论动物机体自我防御功能的系统观及其实践应用（一）

卢德勋

（内蒙古农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010030）

已知动物机体的健康生存需要有机体内部各个系统之间，以及有机体与环境之间的动态平衡。因此动物机体除完善的功能体系正常运转之外，还必须有一套完整的防御各种危害机体正常生命活动因素作用的自我防御体系。卢德勋[1-2]在阐述由他提出的健康营养理论和实用技术体系时首次提出动物机体自我防御功能这一全新理念，并指出在动物营养干预时“要充分调动机体自我防御功能，把住维护动物健康第一关”。文章将依据系统思维方式重点讨论动物机体自我防御功能理念、机制，为在科学设计、实施动物健康营养管理技术体系时进行营养干预提供技术依据。

1 动物自我防御功能概述

机体自我防御（body self-defense）指动物机体固有的抵抗内外致病因子侵害的功能。机体经常处于各种致病因子的威胁下，以及机体本身免疫反应失衡引起的损伤等，他们都可能导致机体受到损害。与此同时，机体本身也具有一整套完善的防御体系，以保护机体免遭致病因子和其他损伤因子的损害。若机体防御功能被破坏，则疾病发生。疾病发生后，机体的防御功能又能尽量消除致病因子，减少损害，使病变愈合，使受损害组织的功能尽可能得到恢复。但有时损伤愈合的结果又可导致新的损害及功能障碍，如乙型肝炎患者的肝组织愈合后可发生肝硬变。

动物自我防御系统的调节涵盖了整个机体，其复杂和精密程度是今天的科学技术还不能比拟的。我国自古就有“三分治，七分养”说法，指人们生病或处于亚健康状态时药物所起的作用有限，身体恢复更多依赖于自我调节和内生力。研究发现，除少数细菌感染病人通过抗生素直接杀灭病菌而药到病除外，部分病人使用药物只是减轻了病痛的“假象”，多数药物只是通过帮助身体调节才起了辅助作用。

动物机体内部存在强大的自我防御功能，构建起维护机体健康第一道防线。动物体内存在的自我防御功能包括防御和修复两个方面，动物机体体内存在这样一整套完善的以抗病和抗损伤为目标的自我防御和自我修复体系，主要涉及物理屏障防御、化学防御、消化道微生物组生态防御和重要生理功能动态稳衡生理防御以及DNA 和某些组织修复等5 个方面内容。在这些机体防御功能中，重要生理功能动态稳衡生理防御是由自由基稳态平衡、免疫激活/免疫抑制稳态平衡和促炎/抗炎稳态平衡组成的。它们是机体自我防御功能中具有根本性的生理防御功能，而消化道微生物组生态防御功能、物理屏障功能和化学防御功能在机体自我防御功能方面具有不可或缺的重要防御保障作用。这些机体防御功能与DNA和某些组织修复功能相辅相成，在动物机体内部构成了一个应对疾病和损伤完整的、强大的自我防御功能体系。

动物自我防御功能体系的运行特征包括：

①在动物体内部，机体自我防御体系是在神经-内分泌系统精密调控下，全方位覆盖机体所有层次。它们虽然重点不同，但是相互协调、配合，发挥着整体效应。如果任何一个方面发生协调性、功能性障碍或者受到外来因素破坏时，机体自我防御体系会调动其他方面来“替补”，使机体维持健康状态；而当其他方面的代偿能力不足以“替补”时，动物就会生病，或者处于亚健康状态。需要注意的是，在机体自我防御体系的调节过程中，常常以减弱机体某些生理活动为代价，甚至暂时关闭某些机能，以减少养分的消耗，而将养分分配给机体出现问题的部位。因此，这个过程会使机体某些局部表现出一些症状，这其实是一种身体警告，提醒机体出现了某些功能稳态失衡。

②动物自我防御功能是动物在长期进化过程中形成的。这一防御功能是有一定限度的，这种限度在很大程度上是由物种的遗传特性决定的。在实际情况下，如果营养条件或环境条件的变化超出机体自我防御限度，同时又没有进行适当的人工干预，就会出现失控，产生健康问题，严重时会产生疾病，甚至导致死亡。

③充分发挥动物自我防御功能是预防非传染性疾病根本前提。同时也通过强化机体正常免疫功能，提高了机体抗病力，最终打通传染性疾病和非传染性疾病联系通道，为全方位预防疾病、维护动物健康提供保证。

④这种自我防御功能是随着动物一生的不同生理变化经历着一种由不健全到健全、由健全到逐步衰败的生理变化过程。

⑤动物自我防御功能的运行状况如何主要取决于饲养管理因素、遗传因素和环境因素的综合影响，其中饲养管理因素对于舍饲和半舍饲畜牧业饲养的动物来说是起决定性的根本因素。

2 机体自我防御功能的内容和机制

2.1 机体生理功能自我稳衡

动物维持生命的必要条件就是内环境的稳定性和体内各种重要物质水平与生理功能的动态稳衡性。早在1854 年Claude Bernard 首创内环境恒定性的生理概念，随后这一概念为许多生理学家不断充实并发展。Cannon（1929）在内环境恒定性概念的基础上创立了稳衡性学说。他指出维持内环境稳衡性的机制是基于负反馈调控[3]。

