Heat stress effects and nutritional alleviation strategies in small ruminants

Abstract

En esta tesis, se estudiaron los efectos del estrés por calor (EC) sobre la producción de ovejas lecheras Lacaune (Exp.1), así como la respuesta de cabras lecheras Murciano-Granadina bajo condiciones de EC a la L-carnitina (Exp. 2) y la metionina (Exp. 3). En los 3 Exp., los animales fueron alimentados con una ración única mezclada y se ordeñaron x2 al día. Las condiciones ambientales fueron: termo-neutralidad (TN; THI = 59-65) y EC (día, THI = 83; noche, THI = 75). El fotoperíodo (día-noche) fue constante (12-12 h). La temperatura rectal (TR), el ritmo respiratorio (RR), la IMS, el consumo de agua (CA) y la producción de leche (PL) se registraron diariamente, mientras que la leche para la composición se muestreó semanalmente y se registró el peso vivo (PV) al inicio y al final de cada período. En el Exp.1, las ovejas (n = 8) fueron expuestas a TN o EC en un diseño cruzado de 2 períodos (21 días cada uno). Además, a las ovejas se les administró glucosa, insulina y epinefrina para evaluar sus respuestas metabólicas. EC aumentó la TR, RR, CA y la pérdida de PV, pero redujo la IMS y el contenido de grasa y proteína de la leche sin afectar a PL. A pesar de la reducción de IMS por EC, los AGNE en sangre no cambiaron, y sin embargo los valores de creatinina aumentaron. La respuesta a los desafíos metabólicos indicó que las ovejas EC presentaban una rápida absorción de glucosa y una mayor resistencia a las señales lipolíticas en comparación con las ovejas TN. En los Exp.2 y 3 con cabras lecheras, el diseño fue un cuadrado latino 4 × 4, ya que se agregaron 2 factores dietéticos a las 2 condiciones ambientales. Las 2 condiciones dietéticas fueron control (CON) sin suplementación, versus L-carnitina protegida del rumen (CAR, Exp. 2) o metionina protegida del rumen (Met, Exp. 3). En Exp. 2, las cabras EC experimentaron un aumento de TR y RR. Además, las cabras EC sufrieron una pérdida del 26% en IMS, pero tendieron a comer partículas de tamaño más largo. La CAR aumentó drásticamente las concentraciones de carnitina libre, acetilo y total en sangre. A pesar de esta absorción eficiente, CAR no tuvo efecto sobre IMS, producción de leche o metabolitos en sangre en condiciones TN o EC. En el Exp.3, la IMS de las cabras TN se limitó a 2.0 kg/d, mientras que las cabras de EC se alimentaron ad libitum. Así pues, las cabras EC presentaron sólo un 9.8% menos IMS que TN, aunque significativo. En consecuencia, no se detectaron cambios en PL. Se observaron incrementos esperables en TR y RR debido al EC, pero Met redujo el RR por la mañana y RT en la tarde. Además, Met evitó la pérdida típica de PV en condiciones de EC. El perfil de aminoácidos en sangre (AA) reveló una menor concentración basal de Met, a pesar de los niveles comparables de IMS. Además, las cabras EC tenían poco glutamato, lo que podría estar relacionado con una inflamación y respuesta inmune a nivel gastrointestinal. La suplementación con Met ahorró glutamato, independientemente de la temperatura ambiente. En general, el EC afectó negativamente la producción de las ovejas lecheras. La adaptación metabólica de las ovejas lecheras al EC incluyó una reducción de la movilización de grasa corporal y el aumento de la degradación de las proteínas musculares. La metionina, pero no la L-carnitina, tuvo algunos efectos beneficiosos sobre el rendimiento de las cabras lecheras estresadas por el calor. Probablemente un poco más AA además de la metionina deberían ser suplementados en condiciones de EC.

In the current thesis the effects of heat stress (HS) on performance of Lacaune dairy ewes (Exp.1) as well as the response of HS Murciano-Granadina dairy goats to dietary L-carnitine (Exp. 2) and methionine (Exp. 3) were evaluated. In the 3 Exp., animals were fed a total mixed ration and milked x2 daily. The environmental conditions were: thermal neutral (TN; THI = 59-65) and HS (day, THI = 83; night, THI = 75). Photoperiod (light- dark) was constant (12-12 h). Rectal temperature (RT), respiratory rate (RR), DMI, water intake (WI) and milk yield (MY) were recorded daily, whereas milk for composition was sampled weekly and BW was registered at the start and the end of each period. In Exp.1, ewes (n = 8) were exposed to TN or HS in a crossover design with 2 periods (21 d each). Further, ewes were administered with glucose, insulin and epinephrine to evaluate the metabolic responses. HS increased RT, RR, WI and BW loss, but reduced DMI, and milk fat and protein contents without affecting MY. Despite the reduced DMI by HS, blood NEFA did not change, but creatinine values increased. Response to the metabolic challenges indicated that HS ewes had faster uptake of glucose and greater resistance to lipolytic signals compared to TN ewes. In Exp.2 & 3 with dairy goats, the design was 4 × 4 Latin square as 2 dietary factors were added to the 2 environmental conditions. The 2 dietary conditions were control (CON) without supplementation vs. rumen protected L-carnitine (CAR, Exp. 2) or rumen protected methionine (Met, Exp. 3). In Exp. 2, HS goats experienced increased RT and RR. Additionally, HS goats suffered 26% loss in DMI, but they tended to eat longer particle sizes. CAR dramatically increased blood free-, acetyl, and total-carnitine concentrations. Despite this efficient absorption, CAR had no effect on DMI, milk production or blood metabolites in TN or HS conditions. In Exp.3, DMI for TN goats was limited to 2.0 kg/d, whereas HS goats were kept feeding ad libitum. Consequently, HS goats had only 9.8% (although significant) less DMI than TN. Consequently, no changes in MY were detected. Expected increments in RT and RR due to HS were detected but Met resulted in less RR in the morning and lower RT in the afternoon. In addition, Met avoided the typical BW loss under HS conditions. The profile of blood amino acids (AA) revealed less basal Met concentration, despite the comparable DMI levels. Additionally, HS goats were in shortage of glutamate, which could be related to the inflammation and immune response at the gastrointestinal level. Met supplementation spared glutamate regardless the ambient temperature. Overall, HS negatively affected the performance of dairy ewes. Metabolic adaptations of dairy ewes to HS included reduced body fat mobilization and increased muscle protein breakdown. Methionine, but not L-carnitine, had some beneficial effects on the performance of heat-stressed dairy goats. Probably some more AA in addition to methionine should be supplemented under HS conditions.

