Последствия теплового стресса — снижение поедаемости кормов, качества молока, ухудшение воспроизводства, здоровья. Рассмотрим меры по профилактике данной проблемы.
Коровы способны удерживать относительно стабильную температуру тела на уровне 38,5 °С (+/- 0,5 °С). Следует отметить, что в силу очень интенсивного обмена веществ современные молочные коровы при переваривании корма и синтезе молока выделяют большое количество тепла. При понижении температуры, когда увеличивается потребность в энергии для поддержания температуры тела, животное просто питается более активно и ее продуктивность может даже вырасти.
При повышении наружной температуры, наоборот, это внутренне тепло необходимо различными способами отвести в окружающую среду. Что производится следующими путями: излучением (радиация), проводимостью (кондукция) и испарением (респирация). Перенести жару коровам намного сложнее, чем холод.
Самая комфортная температура окружающей среды для крупного рогатого скота — от легкой прохлады чуть выше ноля до +22 °С (от -13 до 25 градусов Цельсия по обобщённым данным). При достижении верхнего критического уровня можно говорить о тепловом стрессе. Данная проблема возникает в тот момент, когда производство тепла в организме животных превышает теплоотдачу в окружающую среду.
Но тепловой стресс зависит или обуславливается не только температурой окружающей среды. На возникновение теплового стресса у коров также влияет относительная влажность — от нее зависит восприятие животными температуры воздуха.
Чтобы оценить тепловой стресс и на основании этой оценки иметь возможность предпринять конкретные меры, используют так называемый температурно-влажностный индекс (ТВИ) или (Temperature Humidity Index, THI).
Индекс температуры и влажности рассчитывают по специальной формуле. Данные также можно взять из следующей таблицы (Рис.1)
Уже при температуре 25 °C и влажности 60 % коровы начинают страдать от серьезного стресса. Пороговым значением индекса ТВИ является 71, а для высокопродуктивных коров тепловой стресс начинается уже при 68.
Но нагрузку на животных можно оценить не только индексом THI, животные сами подают очень четкие сигналы о перегрузке адаптационных механизмов. На развитие теплового стресса указывают следующие признаки:
Рисунок 2. Коровы ищут затенённые места, где и стараются максимально долго отдыхать
При наступлении стрессовых условий в организме животных наступают определенные изменения в общем и пищевом поведении, пищеварении и постабсорбционном метаболизме, которые призваны уменьшить термогенез (теплопродукцию) и облегчить рассеивание тепла. Эти адаптационные изменения помогают животному преодолеть тепловой стресс, однако зачастую они приводят к другим негативным явлениям, последствия от которых сами по себе представляют подчас ещё большую угрозу для продуктивности и их здоровья, чем сам тепловой стресс. Некоторые феномены, сопровождающие тепловой стресс, мы отметили выше. А далее остановимся на самых важных и на тех, которые происходят на более глубоком физиологическом уровне.
В первую очередь снижается потребление кормов для того, чтобы уменьшить внутреннюю выработку тепла, поскольку потребление корма и его переваривание являются экзотермическими процессами. Наибольшим выделением тепла сопровождается ферментация клетчатки в рубце. Именно поэтому коровы, пытаясь снизить выделение тепла, потребляют меньшее количество объемистых кормов. Так, например, установлено, что при увеличении внешней температуры с 17 до 30 °С, потребление концентратов уменьшается на 5%, а сена - на 22 %, соответственно.
Ряд авторов полагает, что потребление корма снижается из-за большого количества воды, которую корова выпивает, и которая, заполняя рубец, создаёт ложное чувство сытости.
Считается общепризнанным, что при тепловом стрессе угнетается моторика преджелудков и все пищеварение, что также сокращает количество потребленного корма.
Из-за теплового стресса потребление сухого вещества может сократиться до 50% по сравнению с аналогичным показателем в зоне теплового комфорта, что обусловливает падение суточного удоя. Рис.3.
