与其他动物不同，牛很难有效散热，因为它们不怎么出汗，只能靠呼吸来降温。
此外，瘤胃中的发酵过程还会产生额外的热量，动物必须将这些热量散发出去。热应激是指在高温高湿的条件下，人体无法维持正常温度。动物体内产生的新陈代谢热量与散发到周围环境中的热量不平衡。动物会增加呼吸频率并消耗能量来散发多余的热量，从而导致动物的维持需求大幅增加。热应激可通过温度湿度指数（THI）来评估。温湿度指数越高，牛就越需要抗热。
热应激是畜牧业者面临的主要挑战之一。事实上，在过去的四分之一世纪里，奶牛和其他牲畜的选育主要以其生产力为基础，而不是以其耐热性或气候适应能力为基础。因此，牲畜在进化过程中不仅产量高，而且对环境变化和炎热条件特别敏感。此外，在全球变暖的背景下，伴随着热浪频率的增加，热应激越来越普遍，并有可能在未来几年加剧。
如图 1 所示，动物对热应激的生理和代谢反应会导致热应激的明显症状。热应激的有害影响源于这些反应以及动物为重建体内平衡所做的努力。特别是，这些反应会引起氧化应激，从而损害动物的健康状况，导致免疫抑制以及生产和繁殖性能下降。
图 1：热应激的生理和代谢反应（Gonzales-Rivas 等人，2020 年）
热应激会给畜牧场造成重大经济损失，其原因是多方面的，包括牛奶产量下降、生长速度减慢、繁殖力降低、兽医成本增加和牛奶质量下降，所有这些都会导致成本增加、利润减少，从而降低生产商的利润率。
St-Pierre 等人（2003 年）开发了一个模型，通过考虑热应激对干物质摄入量、产奶量、繁殖、淘汰以及幼牛和成年奶牛死亡的影响，可用来计算热应激造成的经济损失。他们估计，热应激每年给畜牧业生产造成 24 亿美元的损失，其中奶牛业的损失约为 9 亿美元。此外，由于热应激导致乳腺炎和酸中毒的发病率增加，兽医费用也随之增加。每头奶牛每年的损失可高达数百美元。
此外，随着全球气温升高，热浪更加频繁，预计热应激造成的经济损失也会增加。因此，需要投资于热量消减系统，并采取更有效的营养和长期解决方案来消除热应力的有害影响，以应对当前和未来的挑战。一项研究利用气候预测来调查 21 世纪消减热量战略的成本效益。研究表明，21 世纪中期的强热应激缓解策略（如使用空调）将使每头奶牛的成本降低-30 美元至 190 美元，21 世纪晚期将使每头奶牛的成本降低-20 美元至 590 美元（Gunn 等人，2019 年）。
如果营养管理与饲养方法（例如）配合使用，则是控制热应激的有效工具：
为了抵消热应激的影响，动物的抗氧化防御机制通过清除自由基、解毒自由基代谢产物和修复受损分子来发挥作用（图 2）。这些系统以生物抗氧化剂（包括抗氧化酶、谷胱甘肽、硫氧还蛋白和辅酶 Q）的合成为基础。抗氧化系统的主要角色是维生素 E、维生素 C、类胡萝卜素、多酚类物质和硒（通过抗氧化酶，如谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白系统）。膳食中补充这些抗氧化剂有助于支持动物的抗氧化防御，从而改善动物的健康状况并保持其表现。
图 2：体内的抗氧化防御机制（Surai 等人，2019 年）
补充硒（Se）的动物对氧化应激的抵抗力更强，并能保持其性能和总体健康状况。事实上，硒在抗氧化系统中起着举足轻重的作用（图 3）；它是硒蛋氨酸（SeMet）和硒半胱氨酸（SeCys）这两种氨基酸的关键成分。硒的天然储存形式是
SeMet，而SeCys则是硒蛋白催化位点上的活性形式。目前，已在动物组织中发现 25 种硒蛋白，其中一半以上直接或间接参与维持机体的氧化还原平衡和抗氧化防御（如谷胱甘肽过氧化物酶）。硒蛋白还参与甲状腺代谢、精子功能以及炎症和免疫反应。
硒的生物利用率取决于提供给动物的膳食硒的形式。硒添加剂可分为两大类：
