热应激对奶牛免疫功能的影响

2018-07-31 17:10 荷斯坦奶农俱乐部网 访问量:15 [ 字号: ]
G. E. Dahl 佛罗里达大学动物科学系
R. J. Collier 亚利桑那大学动物与比较医学院
译者 王永康
环境因素,特别是热应激,是对奶牛生产力和健康的挑战。在无法有效降温,暴露于高温和高湿度时,奶牛在泌乳期间的干物质采食量会明显降低,而之后产奶量下降可能接近25%,下降的程度取决于热应激的严重程度和持续时间的长短(West综述,2003)。在热应激期间,泌乳牛会做出代谢调整,将能量从生产目的向其他方面重新分配,因而产奶量的实际下降程度,超过了预期的由于干物质采食量降低引起的产奶量下降(Rhoads et al., 2009)。相同的,当干奶牛暴露于热应激时,她们在下一个泌乳期的产奶量也比有降温措施的干奶牛要少,即使两组奶牛在产犊以后都给予降温措施(Tao和Dahl综述,2013)。热应激下的干奶牛比有降温措施的干奶牛采食量要少,但在泌乳牛中观察到的代谢调整(能量重新分配)并不存在(Tao et al., 2012)。尽管热应激下明显的损失与产奶量相关,但除此之外对泌乳牛、干奶牛及其犊牛总体健康的负面影响,也是由于暴露于高温高湿而积累产生的,这些后果就是本文的重点。
热应激降低母牛的免疫补偿能力
乳房健康是热应激的首要考虑之一。热应激在泌乳牛趋化性的挑战之后,影响了白细胞转移到乳腺中(Elvinger et al., 1992)。当泌乳牛处于升级的温度和湿度时(例如温湿度指数,THI),其白细胞数量,还有血液中包括TNF-α(α-肿瘤坏死因子)和IL-10(白介素10)的循环细胞因子都会减少,这进一步证明了热应激抑制免疫状态的广泛影响(Zhang et al., 2014)。在热应激下的泌乳羊,比那些有遮荫设施的母羊白细胞数量更低,而且相对于有遮荫设施的羊群,奶中的乳腺炎病原体负载更高(Sevi at al., 2001)。然而在羊群中,奶中的体细胞数则未受热应激的影响,这可能是由于还没有能力检出差异。一般来说,热应激会降低奶牛的免疫补偿能力。
当环境温度和湿度上升时,奶牛为了适应多散失热量的需要,会经历或发生内分泌系统的明显变换。特别是两种已知的影响免疫系统的激素,皮质醇(Cortisol)和促乳素(Prolactin)会随热应激而增加(见Collier et al.综述,2008)。Collier et al. (2008)综述了催乳素和皮质醇在与免疫反应相关的基因上发挥影响的证据,特别显著的是对热休克蛋白(HSPs)的影响,这种蛋白在细胞水平上有限制高温负面影响的作用。因此热应激可能在内分泌和免疫系统的交互作用方面影响了免疫功能。
热应激对干奶期奶牛的免疫功能有直接影响,这些影响会持续到产犊以后。例如,由淋巴细胞的增殖能力来衡量的获得性免疫功能,会受到热应激的直接抑制(do Amaral et al., 2011, 2012)。当评估奶牛的抗体产量对外来抗原的反应时,获得性免疫的更多负面影响被注意到。该外来抗原是以雏鸡卵清蛋白形式存在的一种无毒非自体蛋白,可以诱导免疫反应。虽然奶牛在干奶期抗体产量没有观察到差异,但暴露于热应激两周以上的奶牛,在对卵清蛋白促进剂的反应中,相对于那些有降温措施的奶牛,其抗体产量有所减少(do Amaral et al., 2011)。这种差异持续至整个干奶期,但当对所有的奶牛在产犊以后都予以降温时消失。这进一步证实了热应激直接降低了抗体产量。因为许多的干奶牛管理方案都包括了抗乳腺炎病原体的免疫接种,但同样重要的是,缓解热应激应当作为一种在奶牛转换至泌乳期的一种提高健康和免疫功能的额外方法。
关于干奶牛降温的一个担忧,是观察到泌乳早期越高的奶产量会引起越多体重减轻,而且也与较高的血液非酯化脂肪酸(NEFA)和羟甲基丁酸(BHBA)浓度相关(do Amaral et al., 2009)。由于NEFA和BHBA的升高与免疫状态的降低相关,所以有可能,干奶牛的降温导致产犊后免疫功能的降低。然而我们观察到,像产奶量一样,尽管有NEFA和BHBA的升高,但也有降温对干奶牛天然免疫功能的正向延续效应,而且相对于那些曾经热应激的奶牛,降温的干奶牛强健的中性粒细胞具有活动作用(do Amaral et al., 2011; Thompson et al., 2014)。同时在生产实践中,也有证据表明,病原体所介导的疾病,在温凉时期干奶的牛群中发病率相对于炎热时期干奶的牛群要低(Thompson and Dahl, 2012),这进一步支持了干奶牛降温对奶牛后续健康有积极作用的理论。
