dr inż. Sara Dzik, dr hab. Tomasz Mituniewicz, prof. UWM
Koło Naukowe Pasjonatów Higieny i Dobrostanu Zwierząt
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Od pewnego czasu hasło: „Dobrostan zwierząt zawsze się opłaca” jest nie tylko powtarzane przez naukowców i osoby z branży, ale rzeczywiście aspekty dotyczące dobrostanu są czynnie wdrażane i coraz częściej rzetelnie przestrzegane przez rolników, hodowców, producentów. Ma to związek przede wszystkim z kilkoma aspektami.
Tymczasem zmiany klimatu stanowią jeden z głównych problemów oraz poważne wyzwanie w produkcji zwierzęcej w nadchodzących latach. Niektóre raporty wskazują, że uprzemysłowione systemy rolnicze mogą stracić 25% swojej produkcji. Scenariusz ten dotyczy przede wszystkim regionów tropikalnych (Nardone i in., 2010). Zmiany klimatu prawdopodobnie będą coraz częściej obserwowalne i coraz bardziej dotkliwe. Zwiększeniu ma ulec częstotliwość i intensywność ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak np. fale/gwałtowny napływ wysokich temperatur. Dlatego branża drobiarska musi skupiać działania również na technologiach i praktykach, które zmniejszają jej wpływ na środowisko.
Termoregulacja u drobiu
Ptaki rzeźne są podstawowym źródłem białka dla człowieka w większości obszarów świata. W ciągu ostatnich kilku lat, oprócz pracy nad intensywną selekcją genetyczną ukierunkowaną na zwiększenie tempa wzrostu ptaków rzeźnych, działania producentów i hodowców skupiły się również na poprawie jakości żywienia oraz zarządzania stadem (Zaboli i in., 2019). Jednakże szybki wzrost ptaków nie wpłynął korzystnie na ich układ termoregulacji oraz sprostanie szybkiemu tempu wzrostu mięśni. Skutkuje to niezdolnością lub ograniczoną zdolnością do kontrolowania ciepłoty ciała przy zmiennej temperaturze otoczenia i wysokim tempie metabolizmu. Ponadto, ptaki są bardziej wrażliwe na działanie wysokiej temperatury otoczenia niż inne zwierzęta. Kurczęta mogą utrzymywać stałą temperaturę ciała dzięki układowi termoregulacji, na który składają się: termoreceptory, ośrodek termoregulacji, efektory układu. Dzięki temu są w stanie dostosować ilość ciepła produkowanego i usuwanego z ustroju do bilansu cieplnego w zmiennych warunkach otoczenia. Oczywiście, jeżeli warunki termiczne ulegają zmianie, a także w zależności od sprawności mechanizmów termoregulacji, temperatura ciała może ulegać pewnym wahaniom (Kołacz i Dobrzański, 2019). U zdrowych kurcząt mieści się w zakresie 40-42°C (www.layinghens.hendrix-genetics.com). U ptaków mechanizm termoregulacji jest zbliżony do ssaków. Główne różnice wynikają z obecności piór, a także braku gruczołów potowych (Rys. 1) (Jankowski, 2012).
