The Journal of Farm Animal in Infectious Disease
Vol.7 No.2 2018総OXIDATIVE STRESS IN CALVING AND HOT

説

酸化ストレスから見た乳牛の周産期と暑熱環境
田中正仁
国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構九州沖縄農業研究センター
畜産草地研究領域畜産環境・乳牛研究グループ
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暑熱環境下の乳牛の周産期および泌乳期においては、飼料摂取量の低下によるエネルギー不足に加えて、体内の酸化ストレス状態が深刻化する。この結果、代謝活性が低下し、生産性の低下や免疫力の低下による感染症のリスクが増加する。酸化ストレスのマーカーには多くの物質が提唱されている。その中のいくつかについて、周産期および暑熱期の変動と生産性形質との関係を示した。おおむね、酸化ス
トレスと生産形質には負の相関関係が見られた。酸化ストレス指標の改善には、抗酸化物質の体内吸収が有効であると考えられる。脂溶性の抗酸化物質は、第一胃による分解を受けにくいとされている。そこで、暑熱環境下において、エネルギー不足緩和のために高エネルギー飼料である脂肪酸を、そして、
抗酸化飼料として脂溶性ビタミン群の給与効果を調べた。脂溶性ビタミンの給与は、酸化ストレスを緩和したが泌乳生産性向上には寄与しなかった。また、脂肪酸の給与は、若干泌乳生産性を向上させた。
そして、両者の同時給与は、酸化ストレス指標をさらに改善し、泌乳生産性の向上も見られた。すなわ
ち、暑熱期の泌乳生産性の向上には、酸化ストレス対策と低エネルギー対策の同時進行が重要であることが示された。
キーワード：乳牛、酸化ストレス、周産期、暑熱酸素などの酸化的圧力であるということがで酸化ストレス

き、状態としては、生体内が本来保つべき酸化「ストレス」は、1938 年、カナダの生化学者と還元の分水嶺が酸化側に移動した状態といえ

H. セリエが、「質の異なる多様な刺激に対するる。この状態に対して、生体のエネルギーを消同質の生体反応」として提唱した。ストレスを費して各種の酵素反応や還元性分子の動員を誘発する刺激 - ストレッサー、その刺激に対す

図って状態の回復に努めている反応が酸化スト

る反応 - ストレス反応、ストレスを引き起こし

レス応答といえる。残念ながら、各々について、ている状態 - ストレス状態、に分けることがではなはだ概念的な表現にとどまらざるを得ない

きるが、しばしば、これらを包含した意味で「スのが現状である。さらに、ストレス応答は警告

トレス」は用いられることがあり、混乱をもた

反応期、抵抗期、疲憊期からなり、それぞれのらす場合がある。酸化ストレスに関していえば、期は異なる表現型を示すと考えられるが、そのストレッサーとしては、フリーラジカルや活性詳細についても不明な点が多く残されている。
このことが原因となって、数多く提唱されている酸化ストレスマーカーの変動についても、必受理：2018年 4 月20日

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7 巻 2 号 2018

周産期と暑熱下の酸化ストレス

ずしも一定した変化を示す結果が得にくいのがドリル基が、アスコルビン酸と同様にラジカル現状であるといえる。酸素呼吸をしている生物の標的となる分子種であることを示唆していは、取り込んだ酸素の数パーセントが有害な活る。スルフヒドリル基とアスコルビン酸の関係

性酸素となることが知られている。これ以外にについては、ラット血漿において、酸化ストレも様々な代謝反応の過程でラジカル反応を誘発

スによって酸化されたアスコルビン酸がスルフする分子種が自然発生する。これらの酸化スト

ヒドリル基によって還元され、還元型アスコル

レッサーに対して、酸化還元電位の低いアスコビン酸に再生される［27］ことが報告されていルビン酸やチオール基、トコフェロール類やレる。この点において、スルフヒドリル基はアス

チノール類などの抗酸化物質や SOD やグルタ

コルビン酸よりも重要な抗酸化成分であるかもチオンベルオキシダーゼなどの各種抗酸化酵素しれない。スルフヒドリル基は、細胞の内外になどが、体内の酸化還元バランスを一定範囲にタンパク質結合型および非結合型として存在し維持する機能を果たしている。何らかの原因にている。タンパク質結合型のスルフヒドリル基

