베타인이 폭염 오리의 짧은 사슬지방산 및 혈액 프로파일에 미치는 효과 Effect of dietary betaine on short chain fatty acid and blood profile in meat duck exposed to extreme heat stress원문보기
This study investigated the pharmacodynamics of betaine on the blood profile and short chain fatty acid levels in meat ducks exposed to heat wave. 400 heads of Cherry valley (Anasplatyrhynchos) meat ducks were completely randomized to 5 treatments (4 repetitions each), and were raised for 42 days. T...
This study investigated the pharmacodynamics of betaine on the blood profile and short chain fatty acid levels in meat ducks exposed to heat wave. 400 heads of Cherry valley (Anasplatyrhynchos) meat ducks were completely randomized to 5 treatments (4 repetitions each), and were raised for 42 days. They were grouped into T1 (heat wave control group without betaine), T2 (betaine 400 ppm), T3 (betaine 800 ppm), T4 (betaine 1200 ppm), and T5 (normal control group without betaine). Compared to T1, the betaine addition groups showed higher body weight gain at shipment, with T3 showing the highest significant difference. For hematological indictors measured (red blood cells and platelets), the betaine addition groups showed significantly higher values than the heat wave control group. The pH of the former was lower but their electrolytes ($K^+$, $P^+$, and $Cl^-$) were significantly higher compared to the latter. For blood gas concentration, the former showed a significantly higher value than the latter. For the total short chain fatty acids, acetic acid, and propionic acid, the betaine addition groups and group fed broiler-high temperature diet showed higher values than the heat wave control group. On the other hand, the former showed significantly lower values in butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, and isovaleric acid than the latter group. These results suggest that betaine has the pharmacodynamics that mediate heat stress, via the maintenance and control of the blood profile, osmotic pressure, gas concentration, and short chain fatty acid, of meat ducks under heat wave.
This study investigated the pharmacodynamics of betaine on the blood profile and short chain fatty acid levels in meat ducks exposed to heat wave. 400 heads of Cherry valley (Anasplatyrhynchos) meat ducks were completely randomized to 5 treatments (4 repetitions each), and were raised for 42 days. They were grouped into T1 (heat wave control group without betaine), T2 (betaine 400 ppm), T3 (betaine 800 ppm), T4 (betaine 1200 ppm), and T5 (normal control group without betaine). Compared to T1, the betaine addition groups showed higher body weight gain at shipment, with T3 showing the highest significant difference. For hematological indictors measured (red blood cells and platelets), the betaine addition groups showed significantly higher values than the heat wave control group. The pH of the former was lower but their electrolytes ($K^+$, $P^+$, and $Cl^-$) were significantly higher compared to the latter. For blood gas concentration, the former showed a significantly higher value than the latter. For the total short chain fatty acids, acetic acid, and propionic acid, the betaine addition groups and group fed broiler-high temperature diet showed higher values than the heat wave control group. On the other hand, the former showed significantly lower values in butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, and isovaleric acid than the latter group. These results suggest that betaine has the pharmacodynamics that mediate heat stress, via the maintenance and control of the blood profile, osmotic pressure, gas concentration, and short chain fatty acid, of meat ducks under heat wave.
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문제 정의
폭염에 노출된 오리에서 베타인의 혈액 프로파일, 삼투압과 가스농도 및 짧은 사슬지방산에 관한 약략학적 지식은 제한적이다. 그러므로, 본연구의 목적은 열 스트레스 하에서 오리의 생물학적 기능에 관한 베타인의 약력학적 기작을 연구하는 것이었다. 이러한 예비실험으로부터 결과는 혹서기 폭염 환경에서 오리의 생산성 향상에 관한 기초지식을 제공할 것으로 본다.