Rysunek 1. U ptaków mechanizm termoregulacji jest zbliżony do ssaków, a główne różnice wynikają z obecności puchu/piór oraz braku gruczołów potowych (fot. S. Dzik)
Współczesne kurczęta brojlery są szczególnie wrażliwe na wysoką temperaturę ze względu na ich szybkie tempo wzrostu oraz duże zagęszczenie obsady w intensywnych obiektach chowu (Emami i in., 2020). W związku z tym, iż głównym czynnikiem środowiskowym wpływającym na wydajność drobiu jest temperatura otoczenia, nieodpowiednio dobrana do gatunku ptaka i jego wieku, może wpływać na jego cechy fizjologiczne i użytkowe. Strefa obojętności cieplnej dla większości drobiu dorosłego wynosi od 18° do 21°C. Jednakże u piskląt jest ona zdecydowanie wyższa i ma węższy zakres. Kiedy temperatura otoczenia przekracza zakres termoneutralny, tempo wzrostu, produktywność i wiele parametrów biochemicznych krwi może ulec pogorszeniu (Alagawany i in., 2017). Ten brak równowagi termicznej może być wzmocniony przez dodatkowe czynniki, takie jak promieniowanie, światło słoneczne, wilgotność i ruch powietrza, a także cechy osobnicze ptaka. Konsekwencją może być stres cieplny, który występuje, gdy ilość ciepła wytwarzanego przez zwierzę przewyższa jego zdolność do odprowadzania ciepła do otoczenia. Kiedy temperatura środowiska wzrasta powyżej strefy termoneutralnej (strefa obojętności cieplnej), ptaki zazwyczaj zmniejszają swoją aktywność fizyczną i pobór paszy, aby ograniczyć produkcję ciepła, a także zwiększają ziajanie i zużycie wody, aby sprzyjać utracie ciepła przez parowanie. Strefa obojętności termicznej (cieplnej) jest definiowana jako pewien zakres temperatur środowiskowych, przy których straty ciepła z organizmu pozostają w równowadze z minimalną produkcją ciepła. Ograniczona jest temperaturami krytycznymi, po przekroczeniu których wydajność ptaków ulega pogorszeniu (Kołacz i Dobrzański, 2019).
Jak podaje Marć-Pieńkowska (2016) to postęp cywilizacyjny odpowiedzialny jest przede wszystkim za powstawanie czynników mogących wywoływać stres (w tym cieplny) u zwierząt. Stres u drobiu może być konsekwencją fizjologicznych i niekorzystnych efektów środowiska lub niewłaściwego systemu zarządzania, który wywołuje szereg zmian w fizjologii lub zachowaniu (Gogoi i in., 2021). W początkowej fazie, stres wspomaga zwierzę w radzeniu sobie ze środowiskiem – mobilizacyjny. Jednakże, długoletnia selekcja drobiu rzeźnego spowodowała upośledzenie działania mechanizmów adaptacyjnych ptaków (Marć-Pieńkowska, 2016).
U drobiu wyróżnia się trzy fazy stresu (cieplnego): alarm, opór oraz wyczerpanie (Gaidica i Dantzer, 2020). Faza wyczerpania sygnalizuje, że ptak nie jest w stanie uporać się ze stresorem, ale także z infekcjami współtowarzyszącymi i prawdopodobnie ulegnie śmierci
- Faza alarmu (odpowiedź pierwotna): W tej fazie następuje aktywacja układu neuroendokrynnego i produkcja hormonu stresu (głównie kortykosteronu – ma zbliżone działanie do kortyzolu). Kortykosteron wytwarzany jest przez korę nadnerczy. Dodatkowo, hormon ten zwiększa konwersję noradrenaliny do adrenaliny poprzez stymulację enzymu N-metylotransferazy fenyloetanoloaminy w rdzeniach nadnerczy.
- Faza oporu (odpowiedź wtórna): Faza ta obejmuje efekt działania kortykosteronu na organizm/poszczególne narządy. Wówczas dochodzi do fizjologicznej odpowiedzi organizmu na hormon stresu, co może wywoływać zmiany hematologiczne i biochemiczne krwi. Podczas tego procesu w wątrobie zachodzi glikogenoliza i glukoneogeneza, aby zwiększyć poziom glukozy do pobrania przez mięśnie i mózg, ze względu na wzrost zapotrzebowania na energię. Kortykosteron ma również dłuższy okres trwania niż adrenalina.
- Faza wyczerpania (odpowiedź trzeciorzędowa): Faza ta obejmuje konsekwencje różnych, często nagłych, zmian fizjologicznych. Są to obserwowalne zmiany związane ze stresem, będące jego konsekwencją. Gdy ptak nie radzi sobie ze wspomnianym stresorem, prowadzi to następnie do zmniejszenia wydajności, a ponadto do zwiększenia podatności na infekcję i wzrost śmiertelności. W celu uniknięcia niekorzystnego wpływu stresu na prawidłową fizjologię ptaków, konieczna jest wczesna interwencja (Sumanu i in., 2022).
