浅析奶牛产后葡萄糖代谢失衡理论

刘春海，韩建林，陶春卫

（北京菲迪饲料科技有限责任公司，北京 100085）

浅析奶牛产后葡萄糖代谢失衡理论

刘春海，韩建林，陶春卫

（北京菲迪饲料科技有限责任公司，北京 100085）

奶牛围产期代谢紊乱是影响奶牛健康和生产性能的主要因素，探寻奶牛围产期营养代谢调控作用和机理是保证奶牛健康，提高生产性能，保证牧场经济效益的重要基础。本文深入分析了奶牛围产期能量代谢的调控机理，指出奶牛产后葡萄糖代谢失衡是引起奶牛围产期代谢紊乱的根本原因，并进行了详细论述。充分认识奶牛产后葡萄糖代谢失衡理论，对奶牛脂肪肝病、酮病及产后失重的预防和治疗具有指导意义，对奶业的健康发展具有重要意义。

葡萄糖；代谢失衡；脂肪肝病；酮病；产后失重

在奶牛生产中，由于受激素水平、产犊应激等多因素的影响，围产期奶牛极易发生能量负平衡。传统动物营养理论认为：当奶牛处于能量负平衡状态时，机体会动用体脂肪来提供能量，进而导致能量代谢紊乱引发的系列代谢性疾病，比如：脂肪肝病和酮病等。同时认为，日粮中给动物提供能量的物质主要是脂肪、碳水化合物和蛋白质。由于脂肪提供能量最多最快，所以过去的几十年里，多是在奶牛日粮中添加过瘤胃脂肪或脂肪酸钙，对围产期奶牛能量代谢加以调控。然而，在生产实践中，日粮添加过瘤胃脂肪后奶牛仍会失重，还会发生脂肪肝病和酮病。因此，用传统的营养学理论解释奶牛产后发生的能量负平衡现象不尽准确。

如果奶牛产后能量负平衡理论成立，那么奶牛需要的能量也要像氨基酸一样分成第一限制性能量和第二限制性能量，而对高产奶牛来说第一限制性能量绝对不是脂肪，证据如下：

①奶牛酮病需通过静脉注射葡萄糖来治疗，奶牛产后需灌服丙二醇等生糖前体物来预防脂肪肝病和酮病。②在奶牛产后日粮中补充过瘤胃脂肪后，奶牛仍会失重，仍会产生脂肪肝病和酮病，情期受胎率低。③生产实践中，乳成分中乳脂率和乳蛋白率变化较大，而乳糖含量几乎不变。④徐晶等[1]在小尾寒羊上的试验表明，当其处于能量负平衡时，蛋白激酶AMPKα1mRNA表达量在下丘脑、肝脏、心脏、骨骼肌及脂肪组织中都有不同程度的上调，骨骼肌及脂肪组织中AMPKα2mRNA表达量显著增加，证明蛋白质被动用。

1 奶牛产后葡萄糖代谢失衡理论

奶牛产后由于泌乳的需要和机体生理调控，对葡萄糖的需求量急剧增加。而奶牛内源性葡萄糖的供给量严重不足，此时，如果外源性葡萄糖的供给量仍不能满足奶牛生产需要，机体就会调动相关代谢途径生成葡萄糖，尽量满足奶牛对葡萄糖的需求。因此，葡萄糖不足是引起奶牛围产期代谢紊乱的主要因素，我们称之为“奶牛产后葡萄糖代谢失衡理论”。

由于机体中肝糖原和肌糖原很少，而由瘤胃发酵产生的丙酸进行糖异生生成的葡萄糖也远远满足不了奶牛产后需要。此时，奶牛会大量动用体组织中的蛋白质（因为氨基酸是最有意义的生糖前提物之一），用于满足葡萄糖需求。奶牛产奶量越高对葡萄糖的需求量越大。虽然脂肪组织也同时被脂解，得到甘油和游离脂肪酸(也称非酯化脂肪酸)，但只有少部分甘油能通过糖异生转变成葡萄糖。与其说脂肪被动用，不如说是脂肪被游离。当大量游离脂肪酸（非酯化脂肪酸）进入肝脏后，肝脏中此时形成极低密度脂蛋白有限，致使脂肪酸不能被及时运出肝脏，大量的甘油三脂便沉积在肝细胞中，导致脂肪肝形成；同时，大量非酯化脂肪酸由于缺乏丙酸的参与，不能氧化成二氧化碳和水，导致不完全氧化进而引起酮病；由于机体中蛋白质的动用，脂肪的脂解，导致产后失重。

