Изображение: Stanford University
Молочное животноводство сталкивается с огромными экономическими потерями, поскольку тепловой стресс продолжает расти. Цель этого исследования состояла в том, чтобы увидеть, как кормление культурой Saccharomyces cerevisiae (SC) при тепловом стрессе влияет на продуктивность, лактацию, биохимические показатели сыворотки, индексы, гормональный уровень, антиоксидантную способность и иммунную функцию у коров средней лактации. 45 здоровых молочных коров средней лактации с сопоставимыми удоями, количеством дней лактации и паритетом были случайным образом разделены на 3 группы (по 15 коров в каждой группе). Контрольная группа (CON) получала основной рацион, в то время как экспериментальные группы получали основной рацион + первая культура Saccharomyces cerevisiae 100 г/сутки (SC-1) и основная диета + вторая культура Saccharomyces cerevisiae 30 г/сутки (SC-1). -2) соответственно.
Группы SC-1 и SC-2 с добавлением культуры SC показали снижение ректальной температуры и частоты дыхания у коров, подвергшихся тепловому стрессу (P < 0,05). Надои в группах SC-1 и SC-2 были значительно выше, чем у контрольной группы (P <0,05). За исключением количества соматических клеток, которое было значительно ниже в SC-1 и SC-2, чем в CON (P < 0,05), существенных различий в компонентах молока не было. Добавление SC:
(i) увеличило уровень мочевины в сыворотке (P <0,05), но не было существенной разницы в уровнях глюкозы, общего холестерина, аланинтрансаминазы, аспартатаминотрансферазы, общего белка, альбумина и щелочной фосфатазы (P> 0,05);
(ii)отмечено увеличение сывороточных уровней иммуноглобулина-А, иммуноглобулина-G, иммуноглобулина М, интерлейкина-4, интерлейкина-10 и белка теплового шока-70 (P <0,05), при снижении уровня интерлейкина-1β в сыворотке, интерлейкина-6, интерлейкина-2, интерферона-γ и фактора некроза опухоли-α (P <0,05);
(iii) увеличение общей антиоксидантной способности, глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы в сыворотке (P <0,05) при снижении малонового диальдегида; (iv) повышенные уровни глюкокортикоидов, инсулина, кортизола и пролактина в сыворотке (P <0,05) при снижении уровней трийодтиронина и тироксина в сыворотке (P <0,05).
Таким образом, в текущих экспериментальных условиях добавление культуры Saccharomyces cerevisiae помогло снизить ректальную температуру и частоту дыхания у коров в середине лактации, подвергшихся тепловому стрессу, снизить количество соматических клеток в молоке и увеличить продуктивность коров в середине лактации. Кроме того, добавление SC в рацион может повышать уровень мочевины в сыворотке, регулировать уровень гормонов в сыворотке, повышать антиоксидантную способность коров в середине лактации и укреплять общий иммунитет.
Введение
В результате глобального потепления температура повышается во всех регионах мира (1). По данным Института космических исследований имени Годдарда НАСА (GISS), с 1975 года мировая температура повышалась со скоростью от 0,15 до 0,20 ◦C за десятилетие (2). В результате экстремальные температуры становятся все более распространенными и серьезными (3). В последние десятилетия Китай пострадал от последствий глобального потепления, что усугубило возникновение теплового стресса (4). Некоторые данные указывают на то, что температура в Китае в период с 1951 по 2009 год повысилась в среднем на 1,4°C (5). Таким образом, Китай является одним из регионов, наиболее пострадавших от высоких температур и наиболее подверженных тепловому стрессу (6).
Сохранение высокого теплового стресса может привести к значительным экономическим потерям в сельском хозяйстве, особенно в молочном животноводстве (7). Индекс температуры и влажности (THI) представляет собой сумму влияния двух переменных, температуры окружающей среды и влажности, обычно используется для оценки степени теплового стресса у коров (8). Голштинская корова, известная своей высокой продуктивностью, является самой распространенной породой молочного скота, выращиваемой в Китае. Однако она чрезвычайно чувствительна к изменениям температуры и будет страдать от теплового стресса, если температура окружающей среды превышает 25°C, а THI превышает 72 (9). Тепловой стресс может вызвать снижение молочной продуктивности коров на 35–40 % (West, 2003), а также повлиять на общее состояние здоровья коровы за счет снижения нормальной физиологии, обмена веществ, гормонов, антиоксидантной способности и иммунной системы (10). Кроме того, повышенная заболеваемость маститом у молочных коров в летнее время представляет серьезную проблему для молочных ферм (11).
