Heat stress responses in dairy goats and effects of some nutritional strategies for mitigation

Abstract

En la presente tesis se han llevado a cabo 4 experimentos con cabras lecheras bajo condiciones de estrés por calor (HS) para medir la respuesta bajo las condiciones de estrés (Exp. 1 y 2) y para evaluar el aceite de soja y el propilenglicol como suplementos alimenticios (Exp. 3 y 4). En los Exp. 1 y 2, 8 cabras lecheras de raza Murciano-Granadina, a final (Exp. 1) y a mitad (Exp. 2) de lactación fueron expuestas a diferentes condiciones ambientales, utilizando jaulas metabólicas en una cámara climática. El diseño experimental fue de efecto cruzado (2 periodos de 28-35 d y 4 cabras por grupo) y las condiciones fueron: 1) temperatura neutral (TN, 15 a 20ºC día-noche) y 2) estrés por calor (HS, 12-h d a 37ºC y 12-h noche a 30ºC). La humedad se mantuvo al 40% y luz-oscuridad fue constante (12-12h). Diariamente, se midió la temperatura rectal, la frecuencia respiratoria (0800, 1200 and 1700 h) y la producción de leche, mientras que la composición de la leche y los parámetros sanguíneos fueron evaluados semanalmente. Se determinó los coeficientes de digestibilidad y el balance N y se registró el comportamiento mediante cámaras de video. Además, se realizaron tratamientos con insulina (4.6 µg/kg BW), epinefrina (2 µg/kg BW) y glucosa (0.25 g/kg BW) y se tomaron muestras de sangre para analizar insulina, NEFA y concentraciones de glucosa. En comparación con las cabras TN, las cabras HS experimentaron una mayor temperatura rectal, frecuencia respiratoria, consumo de agua y evaporación de agua. La ingesta de las cabras HS decreció un 21 y 29% en los Exp. 1 i 2, respectivamente. La leche de las cabras HS mostraron un menor porcentaje de grasa, proteína y lactosa. En comparación a las cabras TN, las cabras HS disminuyeron la concentración y la presión sanguínea del CO2 debido al jadeo y mantuvieron el pH sanguineo al bajar la concentración de HCO3–. Las cabras TN y HS tuvieron niveles similares de NEFA en sangre después de la inyección de insulina, pero después de la administración de epinefrina los valores de NEFA fueron mayores (P < 0.05) en las cabras TN que en las HS. Las cabras HS secretaron menos (P < 0.05) insulina que las cabras TN en respuesta al test de tolerancia de glucosa. Las cabras TN y HS presentaron una similar frecuencia alimentaria, aunque la duración de cada ingesta fue menor en las cabras HS que en las TN. Por otra lado, las cabras HS tuvieron una mayor frecuencia de bebida, aunque no hubo variación en la duración. En los Exp. 3 i 4, se utilizaron 8 cabras lecheras multíparas a mitad de lactación de raza Murciano-Granadinas en un diseño de cuadrado latino 4 x 4 con 4 periodos de 21 d cada uno (14 d de adaptación, 5 d de medidas y 2 d de transición entre periodos). Las cabras fueron asignadas a 4 grupos con un diseño factorial 2 x 2. Los factores fueron la suplementación o no suplementación con aceite de soja (Exp. 3) y propilenglicol (Exp. 4) en condiciones de TN o HS iguales a lo mencionado en Exp. 1 y 2. Se evaluó la ingestión, la producción lechera, la composición de la leche y los metabolitos sanguíneos. Desde el punto de vista de salud humana, el HS mejoró el perfil de ácidos grasos de la leche debido a la disminución de los ácidos grasos saturados y el aumento de los ácidos grasos monoinsaturados sin afectar la grasa. El aceite de soja incrementó (P < 0.05) las NEFA en sangre en un 50%, la grasa de la leche en un 30% y el ácido linoleico conjugado en un 360%. La respuesta al aceite de soja fue de la misma magnitud en cabras TN y HS. Por el otro lado, la suplementación con propilenglicol aumentó los niveles de glucosa (P < 0.05) e insulina (P < 0.10), pero disminuyó (P < 0.10) la ingestión y la grasa en leche. Además, los niveles de NEFA y BHBA fueron menores en las cabras suplementadas con el propilenglicol. En conclusion, el HS disminuyó la producción lechera entre un 3 y 10% con una marcada reducción en la proteína de la leche. El tejido lipídico de las cabras HS se volvió insensible a las hormonas lipolíticas, secretando el páncreas menor cantidad de insulina al inyectarle glucosa. El HS no afectó el número de acercamientos al comedero, pero sí redujo su duración. La suplementación con aceite de soja en condiciones HS y TN incrementó de forma similar la grasa de la leche, el ácido trans-vacénico y el ácido linoleico conjugado. Finalmente, el propienglicol incrementó el nivel de glucose e insulina sanguíneo, pero no alteró la proteína de la leche