폭염 스트레스에 노출된 육용오리에서 베타인의 생물학적 기능성을 알아보기 위하여 맹장 내 짧은 사슬지방산과 혈액 프로파일의 수준을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
처리군은 다음과 같다. T1(베타인 무첨가 폭염 대조군), T2(베타인 400 ppm), T3(베타인 800 ppm), T4(베타인 1200 ppm), T5(육계 고온 사료), T6(베타인 무첨가 일반 대조군)로 구분하였다. 육계 고온사료는 오리사료 내 우지를 대두유 5%로 대치, 메티오닌과 라이신 각각 0.
실험종료 시에 각 처리구의 반복 펜으로부터 평균 체중에 가까운 오리 5마리 씩 선별하여 실험동물 안락사 권장에 따라서 경추탈골에 의해서 스트레스를 주지 않고 안정적으로 희생하였다[23]. 맹장은 양쪽 끝을 실로 묶어서 채취하였으며 Gas chromatographic system (modelGC-15A, Shimadzu Corp., Kyoto, Japan)를 이용하여 짧은 사슬지방산 (Short chain fatty acid,SCFA)을 측정하였다. 20 mL 스크류캡튜브 속으로 맹장내용물 5 g을 넣어서 증류수 5 mL와 혼합하였다.
폭염조건으로써 22일째부터 42일 출하 시까지 폭염을 부여(11:00-17:00, 33-43℃, 상대습도 70%)한 다음 17:00-20:00는 22-26℃롤 유지하였다. 전체실험기간 동안 모든 처리구는 연속조명과 함께 사료와 음수의 무제한 급여를 실시하였으며 폭염기간 동안 오리는 14℃ 냉각수를 공급해주었다. 깔짚으로써 왕겨를 각 펜의 바닥 10 cm 높이로 깔아주었으며 사육실의 온도는 입추당일에서 3일까지는 33℃로 유지하였고 그 다음부터 주당 2~3℃씩 낮췄다.
대상 데이터
Cherry valley (Anas platyrhynchos) 육용오리 480수를 부화 당일 경기 양평 소재 농가의 부화장으로부터 공급받아서 6처리 4반복(반복 당 20마리)으로 완전임의배치 한 후 42일 간 사육하였다. 처리군은 다음과 같다.
실험사료는 한국가금사양표준(2012)에서 제시한 육용 오리의 영양소 요구량을 충족 또는 약간 초과하도록 제조하였으며 모든 영양소 함량을 동일하게 조절하였다. 실험사료 내 베타인(coated 97%, Beta-key, Excentials, Netherland)의 첨가량에 따른 곡물원료의 혼합비율은 옥수수 첨가량을 줄여서 조절하였다.
실험종료 전날 밤 12시부터 오리를 10시간 절식시킨 후 처리구 당 오리 20마리(반복 펜 당 5마리)를 선별하여 채혈하였다. 혈액 3 mL를plain tubes (Greine Co Ltd, Australia) 속으로 심장을 경유하여 각 조류로부터 얻었다.
데이터처리
Duncan’s multiple range test을 실행한 후p<0.05에서 자료의 통계적 유의성을 검정하였다[25].
얻어진 모든 자료는 SAS software의 GLMprocedure를 사용하여 분산분석(ANOVA)하였다. Duncan’s multiple range test을 실행한 후p<0.
성능/효과
1. 출하 시 증체량은 베타인 무첨가 폭염 대조군과 비교할 때 베타인 첨가군에서 416g(16.07%) 이상 유의하게 증가하였다.
2. 평균 적혈구 용적(mean cell volume, MCV)을 제외한 총적혈구 수(total red blood cell count, RBC), 적혈구용적비(hematocrit,HCT), 헤모글로빈(hemoglobin, HGB), 평균적혈구 혈색소 농도 (Mean corpuscular hemoglibin concentration, MCHC), 적혈구 크기 분포 (red blood cell distribution width,RDW), 혈소판(platelet, PLT), 혈소판 용적치(plateletcrit, PCT), 평균 혈소판 용적(mean platelet volume, MPV)은 베타인 첨가군이 베타인 무첨가 폭염 대조군에 비해서 유의하게 높았다.