Культура Saccharomyces cerevisiae представляет собой концентрированный и высушенный продукт, полученный путем жидкостной ферментации высокой плотности и глубокой твердой ферментации с использованием в качестве штамма Saccharomyces cerevisiae; в его состав входят метаболиты дрожжей, дрожжевые клетки и денатурированная среда, что позволяет значительно повысить иммунитет, снять стресс и повысить производительность (12). Было показано, что добавление культуры Saccharomyces cerevisiae в корм улучшает производство молока и снижает воспалительную реакцию организма у лактирующих коров (13). Более того, культура Saccharomyces cerevisiae, применяемая к свиноматкам, подвергшимся тепловому стрессу, также может улучшить их лактационную способность и антиоксидантную способность (14). Обнаружено, что большинство предыдущих исследований на коровах, подвергшихся тепловому стрессу, получавших культуру Saccharomyces cerevisiae, касались воздействия на производительность коров, репродуктивную способность, показателей лактации и параметров ферментации рубца (15, 16). Учитывались иммунная система коровы, антиоксидантная способность или уровень гормонов. Ранее было неизвестно, как культура Saccharomyces cerevisiae влияет на производительность и здоровье коров в середине лактации, подвергшихся тепловому стрессу, посредством антиоксидантной способности, иммунной способности и уровня гормонов в организме. Таким образом, данное исследование изучает влияние культуры Saccharomyces cerevisiae на продуктивность, биохимические показатели сыворотки крови, уровень гормонов, антиоксидантную способность и иммунные показатели молочных коров в период средней лактации в условиях теплового стресса, а также предоставление некоторых данных для разработки и использования кормовых добавок, смягчающих тепловой стресс у молочных коров.
Материалы и методы
Животные
Испытание проводилось на животноводческой ферме Xianghe Dairy Co. в городе Цзаочжуан, провинция Шаньдун (Китай), со 2 июля по 20 августа 2021 года. Для испытания были отобраны 45 коров Голштинской породы в середине лактации с одинаковыми удоями (29,4 ± 3,7), паритетом (1,8 ± 0,6), числом дней лактации (158 ± 14) и хорошим здоровьем, которые были разделены на три группы по 15 голов в рандомизированной полной блок-схеме. Контрольная группа (КОН) получала основной рацион, а опытные группы получали основной рацион + первая культура Saccharomyces cerevisiae из расчета 100 г/сут (SC-1) и основной рацион + вторая культура Saccharomyces cerevisiae в расход 30 г/сут (SC-2) соответственно. Коров в экспериментальных группах кормили SC отдельно во время утреннего кормления. Испытание длилось 60 дней с 10-дневным адаптационным периодом и 50-дневным формальным испытательным периодом. Базовый рацион представлял собой общий смешанный рацион (TMR) (см. табл. 1). Подопытных коров содержали в незакрепленных загонах с разбрызгивателями и вентиляторами, позволяя им свободно есть и пить. Коров кормили три раза в день (7:00, 13:00, 18:30) и доили три раза в день (5:30, 12:30, 8:30). Этическая комиссия Шаньдунского сельскохозяйственного университета рассмотрела и одобрила исследование на животных.
Материал
Первая культура Saccharomyces cerevisiae «Baihuibang» и вторая культура Saccharomyces cerevisiae «Baihuibang 4C» были предоставлены компанией Beijing Enhalor International Tech Co., Ltd.
Определение температуры и Индекс влажности (THI)
Во время эксперимента электронный измеритель температуры и влажности использовался для регистрации температуры (°C) и относительной влажности (%) на той же высоте, что и голова коровы. Данные о температуре (°C) и относительной влажности (%) собирали ежедневно в коровнике в 07:00, 14:00 и 22:00 и переводили в индекс температуры и влажности (THI) (17). Показатель рассчитывался следующим образом:
THI = (0.8 × T) + [(RH/100) × (T − 14.3)] + 46.4
где T – температура коровника (◦C); RH – относительная влажность коровника (%).