Cette thèse, étude les effets du stress thermique (ST) sur les performances des brebis laitières Lacaune (Exp.1) ainsi que la réponse des chèvres laitières Murciano-Granadina à la L-carnitine (Exp.2) et à la méthionine (Exp. 3) sous conditions de ST. Dans les 3 Exp, les animaux ont reçu une ration totale mélangée et traitent x2 par jours. Les conditions environnementales étaient : thermoneutralité (TN; THI = 59-65) et ST (jour, THI = 83; nuit, THI = 75). La photopériode (jour-nuit) était constante (12-12 h). La température rectale (TR), le rythme respiratoire (RR), la MSI, la prise d’eau (PE) et la production de lait (PL) ont été enregistrés quotidiennement, tandis que le lait pour la composition a été échantillonné chaque semaine et PV a été enregistré au début et à la fin de chaque période. Dans Exp.1, les brebis (n = 8) ont été exposées au TN ou au ST avec permutation de 2 périodes (21 j chacune). En plus, les brebis ont été administrées avec du glucose, de l’insuline et de l’épinéphrine pour évaluer la réponse métabolique. Le ST a augmenté le TR, RR, PE et a réduit le PV, mais a réduit l’IMS et le contenu en matières grasses et en protéines du lait sans affecter la PL. Malgré la réduction de l’IMS par le ST, le AGNE sanguin n’a pas changé, mais les valeurs de créatinine ont augmenté. La réponse aux défis métaboliques a indiqué que les brebis ST avaient une absorption plus rapide du glucose et une plus grande résistance aux signaux lipolytiques que les brebis TN. Dans Exp.2 & 3 avec des chèvres laitières, le design expérimental était un carré latin 4 × 4 car 2 facteurs alimentaires ont été ajoutés aux 2 conditions environnementales. Les 2 conditions alimentaires étaient control (CON) sans supplémentation et une supplémentation avec la L-carnitine protégée du rumen (CAR, Exp. 2) ou avec la méthionine protégée du rumen (Met, Exp. 3). Dans Exp. 2, les chèvres ST ont demontré une augmentation du TR et RR accrues. De plus, les chèvres ST ont réduit de 26% l’IMS, mais elles avaient tendance à manger des particules plus longues. La CAR a considérablement augmenté les concentrations libres, d’acétyle et carnitine totale de sang. Malgré cette absorption efficace, la CAR n’a eu aucun effet sur l’IMS, la PL ou les métabolites sanguins dans les conditions TN ou ST. Dans Exp.3, l’IMS pour les chèvres TN était limité à 2,0 kg/j, tandis que les chèvres ST étaient nourries ad libitum. Par conséquent, les chèvres ST avaient seulement 9,8% (bien que significatif) de moins d’IMS que TN. Par conséquent, aucun changement dans PL n’a été détecté. Des augmentations attendues de la TR et du RR dues au ST ont été détectées, mais la Met a entraîné une diminution du RR le matin et une TR plus basse l’après-midi. De plus, Met a évité la perte de PV typique dans les conditions ST. Le profil des acides aminés du sang (AA) a révélé une concentration en Met basale inférieure, malgré des niveaux de DMI comparables. De plus, les chèvres ST manquaient de glutamate, ce qui pourrait être lié à l’inflammation et à la réponse immunitaire au niveau gastro-intestinal. La supplémentation rencontrée a épargné le glutamate quelle que soit la température ambiante. Globalement, le ST a affecté négativement la performance des brebis laitières. Les adaptations métaboliques des brebis laitières au ST comprenaient une mobilisation réduite des graisses corporelles et une dégradation accrue des protéines musculaires. La méthionine, mais pas la L-carnitine, a eu certains effets bénéfiques sur les performances des chèvres laitières soumises à un ST. Probablement un peu plus d’AA en plus de la méthionine devrait être supplémenté dans les conditions ST.