[Article Snippet – Heat stress 5] Stress nhiệt nội tử cung ảnh hưởng tới kiểu hình sau khi ra đời trên lợn
Jay S. Johnson, Kara R. Stewart, Tim J. Safranski, Jason W. Ross, Lance H. Baumgard
Ngày đăng online: 18 tháng 5 năm 2020
===== Tóm tắt (lược dịch)
Môi trường trước khi đẻ ảnh hưởng tới sức khoẻ và sự phát triển của đàn lợn con, và được ghi nhận đầy đủ thông qua các mô tả về ảnh hưởng của chế độ dinh dưỡng và mức độ stress của lợn mẹ đối với quá trình chuyển hoá, chức năng thần kinh và đáp ứng với stress của đàn con sau khi sinh. Hơn nữa, trên các đối tượng động vật phòng thí nghiệm, tác động của stress nhiệt nội tử cung đối với sự phát triển của thế hệ con đã được mô tả chi tiết từ hơn 50 năm trước. Mặc cho những kiến thức của chúng ta về các kiểu hình sau khi đẻ (postnatal phenotypes) gây ra bởi các yếu tố gây stress nội tử cung, hiệu ứng tồn đọng (carryover effect) của stress nhiệt nội tử cung trên lợn mới chỉ được giải mã dần trong những năm gần đây. Tác động của biến đổi khí hậu làm gia tăng nhiệt độ, cùng với sự gia tăng trong lượng nhiệt năng chuyển hoá hình thành trên đàn lợn hiện đại, khiến cho chúng nhạy cảm hơn với stress nhiệt. Điều này ảnh hưởng tiêu cực đối với tình hình phúc lợi và năng suất của đàn lợn, và có thể ảnh hưởng tới các thế hệ tiếp theo do tác động của stress nhiệt nội tử cung. Lợn chịu tác động với stress nhiệt nội tử cung hình thành một số các kiểu hình sau khi đẻ, ngăn cản chúng đạt năng suất tối ưu, và gây rối loạn sức khoẻ cũng như phúc lợi trong hệ thống chăn nuôi công nghiệp. Đặc biệt, stress nhiệt nội tử cung làm thay đổi các đáp ứng với stress nhiệt sau khi đẻ, thân nhiệt, đáp ứng với các thách thức miễn dịch và tăng tỷ lệ phôi/thai biến bị (teratogenic rate). Hơn nữa, stress nhiệt nội tử cung làm thay đổi thành phần thân thịt của con vật với tỷ lệ nạc giảm và tỷ lệ tích luỹ mô mỡ tăng. Ngoài ra, stress nhiệt nội tử cung làm giảm khối lượng lợn con sơ sinh, giảm tăng trọng cũng như khả năng sinh sản. Mặc dù tác động kinh tế của stress nhiệt nội tử cung trên lợn chưa được xác định cụ thể, nhưng hoàn toàn có thể ngang ngửa với những tác động do stress nhiệt giai đoạn sau đẻ gây ra và là một mối đe doạ đối với sự bền vững của ngành chăn nuôi lợn toàn cầu.
===== Tổng hợp nội dung theo từng phần
1. Giới thiệu
Những tiến bộ trong chọn lọc di truyền, dinh dưỡng và quản lý đã làm tăng năng suất của đàn lợn để đáp ứng nhu cầu sản xuất thịt, tăng trưởng nhanh hơn, và sản lượng sữa cao hơn để nuôi đàn con có số lượng ngày càng tăng. Trong khi những tiến bộ này thúc đẩy sự bền vững nông nghiệp và lợi nhuận cho người chăn nuôi, sự cải thiện năng suất đã dẫn tới lượng nhiệt chuyển hoá hình thành lớn hơn. Điều này được ghi nhận và chứng minh qua sự thay đổi của các trạng thái sinh lý, làm giảm thang nhiệt độ giữa cá thể lợn và môi trường xung quanh. Như một hệ quả tất yếu, đàn lợn hiện đại trở nên nhạy cảm hơn với stress nhiệt (heat stress – HS), và tác động tiêu cực lên tình trạng phúc lợi và năng suất, cũng như đe doạ các thế hệ lợn trong tương lai thông qua stress nhiệt nội tử cung (in utero heat stress – IUHS).