机体动态稳衡（homeostasis）与平衡（equilibrium）的状态是密切相关的。动态稳衡必然会涉及平衡，但是动态稳衡涉及的平衡是动态平衡，而且仅仅是接近平衡状态。传统的热力学只能用于与周围环境完全隔离的封闭、孤立的系统，而不能应用于仅是接近确切平衡的机体动态稳衡，因为机体属于生物系统，不是封闭、孤立的体系，而是开放的体系。

综上所述，在动物机体自我防御功能中有一项重要内容就是三大重要生理功能动态稳衡生理防御，包括自由基稳态平衡、免疫激活/免疫抑制平衡和促炎/抗炎平衡三大重要生理防御功能。下面就这三大生理防御功能和其他生理防御功能分别作一简要的介绍。

2.1.1 自由基稳态平衡

对于动物机体而言，自由基亦敌亦友。有疾病和破坏的地方就有自由基；但是从反向来看，有生命的地方就有自由基，没有自由基动物就无法生存。自由基本身是机体正常的代谢产物，并且是维持多种重要生理功能的物质基础。关键在于动物机体内部存在一个强大的自由基稳衡调控机制。自由基动态稳衡控制是维持机体稳态的最重要调节机制，一旦失衡且机体自身和人为干预失效时，就会出现氧化应激，继发一系列的异常反应，最终使健康受到影响，引发疾病，甚至危及生命[4]。

所谓自由基动态稳衡性是指机体或细胞内氧自由基的生成与抗氧化防御之间保持动态平衡，使氧自由基的产生和清除维持正常的一种生理状态。动物机体体内氧自由基的水平存在有三个水平，即正常水平、亚健康水平和临床致病水平。在正常水平到临床致病水平之间有一个时间间隔。只要在这一时间段内能采取干预措施，就会始终远离临床致病水平，就不会出现氧化应激伤害。人们把这个时间段称之为“氧化应激窗口期”[5]。对于动物体内自由基动态稳衡特征不能像非自由基那样根据体内的非自由基正常水平进行判断，其特征及其正常水平的维持必然与自由基的产生、清除、利用，对生物分子的损伤及其修复密切相关。根据方允中等[6]的建议，认为在生理情况下自由基的动态稳衡的主要特征是需氧生物体内自由基的水平既要符合满足自由基应当履行的生理作用的需要，又要能被抗氧化系统清除，而没有清除掉的自由基对重要生物分子的损伤又可被修复，即使出现严重损伤的细胞还可以通过凋亡途径被清除，不应给机体造成较大危害[6]。

氧化应激的概念最早源于人类对衰老的认识。从1985年开始，德国科学家Sies首次提出了氧化应激的概念，并在1991 年对这一概念进行定义，提出“氧化应激是指机体氧化活性物质产生过多和（或）机体抗氧化能力减弱，活性氧（ROS）清除不足，导致ROS在体内增多，破坏机体氧化/还原的正常平衡，并引起细胞氧化损伤的病理过程”[5]。进入21 世纪以来，在人医领域，国内外科学家进行了大量卓有成效的研究。这些研究已初步证实，生命体内分子水平的氧化还原平衡被打破是造成绝大多数疾病和机体老化的根本原因。卢德勋[2]在动物营养学界首次提出“由自由基稳衡态失衡主导的三方联动效应的整体运作状况最终决定氧化应激、炎症和免疫功能失衡是否影响动物健康状况的走向和最后结局。导致动物亚健康态的核心机制是由自由基稳衡态失衡主导的三方联动效应，同时也是动物疾病，特别是非传染疾病发生的根本原因”，并指出“氧化应激和炎症通常是畜群出现健康问题的两个重要引爆点，其中氧化应激是源头引爆点”，为健康养殖指明了正确方向。

已知，引起氧化应激的活性氧或自由基，可以是机体内产生的，也可以是外环境因素对机体作用所致；所引起的氧化应激可以是局部器官的，也可以是全身性的。在饲养实践中，通常随处可见大量因氧化应激导致的家畜疾病，比如由黄曲霉毒素引起的损伤就是一种形式的氧化应激，还有断奶仔猪猝死，鸡胚氧化应激，奶牛围产期疾病，犊牛和肉牛适应期、转群期和运输期出现各种问题，家禽腹水症，家禽脑软化症，家禽脂肪—出血综合征，猪恶性高热症，奶牛乳房炎，牛营养退行性肌病，牛乳房水肿和奶牛繁殖疾患等。

