母猪热应激敏感指标体系的研究进展

袁雄坤，姜丽丽，陶诗煜，臧建军，王军军

（中国农业大学动物科学技术学院/动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

热应激是指动物机体对高温环境所产生的非特异性生理反应的总和。母猪由于体重大、脂肪厚、汗腺不发达等生理特点，当温度高于其上限临界值时，容易遭受热应激[1]。母猪是猪场的核心群体，其生产性能将决定养猪业的经济效益。热应激会造成母猪内分泌紊乱，卵巢机能受到抑制，影响发情活动[2]、使其免疫力降低[3]、行为异常[4]、哺乳期产奶量降低[5]，从而影响母猪的生产力、健康和福利。热应激状态下母猪容易发生流产或者产出死胎弱子且产仔数量减少，后代仔猪生长发育不良、成活率下降，且母猪死淘率升高等，严重损害养猪生产的经济效益[4]。St-Pierre等[6]研究表明，热应激导致美国生猪养殖每年损失达2.99亿美元；而对于世界上养猪业规模最大的中国，热应激造成的损失更大[7]。研究确定针对母猪不同生理阶段的适宜温度参数，是提高母猪繁殖力的重要依据。然而，母猪热应激受多种因素的影响，判定母猪的热应激状态比较困难。目前母猪热应激的敏感指标总体比较粗略，评价体系不够综合、全面。本综述结合已有的研究进展，从生产性能、繁殖性能、母猪行为、生理、血生化、免疫以及热休克蛋白表达等方面变化对热应激指标体系进行全面的综述，以期为母猪热应激诊断和环境参数限值研究提供技术与理论基础。

1 热应激对母猪生产性能和繁殖性能的影响

母猪是恒温动物，存在舒适温度。高航等[7]研究表明在热中性区，母猪可以仅依靠物理性调节即可使体温维持在正常温度范围内；但当环境温度超过上限临界值时，容易引起热应激。母猪的耐热性及热应激存在生理阶段特异性：

后备母猪：金升龙[8]研究表明：后备母猪的适宜环境温度为18—21℃；当温度超过28℃时，母猪性成熟延迟；持续高温条件下，母猪性成熟会推迟22 d。由于性腺激素如雌激素分泌受抑制，后备母猪会出现发情明显减弱，短发情或乏情、甚至不发情。此外，热应激对后备母猪的不利影响会持续到妊娠期、哺乳期和断奶发情阶段，从而降低种猪的使用年限，最终影响猪场的生产效益。

妊娠母猪：妊娠阶段是胚胎附植、胎儿发育阶段，对高温更加敏感。母猪遭受热应激的负面影响与妊娠阶段有关[9]。妊娠前期是胚胎附植和存活的关键时期，对热应激最为敏感。EDWARDS等[10]研究表明：配种后1—30 d的母猪生活在温度为38.9℃的环境，使其遭受热应激，发现母猪受胎率和胚胎存活率降低，有少数流产甚至死亡；OMTVEDT等[11]研究发现妊娠中期（53—61 d）初产母猪在37.8℃环境条件下的受胎率、窝产总仔数及存活率等指标与常温环境差异不显著，说明妊娠中期受热应激影响较小；然而，妊娠后期热应激状态下的母猪（102—110 d），窝产活仔数减少，仔猪初生重和21 d断奶重有下降的趋势，说明妊娠后期是胚胎生长发育最快速的时期，热应激会通过影响子宫内环境和抑制母猪的采食量，从而间接地影响胎儿的存活和生长，这个时期母猪对热应激较为敏感。目前的研究认为：妊娠母猪适宜环境温度为12—20℃[12-13]，有研究进一步表明：妊娠前期适宜温度为13—19℃，妊娠后期适宜温度为16—20℃，高温临界值为 27℃[12]或 32℃[14]。