Quá trình điều hoà nhiệt độ của phôi/thai gặp nhiều hạn chế, khi phải phụ thuộc vào cơ thể lợn mẹ. Thông thường, khi nhiệt độ của thai cao hơn thân nhiệt lợn mẹ khoảng 0.5oC sẽ bắt đầu quá trình làm mát. Tuy nhiên, các thách thức sinh lý mà lợn mẹ gặp phải như sốt hay nhiệt độ môi trường xung quanh tăng cao có thể làm rối loạn quá trình này, và làm gia tăng tỷ lệ chết của phôi/thai, đặc biệt trong 2 tuần đầu của thai kỳ. Trong trường hợp phôi/thai tồn tại trong suốt thai kỳ và lợn con được sinh ra, những tác động của IUHS có thể gây ra những thay đổi trong hành vi, trạng thái sinh lý trong suốt vòng đời và có nguy cơ ảnh hưởng tới năng suất và phúc lợi trong tương lai.
2. Môi trường nội tử cung
Môi trường nội tử cung không chỉ quyết định sự thành công của quá trình hình thành và duy trì đủ số lượng phôi/thai (do lợn là loài động vật đa thai), mà còn có những tác động lớn tới quá trình sinh trưởng trong suốt vòng đời của phôi/thai. Sau khi phôi nang (blastocyst) nở từ màng trong suốt (zona pellucida), chúng trở nên phụ thuộc chủ yếu vào chất tiết từ nội mạc tử cung (endometrium), dưới sự kiểm soát của progesterone từ thể vàng. Phôi sẽ trải qua quá trình kéo dài (elongation) vào khoảng ngày 12 – 13 của thai kỳ và ngoại bì lá nuôi (trophectoderm) sẽ tiếp tục biệt hoá trở thành nhau thai và gắn với nội mạc tử cung để hỗ trợ quá trình trao đổi dinh dưỡng trong quãng thời gian còn lại của thai kỳ.
Tác động tiêu cực do IUHS gây ra trên lợn thường được thảo luận trong tương quan tới sự chậm tăng trưởng trong tử cung (intrauterine growth retardation – IUGR), khiến cho khối lượng sơ sinh giảm và rối loạn tăng trưởng sau khi ra đời. Trong đó, việc giảm năng suất được quy cho những thay đổi trong số lượng sợi cơ, diện tích sợi cơ và sự gia tăng mô mỡ (adiposity). Một trong những lý giải chính yếu về tác động của môi trường nội tử cung đối với sự thay đổi sinh học của đàn lợn con liên quan tới di truyền học biểu sinh (epigenetic). Những tác động như thay đổi sự methyl hoá DNA và histone (DNA methylation and histone modifications), có thể ảnh hưởng lâu dài tới kiểu hình tế bào (cellular phenotypes).
3. Tác động làm biến dị phôi (teratogenic effects)
Cao hơn 1.5oC so với nhiệt độ cơ thể lợn mẹ được cho là ngưỡng tác động của IUHS. Cả hai trường hợp nhiệt độ tăng mạnh trong thời gian ngắn hoặc tăng dần trong thời gian dài đều làm tăng nguy cơ phôi bị biến dị. Ngoài ra, nếu như IUHS diễn ra ở những thời điểm quan trọng trong quá trình phát triển của phôi/thai như giai pha đầu và giữa của thai kỳ thì tỷ lệ phôi biến dị cao hơn.
IUHS có thể gây ra sự nhiễu loạn của hệ vi mạch quản (microvascular disturbances) dẫn tới sự rò rỉ (leakage), phù nề (edema), xuất huyết (hemorrhage), hoại tử nhau thai (placental necrosis) và nhồi máu (infartion); tất cả đều liên quan tới những khiếm khuyết tại tim, chi, thận và vách cơ thể. Phần lớn các tổn thương đều diễn ra ở giai đoạn hình thành nội quan và đều được ghi nhận trên lợn.