在炎症中，细菌、病毒等病原体感染会破坏机体正常的自由基动态稳态，从而产生ROS 和活性氮（RNS），参与病原体的复制、基因突变并诱发宿主细胞凋亡，从而促使炎症进一步发展。氧自由基是炎症反应的效应器，氧自由基过度产生也能通过模式识别受体（PRRs）和非模式识别受体诱导炎症反应，自由基导致的氧化应激与炎症通过调控转录水平进而相互影响，形成由自由基稳态失衡主导产生的三方联动效应，其中炎症是这一联动效应中重要的一方。氧化应激与炎症反应往往相互伴随，自由基启动细胞促炎因子导致炎症发展，通过氧化应激加重炎症反应，而炎症反应又产生更多的自由基，反过来进一步加重氧化应激，形成恶性联动循环。由此可见，科学、有效地干预和控制炎症反应是防止并有效解决畜群出现健康问题的重要技术措施。

动物机体维持自由基动态稳衡状态是动物旨在预防疾病、保持健康的自我防御功能的不可或缺的根本性调节机制。已知在动物机体内部存在降低自由基危害的4道防线：①第一道防线——细胞色素氧化酶机制。在长期进化过程中，一切需氧生物发展形成了一条十分复杂又精巧、由细胞色素氧化酶参与的细胞呼吸链，可避免ROS 的产生，这是清除自由基最彻底的防御系统。机体从空气中吸入的分子氧95%以上经线粒体中细胞色素氧化酶直接还原为水，与此相耦联通过氧化磷酸化作用生产了可供机体利用的能量；另外5%的氧通过非酶途径生产了ROS。②第二道防线——抗氧化酶机制。尽管有第一道防线，即使在正常机体中仍有3%～5%的O2由线粒体泄漏的电子生成超氧阴离子（O2-·），在一些病理条件下会产生更多的O2-·。能清除ROS的酶称之为抗氧化酶，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）。它们是抵抗自由基危害的第二道防线，其中SOD担负着抗自由基损伤的重要任务。③第三道防线——清除剂机制。清除剂也常常称之为抗氧化剂，机体内固有的清除剂称之为内源性抗氧化剂，有别于由饲料或药物从外界摄入的外源性抗氧化剂，其作用机制是直接还原自由基，通过增强抗氧化酶活性迅速消灭自由基。这是抵抗自由基危害的第三道防线。④第四道防线——修复机制。即使机体内有上述三道防线防御自由基的侵害，但是自由基损伤还是防不胜防，不断发生，显然仅靠上述清除机制还不够十分保险，为此动物机体又发展形成了一套对已遭受自由基损伤的物质的修复机制。这套系统执行两种功能：一是把已损伤的物质搬走或清除，主要是把复杂受伤害的物质降解成简单物质变成供修复用的材料；二是把这些原料重新合成原来的物质，这一步才是真正意义上的修复。这四道防线担负着机体抗氧化应激的自我防御功能。

上述动物机体内部的由抗氧化酶和非酶性抗氧化剂组成的抗氧化防御系统属于内源性抗氧化防御系统。根据美国Lester Packer 教授团队多年的研究成果[7]，动物体内在众多的非酶性的抗氧化剂中由5大强抗氧化剂构成了具有相互协同效应的呈网络运作的抗氧化防御系统。在这一网络运作的抗氧化防御体系中，水溶性的强抗氧化剂是维生素C 和谷胱甘肽，其中谷胱甘肽属于内源性营养物质。他们担负着清除体液和细胞外液内自由基的抗氧化功能。而脂溶性的强抗氧化剂是维生素E 和辅酶Q10，其中辅酶Q10 属于内源性营养物质。它们担负着清除细胞膜内的自由基功能，特别是辅酶Q10对保护线粒体免受自由基攻击有重要作用。在这一抗氧化防御体系中，除了这4种强抗氧化剂外，还有一种重要的内源性强抗氧化剂就是α-硫辛酸，它的抗氧化功能十分强大，也是慢性炎症的阻滞剂。α-硫辛酸既能穿透细胞的脂溶部分，进入细胞后形成水溶性的二氢硫辛酸，所以它属于一种水脂兼容性的抗氧化剂，它具有既能还原水溶性被氧化态的维生素C和谷胱甘肽，又能还原脂溶性的被氧化态的维生素E的作用，在这一抗氧化防御体系中处于核心位置。在这由5 大内外源抗氧化剂组成的系统集成型呈网络运作的抗氧化防御体系具有相互支援、协同运作的整体功能，保证其整体抗氧化防御功能发挥到极致。机体这一呈网络运作的抗氧化防御体系不仅在维护机体内部自由基稳态平衡方面担负着特别重要的功能，而且还控制着机体内部数以兆计的细胞，全方位地控制着生命的方方面面，根据机体的生理需求，通过生物信息调控，配合开启或关闭某些基因表达，直接或间接影响着动物防御功能正常发挥和健康状况。