哺乳母猪：哺乳母猪采食量大、代谢强度高，对高温也较敏感。姜丽丽等[15]认为：高温环境主要影响哺乳母猪的代谢和内分泌功能，特别是甲状腺激素、皮质醇、促黄体素和促乳素的分泌，影响母猪繁殖性能和生产性能。热应激会导致母猪产后乳房炎-子宫内膜炎-泌乳障碍综合征等疾病的发病率增加，乳汁质量差，仔猪腹泻增加，死亡率增加[16]。高温或者热应激条件下母猪为减少产热，会主动减少采食，导致母猪产乳量下降、降低仔猪断奶重[17]；同时也会增加母猪哺乳期体重和背膘损失，增加母猪断奶发情间隔，延长母猪的繁殖周期，减少年产窝数。有学者研究表明：哺乳母猪适宜温度为15—20℃[14]或16—18℃[18]，当分娩舍温度由18℃上升至29℃时哺乳母猪的采食量由 5.67 kg·d-1下降到 3.08 kg·d-1[19]，温度在21—27℃范围内时温度每增加1℃，哺乳母猪采食量降低 0.1 kg·d-1[20]。

空怀母猪：断奶发情间隔是母猪断奶至发情的时间间隔，是衡量母猪繁殖力重要指标，其长短不但影响母猪的年产窝数，而且可能制约下一窝的窝产仔数，最终关系到猪场的生产水平和经济效益[15]。断奶至发情的时间间隔一般为7 d，有试验表明：热应激会抑制卵母细胞的发育，减少成熟卵母细胞的数量[14,19]，从而增加母猪的断奶发情间隔。高温季节空怀母猪发情延迟、发情率降低，出现隐性发情甚至不发情的现象，有研究报道，35℃时母猪断奶发情间隔期平均为9 d，显著长于30℃时的6 d[17]；且与经产母猪相比，高温环境对初产母猪断奶后再发情的时间影响更大[15-16]。我国2008年版《规模猪场环境参数及环境管理》推荐空怀母猪适宜温度为15—20℃[12]。

综上，环境温度是表征母猪是否遭受热应激的重要指标，具有特异性。当超过适宜环境温度，母猪会逐渐出现不适应的症状直至达到上限值时就会发生热应激。热应激时母猪会通过减少采食量、增加呼吸率和皮肤血流量等途径来减少代谢产热、增加散热，同时母猪血液中促肾上腺皮质激素和皮质醇增加、甲状腺素降低、胰岛素敏感性增加，这些生理指标的变化会破坏母猪机体内分泌和能量平衡，进而导致胚胎早期死亡。有研究发现，母猪在配种11—12 d后处于温度为32—39℃环境中24 h，胚胎存活率降低 40 %左右，热应激也会对母猪发情间隔、产仔数和泌乳量等生产性能造成不利影响，妊娠前期热应激主要影响返情率和产仔数，妊娠后期主要影响产活仔数和死胎数，分娩后则主要影响仔猪存活率，高温抑制泌乳母猪彩食，进而影响母猪泌乳量和仔猪生长性能及增加泌乳期母猪体重损失和体内生殖激素分泌紊乱，导致母猪断奶后发情延迟[21]。

2 行为变化

行为是动物健康与否的直观表现，是健康检查的重要指标。妊娠期和哺乳期母猪对热应激最为敏感，目前母猪热应激相关的研究主要集中在这两个阶段。母猪热应激时，在早期表现为行为比较暴躁、咬尾、呼吸加快；随着热应激时间的持续，母猪会出现精神萎靡、站立不稳、俯卧时间增加、严重时甚至死亡的现象。热应激时，母猪为减少产热和增加散热，其采食量下降、乳腺血流量减少、四肢伸展、饮水和排尿增加[5,19]。哺乳母猪在热应激情况下产乳量不足，仔猪未成功吸吮次数增加，导致仔猪更为频繁地吮吸母猪奶头，而妊娠母猪会出现分娩持续时间延长、分娩率下降、死胎率增加等现象[22]。

母猪的上述行为变化都是为应对热应激而进行的自我保护，出现上述行为时，需要考虑母猪是否遭受热应激。尽管目前尚未有研究明确地表明母猪的哪些行为变化可作为判断热应激的指标，但是观察行为学是一个比较省时省力、应激较小的方法。此外，母猪在热应激环境中行为异常现象持续存在，其对于评价和鉴定热应激仍具有一定的参考价值，特别是物联网及智能化养殖技术的发展，需要结合生理生化等其它指标，对母猪热应激开展系统研究。

