亚急性瘤胃酸中毒对瘤胃的影响

2016-06-22张肖肖安徽农业大学动物科技学院

北方牧业 2016年19期

□张肖肖（安徽农业大学动物科技学院）

亚急性瘤胃酸中毒对瘤胃的影响

□张肖肖（安徽农业大学动物科技学院）

亚急性瘤胃酸中毒（SARA）是反刍动物由于长期采食过量的易发酵碳水化合物，导致在瘤胃中累积大量挥发性脂肪酸，在较长时间内瘤胃pH维持在较低水平的一类营养代谢疾病。SARA不仅影响瘤胃消化代谢，同时影响瘤胃上皮生理功能及结构。这类疾病影响反刍动物的采食量、奶产量、瘤胃微生物组成及瘤胃消化代谢并且引发腹泻、肝脓肿、蹄叶炎及瘤胃炎等疾病，已成为危害我国肉牛及高产奶牛健康的主要营养代谢病之一。当前国内外研究主要侧重于SARA的发病原因，SARA对瘤胃微生物组成的影响，以及相关的临床表现，但对SARA对瘤胃上皮屏障功能影响的研究较少。本研究主要关注的是瘤胃，综述也将重点介绍其对瘤胃的影响。

1 SARA对瘤胃生理指标的影响

国内外研究进展显示，高谷物饲喂导致瘤胃挥发性脂肪酸浓度上升，pH值下降，瘤胃内毒性物质（LPS及生物胺等）则含量上升。Nagaraja等发现，在体外发酵试验中，以玉米为底物比以苜蓿为底物其pH下降更多但是LPS浓度也升高的更多。Khafipour等发现，将对照组（精粗比为5∶5）日粮干物质的21%用50%的小麦粉和50%的大麦粉组成的混合物替代时，可导致奶牛SARA的发生，同时导致瘤胃内游离LPS的浓度从28184升高到107152内毒素单位每毫升（EU/mL）。同样地，Gozho等将对照组（精粗比为4.4∶5.6）日粮干物质的25%用50%的小麦粉和50%的大麦粉组成的混合物替代时，也导致了奶牛SARA的发生，同时瘤胃内游离LPS的浓度从24547升高到了128825 EU/mL。Emmanuel等研究发现，与不采食任何谷物及采食15%谷物的奶牛（分别为654和790纳克/毫升）相比，采食30%或是40%大麦谷物的奶牛其瘤胃内游离LPS的浓度显著升高（分别为5021和8870纳克/毫升）。以上研究都表明，SARA会导致瘤胃内游离LPS的浓度升高，但在不同品种和生理状态的反刍动物中，其浓度差异较大，同时随着精料比例的增加，瘤胃内LPS浓度出现一个先上升后下降的趋势。

2 SARA对瘤胃微生物的影响

SARA发生的过程中，瘤胃内挥发性脂肪酸的积累使其pH值下降，从而导致瘤胃内微生物的组成及多样性发生急剧的改变。瘤胃内pH值的下降主要是瘤胃内总挥发性脂肪酸的积累，而非乳酸的积累。当瘤胃pH值在5.6至6.0之间变化时，主要的乳酸产生菌开始生长，但是同时瘤胃上皮上的乳酸利用菌也快速富集，加速乳酸降解，因此乳酸在此阶段并不积累。与此同时，瘤胃pH值的下降会导致纤维降解菌的减少，使革兰氏阳性球菌和杆菌的比例增加，从而改变细菌的数量。Nagaraja和Titgemeyer的研究表明，高谷物日粮会激活瘤胃内发酵淀粉和糖的革兰氏阴性菌的快速生长。同时，很多研究表明SARA会导致瘤胃内肠杆菌的数量上升，而Khafipour等研究表明瘤胃内大肠杆菌的比例与SARA的严重程度密切相关。上述结果表明，SARA会导致瘤胃内大肠杆菌等革兰氏阴性菌富集，同时影响其他菌群的数目，具体变化情况还是和炎症的严重程度密切相关的。

SARA不仅影响瘤胃内容物微生物，同时也对瘤胃上皮微生物组成和数目比例造成较大的影响。Petri等研究结果发现在发生酸中毒时，瘤胃上皮上阿托波菌属、硫还原菌属、乳杆菌属和欧鲁森氏菌属等细菌的数量显著升高。Chen等发现，肉牛从采食高粗料日粮突然过渡到采食高谷物日粮时，粘附在瘤胃上皮上的微生物区系发生急剧变化，其中密螺旋菌属、毛螺菌属和反刍杆菌属只在高谷物饲喂的肉牛瘤胃上皮上发现。上述结果表明，SARA对瘤胃上皮微生物组成也同时造成较大的影响，这些瘤胃上皮微生物的改变可能会对瘤胃功能产生不利影响，进一步了解这些瘤胃上皮微生物的代谢作用将对我们诊断和预防具有重要的临床意义。