よってこのバランスが、一定範囲以上酸化側にの主体はアルブミンである［19］。アルブミン

ずれ込んだ状態が酸化ストレス状態といえる。

は分子量が約 66000 で、血漿中に 400-600 μ M

この結果、細胞内外の酸化還元電位が上昇し、の濃度にあり、分子内に一つのフリーなスルフ

生体膜の脂質を酸化して一部の機能を傷害した

ヒドリル基を持つ［21］。乳牛においても血漿り、膜状のあるいは浮遊しているタンパク質分中のアルブミン濃度とスルフヒドリル基濃度の子を酸化して物質の膜透過性や各種の酵素反応

間には、正の有意な相関関係が認められている。

を傷害したり、さらには、遺伝情報を担う核酸

このことは、アルブミンが抗酸化成分として機分子を酸化し、遺伝情報に障害を及ぼすことで、能しているという報告［12］を支持している。

各種代謝反応や組織の機能に重大な影響を及ぼ

我々の知見では、泌乳牛の血漿中には、おおよ

すことになる。たとえ、軽微な影響でも長時間

そ平均値で 383.6 μ M のスルフヒドリル基が存

慢性的に作用することで、様々な代謝疾患や組在し、アルブミン濃度は平均値で 463.6 μ M で織、個体の局所的全体的な老化の原因となるとあった。その比率から、アルブミンの約 83%考えられている。酸化ストレスあるいは酸化にのスルフヒドリル基は還元状態にあり、また、

よるダメージは、動物生産現場において各種組

17% が酸化状態にあると考えられた。この比織の代謝活性や生産性に大きな影響を与えると率は、泌乳牛の生理状態や環境温度、酸化スト

考えられている。

レスの程度で変動する可能性がある。

細胞の機能を制御する上で硫黄分子の可逆的酸化ストレスと泌乳生産性

な酸化が重要である［18］。泌乳牛の血漿中には 350-400 μ M のスルフヒドリル基が存在し、高温環境下の生体組織では、高温ストレスだ

試験管内において、血漿中のスルフヒドリル基

けでなく酸化ストレスも観察され、あわせて代

濃度は、ペルオキシラジカル発生試薬（ABAP）

謝活動の低下を招く［20, 7］。直腸温度の上昇の添加で減少する。すなわち、血漿中のスルフと泌乳量の低下を伴う高温環境下において、直ヒドリル基は、血管内のラジカルと反応し、そ腸温度と血漿中のスルフヒドリル基およびアスれを消去する可能性を示している。血漿と同程

コルビン酸濃度との間には、負の相関関係が認度のスルフヒドリル基濃度に調整した還元型グめられる。泌乳牛の血漿中においてもスルフヒ

ルタチオン溶液では、同濃度の ABAP 添加にドリル基は、酸化ストレスに対する体液の酸化より血漿以上にスルフヒドリル基が減少した。

還元状態を維持する上で重要や役割を担っていこのことは、血漿中に含まれる尿酸［9］やビる可能性が高い。一方、アスコルビン酸は、代タミン E［26］などの多くの抗酸化成分が共同

表的な水溶性の抗酸化性ビタミンとして知られして酸化ストレスを制御していることを示唆している［8］。牛においては、自身の体内で合成ている。そして、同様の系に加えたアスコルビ

されるため供給が必要な栄養素とは考えられてン酸は、ABAP 添加によるスルフヒドリル基いない。しかし、飼養環境などによるストレスの減少を部分的にではあるが抑制し、スルフヒ