Сбор и определение проб кормов
На 50-й день экспериментального периода с использованием метода четвертования были собраны образцы корма, высушены в печи при 65°C в течение 72 часов, возвращены во влажную среду на 12 часов, а затем измельчены для проверки следующих показателей: сухое вещество (СВ) [GB 6435-86], сырой белок (CP) [GB/T 6432-94], сырой жир (EE) [GB/T 6433-1994], нейтральная детергентная клетчатка (NDF), кислотно-детергентная клетчатка (ADF), кальций (Ca) [GB/T 6436-2002], фосфор (P) [GB/T 6437-2002]. Содержание нейтрально-детергентной клетчатки (NDF) и кисло-детергентной клетчатки (ADF) определяли с использованием метода Van Soest (18).
Определение надоев и проб молока
Удои каждой подопытной коровы регистрировали 2 дня подряд каждые 10 дней в течение экспериментального периода. Данные о молочной продуктивности собирались в 05:30, 12:30 и 20:00 каждый день, а затем суммировались в суточную продуктивность. На 50-й день испытательного периода были собраны пробы молока от трех периодов дойки, смешанные (50 мл) в соотношении 4:3:3. Затем был добавлен консервант дихромат калия, и молоко было отправлено в Молочный научно-исследовательский центр Шаньдунской академии сельскохозяйственных наук для изучения процентного содержания молочного жира, процентного содержания молочного белка, количества соматических клеток и азота мочевины.
Измерение показателей крови
На 50-й день экспериментального периода у каждой коровы брали кровь из хвостовой корневой вены перед утренним кормлением. После этого одноразовым шприцем набирали 20 мл крови, коагулировали прокоагуляционной трубкой и оставляли на 30 мин. Далее кровь центрифугировали 5 мин со скоростью 3000 об/мин, супернатант разделяли на центрифужные пробирки объемом 1,5 мл и сразу же хранили в жидком азоте. Десять коров в каждой группе были случайным образом отобраны для исследования показателей крови, включая T3, T4, GC, IgA, IgG, IgM, PRL, HSP70, INS, COR, IL-1β, IL-6, IL-2, IL-4, IL-10, TNF-α, IFNγ с помощью твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA) и наборов ELISA с продуктами гена Angle. Малоновый диальдегид (МДА) определяли с помощью набора для тестирования МДА, приобретенного у компании Angle. Для измерения (СОД) использовали набор супероксиддисмутазы (СОД), приобретенный у гена Angle. Глутатионпероксидазу (GSH-PX) определяли с помощью набора для тестирования GSH-PX, приобретенного у Angle gene. Общая антиоксидантная способность (Т-АОС) определялась с использованием набора общей антиоксидантной способности гена Энгла (Т-АОС). Для определения биохимических параметров сыворотки использовали полностью автоматизированный биохимический анализатор (модель Beckman Coulter: AU680).
Статистические данные
Данные испытаний были собраны с использованием программного обеспечения Excel 2010; тестовые данные были подвергнуты критерию нормального распределения Шапиро-Уилка с использованием функции shapiro.test() программного обеспечения R (версия 4.1.1), критерию хи-квадрат с использованием функции bartlett.test() и однофакторному дисперсионному анализу ANOVA. Пакет lsmeans использовался для вычисления значений SE, а метод Дункана из пакета agricolae использовался для множественных сравнений. 0<P<0,001 представляет собой очень значимую разницу; 0,001<P<0,01 представляет очень значительную разницу; 0,01<P<0,05 представляет значительную разницу; 0,05<P<0,1 представляет значительную тенденцию различия. Изображения в статье были созданы с помощью пакета ggplot2 программного обеспечения R.
Результаты
Изменения средней температуры и влажности и среднего индекса температуры и влажности (THI) в коровнике в течение экспериментального периода
THI был >72 почти для всех периодов испытательного периода (рис. 1).
Средняя температура в молочном коровнике во время официального испытательного периода составляла минимум 26,9 ◦ C, что выше температурного порога 25,8 ◦ C для соответствующей среды кормления лактирующих коров (Таблица 2).