Рисунок 3. Снижение потребления сухого вещества и молочной продуктивности в течение 9 дней при ТВИ = 73 (Rhoads et al, 2009)
В условиях теплового стресса количество энергии, затрачиваемой коровой на поддержание жизнедеятельности, увеличивается (например, на 35% больше при 35 °С по сравнению с 20 °С). Тяжелое дыхание также увеличивает потребность в энергии на 7 - 25% в условиях теплового стресса.
Следовательно, потребление сухого вещества (ПСВ) должно увеличиваться, чтобы покрыть эти дополнительные затраты энергии. Тем не менее, в жаркую погоду потребление кормов уменьшается, что означает, что энергетический статус коровы получает двойной удар – более высокие затраты энергии на поддержание жизнедеятельности при фактически более низком потреблении. В этом случае неудивительно, что производство молока снижается.
Высокопродуктивные коровы больше подвержены тепловому стрессу, чем низкопродуктивные, так как они больше потребляют кормов и, следовательно, вырабатывают больше тепла при пищеварении. Так, у животных со среднесуточным удоем в 10-30 литров продуктивность снижается примерно на 16-19%. А коровы с удоем более 30 литров молока из-за теплового стресса могут потерять до 30% продуктивности в день.
Особенно подвержены воздействию высоких температур коровы с уровнем надоев свыше 10.000 – 12.000 кг/год. На пике продуктивности суточный удой таких животных достигает 50 кг молока, общая потребность в обменной энергии составляет более 300 МДж.
Также коровы в транзитном периоде по ряду причин очень чувствительны к тепловому стрессу:
В целом, снижение потребления корма может привести к снижения надоя молока на 35-50% в соответствии с уровнем продуктивности коров; чем она выше, тем более оно выражено.
Изменения в эндокринной системе. Много лет считалось, что производство молока снижается только из-за меньшего потребления корма и ухудшения функционирования рубца. Однако в последнее время было показано, что на сокращение выработки молока оказывает большое влияние изменения в функционировании эндокринной системы и регуляции пищеварения. В крови животных увеличивается концентрация адреналина и норадреналина, что приводит к увеличению скорости прохождения кормов в ЖКТ и уменьшению потребления кормосмеси.
При развитии теплового стресса в организме коровы начинается активно вырабатываться гормон стресса кортизол, его концентрация повышается в 10 раз. Кортизол снижает синтез молочного белка в клетках молочной железы, а также ингибирует выделение окситоцина. Всё это приводит к тому, что во время доения уменьшается отдача молока: в вымени остается 10-12% молока, а при сильном стрессе —до 15-17%. В результате у животных растет риск возникновения маститов, а у их владельцев падает прибыль, ведь последние порции молока содержат больше молочного жира, а значит, жирность выдоенного молока в целом снижается.
Ацидоз рубца. Индукция рубцового ацидоза в процессе развития теплового стресса является сложным явлением, которое вызывается многими факторами:
Метаболический ацидоз. Корова стремится рассеивать тепло с выдыхаемым воздухом. Коровы теряют 75 % тепла в результате испарения воды путем потоотделения и 25 % c выдыхаемым воздухом. Но увеличение частоты дыхательных движений (ЧДД) приводит к гипервентиляции лёгких, уровень CO2 падает. Для того, чтобы поддерживать постоянный рН крови, должно сохраняться соотношение бикарбоната к диоксиду углерода 20 : 1. Поэтому почки выделяют больше бикарбоната, чтобы поддерживать это соотношение. Таким образом, общее количество бикарбоната в крови снижается. В организме возникает состояние метаболического ацидоза.
Инсулинорезистентность – это пониженная восприимчивость рецепторов клеток организма к гормону инсулину. В этом случае снижается поступление глюкозы, главного источника энергии, из крови внутрь клеток. Высокая концентрация глюкозы в крови препятствует возникновению чувства голода, тем самым снижая поедаемость кормов.
Инсулинорезистентность возникает в результате стресса и при высокой концентрации свободных жирных кислот в крови в период отёла и раздоя.
