妊娠母猪背膘过厚影响繁殖性能的机制及其营养调控技术研究

■彭 健

(华中农业大学动物科技学院，湖北武汉430070)

1 母猪妊娠期脂质代谢特征

妊娠会引起母体产生一系列适应性变化，包括激素水平改变，以及糖代谢、蛋白质代谢和脂质代谢的变化[1]。其中，脂质的代谢变化十分明显，在整个妊娠期中，母体血清中的胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白（low-density lipoproteins，LDL）胆固醇以及高密度脂蛋白（High-density lipoproteins，HDL）胆固醇均呈显著上升趋势[2]。妊娠引起的代谢特征主要表现为：在妊娠早期和中期，母体本身的代谢以合成代谢为主，脂质合成增加，母体脂肪蓄积增多。而在妊娠后期，母体本身以分解代谢为主，脂肪组织脂解活性增加，促进脂肪酸通过胎盘进入胎儿体内，影响胎儿代谢及胎儿生长。因此，妊娠早期的脂质大量沉积，以及妊娠期后期的高血脂是妊娠期脂质代谢的两大主要特征[3-4]。

1.1 妊娠早期脂质代谢

在人和大鼠上的研究表明，在妊娠的前三分之二阶段，由于胎盘催乳素水平逐渐升高，促进了胰腺β细胞增殖和胰岛素分泌，提高了系统性胰岛素敏感性，导致采食量逐渐增加，胰岛素抗脂解作用增强[3]。同时，脂肪组织脂蛋白酯酶（Lipoprotein lipase，LPL）活性增强，增加了脂肪组织从乳糜微粒和极低密度脂蛋白（Very low-density lipoproteins，VLDL）中摄取甘油三酯，脂肪组织脂质合成的能力增强[4]。另外，妊娠早期母体脂肪组织对循环系统中葡萄糖的摄取量增多，对脂解来源的甘油、单酰基甘油、以及游离脂肪酸（Non-esterified fatty acid，NEFA）的重利用增强[5]。以上这些变化均促进了母体脂肪的蓄积。

1.2 妊娠后期脂质代谢

在妊娠的后三分之一阶段，脂肪沉积的趋势逐渐停止，并转向分解代谢为主的特征，血液中的甘油三酯、非酯化脂肪酸（Non-esterized fatty acids，NEFA）、胆固醇和磷脂水平升高[6]。其中，甘油三酯的增加幅度最为显著[7]。甘油三酯水平增加的原因，一方面是由于妊娠后期胰岛素促进脂质沉积的功能减弱，同时脂肪组织LPL活性减弱，导致脂肪组织对血液中甘油三酯利用减少[7]；另一方面，由于妊娠后期通常采食量增加，从饲料或食物来源中吸收的脂质增加，肝脏甘油三酯合成加快。

妊娠期母体血脂一定水平的升高，有利于胎儿从母血中摄取更多的游离脂肪酸及其脂类，利于胎儿各器官的发育[8]。在禁食状态下，甘油三酯能够被母体肝脏高效利用合成酮体，供给胎儿的代谢需求。在猪初生重与母体及子代血液营养物质关系的研究中发现，胎儿的初生重与自身血液的甘油三酯水平呈显著正相关。当血液中的甘油三酯通过胎盘转运时，胎盘组织血管壁上的LPL就可以水解甘油三酯，释放NE⁃FA并转运到胎儿，是妊娠后期胎儿迅速增加初生重的重要的能量来源[9]。

但是，经研究证据表明，随着妊娠的进行，母体的胰岛素敏感性水平逐渐降低，而胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）（又可称为胰岛素脱敏）水平逐渐增强[10-11]。母体代谢的这种变化，不仅降低了脂肪的合成能力，而且是导致脂解增多的主要原因[12-13]。由于胰岛素脱敏，妊娠后期胰岛素对激素敏感脂肪酶（Hormone-sensitive lipase，HSL）的抑制作用减弱，脂肪组织脂解酶活性升高，从而造成血液中NEFA和甘油大量增加[9]。