Влияние культуры Saccharomyces Cerevisiae на ректальную температуру и частоту дыхания у молочных коров
Ректальная температура и частота дыхания были значительно ниже (P <0,05) в группах SC-1 и SC-2 коров, которых кормили культурами Saccharomyces cerevisiae, чем в контрольной группе; однако существенной разницы между группами SC-1 и SC-2 отмечено не было (таблица 3).
Влияние культуры Saccharomyces Cerevisiae на продуктивность молочных коров
Как показано в таблице 4 удой групп SC-1 и SC-2 был значительно выше, чем у контрольной (P < 0,05), но не было существенной разницы между SC-1 и SC-2 (P > 0,05), но удои SC-1 были выше, чем у SC-2. Три группы существенно не различались по уровню жира в молоке, уровню белка в молоке или содержанию азота мочевины (P > 0,05). Содержание соматических клеток (SCC) было значительно ниже в SC-1 и SC-2, чем в группе контроля (P < 0,05).
Влияние культуры Saccharomyces Cerevisiae на биохимические показатели сыворотки молочных коров
Как показано в таблице 5, содержание мочевины было значительно выше в группах SC-1 и SC-2, чем в группе контроля (P <0,05), но не было существенной разницы в содержании глюкозы, холестерина, аланинтрансаминазы, аспартатаминотрансферазы, общего белка, альбумина и щелочной фосфатазы (P > 0,05).
Влияние культуры Saccharomyces Cerevisiae на показатели сывороточных гормонов у молочных коров
Как показано в таблице 6, уровни глюкокортикоидов, инсулина, кортизола и пролактина были значительно выше в группах SC-1 и SC-2, чем в контрольной группе (P < 0,05), тогда как уровни трийодтиронина и тироксина были значительно ниже в группах SC-1 и SC-2 (P < 0,05). Уровни глюкокортикоидов, инсулина и кортизола были выше в группе SC-1, чем в группе SC-2, тогда как уровни содержания трийодтиронина и тироксина в группе SC-1 были ниже.
Влияние культуры Saccharomyces Cerevisiae на показатели антиоксидантной активности в сыворотке молочных коров
Из таблицы 7 видно, что общая антиоксидантная способность, содержание глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы были значительно выше в группах SC-1 и SC-2, чем в контрольной группе (P < 0,05), при этом общая антиоксидантная способность и содержание супероксиддисмутазы в группе SC-1 значительно выше, чем в группе SC-2. Уровни малонового диальдегида были значительно ниже в группах SC-1 и SC-2, чем в группе контроля (P <0,05), причем в группе SC-1 уровень малонового диальдегида был значительно ниже, чем в группе SC-2.
Влияние культуры Saccharomyces Cerevisiae на иммунные показатели сыворотки у молочных коров
Уровни IgA, IgG, IgM, IL-1β, IL-6, IL-2, IL-4, IL-10, TNFα, IFN-γ и HSP70 в сыворотке различались у групп SC-1 и SC-2 по сравнению с контрольной группой (P <0,05) как показано в Таблице 8. Содержание IL-10 и HSP70 было выше в группах SC-1 и SC-2, чем в группе контроля, тогда как содержание IL-1β, IL-6, IL-2, TNFα, IFN-γ было ниже в группе контроля. Содержание IgA, IgM, IL-10 и HSP70 в группе SC-1 было выше, чем в группе SC-2, тогда как содержание IL-1β, IL-6, IFN-γ и TNF-α в группе SC-2 была значительно ниже.
Обсуждение
Влияние культуры Saccharomyces Cerevisiae на ректальную температуру и частоту дыхания у коров, подвергшихся тепловому стрессу
Тепловой стресс может оказать существенное влияние на развитие молочной промышленности Китая. Индекс температуры и влажности (THI) = 72 был широко принят в качестве порогового значения для возникновения теплового стресса у молочных коров за последнее десятилетие исследований (19). В этом испытании THI был выше 72 почти во все периоды, а периоды, когда он был ниже 72, были связаны с кратковременным похолоданием в районе Цзаочжуан провинции Шаньдун из-за воздействия тайфуна № 6 «Фейерверк» в Китае в 2021. Таким образом, мы считаем, что крупный рогатый скот находился в условиях теплового стресса. Наиболее распространенными физиологическими показателями, используемыми для оценки теплового стресса у коров, являются частота дыхания (ЧД) и ректальная температура (РТ) (20). Животные рассеивают избыточное тепло от своих тел, увеличивается частота дыхания и выбросы в окружающую среду соответственно (21). Некоторые исследователи, с другой стороны, предположили, что ректальная температура является чувствительным индикатором теплового стресса (22) и что небольшие изменения РТ могут сильно влиять на функцию тканей, органов и эндокринной системы, что в свою очередь, снижает лактацию (23). Другие исследования предполагают, что по мере увеличения THI увеличиваются ЧД и РТ (24). В настоящем исследовании добавление культур Saccharomyces cerevisiae снижало ректальную температуру и частоту дыхания у коров во время теплового стресса, возможно, улучшая адаптацию коров к тепловому стрессу. Кроме того, найдены исследования, где кормление богатыми хромом дрожжами снижало ректальную температуру и частоту дыхания у лактирующих коров во время теплового стресса (25).