Rysunek 2. Odpowiedź na stres u drobiu. (opracowanie na podstawie: Sumanu i in., 2022)
Wobec powyższego, stres wywołuje u ptaków szkodliwe reakcje, które zakłócają odporność i ogólny stan zdrowia. Spośród różnych stresorów w produkcji drobiarskiej, to stres środowiskowy spowodowany wysoką temperaturą otoczenia został uznany za główny problem, zwłaszcza w sezonie letnim. Można oczekiwać, że nadejście zmian klimatycznych spowodowanych globalnym ociepleniem tylko pogorszy sytuację, skłaniając producentów do natychmiastowej reakcji i szybkiego przyjęcia nowych strategii łagodzenia stresu u ptaków, w celu utrzymania wydajności i ochrony bezpieczeństwa żywnościowego (Beltran i in. 2021). Warto podkreślić, iż przewlekłe narażenie na stres cieplny powoduje znaczne straty w wydajności ptaków, negatywnie wpływa na dobrostan, zagraża bezpieczeństwu żywności i zmniejsza ogólną efektywność ekonomiczną produkcji drobiu (Zaboli i in., 2019).
Wysoka temperatura otoczenia może przeciążyć mechanizm termoregulacji, powodując brak równowagi pomiędzy ilością ciepła metabolicznego produkowanego przez kurczęta a ich własną zdolnością do odprowadzania ciepła do otoczenia. Oprócz potencjalnej śmiertelności, stres cieplny ma szerokie spektrum działania. Wpływa na zachowanie ptaka, fizjologię, zdrowie jelit, dobrostan i wyniki produkcyjne kurcząt (Kołacz i Dobrzański, 2019).
„Zachowania chłodzące” (z ang. cooling behaviors) są najbardziej widocznymi i często pierwszymi symptomami wywołanymi przez stres cieplny. Jak sugeruje nazwa, są to zachowania ptaków mające na celu schłodzenie ciała w celu przywrócenia normotermii (prawidłowej temperatury ciała). Kurczęta nie posiadają gruczołów potowych, które ułatwiłyby utratę ciepła utajonego poprzez ewaporację potu i mają stosunkowo ograniczoną powierzchnię nieopierzoną ciała, aby zapewnić skuteczną utratę ciepła jawnego na drodze przewodzenia, promieniowania i konwekcji. W miarę wzrostu temperatury otoczenia gradient termiczny pomiędzy powierzchnią ciała a otoczeniem zmniejsza się. Wówczas rozpraszanie ciepła jawnego staje się coraz mniej efektywne. Dlatego też ptaki zwiększają częstotliwość oddychania (dochodzi do intensywnego ziania oraz szybkiego podnoszenia skrzydeł), aby zmaksymalizować utratę ciepła utajonego poprzez odparowanie wody z dróg oddechowych. Podczas gdy utrata ciepła jawnego jest ograniczona przez gradient termiczny między ciałem a otoczeniem, wilgotność względna narzuca pułap na parowanie wody, a tym samym na rozpraszanie ciepła utajonego. Tak więc, podwyższona temperatura otoczenia związana z wysoką wilgotnością względną znacznie ogranicza usuwanie ciepła z organizmu i wzmacnia szkodliwe skutki stresu cieplnego u kurcząt (Brugaletta i in., 2022).
Kurczęta utrzymywane w pomieszczeniu o zbyt wysokiej temperaturze powietrza stają się ospałe, spędzają więcej czasu na odpoczynku, a mniej na spożywaniu pokarmu i chodzeniu. Wpływa to niekorzystnie na spożycie paszy i obciąża ich kościec. Ograniczenie spożycia paszy przez ptaki jest ich mechanizmem obronnym – stosowanym w celu zmniejszenia termogenezy z procesów trawienia, wchłaniania i wykorzystania składników odżywczych (Baumgard i Rhoads, 2013). Zmniejszoną wydajność kurcząt poddanych stresowi cieplnemu, przypisuje się zmniejszonemu pobraniu paszy. W tabeli 1. zawarto najważniejsze informacje dotyczące wpływu stresu cieplnego na zachowanie kurcząt.
