Комплексные стратегии питания для управления тепловым стрессом у молочных коров: от физиологии до составления рациона

Введение

Тепловой стресс, как одна из самых сложных и дорогостоящих экологических проблем в мировой молочной промышленности, все больше становится главной заботой для фермеров и специалистов. В связи с тенденциями глобального потепления и, в частности, значительными успехами в селекции молочных коров, которые привели к увеличению потенциала производства молока, чувствительность этих животных к тепловому стрессу резко возросла. Высокопродуктивные коровы производят больше внутреннего тепла из-за более высокого потребления корма и интенсивного метаболизма, что делает их более уязвимыми к повышению температуры окружающей среды.

Экономические последствия теплового стресса обширны и значительны. Эти убытки не ограничиваются прямым снижением производства молока, а также включают ухудшение качества молока, резкое снижение репродуктивной функции, увеличение заболеваемости метаболическими болезнями и ослабление иммунной системы, что в совокупности серьезно влияет на рентабельность стада. Оценки, проведенные в животноводческой промышленности США, оценивают ежегодные убытки от теплового стресса в сотни миллионов долларов, что свидетельствует о широких масштабах этой проблемы.

Цель этого доклада — представить всесторонний и глубокий анализ диетологических вмешательств для борьбы с тепловым стрессом. С научным, но в то же время практическим подходом, в докладе сначала описываются физиологические основы и каскад негативных последствий, вызванных тепловым стрессом. Затем, с акцентом на изменениях в пищевых потребностях животных в этих условиях, предлагаются интегрированные и передовые стратегии в области составления рационов, от регулирования основных питательных веществ до целенаправленного применения кормовых добавок, чтобы предоставить специалистам отрасли эффективный инструмент для минимизации вредных последствий этой проблемы.

Раздел 1: Физиология и последствия теплового стресса

1-1. Определение теплового стресса: уравнение теплового баланса в организме животного

Тепловой стресс в своем самом фундаментальном определении — это состояние, при котором общая тепловая нагрузка на животное превышает его физиологическую способность к теплоотдаче. Этот дисбаланс в тепловом уравнении организма заставляет животное активировать ряд сложных физиологических и поведенческих реакций, чтобы поддерживать температуру тела в пределах нормы и вернуться к тепловому гомеостазу.

Два основных источника тепла влияют на тело коровы:

Когда температура окружающей среды превышает термонейтральную зону коровы (обычно от 4 до 24 градусов по Цельсию), эти два источника тепла объединяются и создают тяжелую тепловую нагрузку на животное.

1-2. Ключевые показатели: Понимание температурно-влажностного индекса (THI) и его ограничений

Для количественной оценки интенсивности стресса окружающей среды используются различные показатели, наиболее распространенным из которых является температурно-влажностный индекс или THI (Temperature-Humidity Index). Этот индекс учитывает комбинированное воздействие температуры и относительной влажности, которые являются двумя основными факторами возникновения теплового стресса. В прошлом порог THI=72 считался точкой, при которой продуктивность молочных коров начинает снижаться. Однако более поздние исследования, учитывающие более высокий производственный потенциал современных коров, показывают, что этот порог снижен до THI=68. Это означает, что современные высокопродуктивные коровы испытывают стресс в более мягких условиях окружающей среды.

Несмотря на широкое применение, индекс THI имеет свои ограничения. Этот индекс не учитывает другие важные факторы, такие как скорость воздушного потока и прямое солнечное излучение. По этой причине мониторинг собственных физиологических показателей животного, таких как частота дыхания, является более точным и чувствительным инструментом для раннего выявления стресса.

1-3. Физиологические и поведенческие реакции животного на тепловую нагрузку

Коровы используют ряд поведенческих и физиологических адаптаций для борьбы с дополнительной тепловой нагрузкой:

1-4. Каскад негативных последствий: Влияние на потребление корма, производство молока, плодовитость и общее состояние здоровья

Если тепловая нагрузка превышает возможности этих защитных механизмов, начинается каскад негативных последствий для продуктивности и здоровья животного:

Снижение потребления сухого вещества (DMI): В качестве адаптивной реакции для снижения производства метаболического тепла коровы инстинктивно едят меньше. Это снижение может составлять от 8 до 12% и даже больше.

Снижение производства и качества молока: Снижение DMI напрямую ведет к нехватке энергии и питательных веществ для синтеза молока, что резко снижает его производство.

Нарушение репродуктивной функции: Тепловой стресс является одной из основных причин сезонного бесплодия и отрицательно влияет на качество ооцитов, выживаемость эмбрионов и интенсивность проявления эструса.

Повышенный риск метаболических заболеваний: Поведение, такое как сортировка корма и снижение выработки слюны, увеличивает риск подострого ацидоза рубца (SARA). Одновременно сильная одышка может привести к респираторному алкалозу, который истощает буферные резервы организма.

Этот набор реакций показывает, что тепловой стресс представляет собой "негативный физиологический каскад". Первоначальная адаптивная реакция животного (снижение потребления корма) сама по себе становится метаболическим стрессором. Эта ситуация одновременно и сложным образом ставит под угрозу здоровье рубца, репродуктивную функцию и иммунную систему.

Раздел 2: Пересмотр потребностей в питании при тепловом стрессе

2-1. Вода: самое важное питательное вещество

В условиях теплового стресса вода становится самым важным питательным веществом. Потребность в воде увеличивается в 1,2-2 раза из-за увеличения ее потерь через дыхание и потоотделение. Высокопродуктивная корова в жарких условиях может потреблять более 130 литров воды в день. Поэтому обеспечение чистой, свежей водой подходящей температуры (21-26°C) жизненно важно.