值得注意的是，在背膘较厚的妊娠母猪中，血液中的甘油三酯水平较高，但是胎儿的甘油三酯水平却较低。同时，在高背膘（≥20 mm）母猪群体中，胎盘脂肪酸转运相关蛋白CD36、FATP1、FABP4和FABP1表达量也显著下调，这表明妊娠期母猪体脂沉积较多时，可能影响了胎盘的脂质转运，进而限制了胎儿的生长[14]。

2 母猪妊娠期体脂沉积对繁殖性能的影响

妊娠母猪的背膘厚是直观反映母猪体脂沉积情况的重要指标[15]。母猪妊娠期体脂沉积过多时，常常导致母猪难产率和初生仔猪死胎率的提高[16]。因此，维持母猪妊娠期适宜的背膘厚，对提高母猪繁殖性能具有重要作用。

很多研究者报道了母猪妊娠期不同阶段背膘厚对繁殖性能的影响。Dourmad等（2001）[17]认为，大长二元杂母猪断奶时的最适背膘厚是16～19 mm，分娩时的最适背膘厚是19～22 mm。Kim等（2016）[18]度量了美系长大二元杂母猪妊娠105 d背膘厚，结果发现，背膘厚＜20 mm的母猪比≥20 mm母猪繁殖性能更好。Young等(2001)[19]研究表明，美系母猪在配种当天的最佳背膘厚为16～17 mm，而在分娩当天背膘厚应≥17 mm，在泌乳期背膘损失应保证在3～4 mm内。张守全等（2005）[20]研究表明，大白与长白经产母猪配种时背膘厚度为12.5～18.0 mm时，窝均产活仔数最高，且初生窝重最大；当哺乳期背膘损失控制在3～6 mm之间时，母猪断奶发情间隔最短[（5.24±0.46）d]。本实验室报道了美系大白母猪妊娠109 d的膘厚对繁殖性能有非常密切的关系，结果表明，仔猪初生重和断奶重与母猪妊娠109 d背膘厚呈凸二次曲线的关系，且母猪背膘厚为19～22 mm时仔猪初生重和断奶重最大。值得注意的是：当母猪背膘厚≥23 mm时，胎盘组织中脂质过度沉积，从而加剧了胎盘炎症反应和氧化应激，同时母猪产弱仔率显著提高[21-22]。

因此，通过营养调控母猪妊娠期的脂质沉积，维持母猪妊娠期不同阶段最适膘情，是提高母猪繁殖性能的有效手段。

3 母猪妊娠期体脂沉积对泌乳性能的影响

母体进入泌乳期后，需要大量的能量和其它营养物质来满足泌乳的需要。因此，母猪泌乳期往往会动用自身的体脂储存来供给乳汁合成的需要。这也就意味着，如果母体的营养储备不足，以过薄的背膘进入泌乳期时，会显著减少母猪的泌乳量，进而降低仔猪育成率和断奶重[23]。但需要注意的是，妊娠期过多的体脂沉积并不意味着在泌乳期能获得更高的泌乳量。在美系大白母猪中的研究表明，随着妊娠109 d背膘厚的增加，泌乳期采食量呈极显著的线性下降[21]。由于由摄食提供的能量相对于体成分动用提供的能量更为重要，因此泌乳期采食量的不足往往会导致母猪泌乳性能和仔猪生长性能的下降。Eissen等（2000）[24]通过对多次试验的数据分析也表明，控制分娩时母猪的体脂储备是提高泌乳期采食量，从而提高仔猪生长性能的重要因素。

除影响泌乳期采食量外，妊娠期体脂沉积过多或过少时，还会影响乳腺的发育，从而影响母猪妊娠期泌乳能力。对初产母猪而言，妊娠末期的背膘低于15 mm时，乳腺的DNA含量显著降低，表明乳腺组织的发育受到抑制[25]。但当初产母猪妊娠末期背膘高于36 mm或经产母猪妊娠109 d背膘高于26 mm时，也会显著抑制乳腺的发育[26-27]。因此，在母猪妊娠期控制适宜的背膘对维持最佳的乳腺发育也具有重要意义。

