2021-4-9 | 营养学论文
作者：周俊 章森 董国忠 单位：西南大学动物科技学院
1奶牛瘤胃亚急性酸中毒的产生原因
1．1饲喂高精饲粮时瘤胃中LPS积聚源于微生物区系剧烈变化高精饲粮中碳水化合物发酵产生大量挥发性脂肪酸(volatilefattyacid，VFA)［6］。VFA在瘤胃中大量蓄积造成瘤胃液pH下降，渗透压升高。升高的渗透压不利于瘤胃壁对VFA的吸收，使pH进一步下降，最终导致SARA发生。使用高精饲粮诱发奶牛发生SARA时，瘤胃中会产生大量有毒有害物质，特别是LPS(表1)。Gozho等［7］研究得出饲粮精饲料比例(x，%)与瘤胃液内毒素LPS浓度(y，log10EU/mL)的关系式为:y=0．00009x2+0．0023x+3．8071(R2=0．99)。LPS是革兰氏阴性菌的细胞壁结构成分，由多糖和脂质共价结合组成。多糖部分主要为O－抗原。O－抗原由50个重复单位的寡糖组成，其结构保守性差，因此具有菌种特异性。脂质A是LPS的毒性成分，其空间构象影响其毒性，不同菌种的毒性不同［9］。诸多学者提出饲粮能通过改变瘤胃微生物区系从而影响瘤胃中LPS毒性［2，9－10］。Khafipour等［11］报道瘤胃中大肠杆菌LPS毒性最强。革兰氏阴性菌在指数生长阶段或在溶解后都会释放出LPS［12］。Andersen［13］报道高达60%的LPS是由于革兰氏阴性菌的快速生长而产生的。在快速生长期，细菌会释放自溶酶(autolyticen-zymes)来促进生长，但是过量的自溶酶可导致细菌细胞裂解。研究表明，产琥珀酸拟杆菌(Fi-brobactersuccinogens)在快速生长期自体溶解比例比在静止期高10倍［12］。奶牛自身不能分泌纤维素分解酶，它们依靠寄宿在瘤胃的细菌、真菌和原虫分解纤维素。微生物依靠瘤胃提供的适宜生存场所，利用饲粮营养物质进行自身新陈代谢并为奶牛提供蛋白质、维生素、短链脂肪酸等。高精饲粮在满足奶牛高泌乳能量需要的同时也造成瘤胃粗纤维不足，分解纤维素的微生物受到抑制，发酵碳水化合物的微生物快速生长［14］。发酵产生的大量葡萄糖为微生物的生长提供了足够的能量和碳源，使瘤胃内几乎所有微生物生长速度加快，瘤胃微生物区系发生剧烈变化，这是奶牛SARA高发的根本原因［15－16］。Khafipour等［11］通过给奶牛饲喂高比例的谷物或苜蓿草颗粒饲粮成功诱发了奶牛SARA，并发现不同饲粮结构下瘤胃微生物区系结构差异明显。他们根据瘤胃液LPS浓度、pH＜5．6的持续时间和血浆结合珠蛋白(haptoglobin，Hp)浓度创造性地将谷物诱发的SARA划分为严重型和温和型，并指出这2种类型SARA的瘤胃微生物区系结构存在很大差异。Khafipour等［11］同时指出即使采食同一饲粮，在不同阶段，瘤胃微生物区系结构也不相同。采食后较短时间内，谷物诱发严重型SARA时瘤胃中大肠杆菌、牛链球菌最多;谷物诱发温和型SARA时瘤胃中主要是埃氏巨球形菌;苜蓿草诱发SARA时瘤胃中易北河普氏菌占优势。采食6h之后，瘤胃中优势菌种有所变化。埃氏巨球形菌和牛链球菌成为谷物诱发严重型SARA的优势菌;谷物诱发温和型SARA时埃氏巨球形菌依然是第一优势菌，第二优势菌由原来的反刍动物月形单胞菌变为了琥珀酸弧菌;苜蓿草诱发SARA时优势菌新增了普雷沃氏菌和白色瘤胃球菌。由此可见，饲料原料种类和饲粮精粗比不同均会影响瘤胃微生物区系的动态变化，这种动态变化越剧烈革兰氏阴性菌释放的LPS就越多，瘤胃中积聚的LPS也随之增加。