Влияние добавления культуры Saccharomyces Cerevisiae на продуктивность коров в условиях теплового стресса
Тепловой стресс вызывает снижение производства молока, а также изменение его состава (26, 27). В предыдущем исследовании лактирующие коровы демонстрировали линейное снижение молочной продуктивности по мере увеличения THI с 60 до 80, при этом молочная продуктивность снижалась на 0,13 кг/сутки на каждую единицу увеличения THI (28). Данная ситуация была более распространена у высокопродуктивных коров (29). Другие источники показывают, что количество и секреторная активность эпителиальных клеток молочных желез у коров определяют производство молока (30). Наличие неповрежденного эпителиального барьера молочной железы является основным условием для поддержания высокого уровня производства молока (31). Согласно исследованию Collier и его коллег, культивирование in vitro эпителиальных клеток молочной железы крупного рогатого скота при высоких температурах окружающей среды нарушало пролиферацию клеток и индуцировало апоптоз (32), что могло снизить выработку молока. В настоящем исследовании добавление дрожжевой добавки улучшало производство молока у коров во время теплового стресса, возможно, улучшая адаптацию эпителиальных клеток молочных желез к тепловому стрессу. Этот вывод согласуется с результатами многих других исследователей, в том числе Бруно и его команды, которые обнаружили, что добавление культур Saccharomyces cerevisiae в рацион улучшает лактационные показатели коров, подвергшихся тепловому стрессу, увеличивая надои с 42,2 до 43,4 кг/сутки. В одном исследовании было обнаружено увеличение количества соматических клеток (SCC) в молоке коров, подвергшихся тепловому стрессу (33). Это может быть связано с тем, что тепловой стресс снижает продуктивность и иммунитет у коров биохимическими и биологическими путями, увеличивая заболеваемость внутригрудной инфекцией (IMI), что приводит к увеличению числа соматических клеток (SCC) (34). В настоящем исследовании добавление культур Saccharomyces cerevisiae может снизить уровень SCC в молоке. Кроме того, SCC является предиктором IMI, а также показателем качества молока и оценкой степени мастита (35); как таковое, добавление SC может снизить внутримолочную инфекцию у коров во время теплового стресса, улучшить качество молока, снизить распространенность мастита и сыграть положительную роль в здоровье коров во время теплового стресса.
Влияние добавления культуры Saccharomyces Cerevisiae на биохимические показатели сыворотки крови коров, подвергшихся тепловому стрессу
Мочевина является конечным продуктом метаболизма аммиака и аминокислот у животных; некоторое количество мочевины повторно войдет в метаболический процесс, если количество, синтезируемое печенью, превышает количество мочевины, выделяемой с мочой (36). Коровы могут страдать от потери аппетита и снижения потребления пищи во время теплового стресса, что может привести к отрицательному энергетическому балансу (37, 38). Имеющиеся данные показывают, что это явление может вызывать высокую мобилизацию липидов из запасов жира в организме, отложение липидов в печени, кетогенез и гипогликемию (39). Было продемонстрировано, что концентрация мочевины в сыворотке ниже у коров с высокой липидизацией и кетогенезом в начале лактации по сравнению со здоровыми коровами, что может быть связано со снижением потребления сухого вещества в связи с печеночным метаболизмом (40). В настоящем испытании добавление Saccharomyces cerevisiae потенциально повышали уровень мочевины, что могло улучшить отрицательный энергетический баланс коров и увеличить метаболизм печени. По другим биохимическим показателям сыворотки достоверных различий не было. Ниацин (NA), важный витамин в витамине B, который вызывает сосудорасширяющую реакцию, полезен для коров, подвергающихся тепловому стрессу. В исследовании, проведенном Ханом и его коллегами, добавление NA повышало концентрацию мочевины в плазме у скрещенных коров в условиях теплового стресса (41), что согласуется с нашими исследованиями. Ранее было продемонстрировано, что культуральные штаммы Saccharomyces cerevisiae являются пропитательными веществами всех витаминов группы B и имеют высокие уровни витамина B (42). Следовательно, повышенное содержание мочевины в настоящем испытании после добавления культур Saccharomyces cerevisiae может быть связано с витамины группы В и положительно влияют на метаболизм печени.