2 葡萄糖的生理作用及需求量

奶牛生产需要葡萄糖供能。首先，中枢神经系统的细胞，特别是脑细胞，依靠葡萄糖的稳定供应，以用于氧化代谢，而葡萄糖在肌肉组织中主要用于合成糖原。葡萄糖在脂肪酸和乳脂的转化合成中是必不可少的，一方面葡萄糖生成的α-磷酸甘油是甘油与脂肪酸进行酯化合成三酰甘油时甘油的前体物，另一方面是提供脂肪酸合成所需要的还原型辅酶Ⅱ。

其次，葡萄糖用于供应胚胎生长和乳的生成。胚胎要连续不断地接受由母体提供的葡萄糖，其代谢主要通过葡萄糖分解获得。在胚胎生活后期，胎盘、胚胎的肝、肺和肌肉要进行大量的糖原贮存。奶牛主要以肝糖原的形式贮存葡萄糖，而以肌糖原形式贮存的葡萄糖很少。

高产奶牛产后对于葡萄糖的需求量是产前的2.5倍，产后每天至少需要2 000g葡萄糖，产奶量高的奶牛合成乳糖耗用的葡萄糖占全身葡萄糖量的60%～85%[2]。一头泌乳量为28.5kg/d的奶牛（乳糖含量约为4.6%），每天需要代谢葡萄糖3.1kg，其中内源代谢产生的葡萄糖是1.9kg/d，经小肠吸收的葡萄糖是1.2kg/d[3]。

产后奶牛机体需要大量的葡萄糖以满足供能和泌乳需求，首先动用肝糖原。但由于肝糖原、包括肌糖原在奶牛产犊时几乎被耗竭，而一直持续进行的由瘤胃发酵产生的丙酸进行糖异生生成的葡萄糖也满足不了需要，因此体组织中的蛋白质被大量动用，通过氨基酸的糖异生途径合成葡萄糖。在构成蛋白质的20种氨基酸中，除赖氨酸和亮氨酸外，几乎所有氨基酸都可异生成糖。其中，丙氨酸和谷氨酰胺最易生成葡萄糖，由其生成的葡萄糖占绵羊体内所有氨基酸合成葡萄糖的40%～60%[4]。丙酸和氨基酸是反刍动物最大的葡萄糖前体物，其异生成葡萄糖量占葡萄糖生成总量的45%～75%。据报道，对于泌乳牛而言，丙酸异生葡萄糖量占代谢葡萄糖的27%～80%[5]。

3 葡萄糖代谢失衡导致后果

体蛋白的大量动用会产生四方面的问题：脂肪肝病、酮病、产后失重及繁殖率降低。

3．1 脂肪肝

由于体蛋白的动用，脂肪被脂解，虽然脂肪被分解成甘油和非酯化脂肪酸（游离脂肪酸），但其中的甘油，一部分重新用于脂肪的合成，一少部分通过糖异生合成葡萄糖，还有一部分被氧化成二氧化碳和水。正常条件下只有5%的甘油用于合成葡萄糖，饥饿的动物则有20%～30%甘油合成葡萄糖[5]。而游离脂肪酸大部分以甘油三酯形式重新沉积在肝细胞中。肝脏中大部分甘油三酯以脂蛋白的形式伴随血液转移出肝脏，脂蛋白由60%甘油三酯、少量胆固醇（5%或4%酯化胆固醇）、25%磷脂及6%蛋白质等组成，也叫极低密度脂蛋白。而磷脂由磷脂酰胆碱（卵磷脂）、肌醇磷脂和脑磷脂等组成，反刍动物的磷脂酰胆碱70%～80%都是通过胆碱合成，其余部分来自于磷脂酰乙醇胺的甲基化作用，牛体内大约30%的游离蛋氨酸被用来合成胆碱。而反刍动物来源于日粮中的胆碱在瘤胃中迅速被降解，只能通过蛋氨酸甲基化作用获取，但奶牛产后日粮中的蛋氨酸本来就不足，基本上都用于合成乳蛋白，导致肝脏中构成极低密度脂蛋白所需胆碱严重不足，致使大量的甘油三酯蓄积在肝脏中，导致脂肪肝病。

3．2 酮病

非酯化脂肪酸运送到肝脏后被分解为乙酸，产生的乙酸被彻底分解为二氧化碳和水以产生更多的能量。但该过程需要丙酸参与，如果没有足够的丙酸可利用（实际上此时丙酸用于合成葡萄糖都远远不够），那么过多的乙酸就会在肝脏中聚集。此时，乙酸分子在酶的作用下会转化为丙酮、乙酰乙酸和β-羟丁酸，这些产物进入血液中蓄积到一定水平会引起酮病[6]。

3．3 产后失重由于体蛋白的动用、体脂肪的脂解，导致产后奶牛体重迅速降低，每天失重0.9～1.5kg。体重下降进而影响奶牛产后发情，导致不能按时配种，产犊间隔拉长，总产奶量降低。