3 SARA对瘤胃上皮形态结构的影响

SARA常常会导致瘤胃上皮过度角化及角化不全的现象。上皮过度角化是指角质层的过度积累改变上皮的屏障功能，减少挥发性脂肪酸的转运。角化不全是由于上皮分化速率的改变导致透明胶质颗粒被保留。近期的研究也显示，会引起奶牛和绵羊瘤胃上皮过度角化和角化不全。高精料饲喂诱发的瘤胃高浓度的丙酸和丁酸可能是导致瘤胃上皮过度角化或是角化不全的主要原因，因为高浓度的丙酸和丁酸会促进瘤胃上皮细胞的过度增殖分化，使得未成熟的细胞过早地进入角化层从而导致瘤胃上皮角化不全或过度角化。上述研究成果表明，SARA的发生会破坏瘤胃上皮形态结构，而形态学的变化必然引起瘤胃上皮相关功能的改变。

4 SARA对瘤胃上皮生理功能的影响

高谷物饲喂诱发的瘤胃内环境的急剧改变（高挥发性脂肪酸浓度、低pH值及高毒素浓度）不仅影响瘤胃上皮的形态结构，更影响瘤胃上皮的生理功能。

4.1 SARA对瘤胃上皮细胞增殖分化的影响

大量研究证实SARA会促进瘤胃上皮细胞的增殖分化。早期研究表明，增加日粮能量水平，瘤胃乳头表面积在6～8周后增加到最大。Bannink等报道称给奶牛饲喂更高比例的易发酵碳水化合物其瘤胃上皮增殖速率迅速增加。但是，高精料促进瘤胃上皮增殖的分子机制还不是十分清楚。

目前，大多数观点认为，瘤胃内增加的挥发性脂肪酸尤其是丁酸会促进瘤胃上皮的增殖。日粮中易发酵碳水化合物比例的增加会改变特定挥发性脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）的产生速率。而挥发性脂肪酸是公认的肠腔生长因子，挥发性脂肪酸产生的增加可能会促进瘤胃和非瘤胃动物模型消化道上皮细胞的增殖。许多在体试验表明，瘤胃灌注丁酸会促进瘤胃上皮的增殖。相反地，大量体外试验结果却表明，丁酸抑制瘤胃上皮细胞的增殖而促进其凋亡。这可能与体内外丁酸含量有关，适量的丁酸能刺激瘤胃上皮增殖，但当丁酸的浓度超过了瘤胃上皮代谢的承受能力，反而会使瘤胃上皮细胞发生凋亡，并使瘤胃上皮出现不同程度的脱落，最终会破坏瘤胃上皮的屏障功能。

4.2 SARA对瘤胃上皮代谢功能的影响

瘤胃上皮具有重要的代谢活性功能，并且会消耗大量的能量，瘤胃上皮所需的能量主要来源于瘤胃内的挥发性脂肪酸的代谢，其中与能量供应密切相关的酶是位于瘤胃上皮棘状层和基底层的Na+/K+-ATP酶。Kuzinski等研究发现，高精料饲喂显著降低Na+/K+-ATP酶的表达，暗示SARA会影响瘤胃上皮的关键能量合成酶的表达从而影响瘤胃上皮的能量合成。

尽管挥发性脂肪酸可以在瘤胃上皮内进行氧化代谢，但是丁酸在瘤胃上皮内最主要的代谢途径是生酮作用。乙酰辅酶A乙酰转移酶和3-羟基-1,3-甲基戊二酰基辅酶A合成酶是生酮作用中的两个主要关键酶。相应地，有研究表明，将全粗料饲喂迅速过渡到高谷物饲喂会导致肉牛或是奶牛瘤胃上皮ACAT的表达量显著增加。上调的ACAT表达似乎暗示着高精料饲喂使挥发性脂肪酸的代谢增强。Penner等研究发现，迅速将日粮从低精料过渡到高精料并没有影响瘤胃上皮HMGCS基因的表达。Steele等的研究结果却显示，从全粗料过渡到高精料降低了HMGCS基因的表达。

综上所述，目前大部分研究关注的是通过增强对挥发性脂肪酸的吸收、转运和代谢来抵抗SARA的发生。但当反复的高谷物刺激超出机体的适应负荷，就会导致瘤胃上皮结构和功能失衡，之后瘤胃上皮对挥发性脂肪酸的吸收、转运和代谢功能遭到破坏，加剧酸中毒的严重程度。