4 母猪妊娠期体脂过度沉积对胎盘血管生成的影响

4.1 母猪妊娠期胎盘血管生成及其生理调节

胎盘组织是妊娠期间唯一联系胎儿与母体的场所，与胎儿的健康发育密切相关[28]。胎盘组织中富含血管，良好的胎盘血管网和血流灌注是胎盘功能和胎儿健康生长的重要保障。

胎盘血管网的形成需要血管发生(Vasculogene⁃sis)和血管生成(Angiogenesis)密切协作[29]。血管发生指的是多能间充质干细胞发育生成原始血管腔，在猪上约为妊娠30 d左右，而血管生成是在已经形成的血管基础上通过出芽和套叠的方式形成新的血管，贯穿于整个妊娠期[30]。

炎症、运动、低氧以及机械损伤均会刺激血管内皮细胞血管生成，共同调控血管网络的形成[31]。在生理状态下，还原氧（Reactive oxygen species，ROS）对内皮细胞血管生成具有重要作用，可促进血管生成及胚胎滋养层细胞入侵[32]。然而大量的ROS又会造成细胞损伤，影响组织功能，导致一系列的妊娠障碍，包括早产，子痫前期，胎儿宫内发育迟缓，妊娠期糖尿病，以及许多情况下的自发流产[33]。因此，控制妊娠期间胎盘的炎症和氧化应激水平，维持正常的胎盘血管生成，对取得良好的繁殖成绩具有至关重要的意义和作用。

4.2 妊娠期母猪体脂过度沉积对胎盘血管生成的影响和机制

本实验室前期研究发现，母猪妊娠期背膘过厚会引起的胎盘脂毒性，影响了胎盘的血管生成[21]。脂毒性是指当机体脂肪摄入或者合成过多时，超过脂肪组织的沉积能力，进而异位沉积到肝脏、肌肉、心脏、胰腺，甚至胎盘等非脂肪组织中，引起细胞正常信号和功能紊乱甚至死亡的现象[34]。公认的脂毒性介质主要包括二酰甘油（Diacylglycerol，DAG）和神经酰胺（Ceramide），均由过多的脂肪酸摄入引起，可显著激活炎症信号通路[35-36]。与背膘适中母猪相比（17～18 mm），背膘过厚（≥23 mm）的母猪胎盘中甘油三酯以及NEFA含量更高，并且胎盘脂质含量与仔猪初生重、初生窝重以及胎盘效率均呈显著负相关[21]。此外，高背膘母猪胎盘炎症因子IL-1β、IL-6，脂质过氧化物MDA，以及ROS水平均显著升高，胎盘SOD活性降低，表明胎盘脂毒性的发生；但却显著降低了母猪胎盘血管密度[22]。因此，控制母猪妊娠期的背膘沉积对保障胎盘血管的正常发育，降低弱仔发生和提高仔猪初生均匀度均具有积极意义。

最新的一项研究表明，妊娠期肥胖造成的胎盘血管发育受限可能与血管发育关键基因mRNA m6A修饰相关，当母猪妊娠期背膘过厚（≥21 mm）时，弱仔胎盘RNA中m6A修饰水平显著升高，而胎盘血管发育和脂质代谢相关基因mRNA表达水平以及蛋白表达水平显著降低[37]。同时，在啮齿动物上的研究表明，长期饲喂高脂日粮会抑制胎盘滋养层入侵，导致子宫螺旋动脉重铸不全[38]。

5 母猪妊娠期体脂过度沉积对围产期胰岛素敏感性的影响及机制

5.1 母猪繁殖周期中胰岛素敏感性的变化及原因

如前所述，母猪在繁殖周期各阶段胰岛素敏感性逐渐发生变化。胰岛素敏感性降低或胰岛素抵抗是指胰岛素的靶组织，如肌肉组织（葡萄糖摄取）、肝脏（抑制糖异生）和脂肪细胞（抑制脂类分解）对胰岛素的响应功能下降，导致的葡萄糖代谢异常，从而导致机体中的胰岛素无法维持正常血糖水平[39]。一般来说，妊娠后期胰岛素敏感性显著下降，胰岛素抵抗增加，并延续到泌乳期，直到断奶后才开始恢复[40]。

