張 鑫 丁洛陽(yáng) 王夢(mèng)芝* 周 剛 張 軍，2

(1.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，揚(yáng)州 225009;2.揚(yáng)州市揚(yáng)大康源乳業(yè)有限公司，揚(yáng)州 225004)

牛奶能夠提供人體所需的多種氨基酸，是目前人類主要的蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)源之一［1］，其產(chǎn)量、品質(zhì)以及質(zhì)量安全的研究已經(jīng)成為營(yíng)養(yǎng)學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)［2－4］。乳汁通過(guò)奶牛的乳腺合成分泌，而合成乳汁營(yíng)養(yǎng)的前體物質(zhì)是由進(jìn)入乳腺的血液提供的［5－6］。因此，在研究產(chǎn)奶牛泌乳過(guò)程時(shí)，乳腺血流量的測(cè)定是必不可少的環(huán)節(jié)。產(chǎn)奶牛乳腺血流量的測(cè)定是原料乳合成速率、乳腺對(duì)原料乳前體物吸收速率等相關(guān)研究的前提與基礎(chǔ)。目前，反芻動(dòng)物乳腺血流量測(cè)定方法和技術(shù)雖然有電磁血流量計(jì)法、菲克原理、染料稀釋法和熱稀釋法等多種，但迄今為止，并沒(méi)有相對(duì)統(tǒng)一的測(cè)定技術(shù)，而且已知的研究多是以奶山羊?yàn)檠芯繉?duì)象進(jìn)行試驗(yàn)，比如宋移福等通過(guò)Transit-time超聲血流計(jì)對(duì)奶山羊不同條件下乳腺血流量的測(cè)定及其準(zhǔn)確性進(jìn)行了評(píng)估。這在一定程度上影響了其研究結(jié)果的可比性和參考價(jià)值。為此，本文擬針對(duì)奶牛乳腺泌乳相關(guān)血管構(gòu)造和血流量的測(cè)量方法作以綜述，旨在為此研究方向的后續(xù)相關(guān)試驗(yàn)研究提供一些參考。

1 奶牛乳腺血流量與泌乳的關(guān)系

血流量即血流的容積速度，是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)血管某一截面的血量，常以每分鐘毫升數(shù)或升數(shù)表示。血流量的大小與血管兩端的壓力差成正比，與血管對(duì)血流的阻力成反比。血流量的測(cè)定一般分為速度流量和體積(或容積)流量2種，速度流量比較直觀地表現(xiàn)血液的移動(dòng)速度，體積流量則表示某段時(shí)間內(nèi)流過(guò)血液的體積。心血管系統(tǒng)為密閉的管道系統(tǒng)，流經(jīng)動(dòng)脈、毛細(xì)血管和靜脈各段的總截面積的血流量相等，均等于心輸出量，但在并聯(lián)血管的各分路，即各器官的血流量是不同的。

奶牛乳腺內(nèi)的動(dòng)脈由乳腺兩側(cè)的陰外動(dòng)脈通入，陰外動(dòng)脈位于髖關(guān)節(jié)和股關(guān)節(jié)之間的三角低洼處的中間，也就是臀中肌、股四頭肌和骨闊肌膜張肌的交叉點(diǎn)處［7］。2條陰外動(dòng)脈經(jīng)由腹股溝管向下從腹腔進(jìn)入乳腺區(qū)域，并分為前側(cè)乳腺動(dòng)脈和近尾乳動(dòng)脈。前側(cè)乳腺動(dòng)脈通入前四分之一乳區(qū)，尾乳動(dòng)脈通入后四分之一乳區(qū)。而乳房單側(cè)的靜脈血管又分為陰外靜脈和腹部皮下靜脈即所謂的乳靜脈，其位置與乳區(qū)的動(dòng)脈大致平行，而后分別延伸至后腔靜脈和前腔靜脈并通入右心房(圖 1)［8］。

供給乳腺的動(dòng)脈血液大部分是經(jīng)由乳房?jī)蓚?cè)的陰外動(dòng)脈流入的，2條陰外動(dòng)脈分別通入左右2個(gè)乳區(qū)，對(duì)于反芻動(dòng)物尤其是泌乳期奶牛和奶山羊，乳汁中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要是由陰外動(dòng)脈中的血液供給的(圖2)。然而，乳腺內(nèi)的靜脈血流出主要有3個(gè)方向:第1個(gè)是沿陰外靜脈穿過(guò)腹股溝而上行，第2個(gè)是沿皮下腹壁靜脈(乳靜脈)而出，此外還有個(gè)方向是經(jīng)會(huì)陰?kù)o脈，由乳房后部通入會(huì)陰部，此靜脈明顯小于另外2條靜脈［9］。由于乳腺內(nèi)的靜脈有瓣膜(起閥門作用)的引導(dǎo)，陰外靜脈是幼齡反芻動(dòng)物乳腺血流唯一流出渠道，而隨著動(dòng)物年齡增長(zhǎng)，瓣膜的閥門功能逐漸喪失，所以當(dāng)牛羊站立時(shí)，靜脈血只能向下沿乳靜脈流出，其中甚至混有從陰外靜脈回流的非乳腺血液。與此相似，在動(dòng)物俯臥時(shí)，乳靜脈閉合，血液經(jīng)陰外靜脈而出，其中同樣可能混有非乳腺血液［10］。因此，在測(cè)定反芻動(dòng)物乳腺血流量時(shí)，通常采集動(dòng)物站立時(shí)陰外動(dòng)脈和乳靜脈的各種血液指標(biāo)作為依據(jù)，獲得直接或間接的結(jié)果。進(jìn)行乳靜脈采血時(shí)，為防止非乳腺血液從陰外靜脈回流，可用手夾緊陰外靜脈，但此法難以對(duì)牛操作，于是Kronfeld［11］發(fā)明以充氣氣球來(lái)阻塞陰外靜脈的方法。