热应激也可以影响发育中胎儿的免疫状态,并在出生后有显著的延续效应。遭受热应激的奶牛所产犊牛,与有降温措施的奶牛所产犊牛相比,在出生时体重较轻,而且通常早产4~5天(Tao et al., 2012)。在子宫内的热应激,减少了犊牛在出生后第一个月的血液免疫球蛋白(IgG)浓度,这与犊牛的健康和存活呈负相关(Tao et al., 2012)。一系列的研究表明,观察到的IgG浓度的降低,无论其初乳的来源和质量如何,均产生于对初乳中IgG的不良吸收(Monterio et al., 2014)。因此,这显示了子宫内的热应激改变了犊牛吸收IgG的能力。近期的研究支持了遭受子宫内热应激的犊牛在出生后加速肠道关闭,因而对IgG吸收减少的观点(Ahmed et al., 2015)。随着犊牛的成熟或成年,子宫内热应激与第一泌乳期结束以前小母牛的淘汰率相关,这与出生早期不良的免疫状态会影响以后健康的观点相一致(Monteiro et al., 2016)。
干奶牛的降温和营养措施
干奶期降温的常用方法,与泌乳牛的降温方法相同,例如遮棚,风扇和喷淋装置(Collier et al., 2006)。在佛罗里达大学的牛舍,喷淋装置位于饲喂线上方,而风扇则在自由卧栏的上方。当环境温度超过21.1℃时,风扇会自动开启,而喷淋装置间隔5分钟运转1.5分钟。应用这种系统,我们持续地观察到直肠温度下降0.4~0.5℃,并且热应激奶牛呼吸频率每分钟超过70次,减少到降温奶牛的每分钟45次。最重要是在整个干奶期都应该为奶牛进行降温,而不只局限于干奶后期或者以后的阶段。近期的一个研究中,我们观察到干奶期的任何时候发生的热应激,对泌乳期产量都有负面的影响(Fabris et al., 2017a);这与免疫功能发生的负面结果可能是相同的。
有些营养管理方法对缓解热应激的危害有帮助。通过血管舒张提高皮肤表面热交换的成分,诸如烟酸,可以降低热应激是奶牛体温。补充胶囊包被的烟酸,由于增加了蒸发散热而降低了热应激奶牛的直肠温度(Zimbelman et al., 2010)。但是Loholter et al. (2013)尚未观察到烟酸对直肠温度的作用,虽然烟酸的形式和热应激的程度可能影响了效果。实际上,补充烟酸的泌乳牛皮肤温度虽然升高了,但直肠温度未受影响(DiCostanzo et al., 1997)。甜莱碱,一种天然的等渗物,在热中性条件下提高了泌乳牛的奶产量,但在热应激下没有作用(Hall et al., 2016)。然而甜莱碱改变了热休克蛋白(HSP)27和HSP70在白细胞中的表达,在热应激后却有相反的转换,也就是减少了HSP27而增加了HSP70。甜莱碱在整个干奶期喂给干奶牛时,也提高了其后的奶产量。总之,关于免疫状态的营养调节剂,特别是与热应激相关的,仅有有限的资料。
奥奶净的免疫调节作用
然而饲喂一种免疫调节的混合物,持续显示了热应激母牛直肠温度和呼吸频率的稳定降低。在热应激下,按推荐数量饲喂美国辉宝公司的奥奶净,降低了泌乳牛(Lieva et al., 2017),围产牛(Brandao et al., 2016)和干奶牛(Fabris et al., 2017)的直肠温度。干奶牛直肠温度的降低幅度很大,但没有像打开降温系统所观察到的显著,奶牛的呼吸频率也有实质性的下降。在干奶期之前,期间和之后对遭受热应激的奶牛饲喂奥奶净增加了之后的产奶量(Fabris et al., 2017b)。
除了降低直肠温度外,给遭受热应激的泌乳牛饲喂奥奶净,还降低了奶牛血液中的皮质醇(Mc Bride et al., 2016)。正如预期,饲喂奥奶净降低了皮质醇,提高了热应激下的免疫功能。为了进一步理清降低皮质醇的机理,用两种常用皮质醇释放的逆向刺激物,即促肾上腺皮质激素(CRH)和促肾上腺皮质激素(ACTH)攻击或激发奶牛。在热应激期间母牛对CRH和ACTH的反应中,饲喂奥奶净的母牛比对照组低。由于皮质醇与免疫功能呈负相关,因此对其生理刺激物反应的降低,很可能是奥奶净免疫调节功能的一个效果。
与直肠温度和呼吸频率作用相一致的是,饲喂奥奶净也正向影响热应激下干奶牛的免疫状态。我们假定,干奶早期的免疫状态对乳腺的充分完全复原,以及其后为了下一泌乳期分泌细胞的再生,是绝对重要的(Fabris et al., 2017c)。泌乳后期饲喂奥奶净提高了中性粒细胞的功能和L选择素的表达,这显示了干奶期更强的免疫应答能力。同时也观察到饲喂奥奶净可以改善乳腺的再建并提高了产奶量,这反应了干奶早期良好的免疫状态会使功能性乳腺组织完全复原和充分再生。
总之,热应激降低了泌乳牛和干奶牛的免疫功能,很多影响都是通过与改变代谢和生产能力相联系的免疫系统所介导的。为整个生产周期的奶牛降温,对于牛群健康和生产力至关重要,这通过设施的改良不难做到。饲粮的改善会进一步强化对泌乳牛和干奶牛降温的积极效果。
 
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