Влияние добавления культуры Saccharomyces Cerevisiae на сывороточные гормоны, антиоксиданты и иммунные показатели у коров, подвергшихся тепловому стрессу
Тепловой стресс может вызывать различные физиологические и гормональные реакции посредством различных молекулярных механизмов (43). Согласно одному исследованию, концентрация кортизола в крови коров увеличилась после длительного воздействия теплового стресса (44), что считается одним из основных адаптивных механизмов, отрицательно влияющих на организм (45). Манксгаард и его коллеги также отметили, что повышенный уровень кортизола обеспечивает мобилизацию и доступность питательных веществ в ответ на стрессор (46). В настоящем исследовании уровень кортизола был значительно выше у коров, которых кормили культурами Saccharomyces cerevisiae, которые могли мобилизовать питательные вещества и обеспечить их поступление в организм. Также увеличение производства молока требует более высоких уровней глюкокортикоидов, чтобы обеспечить достаточное количество энергии для производства галактозы. Кортизол, основной глюкокортикоид в производстве галактозы, не только усиливает роль пролактина в стимуляции дифференцировки эпителиальных клеток молочных желез, но также увеличивает экспрессию генов молочного белка во время лактации (47). Эти данные означают, что пролактин и кортизол могут способствовать увеличению производства молока у коров. Здесь мы обнаружили, что по мере увеличения концентрации кортизола в испытуемой группе повышался и уровень пролактина, что в сочетании с тем фактом, что общий надой увеличился, предполагает, что добавление культур Saccharomyces cerevisiae может вызвать синергетическое действие кортизола и пролактина у коров для повышения их продуктивности. Хорошо известно, что тепловой стресс вызывает повышение концентрации инсулина (48). Действие инсулина позволяет организму эффективно реагировать на тепловой стресс и сводит к минимуму повреждения, вызванные тепловым стрессом (49, 50), а повышенные концентрации инсулина в сыворотке у коров, получавших SC в нашем эксперименте, могут быть связаны с добавлением SC и способствованию выработки инсулина в организме, последовательно снижая повреждения, вызванные тепловым стрессом.
HSP70 является ключевым геном в семействе белков теплового шока (HSP), который связан с реакцией на тепловой стресс (51). Структура HSP70 высококонсервативна и может участвовать в фолдинге, сборке и деградации белка. Синтез HSP70 в клетках в нормальных условиях низкий. Однако при стрессе они быстро синтезируются и переносятся в ядро и другие области, повышая термостойкость организма и играя защитную роль (52). Эта термостойкость положительно коррелирует с уровнем экспрессии HSP70 (53). Это позволяет организму раньше адаптироваться к тепловому стрессу, что быстрее и эффективнее защищает ткани и органы от повреждения, а также повышает устойчивость организма к стрессу (54). Здесь наблюдалось значительное увеличение уровней HSP70 в экспериментальной группе, скорее всего, потому, что добавление культур Saccharomyces cerevisiae могло стимулировать быстрый синтез HSP70 у коров. Примечательно, Rhoads et al. (50) показали, что HSP70 может улучшать функцию инсулина и что модулирование оси инсулин-HSP во время теплового стресса может улучшать здоровье и продуктивность животных, а группа лечения действительно продемонстрировала значительное увеличение показателей инсулина, а также положительную корреляцию между уровнями инсулина и уровни HSP70, что согласуется с предыдущими результатами. Однако к противоположному выводу пришли в исследовании, в котором добавление культур Saccharomyces cerevisiae коровам в период перед отелом в условиях теплового стресса снижало уровень HSP70 в плазме (55), и предположительно, это может быть связано с разными периодами стада. Гормон щитовидной железы (Т3) является основным гормоном, секретируемым щитовидной железой, а трийодтиронин (Т4) является продуктом дейодирования Т3 и проявляет биологическую активность только в дейодированном состоянии (56). Поскольку щитовидная железа регулирует скорость основного обмена у лактирующих коров, повышенное высвобождение Т4 и Т3 увеличивает скорость основного обмена и выработку тепла телом (57). В жарких климатических условиях снижение концентрации гормонов щитовидной железы можно рассматривать как адаптивный механизм снижения метаболической выработки тепла (58). Снижение потребления пищи во время теплового стресса было связано с подавлением активности щитовидной железы, что, как следствие, снижает уровень гормонов щитовидной железы (59). По нашим данным, добавление дрожжевой добавки снижало уровни Т3 и Т4 в сыворотке крови коров, подвергшихся тепловому стрессу, а также метаболическую теплопродукцию организма для лучшей адаптации к жаркой среде. О таких же результатах сообщалось ранее (60).
