Zachodzące zmiany klimatyczne, określane jako globalne ocieplenie, charakteryzują się wzrostem temperatury na powierzchni ziemi oraz nasileniem intensywności i częstotliwości zjawisk takich jak tornado, grad, burze, wyładowania elektryczne, fale upałów i ulewne deszcze w pewnych rejonach świata, podczas gdy inne jego części dotykają susze i pustynnienie. W Polsce za najcieplejsze uchodzą tereny południowo-zachodnie – Nizina Śląska, zachodnia część Kotliny Sandomierskiej i południowa Wielkopolska. W dwudziestoleciu 1991-2011 średnie roczne temperatury w różnych częściach Polski wzrosły od 0,3°C w Krakowie do 0,9°C w Częstochowie i Zielonej Górze (16).
W drugiej połowie XX wieku temperatura powietrza w Polsce rosła o 0,2°C na dekadę. Jednocześnie zanotowano wzrost liczby i długości fal upałów (21). Według badań dotyczących lat 1951-2005, opublikowanych przez pracowników Katedry Meteorologii i Klimatologii UMK w Toruniu, obserwuje się statystycznie istotny wzrost liczby dni gorących (> 25°C), a największe zmiany zaszły w centralnej części Polski, gdzie występowało ponad 30 takich dni w roku. W skali kraju nastąpił wzrost liczby dni gorących o 4,6 w czasie 10 lat. Notuje się także wzrost liczby dni bardzo gorących (> 30°C) od 0,8 do 1,2 dnia w czasie 10 lat, również głównie w centrum kraju. Na przykład 11 lipca 2016 roku maksymalne temperatury na przeważającym obszarze Polski przekraczały 30°C, a najwyższą, wynoszącą 34,9°C, zarejestrowano w rejonie Kalisza (ryc. 1). Przewidywany jest dalszy wzrost temperatur, zwłaszcza podczas ostatniego trzydziestolecia XXI wieku, przy czym latem szczególnie w Polsce południowo-wschodniej (15).
Czynniki środowiskowe oddziałują na organizmy żywe w stopniu zależnym od ich intensywności i czasu ekspozycji. W odniesieniu do wysokich temperatur oznacza to zarówno ich bezwzględną wartość, jak i sekwencję zdarzeń w postaci tzw. fali upałów. Według definicji Światowej Organizacji Meteorologicznej za falę upałów uważa się okres dłuższy niż pięć dni, w którym maksymalne temperatury przekraczają o co najmniej 5°C średnią maksymalną temperaturę mierzoną w tym samym miejscu i czasie w okresie referencyjnym, obejmującym lata 1961-1990. Długość fal upałów w latach 1880-2000 w Europie Zachodniej przedstawia ryc. 2. Wskazuje ona tendencję wzrostową długości sezonowych fal upałów. Długość ta w prezentowanym okresie podwoiła się, a częstość występowania dni gorących uległa niemalże potrojeniu (10).
Warunki środowiskowe, które wpływają na stres termiczny, obejmują minimalne zachmurzenie, nikły/żaden ruch powietrza, wysoką wilgotność względną i wysokie temperatury nocne, niespadające poniżej 21°C (14). Zidentyfikowano cztery czynniki wpływające na reakcje zwierzęcia na stres cieplny, a mianowicie genotyp, zdrowie, status produkcyjny i uprzednia ekspozycja na upały. Wśród czynników uwarunkowanych genetycznie jasne umaszczenie zmniejsza podatność na stres cieplny w porównaniu z ciemnym. Mianowicie krowy o ciemnej skórze miały jej powierzchnię cieplejszą o ponad 1°C. Krowy o spokojniejszym temperamencie lepiej znoszą upały od tych bardziej pobudliwych. Zwierzęta bardzo młode i bardzo stare są bardziej wrażliwe. Znaczenie ma także żywienie. Nadmierna zawartość azotu w karmie (przy zbyt wysokiej podaży białka) powoduje konieczność usunięcia go z moczem, co wymaga energii i generuje ciepło (14).