4. 혈액 PCO2, PO2, BEecf, HCO3와 TCO2는베타인 첨가구가 베타인 무첨가 폭염 대조군에 비해서 유의하게 높았다.
6. 총 SCFA, 초산, 프로피온산은 베타인 첨가구가 베타인 무첨가 폭염 대조군에 비해서 높았으나 이와 반대로 뷰티르산, 이소뷰티르산, 발레르산, 이소발레르산은 유의하게 낮았다.
84% 높게 나타났으며 T3, T4 T5 사이의 유의차는 없었고 처리구 가운데 T2는 가장 낮았다. HCO3와 TCO2는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 34.19, 28.84 및 38.30, 35.56% 높게 나타났다. HCO3는 처리구 가운데 T5가 낮았으며TCO2는 T2, T3, T4, T6 사이 및 T3, T4, T5 사이의 유의차는 없었다.
베타인 첨가에 의해서 나타난 적혈구(MCV를제외)와 혈소판에서 측정한 혈액학적 지표는 T1에 비해서 유의하게 높은 경향이었다. MCHC에서 T4, RDW에서 T5, MPV에서 T3가 가장 높았으며 PCT에서 처리구 간 차이가 없었던 점을 제외하면 혈액학적 지표는 T2에서 유의하게 가장 높았다. 적혈구용적비(hematocrit, HCT)는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 25.
혈액 가스 농도는 베타인 첨가구와 고온사료처리군이 베타인 무첨가 폭염 대조군에 비해서 유의하게 높았다. PCO2와 PO2는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 50.51, 47.48 및 51.30, 33.63% 높았으며 베타인 첨가구는 고온사료 처리군에 비해서 높았다. T2,T3 사이, T3, T4 사이의 유의차는 없었다.
폭염 스트레스에 노출된 육용오리에서 혈액학적 지표에 관한 베타인의 효과는 Table 1과 같다. 베타인 첨가에 의해서 나타난 적혈구(MCV를제외)와 혈소판에서 측정한 혈액학적 지표는 T1에 비해서 유의하게 높은 경향이었다. MCHC에서 T4, RDW에서 T5, MPV에서 T3가 가장 높았으며 PCT에서 처리구 간 차이가 없었던 점을 제외하면 혈액학적 지표는 T2에서 유의하게 가장 높았다.
82% 유의하게 낮았으며 T4,T6, T3, T2, T5 순서로 낮아졌으나 T3, T4, T6 사이 및 T2, T3 사이의 유의차는 없었다. 본 결과, 베타인 첨가군의 맹장에서 유익한 총 유기산, 초산과 프로피온산이 증가한 반면에 유해한 뷰티르산과 발레르산이 감소한 점은 동물의 장내 미생물 환경조절을 통한 면역능력 향상으로 열 스트레스 완화효과를 나타낼 것으로 생각할 수 있다[35]. 폭염 스트레스에 노출된 육계에서 초산, 프로피온산 등의 짧은 사슬지방산이 낮아졌고 젖산균이 감소하였다는 보고[24]와 젖산균 발효로부터 생성된 대부분의 유기산은 유해균에 의한 장 군락화를 억압하여 면역능력을 부여할 수 있다는 점은 본 결과를 지지해준다[36-37].
61% 유의하게 높았으며 T4가 가장 높았고 T3가 가장 낮았으며 T4, T2 사이, T2, T5 사이, T3, T5 사이, T1, T3 사이의 통계적 유의차는 없었다. 본 결과, 폭염 스트레스 하에서 오리에게 베타인을 급여해주면 혈액 전해질을 일정하게 유지해줌으로써 삽투압을 조절하여 열 스트레스 저감효과를갖는 것으로 볼 수 있다. Teeters et al.
