서 론
축산 산업에 있어서 고온 스트레스는 경제적으로 큰 손실을 초래하고 있다[1]. 축산 동물 중에서 돼지는 고온 스트레스에 더욱 쉽게 노출되는 특성을 보이는데, 이는 두꺼운 피부와 제한된 땀샘 기능으로 인해 고온 상황에서 체온 조절의 어려움을 겪기 때문이다[2,3]. 이러한 고온 스트 레스가 유발되면 돼지의 성장성, 번식 및 육질 등의 저하와 폐사율의 증가로 생산성 문제로 이어진다[4–8]. 이는 돼지의 고온 상황에서 생존을 위한 전략으로, 체내의 대사 열을 줄이기 위한 평균 일당 섭취량 감소로부터 나타나게 된다[9]. 또한, 고온 스트레스는 위장관의 혈관을 수축시켜 열을 발산하도록 혈류의 흐름을 말초로 보내며[10], 이로 인해 장내 혈액 및 영양소 공급의 감소로 저산소증, 삼투압 불균형 및 장 상피의 염증 등을 유발하여 장막의 기능과 완전성을 저하시킨다[11].
온습도 지수(temperature-humidity index, THI)는 온도와 상대 습도의 영향을 단일 값으로 표현하여, 환경으로부터 동물에 영향을 미치는 정도를 평가하기 위하여 개발되어 널리 사용되어 왔다[12]. 하지만, 이전 연구에 따르면 돼지의 고온 스트레스 실험은 온도 지수를 통한 단일 분석이 주로 이용되었다. 이는 고온 상황에서 습도 지수에 따른 호흡으로부터의 증발열 효율을 간과할 수 있다. 따라서 본 연구는 고온 조건에서 높은 습도가 비육돈의 직장온도, 생산성, 혈액지표 및 면역 반응에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였다.
재료 및 방법
본 실험의 절차는 충남대학교 동물실험윤리위원회(IACUC)의 승인을 받았다. 모든 실험동물은 실험 지침과 규정을 준수하여 취급 및 시료을 채취하였다.
본 실험에서 교잡된 120두의 비육돈[(Landrace × Yorkshire) × Duroc; 초기체중 = 49.62 ± 1.15 kg]을 2가지의 각 환경에 따라 펜당 5마리씩 12반복으로 나누어 14일 동안 완전임의배치법으로 진행되었다. 환경 조건은 이전 연구를 근거로 온도 중립 조건(THI 68: 23°C, 35%)과 고온 스트레스 조건(THI 87: 33°C, 80%)을 설정하였다[13]. 기초 사료는 비육돈의 영양소 요구 사항을 충족하거나 초과하도록 배합하였다(Table 1). 돼지는 실험 기간 동안 사료와 물을 자유롭게 섭취할 수 있도록 하였다.
Provided per kilogram of diet: vitamin A, 12,000 IU; vitamin D3, 2,500 IU; vitamin E, 30 IU; vitamin K3, 3 mg; D-pantothenic acid, 15 mg; nicotinic acid, 40 mg; choline, 400 mg; and vitamin B12, 12 μg; Fe, 90 mg; Cu, 8.8 mg from copper sulfate; Zn, 100 mg from zinc oxide; Mn, 54 mg from manganese oxide; I, 0.35 mg from potassium iodide; Se, 0.3 mg from sodium selenite.
실험 시작 및 종료 시 각 펜의 모든 돼지는 개별 체중과 급이된 사료량 및 잔여량을 각각 측정하여 일당 증체량, 일당 섭취량 및 사료효율을 바탕으로 성장성을 평가하였다. 직장온도는 반복 당 1두의 돼지로부터 윤활 처리된 온도계(MT-200; 34°C–42°C ± 0.1°C; Microlife AG, Taipei, Taiwan)를 직장에 2.5 cm 삽입하여 측정하였다. 혈액 시료는 0 및 14일에 EDTA 튜브와 일반 혈액 튜브에 각각 10 mL씩 경정맥에서 21 g 바늘을 이용하여 채혈하였다. 일반 혈액 튜브로 채취한 혈액은 혈청을 얻기 위해 4°C에서 5분 동안 3,000×g으로 원심분리를 진행하였다. 혈청 시료는 면역 반응 분석을 위하여 마이크로 튜브에 옮겨 냉동 보관(–20°C)하였다[14].