3 生理指标

大量研究表明：皮肤温度、呼吸频率以及直肠温度是热应激中常见且直观的生理评价指标，而且测量简单方便，目前国内外主要将这3个指标作为判断母猪热应激的生理指标。

3.1 皮肤温度

母猪通过皮肤排汗散热，导致皮肤温度升高。QUINIOU等[19]报道：当环境温度从18℃上升到29℃时，哺乳母猪的体温从34.6℃增加到37.4℃，表明随着环境温度的升高，母猪皮肤温度也会随之升高，MUNS等[23]、MALMKVIST 等[24]和WILLIAMS 等[25]也得出类似结论。蒲红州等[26]研究发现用加权体表温度（Tsk）来表示皮肤温度更加合理，其计算公式为：Tsk= 0.1T耳 + 0.4T肩 + 0.4T臀 + 0.1T尾，T耳、T肩、T臀和T尾分别代表猪的耳、肩、臀、尾根4个部位体温，系数是根据各个部位在体表所占面积确定的，当生长猪处于高温环境（30℃）时，体表温度显著增加，由31.92℃升高至35.52℃。

3.2 呼吸频率

母猪正常呼吸频率在13—20次/min，热应激条件下，母猪呼吸变浅、频率加快，呼吸频率随着温度升高而显著增加，每分钟最高达 70次[26]，变化非常显著。高温环境中母猪呼吸频率加快以增加热量散失、减轻体内热量过多带来的影响。因此，呼吸频率是一个敏感的生理指标，也是一个比较可靠的判断指标，陶源栋等[27]基于Kinect检测方法可以估算出梅山母猪侧卧的呼吸频率，正确率可达85.3 %，可以实现远程监测母猪的呼吸状况。

3.3 直肠温度

猪的核心体温（core body temperature，CBT）是身体深处的温度，是主要的生命特征之一，最为常见和可行的是测定直肠温度[12]。猪是恒温动物，正常直肠温度为38—39.5℃，体温变化不大。WILLIAMS等[25]研究表明：热应激状态下，哺乳母猪直肠温度显著升高，从39.2℃升高至40℃，可以很好的表征母猪热应激状态。但是，热应激状态下直肠温度的变化慢于皮肤温度和呼吸频率，是热负荷的延迟指标[28]；此外，测定母猪直肠温度时会造成一定的应激，可能会影响测定的结果。

总之，皮肤温度、呼吸频率和直肠温度等生理指标在母猪热应激时显著升高，是评判母猪热应激比较可靠的指标，具有很强的表征特点。生理指标在生产中评定母猪热应激时具有重要价值。建议在评定母猪热应激的生理指标优先选择皮肤温度和呼吸频率，其次选择直肠温度。

4 生化指标

4.1 血液激素

热应激会干扰动物的内分泌系统，引起内分泌激素的分泌异常。因此，母猪体内激素的变化情况可作为评定热应激严重程度的指标。

4.1.1 皮质醇（cortisol, COR） COR是由肾上腺皮质分泌的糖皮质激素，对糖类具有极强的代谢作用。相关研究表明：热应激条件下该激素有显著变化，是比较理想的指标。张敏红等[28]研究表明：急性热应激时猪血液中的COR水平会从8.4 ng·mL-1增加至25.1 ng·mL-1，当应激源消失后，血液中COR逐渐降低直至正常水平；丁升艳[29]试验研究进一步明确：在持续温热环境中，生长猪血清中COR浓度升高，并随着热应激时间的延长而大量增加；而RENAUDEAU等[22]试验指出：由于高温环境母猪采食量下降以及下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamicpituitary-adrenal axis，HPA）受到持续热环境（30℃）的作用，母猪体内的COR浓度降低。该现象可以解释为：猪为适应热环境HPA轴被激活，导致体内肾上腺皮质激素分泌迅速增加；但随着热应激持续刺激HPA轴受到抑制、母猪采食量下降导致能量供给不足、引起皮质醇分泌不足，从而出现了低于初期正常水平的现象。