妊娠后期胰岛素抵抗发生的原因包括生理性和病理性两方面的因素。在妊娠后期，胎儿需要更多的营养物质以满足快速生长的需要，此时母体出现适应性的生理性变化以降低胰岛素的促合成作用，表现为“生理性胰岛素抵抗”[41]。生理性胰岛素抵抗的出现与妊娠期间胎盘激素的释放有关。研究表明，由胎盘分泌的激素如皮质醇、孕酮、雌激素、胎盘生乳素，能够拮抗胰岛素[42]。病理性的胰岛素抵抗的发生则主要由机体的慢性炎症及氧化应激引起。

5.2 母猪妊娠期体脂过度沉积增加机体胰岛素抵抗的机制

导致胰岛素抵抗发生的因素有很多，包括遗传、代谢和生理变化等[43]以外，我们的研究也证实：母猪妊娠期体脂过度沉积是导致胰岛素抵抗的重要原因，其机制包括：①诱导发生系统性慢性炎症发生，以肿瘤坏死因子为代表的炎性细胞因子抑制了胰岛素受体信号的酪氨酸磷酸化的级联反应[44]；②增加了循环中FFA的水平，FFA通过激活PKC直接影响胰岛素受体信号，或通过上调促炎细胞因子的表达，间接影响了胰岛素受体信号[45]。在妊娠109 d的母猪中，随着背膘的增加，血液中FFA的水平显著提高，表明母猪妊娠期过度的体脂沉积可能会加剧围产期的胰岛素抵抗的发生[21]。

最新的研究指出：围产期的母猪肠道菌群的变化可能是导致母体发生慢性炎症和胰岛素抵抗的重要诱因。Koren等研究指出，妊娠过程尤其是妊娠后期，母体肠道菌群发生了明显的变化，主要特征为菌群α多样性降低，同时与促炎症相关的变形菌门和放线菌门细菌的相对丰度明显增加。无菌小鼠试验表明，与移植妊娠前期母体粪菌小鼠相比，移植了妊娠后期母体粪菌的无菌小鼠表现出明显的胰岛素抵抗和低水平炎症状态，这表明妊娠后期的肠道菌群可能是导致母体出现胰岛素抵抗的重要原因[46]。本课题组研究也发现：围产期母猪肠道菌群α多样性降低，与促炎症相关的变性菌门和梭杆菌门细菌的相对丰度明显增加，同时肠道产丁酸含量降低。进一步研究发现肠道短链脂肪酸产生（尤其是丁酸）减少，肠道炎症和系统性炎症加剧，是菌群影响胰岛素敏感性的主要机制[47]。

6 母猪围产期胰岛素抵抗降低泌乳期采食量

有研究发现，围产期胰岛素抵抗与母猪泌乳期采食量呈负相关关系[10-11，48]。这是因为，动物的摄食动机与血液中葡萄糖的浓度密切相关。当血液中葡萄糖浓度保持较高水平时，摄食中枢受到抑制而延缓采食动机的启动[49]。而胰岛素能够调节葡萄糖合成糖原从而降低血糖浓度，从而增加采食动机。Weldon等发现，母猪妊娠60 d时开始自由采食相对于限制饲喂降低了胰岛素敏感性，减少了其泌乳期采食量；在围产后期外源注射胰岛素后，提高了母猪泌乳期前两周采食量[50]。因此，改善母猪围产期胰岛素敏感性，提高胰岛素敏感性，可能是提高母猪泌乳期采食量的重要手段。

7 利用功能性纤维调控妊娠期体脂沉积

7.1 妊娠期限饲是控制母猪体脂过度沉积的主要手段，但在实施中存在困难

由于在妊娠期后期，母猪体脂过度沉积是加剧胰岛素抵抗的重要原因，从而降低泌乳期食欲，减少泌乳期采食量及泌乳量，降低断奶重；同时母猪本身因为大量动用体储存而加大泌乳期失重，影响下一个繁殖周期的繁殖性能。另外，由于妊娠期母猪的维持需要相对于空怀期明显降低，导致妊娠母猪更容易沉积脂肪。因此，在实际生产中限制妊娠母猪的能量摄入，从而控制母猪的体脂沉积是妊娠期饲养管理的重要手段。此外，妊娠限饲也能够有效提高妊娠早期的胚胎着床率，降低早期胚胎损失率[51]。研究发现，相比于自由采食，妊娠期母猪标准饲喂量控制为1.8 kg/d显著降低了母猪分娩时的背膘厚度，显著减少了母猪的体增重，并且降低了血液中NEFA的浓度，有效缓解了胰岛素抵抗[50]。