到目前为止，在动物营养领域，对谷胱甘肽、辅酶Q10和α-硫辛酸这3大内源性抗氧化剂的研究几乎还是空白。如何在养殖实践应用还需要作更多推敲。根据Lester Packer 教授上述研究成果和系统营养学的有关内容，笔者提出一个动物系统集成型抗氧化防御营养供给方案。在这一方案中除了暂时不去考虑使用谷胱甘肽、辅酶Q10和α-硫辛酸3大内源性抗氧化剂外，把添加硒、维生素C 和维生素E 以及植物营养活性物质（植物提取物）放在日粮优化设计中进行营养供给干预和健康管理干预，使其成为动物健康营养管理工程技术体系的一个重要技术措施[2]。这一系统集成型抗氧化营养供给方案不仅科学地诠释了动物自我防御功能，而且为制定强化动物自我防御功能营养干预策略提供了科学依据。

2.1.2 免疫激活/免疫抑制稳态平衡

动物机体内强大、正常运作的免疫防御机制是一个完整的系统，为机体健康提供了一个基本保障。机体的免疫系统像一支精密的军队，24 h 昼夜不停地保护着动物的健康。在任何一秒内，免疫系统都能协调调派不计其数、不同职能的免疫“部队”从事复杂的任务。

众所周知，当动物机体免疫功能低下的时候，很多疾病都会乘虚而入，因此人们一直对免疫系统的认识有一个误区，认为免疫系统越强大越好。然而当免疫反应过于激烈的时候，同样会对机体造成伤害导致疾病。因此对于一个特定的机体而言，更为重要的是保持免疫反应的平衡。平衡的免疫系统才是最优的健康状态。对于免疫反应过弱的动物来说，适当增强免疫反应是可以的，但是对于健康的动物来说继续保持就好了，而对于免疫反应过强的动物来说则要降低免疫反应。健康的动物大部分都是处于免疫平衡的状态，并不需要再通过药物、保健品或者食物来“折腾”自己的免疫系统了，说不定会因为不恰当的“折腾”导致免疫系统功能增强或者下降而出现疾病。

免疫系统的作用表现为免疫激活和免疫抑制两个方面。这两方面相互作用，相辅相成，使免疫系统保持稳定，从而保障免疫反应适度，使免疫系统在经受各种刺激的条件下，仍能维持机体的生理平衡状态。免疫激活和免疫抑制形成一个重要的平衡，过强的免疫激活容易导致炎症和细胞因子风暴，而过强的免疫抑制则成为了肿瘤躲避免疫攻击的好帮手。免疫调节是指免疫系统中的免疫细胞和免疫分子之间，以及与其他系统如神经内分泌系统之间的相互作用，使得免疫应答以最恰当的形式使机体维持在最适当的水平，但如果免疫调节平衡被破坏，则可引起某些疾病。免疫平衡是健康的免疫系统的根本保障。免疫激活和抑制一旦失衡就会产生免疫应激，导致动物健康问题发生和饲料利用率降低。免疫调节机制是维持机体内正常生理功能动态稳衡的关键机制之一[8]。免疫调节机制不仅决定了免疫应答的发生，而且也决定了反应的强弱。这一调节作用是精细的、复杂的。已知，免疫系统存在免疫激活/免疫抑制稳态平衡机制，它是动物机体自我防御功能中三大重要生理功能动态稳衡生理防御之一。

双向免疫调节，是指体内各种因素对免疫应答进行正负双向调节的作用。藉此使免疫应答适度，以维持机体免疫功能达到稳态平衡。双向调节表现在以下两个方面：一是在排除外来抗原异物时，激活并加强免疫应答反应；二是外来抗原物质排除后，可使免疫应答自限减弱以至终止。所以说免疫系统也是一柄双刃剑：它既能排除外来因素（异己）的侵袭，从而保证了动物生存和正常的生命活动，又能因免疫系统的阴差阳错导致疾病的发生。在免疫调节功能紊乱时，对外来入侵物质不能正常反应、清除，会降低机体的抗感染能力，或者对“异己”抗原产生高免疫应答性从而导致超敏感性，易造成机体组织的免疫损伤，发生变态反应性疾病。我们把前者称为“抑制”，后者称为“超敏”。

动物健康与否，取决于机体的免疫功能够保持相对的自身稳定，即免疫功能的相对平衡。动物机体的免疫系统是一个庞大的网络，免疫细胞和非免疫细胞都可能通过分泌细胞因子参与免疫平衡的调节。传统免疫学认为，辅助性T 细胞（Th）是CD4+T 细胞；CD8+T细胞包含有细胞毒性T细胞（Tc）和抑制性T细胞（TS）。在T细胞亚群中Th和TS细胞的相互作用形成了T细胞网络，对机体免疫应答的调控和维持免疫平衡稳定起着重要作用。Th即辅助性T细胞，是T细胞的一种功能性亚群，具有辅助B细胞及其他T细胞功能活性的作用，它除了表现出免疫应答的作用外，也能诱导其他T细胞亚群活性的活化。TS即抑制性T细胞，他的功能是抑制体液和细胞免疫应答。这两种T 细胞亚群各具有独特的功能，不能相互转变。然而，却能通过它们间的相互作用而完成免疫调节作用，维持免疫平衡稳衡。