4. Điều hoà thân nhiệt
Trên lợn, tới nay chỉ có hai nghiên cứu được thiết kế để đánh giá tác động của IUHS tới khả năng điều hoà nhiệt sau khi ra đời. Cả hai nghiên cứu này đều ghi nhận rằng IUHS có tác động tiêu cực tới khả năng chống chịu stress nhiệt của lợn. Giả thuyết từ nghiên cứu này cho rằng sự gia tăng thân nhiệt ở các lợn IUHS, độc lập với tác động bởi nhiệt độ môi trường, là một biểu thị cho ngưỡng thân nhiệt cao hơn (body temperature setpoint) và có thể do những thay đổi đến từ việc kích thước đầu (có thể là cả não bộ) giảm, bởi vì tuyến dưới đồi (hypothalamus) và hệ thần kinh trung ương (central nervous system) đều tham gia vào quá trình điều hoà thân nhiệt.
5. Năng suất tăng trưởng
Sự giảm khối lượng sơ sinh là một trong những ghi nhận đầu tiên về tác động của IUHS trên lợn, chủ yếu là do IUGR, bởi vì lưu lượng máu tới tử cung giảm ở những trường hợp này. Ngoài ra, nhu cầu dinh dưỡng của lợn mẹ không được đáp ứng do giảm thu nhận thức ăn trong điều kiện stress nhiệt cũng góp phần làm giảm khối lượng sơ sinh của lợn con.
6. Chuyển hoá sau hấp thụ và thành phần cơ thể
Môi trường trước khi đẻ có tác động to lớn với quá trình chuyển hoá và thành phần cơ thể của con vật sau khi ra đời. Tình trạng hàm lượng insulin tăng cao trong máu (hyperinsulinemia) đã được ghi nhận ở các lợn IUHS và thường đi kèm với sự giảm huy động acid béo không ester hoá (non-esterified fatty acid) trong điều kiện nhịn ăn (fasting), điều này làm tăng nguy cơ dẫn tới trạng thái thiếu dinh dưỡng và IUGR ở đàn lợn con được sinh ra bởi các lợn mẹ IUHS. Ngoài ra, sự thay đổi trên còn được cho là nguyên nhân dẫn tới tỷ lệ mỡ dưới da (subcutaneous fat) tăng và khối lượng cơ giảm ở các lợn IUHS.
7. Sinh sản
7.1. Sinh sản con cái
Môi trường bào thai có thể ảnh hưởng tới sự phát triển của mô bào và thay đổi đáp ứng sinh lý trong suốt vòng đời của con vật, trong đó ống sinh dục của con cái là một mục tiêu nhạy cảm chịu sự kiểm soát bởi sự cân bằng nội tiết. Ở các lợn nái bị tác động bởi stress nhiệt, nồng độ progesterone trong nửa sau của thai kỳ thấp hơn hay số lượng con đẻ ra ít hơn. Ngoài ra, một số hormone liên quan tới chuyển hoá (như insulin-like growth factor 1, adrenocorticotropic hormone – ACTH) cũng thay đổi trên các lợn này. Mặc dù, chưa có nghiên cứu cụ thể nào đánh giá trực tiếp về ảnh hưởng của những thay đổi nội tiết này tới năng suất sinh sản của đàn lợn con sau khi ra đời, tuy nhiên những thay đổi trong sinh lý sinh sản hoàn toàn có khả năng xảy ra. Điển hình như quá trình hình thành tế bào trứng (oogenesis) diễn ra trong giai đoạn phát triển nội tử cung, stress nhiệt làm giảm và thay đổi dự trữ tế bào trứng và làm giảm khả năng sinh sản của con vật trong tương lai.