4.1.2 三碘甲腺原氨酸（triiodothyronine, T3）和四碘甲腺原氨酸（tetraiodothyronine, T4） 甲状腺激素是产热激素，有T3和T4两种形式，其中T4是T3的前体激素，T3是在组织中发挥生理作用的主要激素，可以提高器官组织代谢、使器官组织耗氧量和产热量增加。刘凤华等[30]研究发现鸡在热应激第一阶段时，机体为了抵抗高温的作用，为散热而增加产热，呼吸加快，外周血液加速，让体内的热量尽量散出去；随着热应激的持续，动物机体适应后，T3和T4的分泌逐渐降低至正常水平，因此，当动物体内T3先升高后降低时，很有可能是出于热应激状态。仲庆振等[31]研究表明籽鹅高温环境中8 h后血清T3和T4会分别从2.73、16.24 ng·mL-1下降至0.98和12.04 ng·mL-1。国外研究者也得到了一致结论，RENAUDEAU等[22,29]研究指出：母猪遭受热应激时通过抑制体内甲状腺素分泌活动、引起甲状腺激素水平明显降低，从而适应高温环境。由此可见，母猪机体内T3和T4在热应激时会先升高，随着时间的推移适应后，T3和T4恢复正常水平，也可作为是母猪热应激的评价指标。

4.1.3 性腺激素 BARB等[32]指出哺乳母猪热应激时，黄体生成素脉冲频率降低，表明母猪黄体生成素分泌在下降。有研究进一步发现：动物为对抗热应激会激活HPA轴，促使促肾上腺素分泌增加，使性腺激素促卵泡素（FSH）、促黄体素（LH）、雌激素分泌被抑制，雌激素分泌不足进而抑制孕酮的分泌[21]。性激素分泌被抑制必然会影响动物的发情、配种和分娩，从而制约母猪的繁殖力。然而，单一激素指标的变化还不足以表明母猪遭受热应激，其他应激也可能导致母猪内分泌变化。因此，判定母猪热应激时，还需要结合其他因素（如：环境温度和湿度等），以确保诊断正确。

4.2 血液酶活性

正常情况下，动物血液中酶的种类和水平都比较稳定。但当处于高温热应激环境时，动物机体组织器官细胞膜通透性增加，细胞液中的酶流入血液，使血液中酶的水平上升。

4.2.1 天门冬氨酸转移酶（aspartate transferase，AST）和丙氨酸转移酶(alanine transferase，ALT)AST和ALT是衡量肝脏功能的重要指标，而肝脏功能可表征动物是否遭受应激[33]。刘凤华等[30]研究发现：蛋鸡血清中ALT和AST水平随着温度升高而升高，热应激状态下AST和ALT分别从130、51.4 U·L-1增加到148、134.6 U·L-1，差异极显著。张小东[34]也得出类似结论，猪血液中热应激开始时ALT、AST变化不显著，但是高温持续10 d时，血中AST和ALT水平会从 26.80、40.65 IU·L-1升高到 44.45、66.85 IU·L-1，差异显著，说明不同动物对于高温环境的敏感程度有差异，ALT和AST可作为母猪持续热应激的检测指标。

4.2.2 肌酸激酶（creatine kinase，CK）和乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH） CK 主要存在于心肌细胞，LDH主要位于骨骼肌细胞。有研究表明：CK和LDH属于胞内酶，由于细胞屏障作用，正常情况下不容易进入血液，只有少量CK和LDH随着组织器官新陈代谢而释放到血液中[35]。张小东[34]研究发现：在热应激情况下，猪血清CK水平会从369.45 IU·L-1增加到2 125.45 IU·L-1，可作为动物热应激状态下的敏感指标[36-38]。当母猪受到热应激刺激时，内脏器官血流量减少引起供氧量变少，使得心脏和骨骼肌细胞新陈代谢变慢，细胞通透性增加。张根军[39]研究发现应激过程中猪血浆中的 LDH水平会显著升高，从 367.70 IU·L-1增加至825.50 IU·L-1。由此可知，猪在热应激刺激下，皮肤血流量增加、肝脏供血量不足，导致新陈代谢变慢、细胞通透性增加，使胞内酶 CK和 LDH溢出进入血液，从而引起血液中这两种酶水平升高，CK和LDH是母猪可靠的热应激指标。