Иммунная система является одним из механизмов сопротивления стрессу, вызванному изменениями окружающей среды. Тепловой стресс может снизить потребление сухого вещества у крупного рогатого скота, тем самым отрицательно влияя на усвоение питательных веществ и, как следствие, на иммунную систему и воспалительную реакцию (61). Сывороточный иммуноглобулин является маркером гуморального иммунитета, который способствует фагоцитозу моноцитов и макрофагов и может связываться с антигенами, вызывая множественные биологические эффекты. Иммуноглобулин-G (IgG) является основным иммуноглобулином, который способствует фагоцитозу патогенов и нейтрализует бактериальные токсины иммунными клетками. Считается, что высокие концентрации IgG в крови молочных коров повышают иммунитет. Иммуноглобулин-А (IgA) обнаруживается в низких концентрациях в сыворотке крови, но обеспечивает значительную защиту от проникновения возбудителей. Иммуноглобулин-M (IgM) лизирует бактерии и клетки крови и нейтрализует вирусы, но время его удерживания короче (62, 63). Некоторые исследования показали, что тепловой стресс подавляет биологические иммунные функции. Одним из таких эффектов является снижение уровня иммуноглобулина в сыворотке (64). В настоящем эксперименте скармливание культур Saccharomyces cerevisiae значительно повысило уровни IgG, IgA и IgM в сыворотке крови коров, подвергшихся тепловому стрессу, что улучшило иммунитет уменьшило повреждение иммунной системы, вызванное тепловым стрессом. В результате повышается способность организма противостоять тепловому стрессу.
CD4+ Т-клетки представляют собой иммунные клетки, которые классифицируются как Т-хелперные клетки в классификации лимфоцитов. CD4+ Т-клетки классифицируются как хелперные Т-клетки 1 (Th1) или хелперные Т-клетки 2 (Th2). Считается, что их присутствие или активация оказывают регулирующее влияние на иммунное поведение. Недавние исследования показали, что основным механизмом поддержания или восстановления гомеостаза в пораженной иммунной системе является относительное увеличение активности клеток Th2 относительно относительного подавления клеток Th1 (65). Клетки Th1 в основном секретируют IL-2 и IFN-γ, тогда как клетки th2 в основном секретируют IL-4 и IL-10 (66). Клетки Th1 и Th2 соответственно регулируют клеточный и гуморальный иммунитет. Клетки Th1 способствуют воспалительной реакции, тогда как клетки Th2 способствуют противовоспалительной реакции (67). Исследователи предположили, что высокая температура связана с подавлением цитокинов Th1 и усилением цитокинов Th2, тем самым подавляя клеточный иммунитет (68, 69). В нашем исследовании мы обнаружили, что уровни IL-2 и IFN-γ снизились, а уровни IL-4 и IL-10 увеличились, что согласуется с предыдущими данными; эти данные свидетельствуют о том, что добавление дрожжей потенциально уменьшало воспаление у коров, подвергшихся тепловому стрессу, и улучшало противовоспалительную реакцию организма. Глюкокортикоиды могут подавлять клеточный иммунитет, что приводит к предпочтительному сдвигу в сторону th2-опосредованного гуморального иммунитета (70), что согласуется с нашими выводами. Также было показано, что тепловой стресс увеличивает концентрацию кортизола в крови и ингибирует выработку цитокинов, таких как интерлейкин-4 (ИЛ-4), ИЛ-6, интерферон (ИФН) и фактор некроза опухоли- (TNF-) (71). В другом исследовании было показано, что TNFα и IL-1β непосредственно способствуют воспалительным реакциям у коров, в то время как IL-10 опосредует противовоспалительные реакции у коров (72), и что интерлейкин (IL-6) является известным воспалительным цитокином, который способствует воспалению у коров (73). Ранее сообщалось о повышенных концентрациях кортизола в сыворотке в группе лечения, тогда как уровни воспалительных факторов, таких как TNF-α, IL-6 и IL-1β, снижались. Эти результаты позволяют предположить, что добавление культур Saccharomyces cerevisiae может регулировать иммунную систему, влияя на уровень кортизола in vivo, и это приведет к уменьшению воспаления у коров, подвергшихся тепловому стрессу.