Окислительный стресс. Из-за насыщения крови кислородом (вследствие увеличения ЧДД) усиливается развитие окислительных (оксидативных) процессов, которые всегда сопровождают любой стресс. Животные учащают дыхание, чтобы испарять влагу и отводить тепло. Но повышенная частота дыхания сопровождается насыщением крови кислородом, а, значит, усилением механизмов окисления. Клеточные мембраны подвергаются усиленному воздействию разрушающих их окисляющих агентов. Разрушенные мембраны являются воротами для развития инфекционных заболеваний.
Окислительный стресс кишечника приводит к разрушению нормального слизистого барьера. Состояние кишечника влияет на различные системы в организме. Существует гипотеза о Leaky gut syndrome («синдром дырявой кишки») - состоянии, которое по мнению некоторых учёных является причиной широкого спектра хронических патологий.
Защитный барьер кишечника – представляет из себя непрерывный слой цилиндрического эпителия с тесным соприкосновением клеток друг с другом. Также в его состав входят: покрывающий эпителий гликокаликс, ферменты мембранного пищеварения, и, связанную с поверхностью эпителия, мембранную флору (М-флору). Последняя соединяется с поверхностными структурами эпителия, усиливая выработку слизи и уплотняя цитоскелет эпителиоцитов.
Задача эпителиального защитного барьера – создание границы между внутренней частью кишечника и остальным организмом, её состояние играет ключевую роль в гомеостазе. Транслокация – это проникновение микроорганизмов, а также их продуцентов и продуктов их распада (эндотоксинов), из просвета желудочно-кишечного тракта через слизистый барьер в крово- или лимфоток. При этом возникает воспалительный процесс и соответствующий ответ.
Эти события меняют пост-абсорбтивный метаболизм, перенаправляют питательные вещества с производства молока на поддержку иммунного ответа. Эта метаболическая неэффективность усиливается гиперинсулинемией и снижением способности использовать свободные жирные кислоты (NEFA) для производства молока.
В то же время повышенное использование глюкозы иммунной системой, синтезированной в процессе глюконеогенеза, увеличивает экстравымянное использование аминокислот (на энергетические нужды) вместо синтеза молочного белка.
Прямое окислительное повреждение молочных эпителиальных клеток наряду с уменьшением потока крови приводит к снижению способности синтезировать компоненты молока. Снижение иммунокомпетентности из-за теплового стресса, наряду с повышенной патогенной нагрузкой из-за условий окружающей среды (жаркой и влажной), приводит к увеличению частоты случаев клинического и субклинического мастита и увеличению КСК. Снижение содержания белка и резкое падение содержания жира, наряду с другими изменениями свойств молока, снижают выход сыра.
Воздействие теплового стресса во время поздней беременности влияет на продуктивные качества матери в последующей лактации из-за неблагоприятного воздействия на важнейшие процессы инволюции и пролиферации молочных эпителиальных клеток. Кроме того, телочки, рожденные после воздействия теплового стресса на мать, снизили продуктивность на протяжении всей жизни, повысилась частота проблем со здоровьем.
Иммунная система в условиях окислительного стресса находится в угнетённом состоянии. Увеличивается вероятность и степень развития маститов. Увеличивается содержание соматических клеток в молоке. Проявляются гинекологические и прочие болезни. Увеличивается смертность.
Нервная ткань очень чувствительна к термическому поражению. Прямое воздействие тепла на эндотелий может вызвать внутримозговое кровоизлияние, отёк, тромбоз и инфаркт мозговой ткани. Длительная экспозиция высоких температур ведет к гибели нейронов и необратимому повреждению мозга.
Воспроизводство.Тепловой стресс оказывает глубокое воздействие и на репродуктивную функцию. Оплодотворяемость снижается ниже 35%. Колебания гормонального фона непосредственно ухудшают функцию яичников, снижая уровень оплодотворения, и приводят к эмбриональным потерям на ранних стадиях беременности. Наблюдается увеличение заболеваемости метритом.
