本身的影響。2.3.4紅外成像法紅外成像法是利用檢測肉牛機體由于溫度的不同發(fā)出的波長為2.0～1000μm的熱紅外線從而對熱應激進行診斷。熱輻射由相機的紅外傳感器檢測到，并顯示為不同顏色或深淺的像素溫度圖，表示不同的紅外溫度。物體的輻射率為0～1，牛體表的發(fā)射率范圍為0.93～0.98，取決于皮膚和毛發(fā)顏色以及毛發(fā)密度。因此，具有非侵入性、高靈敏度、檢測迅速、不損害動物福利、與計算機等電子設備連用可以實現(xiàn)自動化和實時觀察等諸多優(yōu)點。但是，在進行紅外線檢測時，需要注意肉牛全身各部位紅外線的特點。例如，耳朵的頻繁移動以及耳標的存在會阻擋了皮膚的輻射。眼睛靠近下丘腦熱敏部位，眼眶內角周圍的皮膚，不受環(huán)境溫度的影響能很好地反映了牛的核心體溫。紅外成像法需要排除皮膚和頭發(fā)顏色、皮膚紅外線發(fā)射率、意外運動、健康狀況和喂養(yǎng)時間等有關的因素，以及外部因素例如環(huán)境溫度、相對濕度、陽光、風速、相機鏡頭與測量對象之間的距離以及相機定位角度。此外，進行紅外線檢測