氧化应激对围产期奶牛及犊牛的影响研究进展

雷智琦，张 萱，柳 越，朱思鼎，李 莲，王根林

（南京农业大学动物科技学院，江苏南京 210095）

氧化应激（Oxidative Stress，OS）指动物体内抗氧化防御系统清除活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）等自由基的速度无法与细胞或组织中其产生的速度达到平衡，使得活性自由基过量生成，从而影响动物的正常生理活动，甚至诱发各类疾病，危害动物健康。围产期又称过渡期，一般指奶牛分娩前3周至分娩后3周的时期。围产期奶牛的生理状态较为特殊，在这一阶段内，奶牛机体要承受由妊娠、产犊及泌乳3个阶段交替带来的生理性变化，此时奶牛干物质摄入量极易不足。若不及时进行适宜的饲养管理及环境调控，围产期奶牛极易发生能量负平衡（Negative Energy Balance，NEB），从而导致氧化应激现象。

妊娠期母体的机体状况、疾病与否密切影响胎儿的生长发育。现常通过综合考虑母体和胎儿的营养代谢需求后进行适当的环境管理，从而保证母体健康和胎儿的正常生长发育，使其在之后的生理阶段发挥正常的繁殖性能。“母子一体化”现已广泛运用到奶牛等动物体上。越来越多的研究表明，氧化应激密切影响围产期奶牛的健康及性能。本文对近年来关于围产期奶牛氧化应激的研究进展进行概述，综述氧化应激的代谢特征、致病因素以及对犊牛的消极影响，以期进一步揭示氧化应激在动物体内的作用机制、探究能量负平衡对繁殖性能的影响，为生产上维持围产期奶牛正常生理机能及保证氧化应激影响下犊牛的机体健康提供理论参考。

1 诱发奶牛围产期氧化应激的因素

1.1 围产期特殊生理状态 ROS具有重要的生理功能，这类高度活性物质对细胞或组织的作用取决于其在动物体内的浓度。当体内含量适宜时，ROS对各生理活动具有积极的正面影响，但当ROS的产生速度与机体抗氧化系统的清除能力之间不平衡时，体内ROS含量过高，表现出明显的负作用。动物体内ROS浓度与耗氧量呈正相关关系。围产期奶牛新陈代谢旺盛、耗氧量增加，通常伴随ROS等自由基浓度升高。临近分娩前，母体卵巢内的妊娠黄体逐步溶解，胎盘分泌孕酮能力下降，继而解除原本对催乳素的抑制，使奶牛发动泌乳。在此期间，乳腺各细胞组织发生复杂的生化反应，对激素的敏感性加强。乳腺上皮细胞更替速度变快，使得氧化呼吸链中的化学反应产生大量自由基。

非酶类抗氧化防御系统中的维生素E能阻止相邻膜中脂肪酸氧化的自由基反应，是生物膜中最重要的抗氧化小分子物质。但分娩前奶牛体内大部分的α-生育酚要分至代谢旺盛的组织中发挥生理作用，所以非酶类抗氧化防御系统无法发挥完全的抗氧化作用。同时，与健康奶牛相比，围产期奶牛抗逆性较差，更容易感染乳房炎、酮病、脂肪肝等疾病，这些疾病会干扰机体抗氧化系统，进而更容易发生氧化应激。

1.2 奶牛饲料配方的变化 围产期奶牛的日粮配比发生了一定程度的变化。研究表明，奶牛总干物质、乳蛋白含量会随饲料中粗蛋白质的添加量增加而提高。因此，为保证奶牛健康和乳制品质量，围产期奶牛日粮中粗蛋白质水平应保持在12%左右。饲料中需采用优质的禾本科牧草，但粗饲料不宜过多。姜士凯等给妊娠奶牛饲喂不同精粗比的饲粮发现，精料水平较高有助于动物分娩后恢复健康。纤维含量减少会导致瘤胃微生物发生变化，从而促进瘤胃乳头发育。此外，为保证妊娠期奶牛的采食量，常在日粮中添加一定量的调味剂，引导母牛摄食，提高干物质摄入量。

若饲料中脂肪含量过高，动物会摄取过量多不饱和脂肪酸，多不饱和脂肪酸会促使氧化还原反应的发生，产生过量自由基；还会影响抗氧化系统抵抗自由基的进程，产生氧化应激现象。膘情密切影响着产犊时奶牛氧化应激的剧烈程度。田晓雨等研究表明，体况评分较高的围产期奶牛更容易处于氧化应激状态。因此，控制围产期奶牛的膘情，避免因过肥而导致生产性能下降。此外，饲粮原料发生霉变、缺乏维生素和矿物质等抗氧化剂以及饲料配方营养分布不平衡等均可能打破奶牛体内的氧化平衡，诱导动物体发生氧化应激反应。