4.3 血液无机离子

Na+和 K+是维持体液渗透压、酸碱平衡的重要电解质。张莉等[40]研究表明：血液中K+和Na+的含量在热应激的刺激下显著下降。可能原因是：热应激情况下动物呼吸加快，排出CO2过多、血液pH升高；为维持血液酸碱平衡，血液中 Na+、K+通过肾脏排出体外以降低血液pH，从而引起血液中Na+、K+浓度显著下降[21]。张小东[34]研究表明生长猪血液无机离子中K+对短期急性热应激比较敏感，可作为猪短期急性热应激的检测指标，这与 PATIENCE等[41]报道较为一致：模拟日变高温（20—38℃）的情况下，并不会显著改变猪血液中无机离子的浓度。试验结果的差异可能是由于后者的试验猪遭受的不是持续高温而是日变高温，试验适应期为10 d，猪在这10 d内可能已经逐渐适应了日变高温。总体而言，母猪血液中的离子特别是K+和Na+等离子浓度的变化较大，对于判定母猪热应激具有一定的参考意义。

4.4 血糖

血液葡萄糖为动物机体代谢中的重要物质，热应激可通过胰高血糖素和儿茶酚胺而促进糖原降解，导致血糖增加。热应激状态下，巴马香猪血糖浓度明显增加，但随着时间推移会逐渐减低[40]。上述变化可以解释为：动物为应对热应激，体内肾上腺素水平会升高，致使肝糖原分解。因此，应激早期血糖水平升高；而随着应激时间延长，血液中皮质醇浓度增高引起蛋白质分解代谢加快、血糖利用加快，从而使血糖水平降低直至稳定[42]。

4.5 血清蛋白

动物机体血清蛋白含量是衡量其蛋白质营养的重要特征。血清总蛋白的绝大部分由肝脏分泌，而肝脏的功能可以反映动物应激的严重程度[33]。动物在高温环境或者热应激状态下，会激活HPA轴、导致皮质醇分泌增多，而皮质醇可加快母猪血液中蛋白质的利用。刘圈炜等[43]试验发现：热应激情况下，生长猪在 23℃环境中血清总蛋白和球蛋白含量显著增加。可见，血清蛋白也可作为母猪热应激的判断指标，但血清蛋白对热应激不具有特异性，其它应激也可能导致皮质醇的升高而使血清蛋白分解。因此，应结合其它环境因素和母猪的血液生化指标进行综合判定。

5 免疫细胞变化

巨向红等[3]和刘胜军等[44]研究表明：热应激后，猪红细胞先升高后降低，中性粒细胞、单核细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞逐渐增加。红细胞具有免疫和参与机体免疫调节的功能，其含有许多与免疫有关的物质，在热应激初期增加以参与动物免疫；而随着动物对热应激的适应，红细胞数目逐渐恢复正常。白细胞是主要的免疫细胞，包括粒细胞、单核细胞和淋巴细胞，其中粒细胞又可根据胞质中颗粒的染色性质不同，分为中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞3种，当动物在热应激状态下发生炎症时，白细胞分泌增加以应对炎症。此外，动物在高温刺激下会导致中性粒细胞数目升高[3]，可能的原因是高温导致动物皮质醇增多，从而导致中性粒细胞的运输方式改变，使中性粒细胞从骨髓储备中释放出来。T细胞是机体免疫应答的核心细胞。有研究表明：猪在慢性热应激情况下，脾脏中成熟 T淋巴细胞表面标志物（CD3+）和辅助T淋巴细胞（CD4+）数目均显著增加，同时，CD4+/CD3+比值增高[44]。CD4+主要功能是增强吞噬细胞介导的抗感染作用和增强B细胞介导的体液免疫应答，CD3+和CD4+数目增加，是动物为抵御热应激而进行的自我保护。

