猪胃溃疡的发生机制及酸化剂对其的影响

张丽娜，胡友军，孙丹丹，徐素彬，赵晓南，高增兵

（广东酸动力生物科技有限公司，广东 清远 511500）

胃溃疡是养猪生产中十分常见的疾病。 据统计，育肥猪胃溃疡发病率20%～79%，母猪胃溃疡检出率达21%～50%［1-4］。 迄今为止，猪胃溃疡的发病机理尚未完全明晰。 受传统“无酸无溃疡”观念的影响， 在酸化剂普遍应用于饲料端和养殖端的今天，人们较为关注酸化剂是否影响猪胃的健康、是否促进了胃溃疡的发生。 笔者根据近年来猪胃溃疡研究的文献，从猪胃黏膜的结构、胃酸、胃蛋白酶和胆汁等角度阐述胃溃疡的发生机制， 并对酸化剂是否加剧胃溃疡的发生等进行综述， 以期为酸化剂的合理应用提供参考。

1 猪胃黏膜层的结构

猪胃黏膜上皮根据细胞类型的不同分为无腺区和有腺区，有腺区细分为贲门腺区、胃底腺区和幽门腺区［5］。 无腺区位于食管括约肌下和胃贲门区连接处，成年猪的无腺区半径为3～5 cm，占胃总面积5%［6-7］。 无腺区最内层由复层扁平上皮组成，黏膜呈白色，无腺体，无分泌功能［8］，与食管黏膜上皮结构相似，是猪消化道溃疡最频发的部位［1］。 猪胃贲门腺区面积较大，占比1/3～1/2，包括胃憩室、胃底和胃体上部，黏膜薄、淡灰色，内有贲门腺，主要分泌黏液和碳酸氢盐，无泌酸功能。胃底腺区位于胃体中下部，但不达胃小弯，黏膜较厚，棕红色，有皱褶和胃小凹，内含胃底腺。胃底腺区有3 种不同类型的细胞：颈细胞、主细胞和壁细胞。 颈细胞存于腺体的颈部，分泌黏液和碳酸氢盐，可作为储存细胞替代表面的上皮细胞； 主细胞分泌胃蛋白酶原；壁细胞分泌氢离子和氯离子等。幽门腺区位于胃的幽门部位，黏膜薄，灰白色，内有幽门腺，主要分泌黏液和碳酸氢盐［1，7-8］。 但与人胃黏膜结构相比，存在2 处明显差异：第一，人胃为单室腺胃（没有无腺区）；第二，人胃绝大部分为胃底腺区，幽门腺区和贲门腺区占比较小［9］。 人和猪胃的生理结构异同导致胃溃疡的发病机制存在相似性与差异。

2 猪胃溃疡发生机制

胃溃疡是指胃黏膜表面组织的局限性缺损、溃烂，主要发生在50 kg 以上的育肥猪、妊娠后期和哺乳早期， 成年公猪、 哺乳后期母猪及不到50 kg的仔猪极少出现整群发病［10］。 猪胃溃疡发生机制与人类似，是损害因素和防御因素的失衡，损害因素大于防御因素，根本原因是黏膜屏障的损害［11］。胃的损害因素有胃酸和胃蛋白酶、非甾体类药物、胆盐、病原菌等。 防御因素有黏液屏障（包括碳酸氢盐）、细胞再生、黏膜血流等。 饲料细度、饲喂程序、限食等因素导致的胃溃疡，深层次的原因是胃酸、胃蛋白酶和反流的胆汁。

2.1 胃酸和胃蛋白酶导致胃溃疡的机制

胃酸对胃上皮细胞的损伤分子机制尚不清晰，可能是无缓冲情况下，H+顺着电化学梯度，进入细胞内部，引起细胞器氧化损伤［12］，影响其功能的表达。 质子在细胞内聚集，启动离子泵排出H+，影响Na+的转运［13］。大量Na+滞留在细胞内，细胞吸水膨胀，导致细胞浸润，甚至死亡［14］，从而生成溃疡。 胃蛋白酶可直接作用于上皮细胞的糖蛋白，使细胞损伤、死亡。 但猪胃有腺区具有完善的防护机制，而无腺区防护机制相对薄弱，故易发生溃疡。