1.3 饲养管理及环境调控 围产期奶牛的环境调控尤为重要。当环境温度过高时，奶牛食欲不振，干物质摄入量下降。能量负平衡现象更加明显，从而加剧脂质过氧化、氧化应激等一系列负反应。长时间处于高温环境下，也会诱发动物体产生非特性的生理反应。奶牛一旦出现热应激，会干扰代谢过程，导致氧化还原反应平衡紊乱，体内自由基浓度升高。热应激还会抑制体内抗氧化酶的活性及抗氧化相关因子的生成，使抗氧化防御系统受到抑制。因此，热应激很有可能导致氧化应激发生。同时，氧化应激的奶牛耐热性下降，加剧了热应激程度，影响奶牛的生长性能和繁殖机能。此外，食槽未清理干净也会影响奶牛干物质采食量，加剧能量负平衡；还要避免农药对饲料的污染、改善畜牧场的通风降温设施，防止有毒气体、太阳辐射、温度升高对奶牛产生不利影响。

2 奶牛围产期能量负平衡

2.1 能量负平衡与氧化应激的关系 围产期内，维持腹中胎儿正常生长发育需要大量营养，奶牛自身也由于发动泌乳导致乳房等部位发育以及内分泌环境改变，对能量的需求明显增加。尤其在泌乳初期，母牛体内大量糖分用于合成乳糖，导致血糖急剧下降，需要补充能量饲料。但随着胎儿体积逐渐增长，围产期奶牛的生理状态发生变化，奶牛干物质摄入量下降，摄入的营养无法给泌乳提供足够的能量和钙。在这种情况下，为了提供机体所需的能量，组织会通过细胞呼吸消耗更多氧气，从而产生能量负平衡现象。

能量负平衡会引起过量的脂肪发生动员，这可能会提高ROS和活性氮的生成量。同时，由于母牛采食量减少，外源抗氧化剂的摄入量随之下降，从而导致机体氧化还原平衡中促氧化剂发生变化。此时，动物体的抗氧化防御能力难以抵消增加的ROS和活性氮，当氧化还原平衡失衡时，这类自由基表现出损害生理进程的负作用，如导致细胞损伤和功能障碍等，这很可能引起奶牛发生氧化应激。

2.2 代谢特征 能量负平衡会导致脂肪过度动员，从而提高循环中非酯化游离脂肪酸（Non-esterified Fatty Acids，NEFAs）浓度。在这一时期，一部分NEFAs在肝脏发生氧化分解以缓解能量负平衡，另一部分则作为合成乳脂的原料被乳腺和乳腺周围组织利用。卵泡液中NEFA的水平随着血液循环变化而改变，但血液和卵泡液中NEFA成分和浓度不同。在代谢应激期间，卵泡液中单不饱和油酸的水平相对较高，这也是血液和卵泡液之间NEFA成分最显著的区别之一。为了接近上皮细胞，NEFAs需要通过由膜细胞、基底膜和颗粒细胞形成的血卵泡屏障，其通过与否取决于代谢物的大小和所带电荷正负。就目前的研究而言，关于脂肪酸从血液向卵泡液的潜在选择性转移仍然有很多未知之处。此外，奶牛产生乳汁时要消耗大量葡萄糖，这与奶牛干物质摄入量中可补充的糖分失衡，因此会影响肝脏的糖异生反应。葡萄糖所需的原料丙酸分泌不足，影响其转换为乳糖，从而加剧机体能量负平衡。

2.3 能量负平衡的危害 能量负平衡影响奶牛的繁殖及生产性能。夏成等研究表明，能量负平衡奶牛表现出情期受胎率低等现象。能量负平衡抑制下丘脑分泌促性腺激素释放激素。奶牛卵巢受到扰乱，出现卵巢静止，影响配种。脂肪动员的产物会影响卵母细胞发育。不饱和非酯化游离脂肪酸对体细胞产生反面作用，抑制卵母细胞生长。卵泡液、棕榈酸和脂酸中的饱和非酯化游离脂肪酸似乎对卵母细胞发育成胚胎的能力具有剂量依赖性的负面影响。能量负平衡奶牛的乳汁中乳蛋白含量降低，说明能量负平衡会引起乳品质下降。奶牛采食量降低会导致产奶量下降，同时血糖剧烈消耗无法给乳腺供给充足的葡萄糖，也会影响奶牛的泌乳量。

