肉牛熱應(yīng)激的診斷

目前隨著全球溫室效應(yīng)的增加，有報(bào)道預(yù)測(cè)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(duì)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(yīng)激源導(dǎo)致肉牛發(fā)生熱應(yīng)激而引發(fā)呼吸采食繁殖等方面的嚴(yán)重障礙，給肉牛產(chǎn)業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，亟需快速、準(zhǔn)確的熱應(yīng)激診斷方法來降低損失，保證動(dòng)物福利。該文介紹了熱應(yīng)激對(duì)肉牛的影響，并總結(jié)和概括目前在生產(chǎn)實(shí)踐中運(yùn)用的肉牛熱應(yīng)激診斷方法，以期為肉牛生產(chǎn)實(shí)踐中緩解熱應(yīng)激提供參考。01熱應(yīng)激對(duì)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(huì)誘發(fā)肉牛發(fā)生不同程度的熱應(yīng)激。熱應(yīng)激會(huì)對(duì)肉牛生長發(fā)育和生產(chǎn)性能帶來嚴(yán)重影響，主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面的影響：①動(dòng)物體受到熱應(yīng)激時(shí)通過下丘腦-垂體-腎上腺軸，改變機(jī)體的神經(jīng)內(nèi)分泌從而調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)與激素分泌，體內(nèi)微量元素代謝隨著溫度升高其攝取和排出都會(huì)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(yīng)激后，喘氣沉重，無力、精神萎靡，臥躺、半仰坐，顯著降低動(dòng)物福利，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成一定的死亡率。②熱應(yīng)激下，肉牛采食量和消化率普遍降低，營養(yǎng)物質(zhì)攝入不足，導(dǎo)致產(chǎn)肉性能下降；熱應(yīng)激導(dǎo)致內(nèi)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(zhì)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(jì)損失。有報(bào)道指出，每年熱應(yīng)激導(dǎo)致美國牛肉產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失超過3億美元。因此，亟需對(duì)處于熱應(yīng)激狀態(tài)的肉牛進(jìn)行精準(zhǔn)有效的診斷，從而采取相應(yīng)措施降低損失。02肉牛熱應(yīng)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(jìn)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(duì)外界刺激反應(yīng)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(shí)間延長；精液量減少，品質(zhì)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(xì)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(gè)體之間沒有干擾，可以按照已有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來判斷。但是，這種判斷方法存在主觀性、隨意性，容易受到個(gè)體差異干擾，會(huì)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(shí)還需要長時(shí)間觀察。隨著養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，使得養(yǎng)殖場(chǎng)的管理、技術(shù)、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(cè)每一頭肉牛的可能性。2.2侵入檢查法2.2.1血液指標(biāo)檢測(cè)熱應(yīng)激時(shí)，動(dòng)物會(huì)提高心排血量促進(jìn)血液流向外圍循環(huán)，導(dǎo)致更多熱量蒸發(fā)。而且，血液生理生化指標(biāo)可以最直接、最真實(shí)地反映出肉牛的應(yīng)激狀態(tài)。通過檢測(cè)熱應(yīng)激肉牛血液中皮質(zhì)醇（上升）、血清電解質(zhì)（K+、Cl-上升）、血清蛋白質(zhì)（下降）、血液中的酶（天門冬氨酸轉(zhuǎn)移酶、丙氨酸轉(zhuǎn)移酶上升）等生理生化指標(biāo)以判定肉牛是否處于熱應(yīng)激。此外，血液中的單個(gè)核細(xì)胞等在熱應(yīng)激時(shí)細(xì)胞活力顯著下降，代謝受到影響。其中與熱應(yīng)激相關(guān)聯(lián)的熱休克蛋白、影響蛋白質(zhì)加工和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體通路、糖酵解通路均發(fā)生變化。