Jak wspomniano, narażenie na stres zależy nie tylko od temperatury otoczenia, ale także od wilgotności. Jednym z mierników pozwalających na przewidywanie możliwości wystąpienia stresu cieplnego u bydła jest tzw. wskaźnik temperatury–wilgotności (temperature–humidity index). Jego wartość liczbowa rośnie wraz ze wzrostem zarówno temperatury, jak i wilgotności względnej powietrza. Na przykład, gdy temperatura powietrza wynosi 29°C, to przy wilgotności względnej 50% może wystąpić łagodny stres, przy wilgotności ponad 65% staje się on umiarkowany. Jeżeli wilgotność względna wynosi 80%, to temperatura 22°C nie stwarza ryzyka stresu, ale temperatury 25, 30, 37 i 40°C mogą prowadzić odpowiednio do stresu łagodnego, umiarkowanego, ciężkiego lub śmiertelnego (18). Zależności te ilustruje tab. I.
Absolutne maksimum temperatury dobowej w lipcu/sierpniu rzadko przekracza 35°C, dlatego nie ma praktycznie zagrożenia ciężkim lub nawet umiarkowanym stresem termicznym, który wyrażałby się znaczącym wzrostem temperatury ciała zwierzęcia. Fale upałów nie są też bardzo długie. Istnieje jednak tendencja do ocieplania klimatu. Jak wynika ze sprawozdania podsumowującego (Synthesis Report) Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu, okres 1983-2012 był prawdopodobnie najcieplejszym trzydziestoleciem na półkuli północnej w czasie ostatnich 1400 lat (19). Wiąże się to ze stałym wzrostem ogólnoświatowej emisji gazów cieplarnianych. Zależnie od ich ilości spodziewany wzrost temperatury na powierzchni ziemi pod koniec tego wieku (do roku 2100) może sięgnąć w najbardziej pesymistycznym wariancie 4,8°C.
Z uwagi na sposób utrzymania i żywienia największe narażenie na czynniki środowiskowe dotyczy bydła przebywającego w sposób ciągły lub długotrwały na pastwiskach i podlegającego bezpośredniemu wpływowi warunków klimatycznych, na przykład sezonowo wypasanego bydła mięsnego. Im wyższa jest wilgotność, tym mniejsza efektywność utraty ciepła przez parowanie. W warunkach długotrwałego wypasu dochodzą jeszcze inne czynniki, takie jak skumulowane obciążenie cieplne, promieniowanie słoneczne i prędkość wiatru, co powoduje trudność w precyzyjnym określeniu stopnia ryzyka. Przyjmuje się, że dla europejskiego bydła mięsnego strefa komfortu cieplnego (w aspekcie dobrostanu i produkcyjności) mieści się w granicach 15-25°C.
W naszych obecnych warunkach klimatycznych mało prawdopodobne jest wystąpienie ciężkiego stresu termicznego. Jednak upały pojawiające się okresowo, zwłaszcza w lipcu–sierpniu, mogą wpływać negatywnie na zwierzęta, między innymi obniżając pobieranie paszy, a tym samym zmniejszając efekty produkcyjne, a także upośledzając procesy rozrodcze. Problemy mogą wystąpić już na etapie zapłodnienia, a to z powodu obniżonej w wyniku fal upałów jakości plemników i oocytów oraz zaburzeń owulacji. Następną barierę może stanowić zakłócony mechanizm matczynego rozpoznawania ciąży. Polega on na wysłaniu przez zarodek sygnału biochemicznego (u bydła jest to interferon tau), informującego organizm matki o konieczności powstrzymania luteolizy, czyli degradacji i zaniku ciałka żółtego, gdyż jego pozostanie jest niezbędne dla utrzymania ciąży. Jeżeli działanie tego procesu antyluteolitycznego jest niesprawne, ciałko żółte zanika, zarodek obumiera i pojawia się kolejna ruja.