環境下においては、血漿中のアスコルビン酸濃－ 36 －

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度は減少する［4］。また、乳房の炎症や酸化ス

飼料への変化によるルーメン微生物叢の変動やトレスによってもその濃度が減少する［14］。

ルーメン内における炭水化物と窒素化合物のバ

そして、乳房炎罹患牛では、血中のスルフヒド

ランスの変動によるものと考えられる［16］。

リル基濃度も顕著に減少する。さらに、そのほ

フリーラジカルの発生とそれを消去する抗酸かのストレスとして、分娩などの負荷がかかる

化成分のバランスの欠如から生じる酸化ストレイベントにおいても酸化ストレスが亢進する

スは、乳牛に生理学的免疫学的な変動を起こし、［17］。分娩後の泌乳初期に TBARS 濃度が上昇

乳腺水腫、乳熱、胎盤停滞、乳房炎などの各種することが報告されている［3］。これらの報告

疾病の原因となる［17］。さらに、分娩前後のは、泌乳牛の血漿中のスルフヒドリル基やアス酸化ストレスは泌乳牛の疾病発症の原因となる

コルビン酸が種々のストレス下の酸化ストレス［10, 15］。そして、乳腺の炎症は部分的に酸化制御において抗酸化成分として重要であること

ストレスが関与している［14］。酸化ストレスは、を示唆している。

妊娠後期と泌乳初期に亢進することが示唆され高温環境下の乳牛では、血漿中のアスコルビている［3］。泌乳牛の酸化ストレスは高温環境

ン酸の濃度が高い群は、低い群に比較して泌乳下において亢進する［2, 23］。我々の結果では、量が高かった。このことは、酸化ストレスと泌

血 漿 中 の ア ス コ ル ビ ン 酸 濃 度 が 減 少 し、乳成績に何らかの関係があることを示唆していTBARS 濃度が増加し、酸化ストレスが亢進しる。環境温度が 28℃一定の時、経産牛の泌乳ていることを示している。

量と乳タンパク質率および無脂固形分率は減少

酸化ストレス指標として赤血球中のしたが、乳脂肪率と乳糖率には変化が見られな

TBARS、グルタチオンパーオキシターゼ活性、かった［13］。血漿中のスルフヒドリル基濃度

スルフヒドリル基、スーパーオキシドディスムと乳糖率、乳タンパク質率および無脂固形分率

ターゼ活性を測定した時に、高温環境下の分娩との間に有意な正の相関関係が認められたが、前後で酸化ストレスの亢進を示すが血漿中にお日泌乳量と乳脂肪率との間には一定の関係が得

いては変化がなかったことが報告されている

られなかった。一方、血漿中のアスコルビン酸［1］。このことは、血漿中の酸化ストレス指標

濃度については、日泌乳量、乳糖率との間に正が変動を示した我々の結果とは異なる。彼らのの相関関係が見られ、乳タンパク質率との間に試験では分娩前 21 日から分娩後 35 日間を調べ有意な負の相関関係が見られた。スルフヒドリているが我々は分娩前 5 日から分娩後 10 日まル基の場合とアスコルビン酸の場合で異なる結でを試験期間としている。分娩後の酸化ストレ果が得られたことは、この 2 つの抗酸化成分は、

ス状態は、その内容が比較的短期間で変化して高温環境下の抗酸化ストレス機能において異ないるかもしれない。

る作用様式を持つことを示唆している。

細胞外において酸化ストレス防御を担っているスルフヒドリル基［25］と血漿の PAO（抗暑熱環境下の周産期と酸化ストレス酸化能力）値は、同様な挙動を示さなかった。

高温環境下において分娩した乳牛では、血漿

このことは、血中の各種酸化ストレス指標の変中の酸化ストレス指標の変動から酸化ストレス

動は、単調な画一的変化を示すわけではないとが亢進していると考えられる。分娩前後においいう既報［5］を支持している。分娩時にボディーては適温環境下においても生理的、代謝的な変コンディションスコアの高い牛や分娩後の体重動が大きく各種疾病発症のリスクが高くなるの減少が大きい牛は、そうでない牛に比較して［11］。また、急激な泌乳開始への適応には、脂酸化ストレスに対する感受性が高いことが報告

肪組織、肝臓、腸管および乳腺組織における脂されている［2］。血漿中の AST 活性については、

質代謝の制御が鍵になる［6］。分娩後の体重のしばしば乳牛の肝臓機能障害の指標として用い減少や血漿中の AST 活性の上昇およびその後られている。我々は血漿中の TBARS 濃度との BUN の減少は、この時期の生理的変化を示AST 活性の間に正の相関関係があることを報している。BUN の変動は、飼料摂取量の変動告している。分娩前後の酸化ストレスと肝臓機や分娩前の低 TDN 飼料から分娩後の高 TDN

能障害の関係を示しているのかもしれない。

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周産期と暑熱下の酸化ストレスとなった。各種乳成分率において対照区と各処