2.1.1 有腺区溃疡的发生机制胃酸和胃蛋白酶由有腺区胃底腺区分泌， 有腺区进化出更为完善的防御胃酸和胃蛋白酶侵蚀的防御体系， 黏液屏障至关重要。猪胃有腺区均可分泌黏液，黏液紧贴胃上皮，镊子不易完整剥离［7］，含有黏液蛋白和碳酸氢盐。黏液蛋白是高分子量的糖蛋白，通过硫化物键形成约500 Da 单位的聚合体［15］，让黏液变得黏稠。黏稠的黏液层对溶质的扩散具有阻挡作用，且随着分子的增大扩散速度降低［16-17］，胃蛋白酶透过黏液层需耗费数小时（体外）［16，18］。 该糖蛋白是独特的丝氨酸和苏氨酸串联重复序列， 以糖苷键连接在糖侧链上， 这些特殊的键赋予糖蛋白强度，一定程度上可抵抗蛋白酶的酶解［15］。但在体外pH 值1.0 下，2 mg/mL 胃蛋白酶作用2 h 可使连续的黏液层间断。不过，正常生理条件下存在调节机制，可持续分泌黏液蛋白，故黏液层可抵抗胃蛋白酶的侵蚀［19］。

另一方面， 黏液和黏液内的碳酸氢盐形成黏液层的pH 值梯度，黏液层近胃腔侧呈酸性，pH 值约2.0，而近黏膜细胞侧呈中性，pH 值约7.0。 黏液靠近管腔端更为浓稠，可显著减慢H+在黏液层中的扩散速度，当胃腔内的H+通过黏液层向黏膜细胞方向扩散时，其移动速度明显减慢［18］，并不断与从黏液层近黏膜细胞侧向胃腔扩散的HCO3-发生中和，生成CO2和H2O。 当胃腔内胃酸含量提高，碳酸氢盐的分泌量增加［20］，但这个调节机制尚不清晰。在这些机制的作用下，黏液层可保护胃有腺区黏膜上皮不被胃蛋白酶消化和大量酸分子侵蚀，被称为黏液屏障，是胃黏膜屏障组成之一。 即使在盐酸和胃蛋白酶分泌加快时， 正常的黏液屏障也能够保护胃上皮细胞免受胃酸和胃蛋白酶的侵袭。

即使黏液屏障受损，胃上皮细胞暴露于胃酸和胃蛋白酶下，也具有自我保护机制。 胃黏膜的疏水性和紧密连接，阻止质子向胃黏膜反渗［21-22］，阻止钠离子由浆膜面向黏膜及胃腔内弥散［23-24］。 胃黏膜顶膜细胞具有一定抵抗低pH 值能力［25-26］，在pH值2.0 下4 h 无损伤［26］，即使受损后也会快速修复或更新［27］。

在正常生理条件下， 胃酸和胃蛋白酶的分泌加快，胃黏膜屏障依旧可以保护胃上皮细胞。但当碳酸氢根或黏液的分泌受到限制， 黏液屏障受到影响， 酸和胃蛋白酶对胃上皮细胞的持续作用将引起胃溃疡。 肾上腺素受体激动剂、 非甾体类药物， 或长时间应激导致垂体肾上腺轴分泌的肾上腺素等因素均易抑制碳酸氢盐分泌。

2.1.2 无腺区溃疡的发生机制猪胃无腺区无黏液层，可能的保护机制为其上皮细胞的高电阻，电阻2 000～3 000 Ω·cm2，远高于贲门腺区［28-30］。电阻在一定条件下，可阻碍氢离子渗透进入上皮细胞。在正常情况下，猪胃近端（即无腺区和贲门腺区）和远端(即胃底和幽门腺区）之间没有腔内内容物的混合，因唾液和贲门腺分泌的碳酸氢盐，猪近端pH 值在5.0 左右，远端胃腔内pH 值较低（pH 值2～3）［10，31-34］。 胃蛋白酶原主要在猪胃底腺区分泌，故在猪胃近端和远端也形成胃蛋白酶含量的梯度［33-34］。 也有研究发现， 胃的近端和远端无明显pH 值梯度，有明显的胃蛋白酶浓度梯度［35］。 但当饲料粒度过细、 禁食等导致食物流动性增强的情况下，胃腔内pH 值和胃蛋白酶梯度被破坏，低pH值和胃蛋白酶出现在胃无腺区［32-33，35-36］。 无腺区的细胞结构与食管相似，受损食管修复需要30 d，黏膜下层受损，则恢复时间长达120 d［37-38］。 猪胃无腺区无分泌功能，无黏液层和碳酸氢盐保护，在盐酸和蛋白酶的作用下，引起鳞状上皮细胞受损，损伤的上皮修复缓慢，从而导致溃疡。