Отчасти это связано с недостатком энергии в рационах, обусловленным меньшим потреблением кормов и развитием ацидоза, что приводит к длительному отсутствию половой охоты, а высокий уровень кортизола вызывает нарушение полового цикла и задерживает овуляцию. Негативное воздействие теплового стресса на показатели воспроизводства проявляется не только сразу же, но и сохраняется даже после возвращения коров к более комфортным условиям.
Последствия для телёнка. Если корова страдает от теплового стресса в последние три месяца стельности, ослабляются защитные механизмы организмов как коровы, так и нерожденного теленка, повышается риск заболеваний обмена веществ до и после отёла. Телята чаще рождаются со сниженным весом.
Мы уже отмечали ранее, что очень сильно страдают от стресса высокопродуктивные животные и коровы в транзитном периоде. Однако следует отметить, что и в середине лактации коровы подвергаются большему риску, и последствия сильно выражены. Это связано с высоким уровнем потребления в этот период большого количества грубых кормов.
Как правило, чем выше потребление питательных веществ из-за повышенных требований к производству, тем выше производство тепловой нагрузки, связанной с питанием, а коровы в середине лактации больше зависят от потребляемого корма из-за истощенных запасов тела.
В молочном скотоводстве выделяют три группы методов борьбы с последствиями теплового стресса: изменение условий содержания коров (микроклимат, технологическая составляющая, менеджмент), изменение условий кормления и селекционный отбор, направленный на получение пород, толерантных к теплу (генетический метод).
Первая группа мероприятий — это меры по охлаждению животного, то есть меры наружного воздействия. Она включает в себя комплекс мероприятий, чаще всего требующих значительной предварительной подготовки или денежных затрат для устройства навесов, установки вентиляторов и водяного душа для охлаждения животных и др.
Вторая группа мероприятий – это меры по снижению выработки метаболического тепла, то есть меры внутреннего воздействия. Сюда относят различные изменения в рационе и режиме питания животных с учетом следующих особенностей:
Поэтому применяются следующие технологические приёмы:
Немного о Группе CCРА. Это союз кооперативов, который специализируется на кормлении и здоровье животных на протяжении более 50 лет. Он предлагает своим клиентам во Франции и на международном уровне, через свои филиалы, широкий спектр инновационных продуктов (премиксы, специальные биологически активные добавки, гигиенические продукты...), услуги и экспертизы (в штате специалисты по всем видам животных, диетологи, технологи...). Группа CCPA является одним из первых французских участников частных исследований в области кормления животных, с большим научным отделом исследований и разработок, обладая лабораторией химии и биологии животных площадью 1500 м2 (Артемис), исследовательской станцией моногастричных животных (Euronutrition SAS) и сетью опытных ферм. Группа ССРА много лет работает в странах с жарким климатом: Северная Африка, Дальневосточная Азия, Мексика, США, Бразилия, Турция, Израиль, а также страны Южной Европы, включая, конечно, Францию, где тепловой стресс - норма.
Из-за широкого спектра негативных воздействий теплового стресса, очень трудно устранить их одним уникальным способом действия. Группа CCPA разработала целую программу THERMO®, которая включает в себя решения в области кормления, в сочетании со специализированной поддержкой и диагностическими инструментами, чтобы помочь хозяйствам поддерживать комфорт своих подопечных и сохранять их продуктивность на высоком уровне.
Поскольку кормление является ключевым фактором успеха в этот период, был создан уникальный продукт - кормовая добавка Нутристар Европремикс Термоплюс.
Помимо решений в области кормления, группа CCPA имея большой опыт в области ведения животноводства в условиях теплового стресса, предлагает рекомендации в отношении планировки зданий, раздачи кормов и общего баланса рациона.