3．4 情期受胎率降低

过多动用体蛋白后，由于氨基酸在糖异生前在转氨酶作用下会释放出大量的氨，因而会导致血氨浓度升高，造成血液中尿素氮水平提高，对卵子和胚胎产生毒害作用，进而影响牛的受精、排卵及胚胎发育，导致奶牛情期受胎率降低。而且也有研究发现，肝脂肪浸润量在1%～5%，就会对奶牛健康和繁殖力产生不利影响。

3．5 高产奶牛产奶量的遗传潜力没有发挥出来

由于糖的缺乏，乳糖的合成有限，加上一部分蛋氨酸用于合成胆碱，从而影响了高产奶牛产奶量的发挥。

4 奶牛葡萄糖代谢失衡的调控

给奶牛补充过瘤胃葡萄糖是预防和治疗奶牛产后葡萄糖代谢失衡的最有效措施。

4．1 脂肪肝和酮病的调控

奶牛在产前一周开始补充足够的葡萄糖后，体蛋白不被动用，体脂肪也不被脂解，进入肝脏中的甘油三酯能被及时地运出肝脏，不会产生脂肪肝病，同时脂肪酸的氧化由于有充足的丙酸参与，能及时把形成的乙酸分解为二氧化碳和水，也不会形成酮病。可惜的是，过去大量的葡萄糖灌注试验都是集中在奶牛产奶后期进行的，所观察到结果相互矛盾。因为这个时候灌注葡萄糖，蛋白质的糖异生已经发生了，而且产生的脂肪肝病和酮病已经处于恢复期或已经恢复了。

对于机体已经发生蛋白质糖异生的奶牛，补充葡萄糖后蛋白质糖异生过程将被阻断，奶牛不再动用体蛋白，体脂肪也不再脂解产生游离脂肪酸。这样肝脏中蓄积的脂肪会以脂蛋白的形式运出肝脏，或在肝细胞中被氧化而不再发生脂肪肝病。肝脏中也不再产生丙酮、乙酰乙酸和β-羟丁酸等产物进入血液，而血液中原有的丙酮、乙酰乙酸和β-羟丁酸等也在体内迅速代谢，不会再发生酮病。若此时进行调控，最好同时用过瘤胃葡萄糖搭配过瘤胃胆碱和过瘤胃烟酸，利用胆碱合成的磷脂酰胆碱参与脂肪的运输，而烟酸在体内能抑制脂解酶的活性，从而抑制脂肪的脂解。

当然，由于青贮玉米或青贮牧草中丁酸过高引起的酮病，需要首先更换掉这种青贮饲料，再添加过瘤胃葡萄糖，才能达到治疗酮病的目的。

4．2 对其他的调控

补充足够的过瘤胃葡萄糖后，糖的异生被阻止，蛋白质和脂肪不再降解，奶牛体重不再降低，机体在逐渐沉积蛋白和脂肪，体重恢复正常。由于糖异生的阻断，产生的血氨减少，不再影响奶牛的繁殖，情期受胎率提高。

由于葡萄糖的供应提高，降低了酮病和脂肪肝病的发生，采食量会相应提高，糖的合成效率也会增加，使得乳糖的合成增加，加上添加过瘤胃胆碱后用于合成胆碱的蛋氨酸节省下来，可以合成更多的乳蛋白，使得产奶量进一步提高。

5 糖的补充方式

给产后奶牛补充葡萄糖的方法有三种：静脉注射葡萄糖，通过十二指肠瘘管灌注葡萄糖，在饲料中补充过瘤胃葡萄糖（普通葡萄糖进入瘤胃后会被瘤胃微生物降解）、过瘤胃淀粉及生糖前体物。前两种方法既操作繁琐，又会引起奶牛应激，不能满足实际生产需要。因此，在饲料中添加过瘤胃葡萄糖、过瘤胃淀粉及生糖前体物是很好的补糖方法。

围产期奶牛日粮中葡萄糖的来源主要是玉米中的过瘤胃淀粉。淀粉在小肠上皮被淀粉酶和麦芽糖酶分解成葡萄糖后而被机体吸收，其利用效率为60%～75%[5]。直接给奶牛提供过瘤胃淀粉，其到达肠道后还需要转化成糖后才能被奶牛机体吸收。而且研究发现当日粮中过瘤胃淀粉供给量超过1.6kg/d时，淀粉的全消化道消化率会低于89%[4]，其原因可能是小肠中的淀粉酶和麦芽糖酶分泌不足。

在生糖前体物中丙酸是主要的生糖前体物。用同位素14C标记在绵羊上进行试验，发现饲喂干草后有27%转化为葡萄糖。奶牛瘤胃产生的丙酸被吸收后，50%～65%在瘤胃上皮组织中代谢成二氧化碳、乳酸等，剩余丙酸进入血液循环[7]，经三羧酸循环后生成葡萄糖，但也存在生成效率的问题，而且过多添加生糖前体物也会导致瘤胃酸中毒。所以，在奶牛日粮中添加生糖前体物也最好做成过瘤胃的，这样才能提高利用率。