2.2 胆盐导致胃溃疡机制

正常情况下， 胆盐由肝脏分泌， 贮存在胆囊中，沿胆管进入十二指肠，胃内不出现胆盐。 但在一些因素的作用下，十二指肠胆盐反流进入胃，返流的胆盐在胃低pH 值条件下，变为胆汁酸。 未解离的物质比解离物质更易穿透细胞膜，从而引起黏膜上皮细胞损伤。 以猪的鳞状上皮组织为模型发现，在pH 值＜4.0 时，结合型胆盐浓度≥1 mmol/L引起显著的损伤，且呈现剂量依赖性。而胆盐浓度1～3 mmol/L 或低pH 值单独存在下，仅引起轻微组织损伤［39］。在小鼠上也有类似的发现，在pH 值1.0时，胃黏膜轻微损伤。0.1 mmol/L 牛磺胆酸盐在pH值1.0 下2 min 引起损伤，pH 值3.0、5.0、7.0 时则无影响。 甘氨鹅去氧胆酸在pH 值1.0 和3.0 时均引起胃黏膜上皮损伤， 在pH 值5.0、7.0 时则无影响［40］。 牛磺胆酸盐的pKa 约为1.8，甘氨酸去氧胆酸的pKa 约为4.2［41］，这也佐证了，非电离状态的胆汁酸比电离的胆盐更易透过细胞膜， 引起黏膜细胞损伤。 猪胆汁酸主要为牛磺酸结合型胆汁酸和甘氨酸结合型胆汁酸， 甘氨酸结合型胆汁酸占比一半以上［42］。 牛磺酸结合型胆汁酸pKa 为1.85～1.95，甘氨酸结合型胆汁酸pKa 为3.95～4.34［41］。因此，猪十二指肠胆汁反流易造成黏膜损伤，且对有腺区和无腺区均形成损伤。 有研究表明，禁食、粉料过细等均可引起胆汁反流。

3 酸化剂对猪胃的影响

在养猪生产中，酸化剂因其促生长、替抗作用被广泛使用。 其中包括应用于饮水的液体酸和应用于饲料的固体酸化剂。由于饲料的缓冲力较大，酸化剂对其整体的pH 值影响不大。但饮水或液体饲料中添加酸化剂，pH 值可控制在3.0～4.0。

3.1 饮水中添加液体酸对猪胃的影响

畜牧生产中常见的致病菌不适宜在pH 值低于4.0 的条件下生存，多种病毒在低pH 值下被快速灭活， 如非洲猪瘟病毒在pH 值3.9 降至pH 值3.4 时，病毒稳定性急剧下降，处理1 h 后几乎全部灭活［43］。在生产实践中，为了控制水中致病菌和病毒， 通过添加液体酸将水的pH 值控制在3.0～3.9。 但低pH 值是否影响猪上消化道的健康，有关低pH 值饮水对猪胃内胃酸和胃蛋白酶梯度、胆汁酸反流等方面的影响研究报道不多。 而在人类食品中， 有关低pH 值饮料如碳酸类饮料、 果汁等（pH 值在2.45～3.98［44］）对消化道的影响则多有研究。 Laudano［45］以大鼠为模型，评估20 种不同pH值的饮料对胃的急性损伤，发现饮料的pH 值和胃损伤面积百分比、 病变程度均无显著相关性；但pH 值最低的物质（Coca-Cola，pH 值2.70）肉眼可见的胃病变百分比最高；河水（pH 值6.64）和碳酸矿泉水（pH 值5.00）对胃的损害程度比酸性饮料（如雪碧，pH 值4.10）更严重。 该研究是在处理2 h后单点对胃黏膜进行病变评估， 无法检测后续是否修复损伤。 结合胃上皮细胞的快速更替和修复机制， 该研究中观察到的病变只是暂时性的［45］。Kapicioglu 等［46-48］进行了系列试验，发现可乐（pH值2.6）对口腔（大鼠）、食管（大鼠）、胃黏膜（人）无病理损伤，可促进口腔和食管黏膜细胞的增殖，但对胃黏膜细胞增殖具有一定抑制作用。De Oliveira等［49］给大鼠自由饮用可乐（pH 值2.50），与对照组的食管比较， 均未出现细胞浸润和炎症现象。Kapicioglu 等［50］给 大 鼠 灌 胃0.15 mol/L HCl，胃 黏膜无病变。 Jimenez 等［51］研究食管上皮细胞在酸环境下的活力，发现离体兔食管上皮细胞在pH 值＞2.00 下具有一定的抗性， 但暴露于pH 值3.00 下大于30 min 后，细胞仍旧死亡，而实际中食糜或酸化水通过食管速度较快，远低于30 min，不能完全代表体内情况。黏膜电位差反映了胃黏膜功能，胃黏膜的破坏会导致胃电位差减少。 Rubinstein等［52］研究表明，可乐（pH 值2.9）和稀释盐酸对胃黏膜电位差的变化与饮用生理盐水一致， 这说明低pH 值饮料不会影响胃黏膜的功能。猪胃溃疡易发生在无腺区，无腺区的黏膜结构与食管相似，食糜通过速度较快，不具备贮存食糜的功能。大鼠胃黏膜结构与猪类似，存在无腺区，且占比相对更大［53］。 以大鼠的胃或者动物的食管为模型一定程度上可预测低pH 值对猪胃无腺区或者猪胃的影响。 综合可见，低pH 值饮水对猪胃黏膜上皮的完整性和功能无明显的负面影响。