이러한 발견은 고온 스트레스에 노출된 육계에서 혈액학적 지표가 감소하였다는 보고와 일치한다[26]. 본 결과, 폭염에 노출된 오리 사료 내 베타인을 첨가해주면 혈액학적 지표를 일정 수준으로 유지해줌으로써 열 스트레스 피해를 완화시켜주는 것으로 나타났다. 폭염에 노출된 오리에서 HCT 감소는 적혈구 손상, 적혈구 생산 감소 또는 적혈구 숫자와 크기 감소[27] 및 열 스트레스에 노출되는 동안 물 섭취량 증가로써 류코사이트를 포함한 혈액세포 농도희석에 기인한 것으로 본다[28].
HCO3는 처리구 가운데 T5가 낮았으며TCO2는 T2, T3, T4, T6 사이 및 T3, T4, T5 사이의 유의차는 없었다. 본 결과, 폭염에 노출된 오리에서 베타인 첨가는 혈액가스 농도를 일정하게 유지시켜 줌으로써 열 스트레스 완화효과를 갖는 것으로 볼 수 있다. 육계에서 열 스트레스가 혈액 pCO2를 낮춘다는 보고가 있으며 열 스트레스 동안 적절한 혈액 pCO2 농도의 유지는 조류가 폐로부터 수분증발에 의한 체온을 낮추기 위해 헐떡거림으로 호흡기계를 경유하여 CO2를 연속적으로 제거하기 때문에 필수적이다[12].
07%) 이상 증가하였으며 베타인 첨가구는 T6에 비해서 204 g 낮은 것으로 나타났다. 본 결과는 혹서기 폭염 스트레스 하에서 14℃의 시원한 음수공급과 함께 베타인 800 ppm 사료를 급여해주면 폭염피해를 저감할 수 있다는 점을 보여준다. 증체량은 베타인 첨가구가 대조군과 비교할 때 농도 의존적으로 증가하는 경향을 보였으나 800ppm에서 더 이상 증가하지 않는 안정점에 도달하였다.
본 연구는 베타인이 폭염에 노출된 오리의 생체기관에서 짧은 사슬지방산과 혈액 프로파일의 적정 수준을 유지해주는 약력학적 기작을 경유하여 열 스트레스 완화효과를 갖는다는 점을 보여준다.
깔짚으로써 왕겨를 각 펜의 바닥 10 cm 높이로 깔아주었으며 사육실의 온도는 입추당일에서 3일까지는 33℃로 유지하였고 그 다음부터 주당 2~3℃씩 낮췄다. 실험기간 동안 사료섭취량, 체중을 측정, 기록하였으며 실험기간 중 성장능력을 체중 증가량, 사료섭취량 및 사료요구율(사료섭취량/체중 증가량)로써 나타냈다. 동물을 포함한 모든 실험절차는 EEC Directive of 1986;86/609/EEC에서 제시된 과학적이고 윤리적인 규정을 따랐으며, 강원대학교 동물실험윤리위원회로부터 승인(KW-141027-1)을 얻었다.
79% 유의하게 높았으나 T2, T3, T5 사이의 유의차는 인정되지 않았다. 적혈구 크기 분포(red blood cell distribution width, RDW)는T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 15.37, 15.60% 유의하게 높았으나 T3, T4, T6 사이 그리고 T2, T3, T5, T6 사이의 유의차는 인정되지 않았다. 혈소판(platelet,PLT)은 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 36.
MCHC에서 T4, RDW에서 T5, MPV에서 T3가 가장 높았으며 PCT에서 처리구 간 차이가 없었던 점을 제외하면 혈액학적 지표는 T2에서 유의하게 가장 높았다. 적혈구용적비(hematocrit, HCT)는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 25.07, 26.24% 높았으나 T1을 제외한 각처리구 간 유의차가 인정되었다. RBC는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 비슷하게 23.
본 결과는 혹서기 폭염 스트레스 하에서 14℃의 시원한 음수공급과 함께 베타인 800 ppm 사료를 급여해주면 폭염피해를 저감할 수 있다는 점을 보여준다. 증체량은 베타인 첨가구가 대조군과 비교할 때 농도 의존적으로 증가하는 경향을 보였으나 800ppm에서 더 이상 증가하지 않는 안정점에 도달하였다. 이러한 결과는 메칠기 과잉으로써 메칠기의 배설 및 에너지 손실이 늘어나서 상가적 증체를 나타내지 않은 것으로 볼 수 있다.
