相关数据表明，奶牛能够接受的环境温度为-5~20℃，当奶牛身处的环境温度过低时，会引起奶牛生理、行为及泌乳等一系列不良反应，从而导致冷应激[1]。冷应激是指机体受到低温外环境的刺激时所发生的非特异性反应，主要通过激活下丘脑-腺垂体-肾上腺皮质轴（HPA）、交感-肾上腺髓质轴（SAM）以及肠-脑轴（GBA）等共同发挥作用，它们协助调节体温、消化系统、免疫系统、情绪和机体能量[2]。郭磊[3]研究表明，奶牛生产适宜的温度为10~20 ℃，当温度下降到-5 ℃时，奶牛的生理机能发生变化；若环境温度在-10 ℃时，奶牛的泌乳量下降。当预防措施不足时，奶牛冷应激会给牧场带来一定的经济损失。奶牛作为生产型动物对气候环境非常敏感，降低冷应激对奶牛造成的损伤，保证牛的生产效益，提高奶牛养殖场的经济效益是奶牛养殖行业的重中之重[4]。本文总结了奶牛冷应激状态下的相关指标变化，以期为预防冬季冷应激的相关研究提供参考。1冷应激对奶牛的影响1.1冷应激对奶牛行为和采食量的影响奶牛冷应激时出现频繁站立、减少卧地[5]、反刍增加、呼吸频率降低、排泄次数增加等现象，其中站立和卧地的时间是判断冷应激的重要指标。因为牛可以通过改变其行为使体表散热的有效表面积最大化[6]。冷应激期间抗利尿激素分泌减少，肾小球毛细血管滤过作用加快，尿量增加；新陈代谢加快导致奶牛排便次数增多，耗能增大，反刍时间增加，奶牛充分咀嚼食物，产生大量的热量[7]。有研究指出，断奶犊牛的适宜温度为13~25 ℃，当温度低于-5 ℃时会出现呼吸频率下降等冷应激症状。犊牛保持平静时，通过测定鼻翼的开张和胸廓的起伏可知，公犊牛呼吸次数为18.87次/min，母犊牛呼吸次数为20.89次/min，在冷应激期间，为了维持机体正常体温，奶牛的呼吸次数和呼吸频率会有所降低，减少呼吸排出的热量[8]。研究表明，气温下降可能加剧奶牛的冷应激程度，冷应激初期其采食量和食欲均有所下降[9]。随着应激时间延长，奶牛机体需要维持热量，其采食量增加，奶牛所需饲料消耗率增加[10]。因此，处于不同冷应激状态下，动物的行为会发生变化，采食量也会改变。1.2冷应激对奶牛神经内分泌激素指标的影响奶牛处于冷应激状态时，机体提高热能，减少散热维持正常体温，通过SAM轴增加去甲肾上腺素（NE）的合成，使HPA轴兴奋，抑制副交感神经的活动，皮肤血管毛细血管等收缩、血糖浓度升高、葡萄糖分解速率加快、脂肪酸氧化代谢增强[11]。研究表明，在应激过程中，SAM轴被激活，会对应激情况产生一系列适应性短期反应[12]。当机体受到冷应激刺激时，HPA轴充分响应应激源对机体刺激[13]。促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）是HPA轴的主要调节因子，CRF通过丘脑下部-脑垂体神经分泌系统分泌进入垂体门静脉血管中，垂体促肾上腺皮质激素受体与CRF结合诱导促肾上腺皮质激素（ACTH）释放进入体循环。ACTH主要作用在肾上腺皮质，可刺激糖皮质激素的合成和束状带的分泌[14]。皮质醇（CORT）是一种糖皮质激素（GC），以蛋白质快速分解、增强脂肪供热、促进机体代谢的方式缓解冷应激[15]。PIERZCHALA等[16]报道，在急性冷应激过程中，奶牛下丘脑中三碘甲状腺原氨酸（T3）和甲状腺素（T4）含量显著上升，同时机体通过T3的分泌提高基础代谢、促进物质在体内的循环、增加组织器官产热，进而缓解冷应激对机体的影响。此外，长期处于应激条件下也会影响生理健康，如抑制生长发育[17]。