能量负平衡还会诱发各种疾病。能量负平衡导致的脂肪动员破坏了动物体生理内环境平衡。当NEFA形成速度超出肝脏的氧化分解能力时，会发生不完全的-氧化。大量酮体在体内聚集引发奶牛高血酮症或酮病。游离脂肪酸被酯化成甘油三酯沉积在肝脏中会形成脂肪肝。免疫代谢系统与动物机体的氧化还原反应相互关联。孙光野等研究发现，与健康组奶牛相比，能量负平衡组奶牛血液中白细胞介素水平极显著升高，起激活免疫细胞、增强免疫功能的Ca、Mg含量极显著降低。

3 氧化应激对仔畜的影响

3.1 母体氧化应激对胎儿的影响 围产期奶牛所经历的氧化应激对后代具有遗传效应。对于妊娠动物而言，分娩前的氧化应激不仅会危害母体健康，严重时还会对后代产生影响，甚至诱发终生难以治愈的后遗症。胎儿在发育过程中新陈代谢剧烈，且尚未形成完善的免疫保护机制，很容易因所处的环境变化而导致发育迟缓或对机体产生不良影响。韦启鹏研究表明，葡萄糖浓度过高导致胚胎产生大量ROS，会使胚胎发生氧化应激损伤，削弱其发育潜力。Takahashi研究发现，ROS也会对体外生产的胚胎造成损伤，导致胚胎发育停滞、诱导细胞凋亡和脂质过氧化。

应激会干扰下丘脑-垂体-肾上腺轴的反馈调节作用，打破妊娠动物激素分泌平衡。妊娠初期，胎儿大脑发育尚不完全，无法进行适应性调节，因此母体可以通过下丘脑-垂体-肾上腺轴影响胎儿的生长发育，改变仔畜的代谢状态，并对后代产生携带效应。因此，长期暴露于不良刺激中的孕期动物其后代常出现认知障碍，并发生异常的行为反应。母体氧化应激会导致胎盘发育异常。胎盘部位血管发生病变，脐血流量减少，严重时可能会引起宫内缺氧，导致胎儿窘迫。瓦增成等研究发现，脐血流舒张压的阻力指数、搏动指数以及收缩期最大血流速度/舒张末期血流速与胎盘内氧化应激时产生自由基的副产物呈正相关关系。孕晚期母体氧化还原反应异常，胎盘中产生过多的ROS，特异性转运载体受到干扰，影响母体通过胎盘转运系统向胎儿传送营养物质，从而限制胎儿的骨骼生长，容易造成胎儿生长发育受限。吴玉花研究发现，胎儿生长受限患者组血清中脂质过氧化损伤产物浓度极显著升高。但有关氧化应激如何影响特定养分载体的具体机制还需要进一步的研究探索。

3.2 氧化应激对新生仔畜的影响 产前应激不仅对动物自身具有明显的消极影响，还会给腹中胎儿带来生理和行为上的危害，影响后代终身生理进程及繁殖机能。新生儿免疫系统发育不完善，抗逆能力差，很容易感染各类疾病。研究表明，孕后期热应激奶牛所产后代的平均初生重较低；母体发生热应激也会影响犊牛小肠吸收免疫蛋白G（IgG）的能力，与对照组相比，热应激组后代犊牛的免疫蛋白表面吸收效率极显著下降，血清内IgG浓度也显著降低。这表明孕后期发生应激会导致新生儿无法发挥原有的完全免疫功能。

仔畜出生后，其所处环境和生活方式发生根本性变化。新生仔畜离开温度均衡、相对无菌的母体子宫，转为需要机体调节体温、主动获得免疫能力才能适应的变温、有菌环境；呼吸方式从原来通过脐带与母体血液进行气体交换的被动方式转变为完全依靠自身呼吸系统进行的自主呼吸。新生仔畜一旦开始自主呼吸，便处于富氧环境下，会产生过多的ROS等自由基。而分娩过程中由于骨盆挤压等外部环境刺激，也会加剧新生儿氧化应激的程度，从而引起仔畜相对持久的氧化应激状态。同时，仔畜的抗氧化系统发育尚不完善，无法及时清除自由基。但这类系统仍旧会在发生氧化损伤后被激活，调节机体的氧化还原平衡。

仔畜断奶时进食方式的改变会导致采食量降低。仔畜摄入的食物由流体的母乳转变为固体饲料，消化道也相应产生结构和功能上的改变，导致胃肠道消化吸收率降低，从而影响断奶动物吸收发挥抗氧化功能的营养物质；同时，转场、换料等因素会诱导仔畜肠道菌群发生变化，抑制氧化应激的乳酸菌数量显著下降，大肠杆菌等有害细菌数量则呈增长趋势。这意味着新生儿抗氧化系统受到了一定程度的损伤。同时，断奶时仔畜面临与母亲分开饲养，通常会产生情感应激，导致神经内分泌系统异常活动，产生较多的皮质醇和儿茶酚胺，诱导自由基生成，加剧动物体氧化应激。