动物机体免疫功能不仅要在免疫激活和抑制的整体水平上保持平衡，免疫反应水平既不能过低也不能亢进，而且在获得性免疫阶段，细胞免疫和体液免疫功能之间也需要维持动态平衡。机体的获得性免疫平衡主要由Th1 型和Th2 型细胞因子进行调节。Th1型细胞因子是指促进细胞免疫的那些细胞因子，其中主要有白细胞介素-2（IL-2）、肿瘤坏死因子（TNF）和IL-12，还有干扰素（IFN）；TH2 型细胞因子的功能是促进B 细胞分化、成熟和增殖，加B 细胞数量，促进抗体产生等，主要有IL-4、IL-10、IL/5、IL/6、IL/13 和转化生长因子（TGF）等，它们参与体液免疫，是决定体液免疫的主要因子。

免疫学研究表明，调节功能是作用于免疫应答过程中的多个环节。免疫调节存于动物机体不同层次，包括有自身调节、整体调节和群体调节。自身调节是指免疫系统内部的免疫细胞、免疫分子的相互作用；整体调节是指神经内分泌系统和免疫系统的相互作用；而群体调节是指主要组织相容性复合体（MHC）的种群适应性。控制免疫应答的基因存在于MHC 中，MHC 分子表达与否，表达水平及其型别直接决定免疫应答是否发生，以及产生应答水平的高低，从而导致不同种属或不同品系的动物对特定抗原的免疫应答强度各异。这种基因水平的群体调节受遗传控制。

已知，在动物机体内部各种免疫细胞均能产生一定量的自由基，其中单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞是产生自由基较多的免疫细胞。随着对ROS 了解的不断深入，ROS从无足轻重的氧化呼吸副产品转变成细胞间信号转导的重要成分，甚至在机体免疫中也发挥着不可忽视的作用。在动物先天免疫中，ROS不仅是杀伤病原体的主要武器，还可以调节自然杀伤细胞的活性；而在获得性免疫，低浓度的ROS 可以刺激淋巴细胞活化、增殖、分化，促进免疫激活。但是由于自由基作用的靶细胞和分子无特异选择性，所以自由基在参与防御作用的同时也会给组织细胞带来损伤，特别在病理过程中这种损伤作用有时占主导地位。在高浓度的ROS刺激下淋巴细胞趋于凋亡，促进免疫终结；另一方面，氧化应激状态下的自由基产物可以调节许多免疫和炎性分子的表达，引起炎症反应甚至恶化，导致组织损伤。异常的免疫状态和机体氧化状态失衡有关，所以免疫应激是参与以自由基稳衡态失衡主导的联动效应另一个重要一方。

2.1.3 促炎/抗炎反应稳态平衡

炎症是机体自我防御功能一个重要组成部分。炎症可以是感染引起的感染性炎症，也可以不是由感染引起的非感染性炎症。临床中多种疾病由炎症引起或者伴随着炎症反应发生，炎症往往是导致疾病加重的导火线。外源性或内源性损伤因子引起机体细胞和组织各种各样的损伤性变化，与此同时机体的局部和全身也发生一系列复杂的反应以消灭和局限损伤因子，清除和吸收坏死组织和细胞，并修复损伤。这种复杂的以防御为主的反应称之为炎症。炎症的产生是一个复杂的过程，其本质是机体激活自身的某一部分异常组织，以便让该部分接受免疫系统注意的一种方式。炎症机制让机体内的白细胞能够定向释放到受影响的血液或组织中去消灭感染源[3]。

在临床上，创伤和感染均可引起炎症，异常的免疫反应造成的组织损伤及机械性、化学性（如强酸、强碱、强氧化剂等）、物理性（高温、低温、紫外线和放射线等）外伤，还有各种毒素，包括生物异源物质和重金属等也会引起机体的炎症。通常炎症是从急性炎症开始，急性炎症本是机体对于外界某些刺激引发的一种防御反应，同时也属于机体对外界刺激造成损伤的一种自愈机制，但是炎症反应过于剧烈或维持太久就会使急性炎症转化为慢性炎症，炎症反应由防御反应转变为致病机制。此时机体只有启动抗炎机制，释放抗炎细胞因子对炎症反应进行牵制和调节，才能使机体既能有效抵御致病因素的侵袭，又能使炎症反应不会过度强烈而损伤机体的正常功能。显然，机体内部促炎/抗炎反应稳态平衡的存在是确保炎症反应能充分发挥防御功能而不至于转变为致病机制的重要生理防御保障机制。