일반 혈액지표는 EDTA 튜브에서 채혈한 시료를 8-parameter hematology analyzer(Scil vet abcTM Animal Blood Counter, Scil Animal Care Company, Alforf, France)를 이용하여 분석하였다. 이 분석기를 이용하여 white blood cells(WBC), red blood cell(RBC), emoglob(HGB), hematocrit (HCT), platelet(PLT), mean cell volume(MCV), mean corpuscular hemoglobin(MCH) 및 mean corpuscular hemoglobin concentration(MCHC)를 측정한다. 혈청 시료는 돼지의 ELISA kits (R&D System, Minneapolis, MN, USA)를 이용하여 cortisol, TNF-α, TGF-β1, IL-1β 및 IL-6를 분석한다.
모든 데이터는 SAS(SAS Institute, Cary, NC, USA)의 PROC GLM을 이용하여 분석을 진행하였다. 실험 단위는 펜으로 설정되었고 직장온도, 성장성, 혈액지표 및 면역반응의 통계모델은 주요 효과로 THI 와 보조 변수인 공변량으로 체중을 포함하였다. 데이터 결과는 LSMEAN ± SEM으로 나타냈다. 유의 수준은 p < 0.05로 설정했으며, p값이 0.05와 0.10 사이인 경우는 유의 수준에 미치는 영향을 보여주는 경향으로 간주하였다(Fig. 1).
결 과
실험 시작 후 1일차에 환경 처리구 간 직장온도의 유의적인 차이가 나타나지 않았지만, Fig. 1과 같이 THI 87 처리구는 THI 68 처리구보다 2–14일차에서 유의적으로 높은 수치를 보였다(p < 0.05). 성장성 지표로 최종 체중, 일당 증체량 및 일당 섭취량은 THI 87 처리구에서 THI 68 처리구에 비하여 낮은 수치를 보였지만(p < 0.05), 처리구 간 사료 효율의 차이는 나타나지 않았다(Table 2). 추가적으로, Table 3에서 혈액지표 중 WBC와 PLT가 THI 87 처리구에서 THI 68 처리구에 비하여 낮은 경향을 보였다(p < 0.10). 하지만, 환경 처리구 간 면역반응에 대한 차이는 없는 것으로 나타났다(Table 4).
The data reported represent the means of 12 replicates (5 pigs/pen).
THI = (1.8 × temperature + 32) – [(0.55 – 0.0055 × relative humidity) × (1.8 × temperature – 26.8)].
THI, temperature-humidity index; BW, body weight; ADG, average daily gain; ADFI, average daily feed intake; G:F, gain-to-feed ratio.
The data reported represent the means of 12 replicates (5 pigs/pen).
THI = (1.8 × temperature + 32) – [(0.55 – 0.0055 × relative humidity) × (1.8 × temperature – 26.8)].
THI, temperature-humidity index; WBC, white blood cell; RBC, red blood cell; HGB, hemoglobin; HCT, hematocrit; PLT, platelet; MCV, mean cell volume; MCH, mean corpuscular hemoglobin; MCHC, mean corpuscular hemoglobin concentration.
The data reported represent the means of 12 replicates (5 pigs/pen).
THI = (1.8 × temperature + 32) – [(0.55 – 0.0055 × relative humidity) × (1.8 × temperature – 26.8)].
THI, temperature-humidity index; TNF-α, tumor necrosis factor-α; TGF-β1, transforming growth factor-β1; IL-6, interleukin-6; IL-1β, interleukin-1β.