Тепловой стресс нарушает нормальную регуляцию оксидантов/антиоксидантов, вызывая серьезное повреждение клеток посредством ферментативной и неферментативной активности (74). Высокие температуры могут способствовать возникновению окислительного стресса, который может быть связан с избыточной выработкой организмом кислородных радикалов и снижением антиоксидантной защиты (75). Увеличение количества свободных радикалов кислорода приводит к образованию малонового диальдегида (МДА), который потенциально вызывает гибель клеток, повреждая ДНК (76). Супероксиддисмутаза (СОД) — фермент, защищающий организм и клетки от повреждений, вызванных супероксидными анион-радикалами и их активными продуктами. Глутатионпероксидаза (GSH-PX) является ключевым ферментом в системе антиоксидантной защиты организмов, которая, как считается, защищает различные организмы от окислительного стресса (77). Общая антиоксидантная способность (Т-АОС), которая представляет общее количество антиоксидантов в крови и жидкостях организма, отражает компенсаторную способность организма сопротивляться внешним раздражителям (78). Малоновый диальдегид, побочный продукт перекисного окисления липидов, является наиболее распространенным индикатором перекисного окисления липидов и считается надежным методом определения степени окислительного повреждения липидов в клеточных мембранах (79). В целом коровы с относительно высокими уровнями T-AOC, SOD и GSH-Px и относительно низкими значениями MDA обладают хорошей антиоксидантной способностью. В настоящем исследовании уровни общей антиоксидантной способности, глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы увеличились в экспериментальной группе, в то время как малоновый диальдегид снизился, что указывает на то, что культура пивных дрожжей может повышать антиоксидантную способность организма коровы при тепловом стрессе, уменьшать повреждение клеток, и снизить производство кислородные радикалы. Хармон и его коллеги сообщили о снижении активности антиоксидантов в плазме у коров голштинской породы, подвергшихся тепловому стрессу, в середине лактации, что может косвенно подтвердить наши выводы (80). В другом исследовании исследователи сообщили о 2-кратном увеличении содержания малонового диальдегида в скелетных мышцах цыплят-бройлеров, подвергшихся острому тепловому стрессу (81).
Заключение
Добавление культур Saccharomyces cerevisiae к коровам в середине лактации, подвергшимся тепловому стрессу, увеличивает надои и снижает заболеваемость маститом, но не оказывает существенного влияния на состав молока. Кроме того, добавление культур Saccharomyces cerevisiae улучшает антиоксидантную способность коров и может уменьшить воспалительные факторы в организме, повысить иммунитет и синергизировать гормоны в организме, чтобы смягчить негативные последствия теплового стресса. Таким образом, введение коровам в середине лактации культур Saccharomyces cerevisiae может улучшить антиоксидантную способность и уровень иммунитета организма при тепловом стрессе, а также повысить надои и продуктивность коров, чтобы обеспечить здоровое производство коров. Результаты экспериментов показали, что эффект культур Saccharomyces cerevisiae в группе SK-1 выше, чем в группе SK-2.
Источник: Frontires in Veterinary Science