给动物喂食硒蛋氨酸的主要优点是，在发生应激事件之前，食物中的硒蛋氨酸就会储存在身体组织中。这样就建立了一个硒储备库，当压力水平增加、营养素、硒和其他抗氧化剂的摄入量减少时，动物就可以利用这个储备库。这一特点使动物即使在应激情况下也能保持硒蛋白的合成，帮助它们更好地应对热应激并保持更好的表现。
图 3：硒是抗氧化系统的首席执行官
蛋氨酸是一种人体必需的营养物质，最初是因为它对泌乳期乳汁、乳蛋白和乳脂肪产量的影响而为人所知。蛋氨酸对产仔前后的健康和繁殖的影响是最近才确定的。现在的研究正在确定蛋氨酸如何将热应激的负面影响降至最低。
"奶牛营养学家定期平衡产前奶牛和泌乳奶牛日粮中氨基酸水平的人数不断攀升。通过满足奶牛对蛋氨酸的需求，奶牛的产奶量和成分、过渡期的健康状况以及繁殖效率都能得到提高，"安迪苏保护氨基酸业务总监 Brian Sloan 博士说。
中国南京农业大学的研究表明，奶牛在最高达 36°C 的温度下会出现典型的热应激血液生物标志物水平。提供蛋氨酸（通常是第一限制性氨基酸）来平衡日粮中的氨基酸，可稳定热应激指标。这表明，通过添加蛋氨酸来平衡日粮有助于对抗奶牛的热应激。
| 生物标志物 | 控制 | 治疗 1 | 治疗 2 |
|---|---|---|---|
| 0* | 13* | 30* | |
| 碱性磷酸酶（ALP） | 54a | 61b | 61b |
| 磷酸激酶（CPK） | 170a | 113b | 112b |
| 谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px） | 139a | 149b | 148b |
| 超氧化物歧化酶（SOD） | 137a | 153b | 154b |
| 热应激蛋白（HSP 70） | 18a | 25b | 26b |
| 甲状腺激素 T3 | 1.9a | 2.6b | 2.7b |
| 甲状腺激素 T4 | 91a | 118b | 118b |
| 皮质醇 | 4.3a | 6.4b | 6.4b |
| *g美斯特 | |||
| 注：同一行中不同上标数字有显著差异 | |||
表 1：在热应激条件下补充美斯特 干的动物的生物标志物水平
伊利诺伊大学的研究考察了热应激对奶牛泌乳性能的影响，即给奶牛补充斯特敏M蛋氨酸或不补充瘤胃保护蛋氨酸（对照组）。热应激对牛奶蛋白质和乳脂含量有明显的负面影响，而补充蛋氨酸可显著改善热应激期间牛奶蛋白质和乳脂含量（Pate 等人，2020 年）。
图 4：热应激挑战期间成分浓度的变化 ± 补充蛋氨酸
伊利诺伊大学对蛋氨酸作为一种功能性营养素的作用进行的进一步研究表明，充分满足泌乳奶牛对蛋氨酸的需求可减轻热应激的影响。用额外的蛋氨酸来平衡氨基酸，可使奶牛有能力调节与新陈代谢、免疫反应和抗氧化系统有关的基因和蛋白质的 mRNA 和蛋白质丰度，从而使奶牛对热应激的影响更具复原力（Coleman 等人，2022a 和 b）。
"积极为奶牛做好准备，使其在热应激期间发挥最佳性能，是良好的牛群管理。它能让奶牛在热应激期间和之后表现得更好，"斯隆博士说。
正在进行的研究将进一步明确奶牛对蛋氨酸的需求，使我们能够最大限度地提高奶牛在热应激期间发挥最佳性能的能力。
动物在热应激下的新陈代谢和生理反应会对其生产和繁殖性能产生负面影响，并改变其总体健康状况。这是一个每年都会出现的问题，而且由于全球变暖，情况肯定会变得更糟。这对畜牧场的经济后果现在和将来都会更加严重。不过，有一些解决方案可以限制热应激的有害影响。饲料尤其是一个重要的行动杠杆。为牲畜补充抗氧化剂和氨基酸平衡饲料是对抗和减轻热应激影响的有效方法。
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