폭염 스트레스에 노출된 육용오리의 맹장에서 측정한 짧은 사슬지방산(SCFA)은 Table 4와 같다. 총 SCFA, 초산, 프로피온산은 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 베타인 무첨가 폭염 대조군에 비해서 높았으나 이와 반대로 뷰티르산, 이소뷰티르산, 발레르산, 이소발레르산은 유의하게 낮았다. 총 SCFA는 T1과 비교할 때 베타인 첨가 구와 고온사료 처리군이 각각 28.
총 SCFA, 초산, 프로피온산은 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 베타인 무첨가 폭염 대조군에 비해서 높았으나 이와 반대로 뷰티르산, 이소뷰티르산, 발레르산, 이소발레르산은 유의하게 낮았다. 총 SCFA는 T1과 비교할 때 베타인 첨가 구와 고온사료 처리군이 각각 28.26, 22.25% 유의하게 높았으며 T2, T3, T6 사이 및 T2, T3,T4 사이의 유의차는 없었고 처리구 가운데 T5는 가장 낮게 나타났다. 초산은 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 82.
79% 유의하게 높았으나 베타인 첨가구, 고온사료 처리군, 베타인 무첨가 일반 대조군 사이의 유의차는 인정되지 않았다. 평균 적혈구 용적(mean cell volume,MCV)은 T1과 비교할 때 T2가 1.02배 높았으나T3, T4는 1.89%, T5, T6는 2.15% 유의하게 낮아졌다. 한편, T3, T4, T6 및 T4, T5, T6 사이의 MCV는 유의차가 나타나지 않았다.
한편, T3, T4, T6 및 T4, T5, T6 사이의 MCV는 유의차가 나타나지 않았다. 평균 적혈구 혈색소 농도 (Mean corpuscular hemoglibin concentration, MCHC)는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 8.73, 5.79% 유의하게 높았으나 T2, T3, T5 사이의 유의차는 인정되지 않았다. 적혈구 크기 분포(red blood cell distribution width, RDW)는T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 15.
혈소판 용적치(plateletcrit, PCT)는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군 사이의 유의차는 인정되지 않았다. 평균 혈소판 용적(mean platelet volume, MPV)은 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 8.12, 7.68% 유의하게 높았으나 베타인 첨가구와 고온사료 처리군 사이의 유의차는 인정되지 않았다. 이러한 발견은 고온 스트레스에 노출된 육계에서 혈액학적 지표가 감소하였다는 보고와 일치한다[26].
91% 유의하게 높았으며 T3는 정상군인 T6와 비슷하였고 T3, T4, T5 사이 및 T2, T5 사이의 유의차는 없었다. 프로피온산은 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 32.66,28.66% 유의하게 높았으나 베타인 첨가구와 고온사료 처리군 사이의 유의차는 없었다. 뷰티르산은 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 80.
47% 높았으나 T1, T3, T6 사이의 유의차가 있었음을 제외하면 각 처리구 간 유의차는 나타나지 않았다. 헤모글로빈(hemoglobin,HGB)은 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온 사료 처리군이 각각 17.70, 12.79% 유의하게 높았으나 베타인 첨가구, 고온사료 처리군, 베타인 무첨가 일반 대조군 사이의 유의차는 인정되지 않았다. 평균 적혈구 용적(mean cell volume,MCV)은 T1과 비교할 때 T2가 1.
60% 유의하게 높았으나 T3, T4, T6 사이 그리고 T2, T3, T5, T6 사이의 유의차는 인정되지 않았다. 혈소판(platelet,PLT)은 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 36.06, 11.54% 유의하게 높았으며 T2, T6, T4, T3, T5 순서로 유의하게 높았다. 혈소판 용적치(plateletcrit, PCT)는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군 사이의 유의차는 인정되지 않았다.