机体内部促炎/抗炎反应稳态平衡的具体运行机制简述如下：在正常生理情况下，促炎反应与抗炎反应处于动态平衡状态。当动物机体受到严重感染时，一方面通过增强促炎反应达到免疫防御和免疫自稳目的，另一方面激活各种免疫调节细胞，释放大量细胞因子发挥抗炎作用，使两者趋于稳态平衡。为防止炎症过度活化对机体造成损伤，机体促炎反应激活的同时，往往诱导抗炎反应，促炎反应和抗炎反应相互制约，共同决定免疫应答的走向。

如前所述，由自由基稳态失衡主导产生的三方联动效应，其中炎症是这一联动效应中重要的一方。氧化应激是炎症过程中的伴随现象，通过氧化应激加重炎症反应，而炎症通过炎症介质促进氧化应激，反过来又加重氧化应激，形成恶性联动循环。在动物机体内部，细胞内外活性氧生成增加，可通过激活NF-κB通路诱导促炎细胞因子、炎症细胞因子和炎症蛋白基因表达增加，促炎细胞因子TMF 和IL-1 基因表达增加，又可通过诱导活性氧生成进而激活NF-κB 通路诱导促炎细胞因子、炎症细胞因子和炎症蛋白基因表达增加，形成一个活性氧与促炎细胞因子的正反馈循环[9]。免疫反应和炎症反应都是机体保护性防御反应。如果没有炎症反应，动物就无法生存于充满致炎因子的自然环境中。同样，如果没有免疫反应，动物也将不能应对无数的各种病原体的侵袭和危害。不过，过度的免疫和炎症反应又都是对动物健康有害的。免疫和炎症是一个问题的两个侧面，两者相互重叠，不可分割。同样如上所述，机体免疫平衡与炎症反应也存在密切的互动关系。当免疫平衡时，大部分的炎症反应不会显著干扰动物机体的总体健康状况；一旦免疫失衡，免疫系统会产生大量炎症反应，在这种情况下就会给机体造成损害，最后导致疾病发生。典型免疫反应涉及根据清除的病原体类型，产生协调淋巴细胞分化的细胞因子。感染一旦消除，免疫系统最终将进行自我调节并关闭。但是，在某些情况下，免疫反应并没有停止，反而过量产生炎性细胞因子，导致宿主细胞发生系统性损伤。

促炎/抗炎反应稳态平衡取决于促炎介质和抗炎介质之间的动态稳衡状况。促炎性细胞因子（例如IL-1β、IL-6 和TNF-α）可促使发生早期炎症反应，并可放大炎症反应；而抗炎性细胞因子（包括IL-4、IL-10 和IL-13）作用相反，因为其可抑制炎症反应。促炎和抗炎性细胞因子和趋化因子网络日益复杂，因此有必要在相关功能组织中对其进行全面检测，而非仅仅检测单个因子。

2.2 消化道微生物组生态防御

消化道是饲料消化后进入动物机体的门户。一个完整的消化道屏障对于维持机体正常的生理功能和疾病预防是至关重要的，为此在机体从外到内设置有4 道屏障保护机制中肠道微生物区系稳态功能是构成微生物组生态屏障的核心机制。它是上述三大重要生理功能动态稳衡生理防御首要的保障功能。

动物肠道内存在着多种大量的正常微生物，这些共生的菌群通过与肠黏膜黏附或者结合，形成生态屏障。正常菌群在动物内环境中的定居、繁殖与宿主保持着共生的关系，为宿主提供营养成分，维持肠道微生态平衡。同时它们在动物体内还能增强宿主的黏膜免疫功能，促进免疫器官的发育成熟，提高特异性和非特异性免疫功能，增强巨噬细胞活性及细胞因子介导素的分泌，增强红细胞的免疫功能[10]。对肠道屏障起重要作用的微生物主要是一些专性厌氧菌，包括乳酸杆菌、双歧杆菌。这些专性厌氧菌通过粘附作用与肠上皮紧密结合，形成菌膜屏障，可以竞争抑制肠道中致病菌与肠上皮结合，抑制它们的定植和生长；也可分泌醋酸、乳酸、短链脂肪酸等，降低肠道pH与氧化还原电势及与致病菌竞争利用营养物质，从而抑制致病菌的生长。Bultzingslowen等[11]研究发现，用5-氟尿嘧啶治疗后的老鼠，肠道兼性厌氧菌数量明显增加，移位到肠系膜淋巴结的肠道细菌数量也增加，说明肠道菌群紊乱，会改变肠黏膜通透性，影响肠黏膜物理屏障功能。

消化道微生物菌群对动物健康的影响主要表现为互利共用、同食共生和致病。动物肠道有益微生物的功能包括：①参与动物机体的消化代谢活动，包括微生物对饲料内一些营养物质的发酵、合成水溶性维生素和对健康有益的短链脂肪酸、促进消化酶的生成和营养活性物质分解和利用等。②需氧微生物，消耗肠道内的氧气，形成厌氧环境，抑制有害需氧菌和兼性厌氧菌的增殖。③产生颉颃作用。有益微生物与病原微生物竞争肠黏膜上皮细胞粘附位点，产生颉颃作用。④对肠道黏膜通过对病原体的防御，帮助增加肠道的屏障功能，加强屏障效应。⑤中和病原体产生的毒素，减少对机体的损害。⑥帮助调节机体免疫系统的功能，刺激免疫、激发机体体液免疫和细胞免疫，发挥抗诱变剂、抗癌和免疫调节作用，增强机体的免疫力和抗病力。