因此，频繁或长期处于冷应激状态下，动物机体会通过分泌相应的激素应对应激，甚至出现内分泌激素水平异常。轻度和中度内分泌激素水平异常均可对生产性能产生不良影响，重度则有可能对生命造成威胁。1.3冷应激对奶牛生化指标的影响生化指标可以反映动物机体代谢水平和组织器官机能状况[18]。谷丙转氨酶（ALT）大量分布于肝脏、心肌、骨骼肌、肾脏及大脑内，动物在冷应激条件下，ALT水平上升使细胞受到不同程度损伤[19]。谷草转氨酶（AST）与ALT的比值（AST/ALT）可以显示肝脏的损伤程度，AST/ALT1表示机体有轻微的肝病，仅肝细胞中的AST释放进入血清中；AST/ALT1显示机体患有严重的肝病，线粒体和肝细胞中的大量AST进入血清。受到早期冷应激刺激时动物机体内AST、ALT水平快速升高，可能使动物肝脏受到不同程度的损伤[20]。生长激素（GH）除了具有调节身高、蛋白质合成、组织生长、细胞增殖等功能外，对新陈代谢也具有深远的影响。如促进动物脂肪分解为机体提供维持正常体温的能量，增强脂肪酸氧化提供能量，减少机体对葡萄糖的消耗，使机体血糖水平升高[21]。有研究表明，低温刺激使血清中GH含量升高的原因可能是奶牛受到冷应激后肝脏受损，对GH的抑制能力下降，使垂体前叶分泌GH呈异常现象[22]。研究表明，奶牛处于冷应激条件下，血浆CORT水平较高，冷应激下猪和奶牛的血浆CORT水平增加趋势相似。为维持体温和提高能量产生，冷应激下的奶牛会降低生产性能和免疫力[23-24]。同时，在低温条件下，乳清TP含量显著下降，乳清白蛋白（ALB）、尿素氮（BUN）含量则随之升高，并且乳清Ca2+含量随着温度下降而降低。原因是低温阻碍了小肠黏膜对Ca2+的转运，使血钙浓度下降，乳钙的含量也随之降低[25]。综上所述，冷应激引起奶牛血液代谢产物的变化，对其生理状态产生严重影响[26]。1.4冷应激对奶牛产奶量及奶品质的影响当奶牛处在应激状态下产奶量和奶品质显著降低[27]。研究表明，冷应激导致牧场奶量的损失约为奶牛整个泌乳周期的8.3%，低温致使奶牛的产奶量下降到5%～10%[28]。毕伟波[29]研究表明，受到冷应激的侵害时，奶牛为了对抗外界冷空气的侵袭，机体要维持机体产热，平衡体温，能量需求增加，采食量增加；但能量为机体供热，奶牛产奶量并没有增加，反而降低，导致饲料利用率下降，投喂成本增加。GUO等[30]研究表明，超敏C-反应蛋白（HS-crp）能够参与组织氧化应激（OS）的诱导，OS促进胰岛素抵抗细胞凋亡，并且与奶蛋白的合成呈负相关，低温条件下的奶牛中活性氧（ROS）水平升高，HS诱导的OS可能有助于降低牛奶中蛋白含量。综上所述，奶牛遭受冷应激侵害时应对动物的生长环境、温度、湿度等条件重视，利用相关防护措施减少冷应激对奶牛产奶量以及奶品质的影响。1.5冷应激对奶牛免疫能力和抗氧化性能的影响Toll样受体4（TLR4）是识别病原体的受体。研究表明，TLR4突变的动物更易患肺结核，由于寒冷天气，导致大鼠免疫活性细胞TLR4表达降低，上呼吸道发病率提高[31]。KELLEY等[32]指出，冷应激下使小牛的迟发性超敏反应（DTH）提高了42%，表明奶牛在冷应激状态下免疫抑制能力下降。CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞的表达是调节机体免疫系统的重要环节，它们具有耐受性和预防自身免疫性疾病等功能[33]。