暑熱ストレス管理と酸化ストレス管理による理区の間には有意な差は見られなかった。各種生産性の向上

乳成分の生産量については、乳脂肪および乳糖

泌乳牛では生産性が低下するような高温環境

生産量において脂肪酸ビタミン区で対照区より

下では、血漿中の SH 基濃度やアスコルビン酸も有意に高くなった。泌乳成績改善についても、濃度の減少および TBARS 濃度の増加が見ら

脂肪酸ビタミン区において、最も高い効果が認れ、酸化ストレスが亢進している［22］。これめられた［24］。

まで、夏季の飼料摂取量の減少を改善する目的

引用文献

で、飼料のエネルギー濃度を高くする試みがなされてきた。代表的なサプリメントとして、高エネルギー飼料でしかもルーメンバイパス性が高い脂肪酸カルシウムがしばしば用いられてきた。我々は、カルシウムを含まないルーメンバ
イパス性脂肪酸でパルミチン酸含量が高い脂肪酸（C18：0 が 85％以上）を TMR の外付けで給与した脂肪酸区、抗酸化脂溶性ビタミン類をTMR の外付けで補給したビタミン区、その両方を給与した脂肪酸ビタミン区、そして、無処理の対照区を設け、各区 3 頭で 20 日間試験した。
この間の平均気温は 28℃、平均湿度が 78% 以上であった。給与したサプリメントは、目視によりほぼ摂取されたものと思われた。
血漿中の SH 基濃度は、各区で有意差は見られなかったが、平均値では、いずれの区も対照
区より高くなった。また、血漿の潜在的抗酸化力（BAP）については、有意差は観察されなかった。TBARS 濃度は、脂肪酸ビタミン区において対照区よりも有意に低い値であった。さらに、
活性酸素代謝産物（dROM）濃度は脂肪酸区、
脂肪酸ビタミン区で対照区より有意に低くなり、ビタミン区でも低い傾向にあった。血漿グ
ルコース濃度は、脂肪酸ビタミン区においてのみ対照区よりも有意に高くなった。すなわち、
酸化ストレス指標の変動から、脂肪酸ビタミン
区において、最も酸化ストレス低減効果が高かった。このことは、酸化ストレス低減に対して、脂溶性抗酸化ビタミン類の給与単独では、充分な効果が得られないことを示唆している。
高エネルギー飼料との同時給与によって、より酸化ストレスが低減される可能性が示された。
つぎに、泌乳量については、対照区においては試験開始後 20 日目に、試験開始前の 95.2% に低下した。これに対して、各処理区では、いずれも増加し、特に脂肪酸ビタミン区では試験開始前よりも約 13% 増加し、対照区と有意な差［1］ Bernabucci, U., Ronchi, N., Lacetera, N., Nardone,
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7 巻 2 号 2018

周産期と暑熱下の酸化ストレス

Influences of oxidative stress on dairy performance around parturition and in hot environment

Masahito Tanaka
Biomass Utilization and Dairy Management Group,
Division of Livestock and Grassland Research,
Kyushu Okinawa Agricultural Research Center, NARO
Suya 2421, Koshi , Kumamoto 861-1192 Japan.
TEL: +81-96-242-7629 FAX: +81-96-249-1002【Abstract】
Oxidative stress in dairy cow is increased in hot environment and around parturition, through intake energy
deficiency. Consequently, metabolic activity and dairy performances were decreased. Also risk of infectious
disease was increased by decrease of immune ability. Many oxidative stress markers were reported at present time.
Some of them showed the critical relationship with dairy performances around parturition and in hot environment.
Oxidative stress affected negative influences on dairy performances mostly. It is thoughted that supplying ofantioxidant substances to animals improved oxidative status. In case of dairy cows, fat soluble materials showedsome rumen resistance and higher absorption efficiency to body fluids. Therefore, effects of fat supplying againstenergy deficiency and supplying of fat soluble antioxidative vitamins against oxidative stress on oxidative stressand dairy performances in hot environment were studied. Fat soluble vitamins supplying alone improved oxidative
status but not dairy performances. Fat supplying alone improved dairy performance to some extent. Both supplying
at same time improved oxidative stress and dairy performances to more extent. It is concluded that supplying of fat
and fat soluble antioxidative vitamins at same time is effective on improvement of oxidative stress and dairy
performances in hot environment.
Keywords:Cow, Oxidative stress, Calving, Hot environment－ 40 －