In the current thesis 4 experiments were carried out using dairy goats under heat stress (HS) to measure responses to HS (Exp. 1 & 2) and to evaluate soybean oil and propylene glycol as feed supplements (Exp. 3 & 4). In Exp. 1 & 2, 8 Murciano-Granadina dairy goats in late (Exp. 1) and mid (Exp. 2) lactation were exposed to different ambient conditions, using metabolic cages in a climatic chamber. Experimental design was a crossover (2 periods of 28-35 d and 4 goats each), and conditions were: 1) thermal neutral (TN, 15 to 20°C day-night), and 2) heat stress (HS, 12-h day at 37°C and 12-h night at 30°C). Humidity was maintained at 40% and light-dark was constant (12-12 h). Rectal temperature and respiratory rate (0800, 1200 and 1700 h) and milk yield were recorded daily, whereas milk composition and blood parameters were evaluated weekly. Digestibility coefficients and N balance were determined and behavior was recorded by video cameras. Moreover, challenges with insulin (4.6 µg/kg BW), epinephrine (2 µg/kg BW) and glucose (0.25 g/kg BW) were done and blood samples were collected for the analysis insulin, NEFA and glucose concentrations. Compared to TN goats, HS goats experienced greater rectal temperature, respiratory rate, water intake, and water evaporation. Intake of HS goats decreased by 21 and 29 in Exp. 1 and 2, respectively. Milk of HS goats contained lower fat, protein and lactose. Panting reduced concentration and pressure of CO2 in blood of HS goats, but they were able to maintain their blood pH similar to TN group by lowering HCO3– in blood. The TN and HS goats had similar blood NEFA after insulin injection, but NEFA values were greater (P < 0.05) in TN than HS goats after epinephrine administration. The HS goats secreted lower (P < 0.05) amounts of insulin than TN goats in response to the glucose tolerance test. Furthermore, TN and HS goats had similar eating bouts, but the duration of each bout was lower in HS than in TN. On the other hand, HS had greater number of drinking bouts with no change in drinking bout durations. In Exp. 3 & 4, 8 multiparous Murciano-Granadina dairy goats at mid lactation were used in a replicated 4 × 4 Latin square design with 4 periods; 21 d each (14 d adaptation, 5 d for measurements and 2 d transition between periods). Goats were allocated to one of 4 treatments in a 2 x 2 factorial arrangement. Factors were supplementation or not with soybean oil (Exp. 3) or propylene glycol (Exp.4, and TN or HS conditions similar to Exp. 1 & 2. Feed intake, milk yield, milk composition, and blood metabolites were evaluated. From the point of view of human health, HS improved milk fatty acid profile by decreasing saturated fatty acids and increasing monounsaturated fatty acids with no effect on milk fat content. The soybean oil increased (P < 0.05) on average blood NEFA by 50%, milk fat by 30%, and conjugated linoleic acid by 360%. The response to soybean oil was with the same magnitude in thermo-neutral and heat stress conditions. On the other hand, the supplementation with propylene glycol increased blood glucose (P < 0.05) and tended to increase (P < 0.10) blood insulin, but dry matter intake and milk fat decreased (P < 0.10). Furthermore, blood NEFA and β-hydroxybutyrate acid decreased (P < 0.05) by propylene glycol. In conclusion, heat stress decreased milk yield by 3 to 10% with a marked reduction in milk protein. Lipid tissue of heat-stressed dairy goats became insensitive to lipolytic hormones and their pancreas secreted lower insulin when glucose was injected. Heat stress had no effect on eating bouts, but the time of each eating bout was shorter. The supplementation with soybean oil increased milk fat, trans-vaccenic acid and conjugated linoleic acid similarly in thermo-neutral as well as in heat stress conditions. Although propylene glycol increased blood glucose and insulin, no change in milk protein was observed.