值得注意的是，当通过减少母猪喂料量来实现限饲时，容易引起其它必需营养物质如蛋白质、维生素、矿物质等摄入不足的问题。另外，严格的采食量限制会导致母猪摄食动机无法满足，从而引发刻板行为，如咬栏、空口咀嚼、过度饮水等，这不仅增加了能量消耗，还会影响繁殖性能。另外，严格的采食量限制还会增加便秘发生的风险，危害母猪的肠道健康，并会导致产程延长[52]。因此，如何在控制妊娠母猪能量摄入量的同时，能满足母猪的饱腹感和饱感，并防止便秘的发生，对提高母猪繁殖性能具有重要的意义。

7.2 功能性纤维提高妊娠期母猪的饱感和饱腹感

日粮纤维是一类不被消化道内源酶降解的多糖和木质素[53]。随着人工合成以及生物萃取技术的进步，纤维来源不仅有植物，还包括动物如昆虫，极大地增加了纤维种类以及纤维在日粮膳食中的应用。对于母猪生产，由于日粮纤维能量较低，能够一定程度稀释日粮能量浓度，有利于控制能量摄入量。有研究表明，母猪妊娠日粮中混合添加向日葵粕、麦麸、大豆壳、玉米胚芽粕、甜菜渣等纤维，在保证每日消化能摄入量一致的情况下，有效调控母猪妊娠后期背膘厚度，减少妊娠期背膘沉积[54]。

日粮纤维能够有效减少母猪刻板行为的发生[55]。刻板行为是母猪妊娠限饲阶段采食动机得不到满足而做出的无明显目的反复重复的简单行为，群饲时增加母猪攻击性和争食现象。Sapkota等[56]发现，在母猪妊娠日粮中添加甜菜渣显著降低了母猪的刻板行为，并且降低了母猪的平均心率，增加了休息时间；在妊娠日粮中添加抗性淀粉降低了母猪混养后第1 h内母猪的争斗，表明纤维的添加提高了母猪的饱感，可能的原因是纤维在后肠段发酵产生的短链脂肪酸(Short-chain fatty acids，SCFAs)为机体供能，有益于母猪摄食后血液中葡萄糖浓度稳定，从而延长了饱感的维持时间，表现为进食后4 h血液中的葡萄糖水平高于未添加纤维组。另外，SCFAs，尤其是丙酸，能够激活结肠上皮L细胞上的脂肪酸受体FFA2及FFA3，刺激肠道激素GLP-1及PYY的释放[57]，二者作为饱感信号参与食欲中枢的调节。除发酵性以外，纤维自身理化特性，与摄食饱感的产生有关。一方面，纤维增加了动物对食物的咀嚼时间和力度，从而产生更多的饱感信号传递至大脑；另一方面，纤维的松散特性以及系水性、吸水膨胀性能够增加食糜体积，充盈肠道增加饱腹感；再者，部分黏性纤维能够增加食糜黏性，减缓胃排空及肠道食糜中营养物质的释放，延长饱感[58]。

7.3 功能性纤维具有防止和改善母猪便秘的效果

日粮纤维能够缓解母猪围产期便秘。便秘发生的根本原因是食糜在胃肠道滞留时间过长，导致水分被过度吸收而干硬，难以排出。影响妊娠便秘的因素有很多，包括①管理因素：限位栏饲养，母猪缺乏运动，饮水不足；②生理因素：母体分泌孕酮，减缓子宫和肠道平滑肌收缩，妊娠后期，胎儿生长发育加快，压迫直肠；③营养因素：喂料量较低，对肠道的刺激性小；④药理性及药源性因素：如热源性疾病、饲料霉菌、抗生素过度使用[59]。另外，肠道中有害微生物的过度滋长同样可能导致便秘[60]。有学者指出，肠道内Clostridium过度增殖是导致便秘的主要原因之一[61]。日粮中补充纤维能够促进大肠末端通径和蠕动，促进排便[58]。联系纤维理化特性，不溶性纤维通过增加粪便体积，刺激肠道蠕动；而具有良好水合特性的可溶性纤维通过吸水膨胀增加食糜体积，提高含水量，有益于排便。具有良好发酵性的纤维还可能通过在后肠段发酵产SCFAs，增加有益微生物Lactobacillus的数量而减少有害微生物Clostridium的数量，减少妊娠母猪便秘[62]。