폭염 스트레스에 노출된 육용오리에서 혈액 가스 농도에 관한 베타인의 효과는 Table 3과 같다. 혈액 가스 농도는 베타인 첨가구와 고온사료처리군이 베타인 무첨가 폭염 대조군에 비해서 유의하게 높았다. PCO2와 PO2는 T1과 비교할 때 베타인 첨가구와 고온사료 처리군이 각각 50.
후속연구
그러므로, 본연구의 목적은 열 스트레스 하에서 오리의 생물학적 기능에 관한 베타인의 약력학적 기작을 연구하는 것이었다. 이러한 예비실험으로부터 결과는 혹서기 폭염 환경에서 오리의 생산성 향상에 관한 기초지식을 제공할 것으로 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
혈액 전해질 균형이 파괴되면 사료섭취량 감소와 함께 가금의 생산성 감소를 초래할 수 있는 이유는 무엇인가?
폭염 스트레스를 받은 일반대조군인 T1에서 나타난 결과는 가금과 버펄로 소에서 열 스트레스의 결과로서 혈액 Na, K, Cl가 낮아졌다는 보고와 일치한다[12, 33]. 열 스트레스 하에서 가금은 헐떡거림을 반복하는 개구호흡 사이클을 나타냄으로써 호흡성 알칼리증의 고통을 받게 된다. 고온 환경 하에서 가금은 개구호흡을 함으로써 호흡기 내에 있는 수분을 증발시켜 열을 발산하고 혈중 이산화탄소의 배출이 증가하며 혈액 pH가 상승함으로써 호흡성 알칼리증을 유발한다. 호흡성 알칼리증은 뇨 배설을 위한 H+와 K 사이의 경합을 감소시켜 소변에서 K 손실을 증가시킨다. 따라서 이와 같은 혈액 전해질 균형이 파괴되면 사료섭취량 감소와 함께 가금의 생산성 감소를 초래할 수 있다[12, 34].
열 스트레스는 가금에게 어떤 영향을 주는가?
혈액학적 소견은 동물의 건강과 영양상태 평가[10] 및 가금에서 스트레스 반응에 대하여 민감한 혈액학적 지표[11], 그리고 면역기능에 대한 일반 생체 표지자 로서 중요하다[1]. 열 스트레스는 가금의 체온상승, 헐떡거림, 혈액 pH 상승을 나타내며 물 섭취가 증가하여 혈액희석의 결과로서 혈액 전해질 Na, K, Cl과 함께 pCO2, HCO3를 낮춘다[12]. 글리신의 트리메칠 유도체인 베타인은 3개의 물과 친하지 않은 소수성 메칠기(CH3)를 가지고 있으며 동시에 물과 친한 친수성 카르복실기(COOH)를 지니고 있는 양극성 화합물로써 콜린, 메치오닌과 함께 메칠기를 공급해주는 공여자로써 작용한다[5, 13].
글리신의 트리메칠 유도체인 베타인은 무엇인가?
열 스트레스는 가금의 체온상승, 헐떡거림, 혈액 pH 상승을 나타내며 물 섭취가 증가하여 혈액희석의 결과로서 혈액 전해질 Na, K, Cl과 함께 pCO2, HCO3를 낮춘다[12]. 글리신의 트리메칠 유도체인 베타인은 3개의 물과 친하지 않은 소수성 메칠기(CH3)를 가지고 있으며 동시에 물과 친한 친수성 카르복실기(COOH)를 지니고 있는 양극성 화합물로써 콜린, 메치오닌과 함께 메칠기를 공급해주는 공여자로써 작용한다[5, 13]. 베타인은 단백질 합성과 에너지 대사[14], 카르니틴, 크레아틴과 같은 물질의 합성을 위해서 메칠기 전이반응에 사용될 수 있는 메칠기를 제공해준다[15].
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