但是，血液指標(biāo)檢測(cè)采樣時(shí)要求對(duì)牛施加限制，有時(shí)對(duì)牛會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)激，這增大了采樣難度，同時(shí)本身可能會(huì)引起應(yīng)激反應(yīng)，而且采樣頻次有限制，導(dǎo)致無法反映熱應(yīng)激的變化。2.2.2測(cè)溫法熱應(yīng)激導(dǎo)致肉牛體溫上升。因此，測(cè)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(yīng)肉牛熱應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)”體溫，通過將體溫計(jì)放入直腸或陰道記錄大約30s就可以獲得核心溫度。當(dāng)直腸溫度超過39.4℃，表明牛已經(jīng)經(jīng)歷熱應(yīng)激。但是，上述方法在速度、準(zhǔn)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(cè)量中，溫度計(jì)進(jìn)入直腸的深度和與糞便是否接觸。同時(shí)，測(cè)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(cè)量難度，還會(huì)影響動(dòng)物福利。2.2.3內(nèi)分泌檢測(cè)內(nèi)分泌變化在熱應(yīng)激的代謝反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。當(dāng)肉牛發(fā)生熱應(yīng)激時(shí)，神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)分別通過下丘腦-垂體-腎上腺軸：熱應(yīng)激源誘發(fā)下丘腦釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素，垂體釋放促腎上腺皮質(zhì)激素，進(jìn)而作用與腎上腺皮質(zhì)，調(diào)控應(yīng)激時(shí)的情緒反應(yīng)，內(nèi)啡肽釋放，糖可的松釋放等。另一方面通過交感腎上腺髓質(zhì)軸：熱應(yīng)激源誘發(fā)腦干去甲腎上腺素能神經(jīng)元進(jìn)而作用于交感神經(jīng)、腎上腺，促進(jìn)腎上腺素、去甲腎上腺素、兒茶酚胺濃度上升，使機(jī)體處于喚醒狀態(tài)應(yīng)對(duì)熱應(yīng)激。因此，神經(jīng)內(nèi)分泌激素負(fù)責(zé)熱應(yīng)激相關(guān)的激素皮質(zhì)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(yīng)激診斷的依據(jù)。例如，在急性熱應(yīng)激牛中，抗利尿激素、催乳素、糖皮質(zhì)激素和兒茶酚胺顯著增加，醛固酮減少。但是，內(nèi)分泌檢測(cè)缺點(diǎn)與血液檢測(cè)類似，采樣時(shí)要求對(duì)牛施加限制，有時(shí)對(duì)牛會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)激。2.2.4組學(xué)分析組學(xué)一種以先進(jìn)的測(cè)序和芯片等高通量分析技術(shù)為動(dòng)力的生命科學(xué)研究方法，包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等。組學(xué)技術(shù)可用于整體和宏觀評(píng)估分子水平上的生物體、組織或細(xì)胞，而且可實(shí)現(xiàn)時(shí)空動(dòng)態(tài)與三維觀測(cè)。將組學(xué)方法應(yīng)用于畜牧業(yè)具有巨大潛力。隨著組學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的研究者利用組學(xué)技術(shù)去分析動(dòng)物熱應(yīng)激標(biāo)志物以及相關(guān)候選基因，以期在實(shí)踐生產(chǎn)中獲得更加精確的檢測(cè)。例如，采用轉(zhuǎn)錄組分析牛血液發(fā)現(xiàn)85個(gè)差異蛋白，特別是補(bǔ)體系統(tǒng)中C1、C3、C5、C6、C7、C8因子等。代謝組學(xué)分析熱應(yīng)激與非熱應(yīng)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(yīng)激牛的潛在生物標(biāo)志物。肉牛微生物組學(xué)則進(jìn)一步揭示熱應(yīng)激下瘤胃微生物的變化和對(duì)個(gè)體的影響。因此，在肉牛熱應(yīng)激診斷上，組學(xué)分析雖然在采集樣品、檢測(cè)費(fèi)用等方面存在缺點(diǎn)，但是，建立多組學(xué)數(shù)據(jù)庫，通過對(duì)不同時(shí)空動(dòng)態(tài)下的多種組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，可以對(duì)肉牛熱應(yīng)激發(fā)生形成的生物學(xué)過程進(jìn)行深入解析，找到新的因果位點(diǎn)和效應(yīng)基因，在精確性、熱應(yīng)激機(jī)制研究以及抗熱應(yīng)激品種選育中具有重大價(jià)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(cè)法采用測(cè)量排泄物（糞便、尿液）和毛發(fā)與熱應(yīng)激相關(guān)的成分是一種非侵入方法。在許多動(dòng)物檢測(cè)中得到應(yīng)用，采樣過程無需對(duì)動(dòng)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(dòng)物福利。