HU等[34]研究表明，CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞百分比在冷应激后显著降低，表明冷应激促进了自身免疫性疾病的发展；同时，冷应激条件下动物血清中白细胞介素-2水平降低；动物受到冷应激后白细胞介素-4、白细胞介素-10水平降低和干扰素-γ（IFN-γ）产生减少，表明冷应激破坏了免疫平衡，降低了先天免疫力和适应性免疫能力。LI等[35]发现，抗氧化系统的稳定在维持生理稳态、适应外部环境和保护生物体免受冷应激造成的损害方面起到至关重要的作用。冷应激会破坏生物体的抗氧化能力，降低超氧化物歧化酶（SOD）活性，使其抗氧化和抗衰老的作用减退；降低过氧化氢酶（CAT）活性，使其抗氧化防御能力降低；降低谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，衍生物的作用衰退，自由基积累。高静雯等[36]发现，动物在冷应激时期，血清T-AOC及GSH-Px、SOD、CAT活性逐渐降低，表明冷应激使奶牛的抗氧化能力减弱。在应激状态下，诱导因子1（HIF-1）是调节氧稳态的核心转录因，可以提高机体和细胞对低氧的适应性[37]。SPARKENBAUGH等[38]研究表明，HIF-1在肝脏发生炎性反应或氧化应激时会发生强烈反应并发挥保护作用。查森等[39]研究发现，冷应激使放牧安格斯牛血清T-AOC极显著下降。因此，动物处于冷应激状态下，一些与免疫相关的抗氧化物等物质的含量均会出现明显变化，动物的抗氧化功能有所降低。1.6冷应激对奶牛肠道菌群的影响动物在正常状态时，肠道内菌群可参与食物的消化吸收，为肠上皮细胞提供所吸收的营养成分，维持肠道内微生态系统的平衡[40]。研究发现，当动物处于冷应激时，机体为缓解冷应激带来的损害，肠道微生物会向宿主提供15%~20%的能量[41]。刘春朋等[42]研究表明，急性冷应激时，反刍动物肠道内大肠杆菌数量显著提高，乳酸杆菌数量显著下降；慢性冷应激时，肠道菌群数量差异不显著，乳酸杆菌数量随应激时间延长显著减少。另一项研究也证明，受到冷应激的动物所排泄粪便中的菌群多样性显著降低，菌群的功能发生改变，其中与丙酸、丁酸甲酯代谢以及酪氨酸、色氨酸合成有关的通路基因表达水平降低，丙酸、丁酸可对肠道微生态发挥有益作用[43]。ZHANG等[44]研究表明，动物受到应激时，结肠黏膜相关菌群的结构和功能均发生显著改变，β多样性显著改变，乳酸杆菌属相对丰度显著下降，说明冷应激可破坏动物肠道内菌群平衡，对肠道产生影响，并影响动物的生长发育。冷应激可影响肠道菌群的多样性，肠黏膜屏障功能会发生显著的变化，导致动物道微生态系统失衡，吸收营养不足，肠道免疫力下降，严重时可威胁生命。2奶牛冷应激的防控措施2.1维生素和微量元素郭爽等[45]研究表明，维生素C具有抗应激炎症因子，在奶牛日粮中添加0.06%~0.10%维生素C可明显缓解动物在冷应激下所产生的特征性表现，增强机体抵抗力，促进食欲；维生素A能够使化学抗原物质和自由基的失活，避免细胞受到侵害，添加维生素A可增加SOD和GSH水平，降低丙二醛的含量，有效提高奶牛在冬季的经济效益。维生素E是机体主要的抗氧化剂，可利用其抗氧化作用提高机体抗寒能力。随着日粮中维生素E添加水平的增加，围产期奶牛血浆抗氧化参数（包括血浆中抗氧化能力、谷胱甘肽过氧化物酶活性等）明显升高，维生素E还能够降低围产期奶牛血清皮质酮浓度，增强抗炎因子和免疫球蛋白，增强奶牛抗冷应激能力[45]。在应激条件下，维生素有助于维持机体免疫力，提高抗氧化酶活性，增进食欲，表现出明显的抗应激效果[46]。