3.2 日粮中添加酸化剂对猪胃的影响

日粮中添加酸化剂可降低日粮的系酸力，降低胃内pH 值，但降低幅度较小，约为0.5［54］，对猪胃有腺区影响不大。 但日粮中添加酸化剂是否引起胆汁反流和pH 值梯度的破坏， 尚未有研究报道。 有关添加酸化剂对胃溃疡影响的报道相对较多。 研究报道中，根据对正常上皮、角化程度、糜烂、溃烂、伤疤等观测，进行评分。 Overland 等［55］在育肥猪日粮中添加0、0.6%、1.2%二甲酸钾， 取猪胃进行评分，分数大于5 视为溃疡。发现各处理组间胃部平均评分分别为2.8、2.7 和2.5， 处理组间无显著差异。 Canibe 等［56］在断奶仔猪日粮中添加1.8%二甲酸钾对胃部形态无明显损伤。 对苯甲酸的安全性评估中发现添加1%苯甲酸组的仔猪胃部溃疡、糜烂、角质化发生率高于其他组［57］，在妊娠、后备、泌乳期的母猪上添加1%和2%苯甲酸也发现胃部病变， 但样本较少［58］。 而2011 年欧洲EFSA 的修正申明表明，1%苯甲酸添加量不引起仔猪胃部病变［59］。 同样，在2015 年的安全性评价报告显示，后备、妊娠、泌乳母猪中添加1%苯甲酸是安全的［60］。 此外，还有研究发现，部分酸化剂可改善胃部屏障功能。 在新生仔猪牛奶中添加丁酸钠（3 g/100 g，以干物质计）可有效提高仔猪胃黏膜和肌层厚度［61］。与之类似，在仔猪日粮中添加丁酸（3 g/100 g，以干物质计）可提高断奶前后仔猪胃黏膜厚度，但对肌层无显著影响［62］。 由此可见，在安全剂量范围内饲料中添加酸化剂是不会对胃部构成损伤的，有些酸还可促进胃黏膜上皮的增殖。

4 小结

猪胃无腺区不分泌黏液和碳酸氢盐， 故溃疡最易频发。溃疡发生的主要机制是饲料粉料过细、禁食、 饲喂不规律等导致的胃酸和胃蛋白酶梯度破坏、胆汁反流。在饮水中添加液体酸和饲料中添加酸化剂均不引起胃内pH 值和胃蛋白酶梯度变化及胆汁反流。 但饲料中超量添加酸化剂可能会引起胃部溃疡，这方面还需进一步研究。单酸种类繁多，功能各异，不同酸化剂作用机理、理化性质等不同， 不同阶段的猪胃上皮细胞更新速度及能力也不同。 因此，在生产实践中，需根据猪的生理阶段选用不同单酸配比及工艺的酸化剂， 通过精准应用减少酸的添加量，更有利于动物健康。