Jak wspomniano, ciałko żółte ciążowe (taką nazwę uzyskuje ono po matczynym rozpoznaniu ciąży) jest niezbędne dla kontynuacji ciąży, warunkowanej wydzielanym przez nie progesteronem. W szczególności progesteron stymuluje wydzielniczość gruczołów błony śluzowej macicy (odpowiednie mikrośrodowisko), utrzymuje w zamknięciu szyjkę macicy i zapobiega kurczliwości mięśni macicy. Jednocześnie bierze udział w immunosupresji, koniecznej dla ochrony zarodka przed atakiem immunologicznym ze strony organizmu matki, dla którego jest on antygenowo częściowo obcy. Stres jest jedną z przyczyn obumieralności zarodków. Między innymi dlatego podczas upałów obserwuje się gorsze wskaźniki reprodukcyjne. Stres termiczny może powodować uszkodzenie samego zarodka, ale także działać pośrednio, zaburzając stosunki hormonalne i powodując zmiany środowiska jajowodu i macicy, niesprzyjające utrzymaniu ciąży.
Ograniczanie niekorzystnych skutków przegrzania i negatywnego wpływu stresu cieplnego na rozród
Mając na względzie dalszą perspektywę, może warto zawczasu pomyśleć o selekcji w obrębie ras bydła w kierunku zwiększonej termotolerancji. Szczególną rolę diagnostyczną mogą tu odegrać wskaźniki biochemiczne, jak na przykład białka szoku cieplnego (HSP – ang. heat shock protein), wśród których jednym z istotniejszych jest HSP70. Wykazano polimorfizm tego białka, co może się okazać pomocne w wyborze wariantu sprzyjającego oporności na stres termiczny (5). Innym rozwiązaniem mogłoby być krzyżowanie międzyrasowe, pozwalające na wprowadzenie do populacji hodowanej odmiany bydła genów tych zwierząt, które są lepiej przystosowane do przetrwania upałów. Występują bowiem w tym względzie spore różnice. Eksperymentalnie, przy użyciu komory klimatycznej, porównano cztery rasy bydła domowego (Bos taurus). Spośród nich najmniejszą tolerancją na stres termiczny cechowała się rasa fryzyjska, umiarkowaną limousine i alentejana, najmniej wrażliwe natomiast były zwierzęta portugalskiej rasy mertolenga, podobnie jak kolumbijskie bydło mięsne rasy romosinuano. Jednocześnie wykazano różnice rasowe w wykorzystaniu mechanizmów termoregulacji (7, 23, 24). Wpływ genotypu na skutki stresu cieplnego (w tym dla płodności) jest brany pod uwagę także u krów mlecznych (6, 26, 27).
W oczekiwaniu na potencjalne, odległe wyniki pracy hodowlanej, należy obecnie skoncentrować się na postępowaniu zapobiegającym stresowi cieplnemu w lokalnych warunkach. Bydło jest słabo przystosowane do oddawania nadmiaru ciepła. Zdolność wydalania go przez pocenie jest niewielka, podstawowym mechanizmem obniżania temperatury pozostaje więc oddychanie. Ponieważ ta droga nie jest do końca skuteczna, dochodzi do akumulacji ciepła w czasie dnia i dopiero nocą, gdy temperatura powietrza obniża się, jest ono tracone. U bydła mięsnego zaleca się, aby podczas upałów w miarę możliwości wyznaczyć karmienie na godziny popołudniowo-wieczorne, gdy temperatura spada. Z jednej strony pozwala to na przesunięcie procesu trawienia (który jest związany z wytwarzaniem przez organizm ciepła) na porę chłodniejszą, z drugiej zaś zwiększa wydolność płuc dla potrzeb eliminacji nadmiaru ciepła podczas gorącego dnia. O ile na pastwisku nie ma możliwości regulowania czasu odżywiania się zwierząt, to przy karmieniu paśnikowym lub oborowym można tak zmienić porę zadawania paszy, aby okres trawienia przypadał na noc.