母猪在热应激刺激下为保护自身，体内免疫细胞的数目会增加，且增加程度与母猪热应激严重程度和持续时间有关。当母猪适应高温环境后，免疫细胞的数目会逐渐恢复至正常水平。但各种免疫细胞的变化并不完全同步，某些免疫细胞具有延迟性和时效性。

6 热休克蛋白

热休克蛋白（heat shock protein，HSP）HSP是在从细菌到哺乳动物中广泛存在一类热应激蛋白质，当动物暴露于高温的时候，就会由热激发合成此种蛋白，来保护动物机体自身。按相对分子质量及同源程度可分为HSP110、HSP90、HSP60、HSP40和小分子HSP家族。HSP家族中，HSP70受热应激的影响最大，其增强热耐受性的机制主要包括分子伴侣、抗氧化和协同免疫等作用[45]。HSP72和HSP73是HSP70的两种型态，动物热应激时HSP73增加非常少，几乎无变化，而HSP72在热应激状态下大量产生。有研究表明高温环境下猪小肠上皮细胞 HSP70 mRNA和蛋白表达显著升高[45]，猪血浆中 HSP70蛋白水平在热应激时从300 μg·L-1迅速上升到 600 μg·L-1左右，具有很强的特异性，高温过后仍能保持较高值，可准确地反应猪的热应激严重程度[33]。梁学武等[46]和张凡健等[47]研究表明 HSP70是奶牛受热应激损伤严重程的综合评价指标。此外，熊一力等[48]和 MALOYAN等[49]研究也表明：高温环境可以导致鼠肝脏中HSP70转录物及蛋白合成明显上升。与血液其它生化指标的变化比较，血浆HSP70在热应激时的变化具有持续时间长、反应敏感的特点，且HSP70的变化更能准确地反映应激的程度，表明血液HSP70含量可作为诊断热应激反应的首选指标[34]。

7 小结

我国生猪生产占全球的一半，正处于数量型增长向绿色高质量发展的新阶段，特别是2018年8月发现首例非洲猪瘟以来，生猪生产生物、环境设施和工艺的改进迫在眉睫。准确的环境工艺参数的设定是高效生产和成本控制的重要前提，系统研究不同生理阶段母猪热应激的表现、危害及其防控措施，特别是研究提出生产中简便、快捷的热应激指标和评价方法尤显重要。在热应激相关评价指标中，环境温度是最为直接的体现，母猪适宜的环境温度为12—21℃，热应激温度阈值为27℃时，当超过阈值时很容易引起母猪行为异常、内分泌紊乱，进而影响生产性能。肝脏和血浆中 HSP70，对热应激反应敏感， 当遭遇热应激时可从 300 μg·L-1迅速上升到 600 μg·L-1左右, 持续时间长，是生化指标中目前最为准确的。生理指标如：皮肤温度、呼吸频率和直肠温度等准确性也很高，而且测定简单易行。母猪表皮温度受环境影响较大，随着环境温度升高，可从34.6℃增加到37.4℃，耳皮处无背毛影响，与其他皮肤温度相比，测定温度更为可靠；母猪正常呼吸频率在13—20次/min，热应激状态下呼吸频率可达70次/min；直肠温度正常范围为38—39.5℃，热应激状态下直肠温度可达40℃。综合以上指标：HSP70、呼吸频率、直肠温度、皮肤温度等可作为母猪长期热应激的评价指标，具有很强的表征特点。此外，生化指标如：血液COR、AST、ALT、CK和LDH等准确性稍差，但在相关指标中，准确性依旧相对较高，例如热应激状态下母猪血中AST和ALT水平会从 26.80、40.65 IU·L-1显著升高到 44.45、66.85 IU·L-1。雌激素、血糖、血清 Na+、K+等其他指标准确性不太高，但可作为辅助指标。生产性能和行为变化在实际生产过程中有一定滞后性，但具有操作简单、对动物无应激等特点，在生产中具有一定意义。总之，除环境温度外，对母猪热应激敏感指标评价体系建议为：首选环境温度、HSP70、表皮温度、呼吸频率、直肠温度；其次为COR、T3、AST、ALT、CK和LDH；血清蛋白、血糖、血液免疫细胞、K+、Na+等指标可作为辅助指标。