2.3 物理屏障功能

动物在自然界生存，每天暴露在各种微生物、病原体和环境毒素中，为了保护机体免受环境中潜在的有害、危险物质的入侵，机体与外部直接接触的器官（如皮肤、呼吸道和消化道）必须具备屏障作用的机制。皮肤最外层是由数层角质化细胞组成的角质层所覆盖，起到了很好的屏障作用；呼吸道与外界接触的是空气，肠道是食物消化后进入机体的门户，因而呼吸道和消化道的黏膜上皮也具有屏障功能。皮肤是人体防御系统中重要的组成部分，紧密排列的细胞构成牢固的屏障，有效阻挡入侵者。同理，直接接触外部空气的鼻腔、气管、肺，同样也具有一层屏障，能够阻挡空气中的尘埃和细菌进入身体内环境，发挥着防御的功能。

一个完整的消化道屏障功能对于旨在维持机体正常的生理功能和预防疾病发生的机体自我防御功能是至关重要的，为此机体从外到内设置有4道屏障保护机制，依次为微生物屏障、化学屏障、免疫屏障和机械屏障。

消化道最后一道屏障是机械屏障。机械屏障又称为物理屏障，物理屏障作为抵御外界环境的第一道防线。它主要由肠黏膜表面的粘液层、肠上皮细胞及其紧密连接、黏膜下固有层等组成。其在肠道屏障结构中占据中心地位。它是由肠道上皮细胞及细胞间的连接所组成。细胞间的连接包括紧密连接、黏附连接、桥粒等，其中最重要的是紧密连接，位于肠道上皮细胞外膜顶端，为一狭长的带状结构，他们的细胞排列十分紧密，以阻断细胞间的间隙，使细胞之间无缝连接，细胞之间还有像铆钉一样的紧密连接蛋白，组成城墙一样的防御工事，从而可防止肠腔中的大分子物质如细菌和毒素等进入到血液循环中。肠黏膜上皮结构的完整性决定肠黏膜机械屏障功能的健全程度。黏液层是上皮机械屏障的第一道防线，也是消化吸收的重要部位，还可为专性厌氧菌的生长及粘附提供适宜的环境，阻止潜在致病菌的定植。其主要成分为黏蛋白，由吸收细胞分泌。黏液层的表面还分布着具有保护作用的磷脂，不仅提供了机械性的保护层，因其具有疏水性还可以降低大分子物质的通透性，可抵制毒素的侵袭[3]。肠上皮细胞及其紧密连接：肠道上皮为单层柱状上皮，包括吸收细胞（absorptive cell）、杯形细胞（goblet cell）、潘氏细胞（paneth cell）和未分化细胞。吸收细胞含量最多，成高柱状，相邻细胞顶部之间有紧密连接、中间连接等构成的连接复合体，起着主要的机械屏障作用。紧密连接是由上皮细胞膜中的蛋白质颗粒融合形成的分支及吻合构成，可以封闭细胞之间约20 nm的间隙，防止肠腔内有毒物质渗透到周围组织中，还可起到控制离子定向转运和大分子吸收的作用。黏膜下固有层：黏膜上皮下方是结缔组织和固有层的支持组织，固有层中含有成纤维细胞、浆细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞及淋巴细胞等，与黏膜上皮细胞共同组成屏障功能单位。此外，肠道正常的蠕动可以防止肠腔内容物的瘀滞和细菌的过度增殖，保持肠黏膜绒毛细胞间的紧密连接，对于维持正常的肠屏障功能具有重要意义[4]。细胞间的紧密连接结构具有高度的动态稳定性，其通透性决定着整个肠上皮细胞的屏障功能，受到胞内外信号的调节，可受到饮食、疾病、应激等的影响。

2.4 化学防御功能

在动物机体内部存在着两种化学防御功能，一是解毒防御功能，二是消化道化学屏障功能，使机体免受化学因素所造成危害，保持健康状态。

2.4.1 解毒防御功能

动物机体的解毒系统是由皮肤、肝、肾、肠和肺组成，其中肝脏是动物机体最大的，也是最重要的解毒器官。在新陈代谢过程中，机体不可避免地存在许多代谢产物和非营养物质。这些物质既不能作为构建组织细胞的成分，又不能作为能源物质，其中有一些还对机体有潜在的毒性。动物机体必须通过肝脏中存在的复杂的解毒酶系统将他们加以代谢清除。动物在其养殖环境中，暴露于越来越多的有毒化合物包围中，空气、饮水、土壤和饲料中有毒化合物无处不在。在这种情况下，体内外源毒素越来越多，动物必须通过肝脏复杂的解毒酶系统正常运作来管理这些环境风险。大量研究证明，动物个体的肝脏解毒功能与其疾病风险存在高度相关。严格说来，对机体内部自由基的清除同样属于一种解毒作用。