2-2. Энергетическая загадка: удовлетворение возросших потребностей при сниженном потреблении корма

Тепловой стресс создает метаболическую загадку: потребность животного в энергии на поддержание жизнедеятельности для охлаждения тела увеличивается на 10-30%, в то время как потребление энергии с кормом снижается. Поэтому увеличение энергетической плотности рациона является ключевой стратегией.

2-3. Управление клетчаткой: баланс между здоровьем рубца и теплом от ферментации

Ферментация клетчатки производит больше всего метаболического тепла. Решение этого парадокса заключается в переходе от "количества клетчатки" к "качеству клетчатки". Оптимальная стратегия включает сокращение низкокачественной клетчатки и использование высокопереваримых грубых кормов (например, кукурузного силоса BMR) и источников клетчатки не из грубых кормов (например, соевой шелухи).

2-4. Управление белком и аминокислотами для рубца под давлением

При тепловом стрессе синтез микробного белка в рубце снижается. Для компенсации следует использовать источники транзитного белка (RUP) высокого качества и избегать избытка сырого протеина (обычно выше 18%), метаболизм которого энергозатратен.

2-5. Восполнение электролитов и минералов (калий, натрий, магний)

Интенсивное потоотделение приводит к потере электролитов. Рацион должен быть обогащен более высоким уровнем калия (1,5-1,8%), натрия (0,5-0,6%) и магния (0,35-0,40%), чтобы компенсировать эти потери.

2-6. Роль витаминов и антиоксидантов в борьбе с окислительным стрессом

Тепловой стресс вызывает окислительный стресс. Укрепление антиоксидантной защитной системы организма путем добавления витамина Е, селена и других витаминов (таких как витамин С и ниацин) является обязательным.

Раздел 3: Передовые стратегии составления рационов

3-1. Увеличение энергетической плотности: стратегическое использование защищенных жиров

Использование защищенных в рубце жиров — лучший способ увеличить энергетическую плотность рациона. Эти жиры считаются "холодным" источником энергии, поскольку их переваривание и метаболизм производят гораздо меньше тепла, чем углеводы и белки.

3-2. Оптимизация качества грубых кормов и переваримости клетчатки (NDF)

Использование кормов, таких как гибридный кукурузный силос BMR (Brown Midrib), который имеет меньше лигнина и более высокую переваримость клетчатки, является очень эффективной стратегией. Эти корма перевариваются быстрее и предоставляют больше энергии при меньшем тепловыделении.

3-3. Регулирование катионно-анионного баланса рациона (DCAD) для лактирующих коров

Увеличение DCAD рациона до высоких положительных значений (более +350 мэкв/кг сухого вещества) путем добавления катионных источников, таких как бикарбонат натрия и карбонат калия, помогает бороться с метаболическим ацидозом и может улучшить потребление корма и производство молока.

Раздел 4: Целенаправленное применение кормовых добавок

Кормовые добавки — это точные инструменты, которые могут целенаправленно усиливать определенные физиологические механизмы, затронутые тепловым стрессом.

4-1. Буферы и подщелачивающие вещества

Соединения, такие как бикарбонат натрия (пищевая сода) и карбонат калия, являются первой линией защиты от ацидоза рубца. Они стабилизируют pH рубца и помогают восполнить потерянные электролиты.

4-2. Дрожжи, пробиотики и модуляторы рубца

Живые дрожжи (особенно штаммы Saccharomyces cerevisiae) помогают поддерживать анаэробную среду, необходимую для бактерий, переваривающих клетчатку, потребляя кислород в рубце, что приводит к стабилизации pH и улучшению пищеварения.

4-3. Антиоксиданты и осмолиты (бетаин)

Органический селен и витамин Е предотвращают окислительное повреждение, нейтрализуя свободные радикалы. Бетаин, как осмолит, помогает клеткам сохранять воду и объем в условиях стресса и улучшает целостность стенки кишечника.

4-4. Специализированные добавки (ниацин, хром, защищенный холин)

Ниацин способствует теплоотдаче за счет расширения кожных сосудов. Хром помогает лучше управлять энергией, улучшая чувствительность к инсулину. Защищенный холин предотвращает накопление жира в печени и помогает предотвратить жировую болезнь печени.

Раздел 5: Практическое управление кормлением

5-1. Оптимизация времени и увеличение частоты кормления

Коровы естественно предпочитают есть в более прохладное время суток. Перенос основной части кормления (например, 60-70%) на вечерние, ночные и ранние утренние часы стимулирует общее потребление сухого вещества. Также разделение рациона на более мелкие порции (4-6 раз) сохраняет свежесть корма и помогает стабилизировать pH рубца.

5-2. Управление полностью смешанным рационом (TMR) для сохранения свежести и предотвращения сортировки

Полностью смешанный рацион (TMR) в жаркую погоду может быстро подвергнуться вторичной ферментации и нагреться. Тщательное управление кормушкой, включая ежедневную чистку и частое пододвигание корма, жизненно важно. Для уменьшения сортировки корма влажность TMR следует довести примерно до 50%.

5-3. Интеграция диетологических решений с управлением окружающей средой

Одни только диетологические решения не могут творить чудеса. Эффективность этих стратегий максимальна, когда они применяются вместе с эффективными мерами по физическому охлаждению животных, такими как создание навесов, использование высокоскоростных вентиляторов и систем опрыскивания или туманообразования.