通过比较分析可知，对于产后奶牛而言，过瘤胃葡萄糖是最好的葡萄糖来源，其进入肠道后可被完全释放，直接被小肠上皮吸收。

日粮中过瘤胃葡萄糖供给合适的情况下，奶牛机体不会发生动用体蛋白的糖异生。但供给量不足或过量仍存在一些问题：当过瘤胃葡萄糖供给不足时，奶牛仍会轻微动用体蛋白，发生亚临床酮病等；而过瘤胃葡萄糖供给过量，则会导致奶牛血液中的血糖浓度过高，反馈到采食中枢，可能会导致奶牛的采食量降低。

6 总结

在围产期奶牛日粮中添加过瘤胃脂肪，只能有限缓解能量不足，因为脂肪需要先分解成甘油，才能进入三羧酸循环合成葡萄糖，而且合成效率很低。所以，添加过瘤胃脂肪对体组织中蛋白质的动用只能起到部分降低作用，对奶牛失重只能起到部分缓解效果。美国威斯康星州立大学Garrett也指出在泌乳早期补加脂肪可以增加日粮能量浓度，但是对预防酮病不仅无效而且适得其反[8]。补加脂肪不能增加葡萄糖前体来促进肝脏葡萄糖合成，反而给本来就对于彻底氧化脂肪酸有难度的肝脏带来更多脂肪酸氧化负担。因此，笔者认为多年来过瘤胃脂肪的效果长期被夸大。

实际情况是，奶牛尤其是高产奶牛，由于产后产奶量迅速提高，需要大量葡萄糖，而奶牛采食量有限，饲料中提供的能过瘤胃的淀粉和生糖前体物不能满足机体对葡萄糖的需要，故会引起奶牛葡萄糖代谢失衡，出现酮病、脂肪肝病、身体失重、繁殖障碍等。而且奶牛产奶量越高越缺葡萄糖，此时补充适量的过瘤胃葡萄糖后不但能预防和快速解决上述问题，还可同时提高产奶量和乳品质，使高产奶牛的产奶潜力能充分发挥出来。试验表明，给高产奶牛添加过瘤胃葡萄糖200g/（头·d）后，平均产奶量由30.8kg提高到39.5kg，效果显著[9]。而在实际生产中也发现添加过瘤胃葡萄糖后奶牛产奶量会提高很多。根据计算，添加20g/（头·d）过瘤胃葡萄糖，糖的含量只够产1.9kg奶用的，这可能是因为酮病会降低采食量，而添加过瘤胃葡萄糖会降低酮病的发生率，相对地提高了奶牛的采食量，也可能是添加过瘤胃葡萄糖后，脂肪肝和酮病的发生率降低，奶牛肝脏健康，内源糖的合成效率提高。对于添加过瘤胃葡萄糖提高超过预期的产奶量还需要做很多的研究工作才能做出合理的解释。在实际生产中观察发现，日粮中添加过瘤胃葡萄糖后奶牛情期受胎率提高了30%。

综上所述，奶牛产后葡萄糖代谢失衡是奶牛围产期代谢紊乱的根本原因，这是对奶牛围产期代谢疾病的重新认识，是保证奶牛健康高产的有力理论武器，是牧场提质增效的关键所在。充分认识、理解并掌握奶牛产后葡萄糖代谢失衡理论对我国乃至全球乳业的健康发展具有重要意义，对乳业的健康养殖和发展具有指导意义。

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The Imbalance and Regulation of Glucose Metabolism in Postpartum Dairy Cows

LIU Chun-hai, HAN Jian-lin, TAO Chun-wei
(Beijing Feedig Feed Sci.&Tec.Co.,Ltd, Beijing 100085)

Metabolic disturbance of perinatal cows is the main factor that affects the health and performance of dairy cows. It is important to explore the regulation function and mechanism of nutrient metabolism during perinatal period to ensure the health of dairy cows, improve the performance and the economic beneft of pasture. This article analyzes the regulation mechanism of energy metabolism in perinatal cows, points and discusses detailedly thatglucose is the basic reason of metabolic disturbance in perinatal cows. The theory has a guiding significance to prevent and treat fatty liver disease and ketosis and prevent postpartum weightlessness, and has a great signifcance to the healthy development of dairy industry.

Glucose; Metabolic imbalance; Fatty liver disease; Ketosis; Postpartum weightlessness

S823.4

A

1004-4264（2017）01-0008-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.01.003

2016-10-08

刘春海（1965-），男，硕士，黑龙江八一农垦大学客座教授，研究生导师。