NIU等[47]报道，在应激条件下，补充100 mg/kg维生素E提高了体重，改善免疫反应。但有研究发现，维生素不能缓解冷应激对机体功能的影响[48]。因此，维生素对动物在应激条件下的恢复作用目前还尚存争议。SHI等[49]研究表明，在饲喂过程中添加吡咯喹啉醌（PQQ）和氧化锌（ZnO），可提高动物血浆中T-SOD、GSH-Px和过氧化氢酶的活性，降低MDA含量，减弱应激。但也有报道称，在饲料中添加过量的铜或其他微量金属元素会导致细胞结构损伤，影响细胞主要呼吸的功能和降低动物抗氧化能力，引起动物金属中毒反应；长期饲喂高锌等微量金属元素可使肠道黏膜受损，肠道菌群紊乱，抑制动物的生长发育[50]。2.2植物提取物和中草药植物提取物具有绿色、健康、环保功能[51]，可以从植物的不同部分分离，如叶子、根、茎、果实和种子[52]。植物提取物可提高动物机体的抗氧化酶活性，增强抵抗力，缓解动物遭受冷应激所产生的不良反应[53]；同时还具有抗病毒、安全、副作用小、残留少等优点[54]。符清瑶等[55]报道，在反刍动物饲料中添加白藜芦醇可以改善有害菌对肠道黏膜的损害，减少肠道疾病的发生。陈祥宇等[56]在反刍动物日粮中添加300 mg/kg中草药提取物可以显著提高血液SOD的活性，提高其抗氧化能力，还可以提高生产效率。HASHEMZADEH-CIGARI等[57]报道，植物提取物混合物可以降低奶牛氧化应激，对胰岛素和胰高血糖素也具有调节作用。姜艳等[58]为探究中草药对冷应激下奶牛的影响，利用蒙药复方（由山柰、辣椒等）蒙药组成蒙药复方哈伦-1汤，同时在饲粮中添加维生素进行对照试验，饲喂7 d发现蒙药高剂量组奶牛乳脂率和非脂固形物含量均显著优于维生素对照组，且奶牛产奶量高于维生素组。刘畅[59]利用苦参、栀子等中草药调制蒙药苦参七汤并选取16头荷斯坦奶牛在温差较大的温度条件下将奶牛分为应激组、蒙药特润舒都乐阳性组和苦参七汤组饲喂7 d，发现蒙药组奶牛在冷应激条件下体温、呼吸频率均高于应激组，并且饲喂蒙药可提高应激奶牛的采食量和饮水量，增加奶牛的站立时间、卧息时间和反刍时间，促使冷应激中奶牛的行为处于稳定状态，维持奶牛正常产奶量。2.3物理措施为防止冷应激对奶牛的侵害，还需要采取各种物理措施降低冷应激产生的一系列损伤。要选择合适的圈舍地址，应该对圈舍进行周密的布局，合理安排圈舍密度和保温措施，避免冷空气进入，使动物产生严重冷应激[60]。设计牛舍时墙体要厚，舍顶使用保温隔热的材料，将窗户和隔热材料布封好，并且注意通风换气[61]。李晨阳等[62]研究表明，因牛的背部和腹部是其重要的核心保暖部位，采用给犊牛穿上防寒衣可起到保暖作用。陈晓阳等[63]在西南地区牛场调研中发现，超过50%的牛场仅发生非常轻微的冷应激；冬季50%的泌乳牛舍采取了防风措施，产奶量高于没有采取防风措施的牛场；在奶牛舍加铺垫草是较为常见的保暖措施，加铺垫草的牛场，提高了泌乳牛年平均产奶量。3结论冷应激对奶牛行为、采食量、神经内分泌激素指标、生化指标、产奶量、奶品质、免疫、抗氧化功能以及肠道菌群等方面均具有极大影响。冷应激会给奶牛养殖场乃至整个畜牧行业带来重大的经济损失，研究奶牛冷应激的预防问题迫在眉睫。目前行业仍采用抗生素、物理预防等措施来应对冷应激。但抗生素会导致药物残留、耐药性以及物理措施耗费大量经济成本等问题，而中草药具有无药物残留、无污染、无副作用等优点，在应对冷应激方面具有更广阔的前景。然而，目前中草药资源生产与开发利用效率低，其对冷应激的调节作用机制还需进一步的探究。