氧化应激对奶牛健康的危害及其防治措施的研究进展

李光辉，任永红

(1.安徽科技学院动物科技学院，安徽 凤阳233100；2.陕西省合阳县畜牧兽医发展中心)

1 概述

1.1 氧化应激与健康研究简史

1900年，有机化学教授Gomberg在美国密西根大学证明了三甲基自由基能稳定存在，奠定了自由基化学的基础。1931年，哈柏与沃尔斯塔发现有机化合物和酶可被自由基氧化；同年，卡拉斯克和马戈通过仪器测得自由基的链式反应。1954年， Denham Harman 哈曼博士最早提出自由基伤害粒线体造成伤害主因；同年，著名的生物化学家Taple博士在实验中证明了维生素E能有效地制止脂质过氧化反应。1956年，英国学者Harmna首次提出自由基衰老学说，该学说认为，机体的健康程度与防御体系抗氧化的强弱有密切关系。1990年，美国衰老研究权威Sohal教授最早提出氧化应激(Oxidative Stress)的概念。2008年，第14届国际自由基大会在我国举办。2010年，美国著名生物学家费雷德维奇经过大量实验得出结论：超氧化物歧化酶(SOD)是人类战胜疾病与衰老的金钥匙。

1.2 自由基的概念

自由基是人体组织中许多生化反应的中间代谢产物。在正常情况下，人体内的自由基，总是处于不断产生和不断消除的动态平衡中。如自由基产生过多或清除过少，就会造成对组织的伤害。此外，一些化学物质(如腐败、酸败、霉变等变质的食物、抗菌素、杀虫剂、农药、麻醉剂)、污染的空气、辐射能、光化学空气污染物，乃至运动、心理压力等也都会激发活性氧和自由基的产生。

1.3 氧化应激的概念

氧化应激(Oxidative Stress OS)是机体在内外环境某些有害因素刺激的作用下，体内产生活性氧自由基(Reactive Oxygen Specis，ROS)和活性氮自由基(Reactive Nitrogen Specis，RNS)增加，从而引起细胞和组织的生理和病理反应。

1.4 抗氧化防御系统(ADS)

生物在正常的生命活动中，是依靠多种成分的抗氧化防御系统以防止活性氧(Reactive oxygen species, ROS)和脂质过氧化(Lipid peroxide)的损伤，该系统包括：酶类抗氧化剂和非酶类抗氧化剂。酶类抗氧化剂包括：超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)等，它们在体内组成抗氧化的第一道防线；非酶类抗氧化剂包括：(1)脂溶性抗氧化物，如维生素E、类胡罗卜素、辅酶Q10，等；(2)水溶性抗氧化物，如维生素C、白蛋白、硫辛酸等；(3)蛋白性抗氧化物，铜蓝蛋白、清蛋白、转铁蛋白、金属硫蛋白等；(4)微量元素：硒、铜、锌、锰等；(5)植物化学素，包括：植物多酚类，如黄酮类化合物、花色素苷、芝麻酚类等。非酶类抗氧化剂大部分通过体外摄入，在体内组成抗氧化的的第二道防线。

2 氧化应激对奶牛健康的危害及其防治措施的研究

2.1 国内研究

2.1.1吴永霞等(2011)资料 作者在分析了奶牛氧化应激产生的原因之后，提出了4项防治措施，包括：(1)合理配制日粮，加强饲养管理；(2)日粮中注意添加VE、VC、谷胱甘肽和辅酶Q等；(3)合理利用矿质元素Se、Zn和Cu等。

2.1.2 谷娟等(2015)报道 作者运用理论与实践结合的方法，阐述了自由基介导的氧化应激以及抗氧化体系，分析了氧化应激与奶牛围产期疾病的关系，并论述了氧化应激的作用机制。该文着重推荐Packer等1999年提出的“抗氧化剂网络”理论，该理论认为：VE 、VC、辅酶Q和谷胱甘肽等最常见的抗氧化剂在体内共同发挥强大的协同效用，从而构成了生物体的抗氧化网络，维持自由基处于平衡状态。

2.1.3 熊桂林等(2010)资料 作者研究了硫辛酸对围产期奶牛氧化状态的作用。选择产前约20 d的干奶期奶牛48头，分为4组，每组12头。1组为对照组，2、3、4组为试验组。每天分别给试验组奶牛补饲硫辛酸3、5、8 g/头，连喂50 d。期间，测定了试牛血清谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量的动态变化。结果表明：3、4组奶牛血清GSH-PX活性于第20 d开始显著或极显著高于对照组(P<0.05或P<0.01)；3、4组奶牛血清SOD活性于第30 d开始降低的幅度明显低于对照组(P<0.05)；2组奶牛血清CAT活性于第30 d显著高于对照组(P<0.05)，而3、4组奶牛血清CAT活性于第30～50 d时均显著对照组(P<0.05)；3组奶牛血清MDA含量于第40 d、4组奶牛血清MDA含量于第50 d时均显著低于对照组(P<0.05)。结论：补喂硫辛酸能明显改善围产期奶牛机体的抗氧化能力。