결 론
고온으로부터 발생한 스트레스는 축산 동물에 경제적으로 부정적인 영향을 미친다. 돼지에서 고온 스트레스의 노출은 생산성 저하와 폐사 및 질병 발생률을 증가시키고 도체특성(단백질 함량 감소 및 지방 증가)에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다[1]. 이는 고온 스트레스로부터 생존을 위한 전략으로 대사열을 줄이고 열 방출을 최대화 하기 위해 식욕 억제, 사료 섭취량의 감소 및 호흡수의 증가가 나타난다[9]. 이러한 특징은 돼지가 주변 온도에 따른 섭식 행동과 생산성이 쉽게 영향을 받는 것을 알 수 있다. 한편, 상대 습도의 경우 일반적인 상황에서 영향을 주지 않지만 고온인 상황에서 높은 습도의 수준은 부정적인 영향을 악화시킨다. 돼지는 고온 스트레스 상황에서 호흡을 통한 증발 열 손실에 의존도가 높아 습도의 수준이 주요한 조건으로 고려된다[5]. 따라서 본 연구는 온도와 습도를 고려한 THI 지수를 기반으로 외부의 환경과는 독립적으로 일정하게 2주 동안 실험 진행을 통하여 생산성과 생리적 변화를 조사하였다.
본 연구 결과로 THI 87 처리구는 실험 기간 동안 THI 68 처리구에 비하여 직장온도가 상승하였다. 이는 고온 스트레스를 받은 돼지의 일반적인 반응으로 이전 연구 결과들과 일치하게 나타났다[15]. 따라서 다른 연구들을 토대로 돼지들은 호흡수 및 수분 섭취량의 증가와 함께 고온 스트레스를 받고 있음을 예견할 수 있다[16,17].
또한, 본 연구에서 고온 스트레스로 인해 평균 일당 사료 섭취량의 유의적인 감소로 나타났다. 이는 대사 과정과 증발을 통한 열 생성을 최소화하려는 전략으로 보인다[11,18]. 사료 섭취량 감소와 연결하여 THI 87 처리구는 THI 68 처리구에 비하여 최종 체중과 평균 일당 증체량이 유의적으로 낮았다. 한편, 고온 스트레스 상황에서 근육 감소와 지방 축적 증가하는 체성분의 변화도 이러한 결과에 영향을 미친다[1,18].
혈액지표의 결과는 THI 87 처리구에서 THI 68 처리구에 비해 WBC 수가 감소하는 경향을 보였다. 이는 많은 선행 연구의 결과와 일치하며, WBC의 비율은 단핵구, 호중구 및 호산구의 증가와 림프구의 감소를 유도한다고 보고되었다[19–21]. 하지만 RBC, HGB, HCT, PLT, MCV, MCH 및 MCHC의 유의적 차이를 보이지 않았다. 이는 이전 연구 결과를 바탕으로 볼 때 고온 스트레스 기간과 품종에 따라 다르게 영향을 받을 수 있으며, 고온 스트레스 기간의 구간에 따른 혈액지표 변화에 대한 연구가 더 필요하다.
앞선 연구에 따르면 고온 스트레스 동안 대사 열 생산을 줄이기 위해 장 상피의 혈액이 재분배된다. 이때 장 내 환경 변화는 장막의 손상을 초래하며 외부로부터 많은 항원이 유입되면서 면역반응이 일어난다[17]. 따라서 일부 연구에서는 LPS 주입 실험과 동일하게 면역 물질이 증가할 것이라 예측했지만, 일부 다른 연구에서 TNF-a와 IL-1b가 감소함을 보였다[22,23]. 본 연구에서 면역반응 지표인 cortisol, TNF-α, TGF-β1, IL-1β 및 IL-6는 THI 수준에 따른 유의차가 나타나지 않았다.