此外，妊娠时发生氧化应激的动物，其后代体内自由基浓度上升，出生后更容易发生氧化应激。Ling等研究发现，NEFA或氧化应激较高的母牛产下的犊牛不仅体重较轻，而且与正常组的后代相比，犊牛血清中ROS水平较高，更有可能由于自由基无法被及时清除而发生氧化应激损伤。此外，结果反应暴露于氧化应激母体环境内的犊牛血液中结合珠蛋白（Hp）和肿瘤坏死因子-（TNF-）浓度也较高，表明孕后期母牛氧化应激还会影响后代的免疫力，引起动物的基础炎症反应。

3.3 氧化应激对新生仔畜的危害 氧化应激严重影响着新生儿的生长发育和机体健康。阿氏（Apgar）评分常用来评定新生儿的健康程度，分数太低代表胎儿具有窒息风险。李爱金等研究表明，新生仔畜1 min Apgar评分与胎盘组织中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）呈现显著正相关关系，与丙二醛（MDA）呈现极显著负相关关系，表明氧化应激密切影响新生儿的生长发育。

新生仔畜出生后，身体各器官发育尚未成熟，尤其是仔畜的肺部以及消化道，还要经历呼吸、消化方式的转变，很容易因氧化应激造成无法逆转的损伤。氧化应激会导致新生儿支气管肺发育不全，造成动物体肺部损伤。新生儿的胃肠道抗逆性较差，很容易受到氧化应激影响，干扰消化道代谢过程。胃肠道有限的抗逆性会制约消化吸收相关酶发挥生物活性作用，降低营养物质消化吸收利用效率。严重时还可能引起仔畜消化道疾病，损害动物终身繁殖机能。袁施彬等研究发现，氧化鱼油和敌草快引起的氧化应激会不同程度的降低仔猪空肠绒毛高度，加深空肠隐窝深度，同时还会引起肠黏膜水肿、结缔组织变性，以及肝脏内部分细胞坏死。

此外，氧化应激还会改变仔畜体内氨基酸的浓度、干扰转运蛋白的表达，从而影响新生儿的营养、能量代谢方式。新生儿的大脑抗氧化功能尚不完善，少突胶质细胞表现为氧化应激不耐受。并且脑内的铁离子、多不饱和脂肪酸含量较高，一旦血脑屏障被破坏，还有可能造成颅内出血。这都使得新生儿的大脑较成年动物相比更容易遭受氧化损伤。

3.4 预防措施 在生产中，建议采用补充外源抗氧化物等饲料营养调控措施预防围产期动物或新生儿产生应激反应。同时，当动物机体的氧化平衡被破坏、抗氧化防御系统无法消除过多的活性氧时，也可以通过这些调控措施来缓解动物体氧化应激损伤。人工合成的抗氧化剂可以有效缓解氧化应激带来的负面作用，还可以延长饲料贮存时间，在生产中运用广泛。在静脉或日粮中添加维生素和微量元素也可以提高妊娠母牛、犊牛的抗氧化力。围产期动物日粮中能量和蛋白质等与动物应激发生率及疾病感染率密切相关。总之，通过产前及产后各项管理措施的改善可提高奶牛生产水平，发挥仔畜最大生产潜能。

4 小结与展望

综上所述，氧化还原平衡对动物体至关重要，当自由基产生速度与动物的抗氧化能力之间失衡时，就会产生氧化应激损伤。尤其对于围产期奶牛而言，氧化应激不仅对动物自身具有明显的消极影响，还危害后代。围产期由于生理情况的特殊性以及对母体和子代的重要性受到业界的广泛关注。因此，要根据“母子一体化”，对围产期动物进行针对性饲养管理，调节母体体况，保证子宫内环境适应胎儿健康生长，避免胎儿生长受限或出生后产生氧化应激的现象。子代出生后，也要根据所处的特定生理阶段进行配套管理，兼顾新生仔畜的生理及心理变化，以防仔畜出现氧化应激，确保仔畜顺利渡过出生关、断奶关。可以在日粮中添加抗氧化剂预防母体与仔畜发生氧化应激，缓解氧化损伤。在生产实践中进一步探究如何有效避免氧化应激损伤，对提高围产期奶牛繁殖性能具有重要意义。