2.2 国外研究

2.2.1 Сафонов(2010)资料 作者研究了奶牛脂质过氧化(LPO)、抗氧化防御系统(ADS)的状态以及奶牛妊娠和分娩后激素状态的动态变化，研究结果：(1)妊娠奶牛试验组：随着妊娠日期的增加，其脂质过氧化(LPO)过程的强度也增高，这可由血液中脂质过氧化的中间产物丙二醛(MDA)含量显著增高36.5 %(P< 0.001)而得到证明。与脂质过氧化(LPO)过程的强度增加的同时，也带来了抗氧化防御系统(ADS)机理的产生：超氧化物歧化酶(SOD)活性增加18.5 %，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性增加35.0 %，谷胱甘肽还原酶(GR)活性增加31.8 %，过氧化氢酶(CAT)活性增加10.9 %(P<0.05～0.001)。上述指标就能保证在妊娠各阶段氧自由基发生的活性氧自由基和脂质过氧化蓄积的解毒作用；同时，抗氧化防御系统(ADS)中非酶类抗氧化剂—血液中维生素E减少60.8%(P<0.001)。(2)产后奶牛试验组：奶牛产后血液脂质过氧化(LPO)的强度急剧降低。如，产后期正常时其血液中丙二醛(MDA)减少83.0 %(P<0.001)，超氧化物歧化酶(SOD)活性降低39.0 %，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性降低40.1 %，谷胱甘肽还原酶(GR)活性降低18.6 %和过氧化氢酶(CAT)活性降低33.1 %(上述各项指标的差异均为P<0.001)。

2.2.2 Киреев等(2017)资料 作者研究了波里奥克硒多尔(Polioksidol)制剂对奶牛抗氧化状态和繁殖力的影响。试验组奶牛用波里奥克硒多尔(Polioksidol)肌肉注射，按剂量每100 kg体重5 ml计算，于停乳后、预产期前一个月和分娩后用药。对照组奶牛不予用药。波里奥克硒多尔(Polioksidol)作为起作用的药物是硒(Se)。

3 结果

3.1 对照组奶牛随着妊娠日期的增加

其抗氧化酶的活性逐渐减少，如该组奶牛在产犊后其谷氨酸转移酶(ALT)活性比试验组奶牛减少33.1 %,对照组奶牛血液过氧化氢酶(CAT)活性于干乳期降低9.5%；同时，试验组奶牛，在第一次应用波里奥克硒多尔(Polioksidol)制剂一个月后，其血浆铜蓝蛋白(CP)含量迅速增加,对照组奶牛在分娩后血浆铜蓝蛋白(CP)含量比试验组奶牛低45.7 %。

3.2 试验组奶牛血液样品中丙二醛(MDA)含量分析显示

其在试验期间减少19.7 %和分娩后为1.06 nmol/L。而对照组奶牛则相反，其指标在整个试验期间增加20.7 %。

4 结论

为了防治奶牛抗氧化防御系统障碍和奶牛产后并发症，在干奶期和分娩后给奶牛应用波里奥克硒多尔(Polioksidol)制剂，能降低奶牛产后疾病的发病率。

2.2.3 Лашин等(2017)资料 作者研究利用荨麻叶片和繁缕草浸剂作为犊牛氧化应激药物矫正的效果。将大车前(Plantago major)叶和繁缕(Stelaria media)草两药切碎后按等量混合，并以8 g/200 ml计算将药物置于沸水内浸泡60 min，而后进行过滤。按剂量40 g/L置于开水内，浸泡60 min，而后过滤，丢弃沉淀物。新制备的浸剂置于冰箱内以0到20℃温度保存3～4 d。

试验组犊牛于生后第3至21 d期间，在每d早上饲喂前给犊牛饮喂大车前叶(Plantago major)和繁缕草(Stelaria media)浸剂按剂量5 ml/kg体重，每d一次。对照组犊牛不用植物药剂。实验第21 d时，采集试牛血液样品并检测其中的脂质过氧化物(LPO)、二烯轭合物、丙二醛(MDA)以及抗氧化防御系统(ADS)的组成成分：血浆铜蓝蛋白(CP)、维生素E、6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD)、过氧化氢酶(CAT)等。

研究结果表明:用该草药制剂饮喂犊牛时，能促进血浆内原发性和继发性脂质过氧化产物含量降低：脂质过氧化氢降低28 %，二烯轭合物降低25 %，丙二醛(MDA)降低23 %。同时，试验组犊牛血液中的抗氧化防御系统(ADS)成分的含量活性比对照组犊牛明显增高：铜蓝蛋白(CP)增高38%，维生素E增高50%，6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PD)增高46%，过氧化氢酶(CAT)增高46%。结论：由大车前(Plantago major)叶和繁缕(Stelaria media)草制备的浸剂，能抑制脂指过氧化作用的过程，提高在氧化应激状态下犊牛机体抗氧化防御系统的机制，该剂可用于新生犊牛疾病的预防。