但是，糞便、尿液與毛發(fā)檢測(cè)具有滯后性，特別是糞便需要考慮出現(xiàn)熱應(yīng)激到排出糞便的滯后時(shí)間，滯后時(shí)間大約10～12h，并受季節(jié)、喂飼、草料消化性等影響。皮質(zhì)醇是由腎上腺皮質(zhì)束狀帶合成分泌的一種糖皮質(zhì)激素激素，也存在于肉牛的糞便和毛發(fā)中。在機(jī)體應(yīng)激過程中，皮質(zhì)醇促進(jìn)相關(guān)激素合成分泌、升高血壓、增強(qiáng)代謝是反映應(yīng)激的黃金生化標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)報(bào)道，當(dāng)牛暴露于炎熱的環(huán)境條件時(shí)，呼吸速率增加即熱應(yīng)激時(shí)，糞便皮質(zhì)醇代謝物濃度增加，而且，毛發(fā)皮質(zhì)醇代謝物從6.3pg增加到24.2pg/mg。所以，研究者認(rèn)為測(cè)量糞便、毛發(fā)樣本中的皮質(zhì)醇是一種簡單無侵入性的熱應(yīng)激評(píng)估。但是，相對(duì)于急性熱應(yīng)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(zhì)醇檢測(cè)最適用于慢性熱應(yīng)激診斷，而糞便皮質(zhì)醇則適用于急性熱應(yīng)激診斷。上述糞便和毛發(fā)皮質(zhì)醇檢測(cè)相對(duì)較為靈敏，但多用于奶牛，以期未來應(yīng)用到肉牛熱應(yīng)激檢測(cè)與診斷。2.3.2溫?zé)嶂笖?shù)法溫?zé)嶂笖?shù)法是目前應(yīng)用最廣泛的非侵入方法。牛舍中應(yīng)懸掛干濕球溫度計(jì)或溫度濕度計(jì)，獲得干球攝氏溫度、濕球攝氏溫度、相對(duì)濕度后依據(jù)溫濕度指數(shù)的計(jì)算公式就可反映牛的熱應(yīng)激程度。一般來說，當(dāng)溫濕度指數(shù)大于72時(shí)，開始出現(xiàn)熱應(yīng)激反應(yīng)。當(dāng)溫濕度指數(shù)達(dá)到90以上時(shí)，表明肉牛發(fā)生重度熱應(yīng)激，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生死亡。但是，該方法所采用的溫濕度指數(shù)計(jì)算公式因經(jīng)緯度、地區(qū)和物種的不同需要進(jìn)行修改，帶來一定不便。而且，溫?zé)嶂笖?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(fēng)指數(shù)、熱荷指數(shù)等。環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)涉及復(fù)雜的環(huán)境因素，需要依據(jù)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行建模、校正等，以克服其局限性。2.3.3熱應(yīng)激自動(dòng)檢測(cè)裝置熱應(yīng)激自動(dòng)檢測(cè)裝置不僅科學(xué)精確實(shí)時(shí)檢測(cè)，而且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量與大規(guī)模利用。目前，熱應(yīng)激自動(dòng)檢測(cè)裝置主要用于奶牛熱應(yīng)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(yīng)記錄器；檢測(cè)奶牛覓食、躺、站和行走的行為測(cè)量系統(tǒng)；然而，熱應(yīng)激自動(dòng)檢測(cè)裝置存在以下問題：安裝復(fù)雜，有時(shí)需要小手術(shù)固定，對(duì)牛具有一定的刺激；設(shè)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(jìn)一步研發(fā)適合我國國情肉牛飼養(yǎng)的熱應(yīng)激自動(dòng)檢測(cè)裝置，并且在實(shí)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(cè)肉牛機(jī)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(duì)熱應(yīng)激進(jìn)行診斷。熱輻射由相機(jī)的紅外傳感器檢測(cè)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(cè)迅速、不損害動(dòng)物福利、與計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備連用可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和實(shí)時(shí)觀察等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，在進(jìn)行紅外線檢測(cè)時(shí)，需要注意肉牛全身各部位紅外線的特點(diǎn)。例如，耳朵的頻繁移動(dòng)以及耳標(biāo)的存在會(huì)阻擋了皮膚的輻射。眼睛靠近下丘腦熱敏部位，眼眶內(nèi)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(yùn)動(dòng)、健康狀況和喂養(yǎng)時(shí)間等有關(guān)的因素，以及外部因素例如環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、陽光、風(fēng)速、相機(jī)鏡頭與測(cè)量對(duì)象之間的距離以及相機(jī)定位角度。此外，進(jìn)行紅外線檢測(cè)