毒素有水溶性和脂溶性两种，水溶性毒素可直接从尿液和（或）胆汁排出，脂溶性毒素必须经过生物转化反应，变成水溶性化合物才能排出体外。肝脏是生物转化最重要的器官，其次是肠道黏膜壁，生物转化也可发生在如皮肤、肺脏、肾脏和鼻黏膜等组织。

生物转化反应具有两个特点。一是连续性。一种物质有时需要连续进行几种类型的反应才能实现生物转化目的。二是多样性。同一种或同一类物质可以进行不同类型的生物转化，会产生不同的产物。生物转化是机体维持内环境稳态的主要机制。生物转化即解毒过程分两个阶段，第一阶段称Ⅰ相反应，第二阶段称为Ⅱ相反应。生物转化不是一个反应，而是一个过程，涉及多个反应和多个因子参与。许多物质通过Ⅰ相反应，其分子中的某些非极性基团变为极性基团，水溶性增加，即可排出体外。有些物质经过Ⅰ相反应后水溶性和极性改变不明显，则需进一步与葡萄糖醛酸、硫酸等极性更强的物质相结合，以得到更大的溶解度才能排出体外，这种结合反应称之为Ⅱ相反应。第Ⅰ相反应需要有足够的B族维生素、类胡萝卜素、维生素C 和维生素E 参与，而第Ⅱ相反应则需要有一些氨基酸、谷胱甘肽和含硫营养物质参与。

使动物机体解毒功能受损的主要因素包括有内外源毒素负荷过大、各种原因导致的肠道功能失衡（如菌群失调、β-葡萄糖醛酸活性增强、消化酶缺乏导致的消化吸收不良和短链脂肪酸产生不足等）、各种原因导致的肝脏解毒酶功能失调以及日粮营养物质缺乏等。这些问题都可以通过采用系统集成型营养干预技术，进行“体系”作战模式加以解决。

2.4.2 消化道化学屏障功能

肠道分泌的胃酸、胆汁、各种消化酶、溶菌酶、黏多糖、糖蛋白和糖脂等化学物质，也具有屏障作用，称之为化学屏障。胃酸能够杀灭经口入侵的细菌，抑制细菌在肠道上皮的粘附和定植。胆汁中的胆盐可与内毒素结合，胆酸可降解内毒素分子，胆汁中的sIgA可包绕细菌，阻断其粘附。溶菌酶能破坏细菌的细胞壁，使细菌裂解。肠道分泌的大量消化液可稀释毒素，冲洗清洁肠腔，使潜在的条件致病菌难以粘附到肠上皮上。肠黏膜中杯状细胞分泌液中所含的糖蛋白和糖脂，是细菌粘附受体的类似物，可以改变细菌的进攻位点，使细菌与分泌物中糖蛋白、糖脂结合，然后随粪便排出。

2.5 DNA和某些组织修复功能

DNA 分子结构的任何异常改变都可以看作是DNA的损伤。引发DNA损伤的因素有自发性损伤和环境造成的损伤，不过有时两者很难严格区分。自发性损伤主要有DNA复制错误、DNA修复合成错误、碱基自发突变以及正常代谢产物对DNA 的损伤等；环境造成的损伤是指环境中许多物理和化学因素造成的DNA 分子结构的损伤，如电离辐射、紫外线、烷化剂和氧化剂等。动物每天的DNA损伤的数量十分惊人，但是这些DNA 损伤在他们成为问题前已经会得到修复。机体内部天然存在的自我修复酶在DNA修复中扮演着十分重要的角色。据估计，每1 000 个被引入的DNA 的错误只有不到1 个会成为永久性突变。当DNA 修复系统开始工作时，机体细胞必须限制已经发生的任何损伤带来的连锁反应，启动抑制细胞本身复制，包括他们的DNA 复制周期。如果太多的损伤需要修复，细胞就会通过一个叫做凋亡的生理机制触发自身的死亡。凋亡起着一种“丢卒保帅”的作用。为了限制细胞严重损伤事态的扩大，防止危及整体生存，机体会使严重损伤的细胞主动停止增殖，进而凋亡，达到此目的。

干细胞是动物机体及其各种组织细胞的最初来源，具有高度自我更新能力、高度增殖和多向分化潜能等特征。干细胞既可以通过细胞分裂维持自身细胞群的大小，又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞，进而构成机体各种复杂的组织器官。动物机体内部的干细胞保护着动物的健康，对于许多细胞、组织和器官的再生和更新方面发挥着非常重要的作用。动物的红细胞、脂肪细胞、免疫细胞、胃肠道、肺、骨骼、皮肤在一定时间内都需要再生和更新。