Tabela 1. Stres cieplny a zachowanie się kurcząt brojlerów (Brugaletta i in., 2022)
Bezpośredni wpływ stresu cieplnego na fizjologię, poza zmniejszonym pobraniem paszy, znacząco przyczynia się do pogorszenia wydajności kurcząt. Ptaki poddane stresowi cieplnemu paradoksalnie wykazują ograniczoną mobilizację tłuszczu, pomimo ujemnego bilansu energetycznego. Jakkolwiek, nie tylko kurczęta, ale także świnie i bydło mleczne trzymane w nadmiernie ciepłym środowisku wykazują stopniową redukcję niezestryfikowanych (wolnych) kwasów tłuszczowych – miarodajnego wskaźnika metabolizmu lipidów – sugerującego ograniczone wykorzystanie zapasów energii z tłuszczu. Wielu autorów wykazało w swoich badaniach, że kurczęta poddane stresowi cieplnemu odkładają więcej tłuszczu trzewnego (brzusznego), podskórnego i śródmięśniowego (He i in., 2015; Lu i in., 2019). Większa retencja lipidów może dodatkowo utrudniać rozpraszanie ciepła jawnego, zwiększając ryzyko wystąpienia hipertermii.
Stresor cieplny aktywuje oś podwzgórze-przysadka-nadnercza, prowadząc do wyraźnego wzrostu aktywności glikokortykoidów, zwłaszcza kortykosteronu. U kurcząt odnotowano, że w następstwie stresu cieplnego wysoki poziom kortykosteronu obniża potencjał ich wzrostu, indukuje proteolizę i ogranicza syntezę białek w mięśniach szkieletowych oraz zwiększa odkładanie tłuszczu (Brugaletta i in., 2022).
Podsumowanie
Stres cieplny może objawić się jako ostry stres cieplny, który odnosi się do krótkiego i szybkiego wzrostu temperatury środowiska oraz jako przewlekły stres cieplny, w którym wysoka temperatura środowiska utrzymuje się przez długi okres (nawet do kilku tygodni). Oba rodzaje stresu cieplnego wywołują szereg reakcji fizjologicznych, takich jak: podwyższona temperatura ciała, utrata wody z organizmu, upośledzona odpowiedź immunologiczna, podwyższone pH krwi, zachwianie równowagi elektrolitowej, obniżenie hematokrytu, spadek poziomu białka, wzrost poziomu glukozy i cholesterolu całkowitego, niedobór witaminy K, zmniejszona biodostępność energii w komórkach, upośledzenie funkcji endokrynologicznych, zmniejszone pobranie paszy i pogorszenie wyników produkcyjnych, zaburzenia struktury i funkcji nabłonka jelitowego, zmiany w mikrobiocie jelitowej oraz zwiększony poziom kortykosteronu i kortyzolu (Mroczek-Sosnowska i in., 2014; Brugaletta i in., 2022). W celu zapobieżenia występowania stresu cieplnego u ptaków rzeźnych, należy zapewnić im odpowiednie warunki bytowania, a parametry mikroklimatu powinny być nieustannie kontrolowane i monitorowane poprzez rejestrację ciągłą. Jak podają Mroczek-Sosnowska i in. (2014), opracowanie skutecznej metody do wyeliminowania stresu cieplnego w praktyce produkcyjnej jest działaniem trudnym. Wobec tego, należy podjąć szereg działań łącząc zabiegi zootechniczne, żywieniowe oraz weterynaryjne, aby zapobiegać jego występowaniu.
Piśmiennictwo dostępne u autorów