7.4 妊娠期运用功能性纤维改善围产期胰岛素敏感性，提高泌乳期采食量

纤维调控妊娠期母猪背膘沉积，有益于改善繁殖期间母猪胰岛素抵抗及炎症状态。Tan等（2016）研究发现，母猪妊娠日粮中添加魔芋粉显著性降低了餐后血液中NEFA的浓度，降低了母猪围产期的HOMAIR值，提高了HOMA-IS值，降低泌乳早期血液中促炎因子TNF-α浓度[11]。这可能与纤维被母猪后肠段微生物发酵利用有关。一方面，魔芋粉通过发酵生成SCFA，特别是乙酸、丁酸，为结肠及盲肠细胞提供能量，有益于后肠段肠上皮细胞的损伤修复，维持肠道健康，减少全身性炎症的发生；另一方面，魔芋粉通过调控肠道微生物的组成变化，增加了Akkermansia与Roseburia菌属的相对丰度，二者与HOMA-IS值呈正相关关系[11]。由于围产期胰岛素敏感性是影响泌乳期采食量的关键因素[11]，因此在妊娠期应用1%～2%的具有快速发酵特点的功能性纤维，显著提高了母猪泌乳期采食量和仔猪断奶性能[10，62-63]。

需要指明的是，当前定义下纤维所涵盖的种类繁多。早期我们利用CF、NDF、ADF的概念来量化各种纤维来源中纤维含量并比较其生物学价值。但是，随着研究的深入，我们发现：相同CF或NDF含量下，母猪妊娠日粮添加高可溶性纤维组分魔芋粉和甜菜粕改善母猪围产期胰岛素敏感性和繁殖性能效果明显优于含有高不可溶性纤维组分的麸皮[10]。同时，谭成全等研究发现：在CF、NDF水平相同，且可溶性纤维水平也相同的条件下，妊娠日粮中添加魔芋粉显著地提高了围产期母猪胰岛素敏感性，进而提高了整个泌乳期采食量和哺乳仔猪的生长速度，而日粮中添加另一种具有较好发酵能力的甜菜渣则未能产生相同效果[62]。这种差异的产生主要来源于纤维原料的发酵方式不同，即相比于甜菜渣，魔芋粉具有更快的发酵速度，这就意味着摄入的魔芋粉在排出体外前，能在后肠充分发酵，从而发挥调节肠道菌群和产生短链脂肪酸的作用[10，64-66]。因此，在选择母猪妊娠期纤维原料时，应同时注重对发酵潜力和发酵速度的选择。

8 总结

综上所述，母猪妊娠期不同阶段的脂类代谢具有显著差异，妊娠前期脂类代谢以合成代谢为主，母体更加容易沉积体脂。而在妊娠后期，脂类代谢的分解代谢加强，血液中的游离脂肪酸含量增加。因此，妊娠后期体脂沉积过度还会导致母猪胎盘脂质异位沉积，发生炎症和氧化应激，阻碍胎盘血管发育，从而影响仔猪的初生重和均匀度；此外，母猪妊娠期体脂过度沉积和围产期肠道菌群的促炎症性变化诱导母体胰岛素抵抗的发生，进而降低了母猪泌乳期采食量。

因此，在妊娠期控制母猪适宜的背膘厚度是生产管理的重要目标。需要注意的是，不同品种、品系和杂交组合母猪的最适背膘存在差异，在实际生产中需要区别对待，针对性地确定背膘控制目标。在妊娠期选用具有高吸水膨胀性、强水结合力和快速发酵特性的功能性纤维，能在限制饲喂条件下满足妊娠期母猪的饱感，预防便秘发生，并能显著降低弱仔发生率，提高仔猪断奶重；同时能显著改善围产期胰岛素敏感性，提高泌乳期采食量，是实现通过母猪背膘控制来提高生产性能的重要手段。