1．2LPS从胃肠道转运至体内导致奶牛生产性能下降正常情况下胃肠道能通过上皮细胞屏障将绝大多数LPS束缚于消化道内［17］，只有极少量的LPS能通过上皮细胞膜内吞作用或者紧密连接转运至肝脏并迅速被肝脏清除［9］。在生理或心理应激下，紧密连接屏障功能下降，上皮细胞通透性增加，LPS转运量增多。奶牛发生SARA时，瘤胃液低pH和高渗透压进一步破坏上皮细胞角质层，LPS乘机通过瘤胃壁上皮细胞屏障进入体循环以及肝、脾、肺等远隔器官［18］。进入血液的LPS与LPS结合蛋白(lipopo-lysaccharidebindingprotein，LBP)结合形成复合物(LPS-LBP)，这有助于LPS附着于巨噬细胞表面，使细胞对LPS的敏感性升高，促进脂蛋白对LPS的转运。LPS-LBP复合物随后与其特异受体CD14结合，CD14介导单核/巨噬细胞、内皮细胞等识别LPS，再通过Toll样受体如Toll样受体－4(TLR-4)介导一系列细胞内信号传导机制，使细胞浆内转录因子如核因子－κB(NF-κB)磷酸化［18］。NF-κB由胞浆进入细胞核，并结合于基因的启动区域，激发相关基因的转录、翻译等过程，释放出大量的细胞因子，如肿瘤坏死因子－α(TNF-α)、白介素－1(IL-1)和IL-6等［18］。过量分泌的细胞因子会引起扩大的炎症连锁反应，造成细胞广泛损伤。例如，TNF-α可刺激血管内皮细胞释放组织因子，使微血管凝血活性增强，纤溶活性降低，出现弥漫性血管内凝血。TNF-α还可增强血管内皮细胞以及其他器官组织细胞凋亡速率，直接导致器官功能受损。另外，TNF-α似乎能通过增加肌球蛋白轻链激酶的表达来增强肌浆球蛋白轻链的磷酸化作用，使紧密连接功能下降，LPS渗透性增加［19］。IL-1可使毛细血管渗透性增加，引起机体发热，诱导肝细胞合成急性期蛋白质，如LPB、血清淀粉样蛋白A(SAA)、Hp和C－反应蛋白(CRP)等。Zebeli等［20］报道，奶牛采食高精饲粮可导致瘤胃液LPS浓度升高，血浆SAA和CRP水平上升，血浆中钙、铁、锌和铜含量出现较大波动;血浆中钙在肝脏清除LPS的过程中大量消耗，低含量的血浆钙在得不到补充的情况下容易引发奶牛产乳热。此外，大量的LPS经体循环转运至全身各器官会造成诸多器官病变，如脂肪肝、蹄叶炎、胎盘滞留、皱胃移位等［21］。另有研究表明，机体发生急性期反应时，脂质和葡萄糖代谢会发生诸多变化，表现为胆固醇合成减少，脂解作用加快，血浆中非酯化脂肪酸(NEFA)浓度增加［15］。Zebeli等［22］指出，全混合日粮(TMR)中精饲料比率达到60%时，血浆葡萄糖和乳酸盐浓度升高，胆固醇和β－羟丁酸浓度降低，但NEFA变化趋势与Ametaj等［15］报道不一致。但可以肯定的一点是，奶牛大量采食高精饲粮引发瘤胃SARA后，瘤胃液和血浆中LPS浓度均升高，大量的LPS不能被肝脏完全清除从而引起急性期反应，使奶牛生产性能下降，表现为产奶量降低、乳脂率下降、牛奶能值降低［5］。
2控制奶牛亚急性酸中毒的营养学方法
奶牛发生SARA时除表现为瘤胃液pH下降以外，还以瘤胃液LPS浓度显著升高为特征。目前，国内外介绍的SARA防治方法主要是通过改善饲粮精粗比或添加缓冲剂来防止pH骤然下降。但是，在奶牛实际生产中，为了提高产奶量或由于牧草缺乏，减少精饲料的用量往往不太可行。另外，添加缓冲剂的效果也是有限的［23］。本文将以LPS这一关键的SARA异常代谢产物为出发点，从减少LPS产生和转运2个方面阐述一些新方法和新思路。有报道称接种抗LPS疫苗或者使用免疫调节剂能降低LPS对奶牛的影响，但因其成本太高暂未得到实际应用［24］，因此，本文不做详细阐述。