Смесь различных экстрактов растений (в т. ч. перец и пажитник) |
Электролиты (Na+; K+) |
Экстракт зеленого чая и антиоксиданты, витамины и микроэлементы |
Буферная смесь | |
❑ Регуляция температуры тела
❑ Стимуляция выделения слюны ❑ Повышение усваиваемости |
❑ Компенсация потерь с потом ❑ Облегчают обезвоживание |
❑ Снижение оксидативного стресса ❑ Повышение иммунитета |
❑ Бикарбонат натрия ❑ Бикарбонат калия |
Рисунок 9. ТермоПлюс. Направления действия
1. Нутристар Европремикс Термоплюс состоит из специальной смеси растительных экстрактов, которая благоприятствует потреблению сухого вещества и, таким образом, уменьшает снижение поедаемости корма, вызванное тепловым стрессом.
2. Его активные компоненты стимулируют активность ключевых ферментов, способствующих усвоению питательных веществ рациона (амилаза, липаза, трипсин и химотрипсин).
3. С помощью Нутристар Европремикс Термоплюс осуществляется управление минеральным питанием (регулируется величина DCAD, поставляются дополнительные буферные вещества), что также помогает увеличить потребление кормов.
4. Поставка электролитов позволяет компенсировать потери от теплового стресса с мочой и потоотделением.
5. Специально подобранные экстракты растений увеличивают выработку слюны, а также её буферную силу, что снижает риск возникновения рубцового ацидоза.
6. В состав продукта входит капсаицин, экстракт острого перца чили, который улучшает основной обмен веществ, позволяет уменьшить респираторный стресс и снизить температуру тела. Это создаёт лучший комфорт для животных.
7. Входящие в состав продукта антиоксиданты осуществляют защиту эпителиальных клеток желудочно-кишечного тракта, молочной железы и других органов от оксидативного стресса.
Рассмотрим более подробно некоторые механизмы, при помощи которых Нутристар Европремикс Термоплюс обеспечивают такие эффекты.
1. Увеличение потребления корма достигается путём воздействия на нервную систему, в результате которого на непродолжительное время блокируется ощущение сытости и животное продолжает есть.
2. Улучшение терморегуляции осуществляется несколькими способами, которые сводятся к дополнительному термовыделению за счет более эффективного расширения периферических кровеносных сосудов, а также с помощью снижения основного обмена путём уменьшения частоты сердечных сокращений и снижения кровяного давления.
Группа CCPA провела многочисленные испытания в разных странах с самыми различными климатическими условиями. В каждом опыте наблюдали увеличение производства молока в жаркий период для групп животных, которым добавляли Нутристар Европремикс Термоплюс: от + 0,8 до 3 литров. Даже при наличии системы вентиляции/душа (например, во Вьетнаме), добавление продукта позволило повысить производство молока.
Рисунок 10. Результаты испытаний Нутристар Европремикс Термоплюс
В следующей таблице ССРА приводит результаты последних полевых испытаний, проведенных с двумя партиями животных (контрольная и опытная), в разных странах мира и на животных с различной продуктивностью.
Страна |
Количество животных |
Порода | ТВИ |
Удой в контрольной группе (л) |
Удой в группе Термоплюс (л) |
Разница (л) |
Франция | 54 | 72 | 31.2 | 32.4 | 32.4 | +1.2* |
Вьетнам | 178 | Голштинская | 82 | 24.2 | 25 | +0.8* |
Вьетнам | 39 | Голштинская | 82 | 24 | 25.05 | +1.05* |
Мексика | 44 | Голштинская | 72 | 37 | 39.05 | +2.05 |
Турция | 20 | Голштинская | 80 | 28.4 | 30.19 | +1.76 |
Венгрия | 632 | Голштинская | 79 | 29.46 | 31.73 | +2.27 |
Бразилия | 175 | Зебу Кросс | 75 | 30.6 | 31.6 | +1* |
Бразилия | 36 | Зебу Кросс | 79 | 18 | 19.3 | +1.3* |
Таблица 1. Улучшение производства молока во время теплового стресса, группа CCPA, 2019
* Достоверность результатов: p<0.05
Такие же положительные результаты получены при использовании Нутристар Европремикс Термоплюс на козах.