Чотиринога теплова електростанція

Корова належить до так званих гомойотермних тварин, тобто таких, що здатні підтримувати постійну температуру тіла завдяки метаболічній активності. І саме завдяки постійно активному обміну речовин корови здатні надзвичайно ефективно перетворювати корми на високопоживну їжу. Проте ця «суперсила» має свою ціну — у процесі обміну речовин утворюється значна кількість тепла. Доросла корова може генерувати його до 1,2 кВт·год. Теоретично лише завдяки надлишковому теплу від трьох тварин можна обігріти невеликий будинок. Цей факт здавна використовується фермерами на практиці.

Метаболізм корови — складний процес, що поєднує мікробну активність і фізіологічну ефективність. Як результат, під час базального метаболізму, рухової активності, травлення та продуктивних функцій утворюється тепло.

Базальне тепло утворюється в стані спокою і є наслідком основних клітинних процесів, які забезпечують життєдіяльність організму. Додаткове тепло також виробляється під час м’язової активності та інших фізіологічних процесів, пов’язаних з ростом, лактацією, вагітністю, а також синтезом білків і жирів.

Тепло виділяється і в процесі травлення. Центральну роль у цьому відіграє рубець — велика анаеробна біореакторна система, що містить мільярди бактерій, найпростіших та грибів. Значна частина тепла утворюється саме завдяки інтенсивній роботі рубцевих мікробів (схема 1). Під час ферментації в рубці продукується стільки тепла, що температура в ньому може бути приблизно на 1 °C вищою, ніж температура внутрішнього середовища організму, яка в нормі становить 38−39 °C.

Схема 1.

Мікробіом рубця

Рубець є домівкою для різноманітних видів бактерій, грибів та найпростіших. Усі вони становлять мікробіом рубця.

Мікроорганізми рубця розщеплюють вуглеводи з раціону шляхом ферментації до летких жирних кислот (ЛЖК) таких, як ацетат, пропіонат і бутират. ЛЖК всмоктуються через стінку рубця і використовуються коровою як основне джерело енергії, виробляючи більше тепла в процесі перетворення, зокрема — під час глюконеогенезу в печінці. Це робить корову справжньою чотириногою тепловою електростанцією.

Коли суперсила дає збій

Попри те, що молочна корова є справжнім біомеханічним витвором, вона залишається вразливою до підвищених температур навколишнього середовища. Щойно температура зростає, тонкий баланс між утворенням тепла та його розсіюванням порушується — і наслідки можуть бути серйозними. Тепловий стрес і є тим невидимим «криптонітом» молочних корів у всьому світі, адже суттєво впливає на їхнє здоров’я, добробут і продуктивність.

Терморегуляція — це процес підтримання температури тіла в межах вузького оптимального діапазону, необхідного для ефективного функціонування органів і систем. Гомойотермні тварини, до яких належать корови, регулюють обмін тепла між тілом і довкіллям таким чином, щоб кількість тепла, отриманого внаслідок метаболізму, відповідала кількості тепла, що виділяється в зовнішнє середовище (схема 2). У такий спосіб забезпечується стабільна температура тіла.

Схема 2.

Підтримання балансу теплової енергії

Для підтримання балансу теплової енергії кількість тепла, що утворюється в результаті метаболізму (підтримання життєдіяльності, фізична активність, ріст, лактація, тільність і споживання корму), повинна відповідати кількості тепла, що виділяється в навколишнє середовище. Баланс порушується, якщо тварина не виділяє достатньо тепла.

Зв’язок між температурою тіла та довкіллям можна описати з використанням кількох зон, які відображають різну фізіологічну реакцію (схема 3). Найвужчою з них є термонейтральна зона (ТНЗ).

Схема 3.

Температурні діапазони

По обидва боки від ТНЗ знаходиться температурний діапазон, в якому може бути досягнутий тепловий баланс, але швидкість метаболізму або тепловтрати при випаровуванні будуть змінюватися для досягнення балансу. У цьому діапазоні швидкість метаболізму зростає при низьких температурах, а охолодження через випаровування збільшується при високих температурах, тобто для підтримання теплового гомеостазу потрібно більше енергії або більше води. Таким чином, гомойотермні тварини перебувають у стані теплового стресу щоразу, коли вони знаходяться за межами своєї ТНЗ.

Вона відповідає температурному діапазону комфорту. У межах термонейтральної зони корова не витрачає додаткової енергії на підтримання сталої температури тіла, а вироблення тепла та його втрата перебувають у гармонійному балансі.

По обидва боки від ТНЗ лежить температурний діапазон, в якому теплова рівновага все ще можлива, але вже потребує фізіологічної адаптації — зміни швидкості метаболізму або посиленого випаровування. У холодних умовах зростає метаболічна активність, а в спекотних — посилюється випаровувальне охолодження (наприклад, через потовиділення або дихання).

Таким чином, гомойотермна тварина перебуває в стані теплового стресу, якщо температура довкілля виходить за межі її ТНЗ. Для молочних корів термонейтральна зона становить приблизно від 5 до 20 °C. Однак у період лактації корови здатні переносити нижчі температури без негативних наслідків.