Một số khác biệt liên quan tới chu kỳ sữa trên lợn IUHS cũng được mô tả bao gồm tăng thu nhận thức ăn nhưng không thay đổi trong khối lượng tại thời điểm cai sữa (weaning weight) hay thể trạng cơ thể của lợn con, giảm hàm lượng lactose trong sữa, và xu hướng tăng số lượng lợn con chết trước cai sữa. Cùng nhau những kết quả này cho thấy rằng chất lượng hoặc/và sản lượng sữa có thể bị ảnh hưởng trên các lợn mẹ IUHS và ảnh hưởng xấu tới đàn lợn con.
7.2. Sinh sản con đực
Trên lợn, chỉ có vài nghiên cứu được thực hiện để đánh giác tác động của IUHS trên lợn con giới tính đực sau khi ra đời. Tiêm ACTH trong giai đoạn thai kỳ khiến cho lợn đực sau khi ra đời có khoảng cách hậu môn – dịch hoàn giảm (anogenital distance), một dấu hiệu cho thấy sự giảm đực tính (demasculinization) trên con vật. Tuy nhiên, các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của IUHS và stress đám đông (crowding stress) trong giai đoạn 2 của thai kỳ không nhận thấy sự khác biệt trong testosterone ở thời điểm dậy thì. Ngược lại, một nghiên cứu trên lợn mang thai chịu ảnh hưởng bởi stress nhiệt từ ngày 30 – 60 của thai kỳ cho thấy số lượng tinh trùng giảm và dịch hoàn nhỏ hơn tại thời điểm dậy thì.
8. Chức năng miễn dịch
Stress nhiệt trước khi đẻ gây ra tác động kéo dài đối với hệ miễn dịch của thế hệ con. Trên lợn, stress nhiệt trên lợn mẹ làm giảm nồng độ IgG trên lợn con ngay sau khi đẻ, và IUHS trong nửa đầu thai kỳ làm tăng tính nhạy cảm của đáp ứng cytokine sau đẻ với lipopolysaccharide ở cuối kỳ tăng trưởng. Mặc dù cơ chế chính xác của những thay đổi này vẫn chưa được làm rõ, nhưng có một số giải thích như (1) chất lượng sữa đầu (colostrum) giảm ở các cá thể mẹ bị stress nhiệt; (2) chức năng và cấu trúc hệ tiêu hoá của lợn con bị thay đổi, khiến cho khả năng hấp thụ immunoglobulin giảm sút; (3) sự tăng tổng hợp và tiếp xúc glucocorticoid trên lợn mẹ có thể làm tăng sự thành thục hoá của đường ruột và do đó hạn chế hấp thu IgG từ sữa đầu.
9. Stress và đáp ứng hành vi
Stress nhiệt trên lợn mẹ có tác động lâu dài đối với đáp ứng hành vi và stress của lợn con sau khi ra đời, liên quan tới tác động của glucocorticoid trong tử cung và thay đổi trong trục tuyến dưới đồi – tuyến yên – tuyến thượng thận (hypothalamic – pituitary – adrenal axis).
Stress nhiệt làm giảm biểu hiện và hoạt động của 11 -hydroxysteroid dehydrogenase 2 nhau thai (placental 11-HSD2), có vai trò kiểm soát hoạt động của glucocorticoid, khiến cho các glucocortiod hoạt hoá được vận chuyển tới thai nhiều hơn. Những thay đổi này khiến cho lợn sau khi ra đời có hành vi hung hăng và tính sợ hãi gia tăng, hay thực hiện những hành vi lặp lại (stereotypic behaviors).
=====
Nguồn: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0093691X20302971
Hình 1. Sự khác biệt trong khối lượng đầu giữa các lợn chịu stress nhiệt nội tử cung (IUHS) và lợn ở ngưỡng nhiệt trung tính thermoneutral (IUTN) khi trọng lượng cơ thể 60, 80 và 110 kg.
Bảng 1. Điều kiện môi trường gây stress nhiệt ở các lợn nái đang mang thai và kiểu hình biểu hiện ở đàn lợn con sau khi ra đời
Bảng 2. Điều kiện môi trường gây stress nhiệt ở các lợn nái đang mang thai và tác động tới sự phát triển của phôi/thai
TS Vương Tuấn Phong
Nhật Bản