Кондукція, конвекція, випромінювання та випаровування — лише деякі з механізмів, за допомогою яких велика рогата худоба може відводити надлишкове тепло. Ефективність цих механізмів визначається різницею між температурою тіла тварини та температурою довкілля — і цей потенціал швидко вичерпується (схема 4). Коли висока температура поєднується з підвищеною вологістю, теплове навантаження часто досягає критичного рівня, оскільки випаровування — головний шлях тепловідведення — стає малоефективним або й практично неможливим.

Схема 4.

Ступені теплового стресу

Ступінь теплового стресу сильно залежить від температури та вологості навколишнього середовища.

Вплив температур, лише дещо вищих за термонейтральну зону, змушує організм адаптувати тепловіддачу шляхом збільшення кровотоку до шкіри. Це сприяє відведенню метаболічного тепла до периферійних частин тіла, звідки воно розсіюється. Однак, коли температура навколишнього середовища перевищує температуру поверхні шкіри (близько 36 °C), тепло починає надходити з повітря в організм через шкіру, тим самим збільшуючи теплове навантаження. Щоб зберегти тепловий баланс, організм змушений активувати охолодження через потовиділення та часте дихання.

На відміну від більш теплостійких тварин, таких як коні, у корів лише близько 800 потових залоз на 1 см² шкіри. Через це вони неефективно пітніють і значною мірою покладаються на збільшення частоти дихання для охолодження. Частота дихання зростає з 40- 60 до понад 100 вдихів за хвилину. Поява задишки (частого поверхневого дихання) порушує кислотно-лужний баланс організму та може призвести до респіраторного алкалозу. Водночас різко зростає потреба у воді — у стані теплового стресу її споживання може досягати 200 літрів на добу.

Наслідки теплового стресу

Коли тепловіддача стає недостатньою, запускаються механізми фізіологічної адаптації. Корова зменшує споживання корму, оскільки мікробна ферментація в рубці генерує додаткове тепло, що призводить до каскаду фізіологічних реакцій (схема 5). Так як для відведення тепла кров перенаправляється до шкіри, то приплив крові до рубця і печінки зменшується, що ще більше погіршує травлення та метаболічні процеси. Це може призвести до зниження забезпеченості енергією, посилення окислювального стресу, мобілізації резервів організму, гормонального дисбалансу та зниження надоїв. Імунний захист також порушується, що робить тварин більш вразливими до інфекцій та запалень.

Схема 5.

Каскад фізіологічних реакцій на надмірне тепло

Ступінь теплового стресу сильно залежить від температури та вологості навколишнього середовища.

Негативний вплив теплового стресу на молочну худобу добре задокументований. Окрім погіршення здоров'я та продуктивності, серйозно страждає репродуктивна функція та фертильність молочних корів, що позначається на наступному поколінні. На фертильність молочної корови впливає багато факторів, але найважливішими з них є фактори навколишнього середовища.

Тепловий стрес може змінити тривалість еструсу, функціонування матки, ендокринний статус, ріст і розвиток фолікулів. Тривалий тепловий стрес також може впливати на ранній ембріональний розвиток і виживання, ріст плоду та якість молозива. Крім того, він негативно впливає на запліднюваність молочних корів, що призводить до збільшення інтервалів між отеленнями.

Показники запліднюваності високопродуктивних молочних корів знижуються. Часто це пов'язано з фізіологічними змінами, змінами в утриманні та зі збільшенням виробництва молока. Однак у періоди теплового стресу запліднюваність знижується ще більше. Одне дослідження виявило зниження запліднюваності корів, які зазнали теплового стресу, на 23% порівняно з коровами, які не піддавалися такому впливу. Інше дослідження показало, що при температурі тіла >39,1°С рівень запліднюваності знижується з 21 до 15%. Зрештою, третє дослідження показало, що тепловий стрес за три тижні до штучного запліднення може негативно вплинути на запліднюваність. Лише в ТНЗ молочні корови можуть повністю реалізувати свій генетичний потенціал з найменшими фізіологічними витратами та найвищою продуктивністю.

Протидія коров'ячому криптоніту

Існує кілька різних підходів до значного зменшення впливу теплового стресу на корів. Вони спрямовані на досягнення однієї мети: як зробити так, щоб стадо зазнавало менших втрат і меншого стресу для здоров'я під час спекотних періодів. Ці підходи варіюються від умов утримання, зокрема — правильне розміщення, орієнтація та потужність вентиляторів і систем розпилення води, до організації адаптованого часу годівлі та спеціальних кормових добавок.

Ми досліджуємо інноваційні підходи, включаючи використання фітогенних добавок, щоб підтримати природні метаболічні процеси в організмі корови та стабільно зменшувати тепловий стрес. Результати цих досліджень багатообіцяючі. Стежте за новими цікавими рішеннями і давайте справлятись із цим викликом разом.

ТОВ «Біохем-Україна»

Тел./факс: +380 4420624 07

E-пошта: ukraine@biochem.net

www.biochem.net/ua

У 2025 році плануємо випуск шести номерів журналу «Молоко і ферма» — традиційно наприкінці кожного парного місяця. Читачі мають нагоду оформити передплату як друкованої, так і електронної версії журналу. Частково публікуватимемо матеріали у відповідній рубриці на сайті www.milkua.info. Більше інформації щодо передплати: 067 445 19 59 (Viber).