圖1 奶牛乳腺血液循環(huán)系統(tǒng)Fig.1 Blood circulation system of the mammary gland in dairy cows

圖2 奶牛乳腺動(dòng)脈分布圖Fig.2 Arterial supply to the mammary gland of the cow［12］

2 常用的乳腺血流量測(cè)定方法

2.1 電磁血流量計(jì)

電磁血流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制造的血管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)(血液)體積流量的感應(yīng)式儀表。原理即是電磁感應(yīng)定律，將血管暴露與磁場(chǎng)下，血液作為導(dǎo)體，切割磁感線引起磁通量的變化從而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(電壓)。在磁場(chǎng)強(qiáng)度，血管直徑，血液濃度不變時(shí)，此電動(dòng)勢(shì)與血流速度成正比。

電磁血流量計(jì)的探頭分為2種:管型探頭和鉤形探頭。其中，管型探頭在使用時(shí)需切開(kāi)血管以連接探頭，而鉤形探頭可直接勾住血管，避免了血管的切割性創(chuàng)傷，但所選擇探頭的直徑必須與所測(cè)血管直徑相適，且接觸緊密，要留出10%的間隙和氣泡［13］。

Dhondt等［14］曾用電磁法對(duì)奶牛陰外動(dòng)脈進(jìn)行急性試驗(yàn)來(lái)研究乳腺血流量。而流量的校正又使電磁流量計(jì)用于長(zhǎng)期性試驗(yàn)成為可能，探頭每次使用前以量筒收集法進(jìn)行校正，經(jīng)校正后的誤差可縮小至6%［15］，而多次重復(fù)校正可使誤差僅為 2%［16］。Petters等［13］成功地用電磁流量計(jì)進(jìn)行長(zhǎng)期血流量測(cè)定試驗(yàn)，以此來(lái)研究產(chǎn)奶牛乳房?jī)?nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的平衡。

使用電磁血流量計(jì)能夠直接讀取數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)測(cè)得血液的瞬時(shí)流量，適用于血液流動(dòng)變化的瞬間計(jì)時(shí)，這是它的優(yōu)點(diǎn)。其不足之處主要表現(xiàn)在使用前對(duì)探頭需要先進(jìn)行校對(duì)，施加的磁場(chǎng)要均勻，使用過(guò)程中要保證探頭與血管的垂直，更要避免血管的扭曲、牽拉和變形。比如探頭插在陰外動(dòng)脈，動(dòng)脈的收縮亦可產(chǎn)生誤差影響試驗(yàn)結(jié)果。

2.2 多普勒超聲血流計(jì)

多普勒超聲血流計(jì)是通過(guò)多普勒效應(yīng)測(cè)量血液的流速的。利用壓電晶體的壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，超聲發(fā)射裝置為聲源，血管中的紅細(xì)胞為接收者，利用多普勒效應(yīng)，流動(dòng)中的紅細(xì)胞接收到超聲波時(shí)頻率將發(fā)生變化，而將超聲波反射后，利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)，超聲接收裝置會(huì)接收反射回的信號(hào)，基于多普勒效應(yīng)從而再測(cè)得回波的頻率。一般將發(fā)射的超聲波頻率和接收到的回波頻率之頻率差稱為頻率偏移或頻移［17］。而超聲波的速率遠(yuǎn)大于血管中血細(xì)胞的流速，其頻移與血流速率亦成正比。即:

其中，△f為頻移值，f0為超聲波的發(fā)射頻率，v為血細(xì)胞的移動(dòng)速度，c為聲波在介質(zhì)中的速度，α 為發(fā)射角［18］。

超聲波的發(fā)射亦可以分為連續(xù)多普勒(連續(xù)波)和脈沖多普勒(脈沖波)2大類，常用連續(xù)和脈沖2種多普勒系統(tǒng)來(lái)互補(bǔ)性能。Dauzat等［19］通過(guò)比較脈沖多普勒和電磁血流量計(jì)2種方法測(cè)定門靜脈血流量，結(jié)果表明，在用多普勒技術(shù)獲取數(shù)據(jù)時(shí)需十分謹(jǐn)慎，且由于儀器精密，對(duì)操作技術(shù)要求甚高，其結(jié)果極易受偶然因素影響，故此方法在使用上受操作誤差大和高成本的限制。

2.3 Transit-time超聲血流量計(jì)

Transit-time超聲血流量計(jì)又稱超聲瞬時(shí)血流計(jì)，其原理是應(yīng)用超聲波壓電晶體能夠監(jiān)測(cè)血流及血流的傳播信號(hào)之時(shí)間差。Transit-time超聲血流量計(jì)的探頭由1個(gè)探體和1個(gè)反射鏡組成，探體上有2個(gè)超聲傳感器呈一定角度固定于血管的一側(cè)，而反射器則位于另一側(cè)。

圖3 探頭安置血管示意圖Fig.3 Blood flow probe placed in a vessel［20］

上游的傳感器發(fā)出的超聲通過(guò)血管另一側(cè)的反射鏡反射并由下游的傳感器接收之后再由下游的傳感器發(fā)射超聲由上游傳感器接收，如此重復(fù)，2個(gè)傳感器交替輪作。當(dāng)超聲波自上游發(fā)射下游接收時(shí)，聲波與血流同向而行，自發(fā)射至接收的時(shí)間會(huì)因順流而縮短，反之，逆血流的超聲波傳遞的時(shí)間會(huì)增長(zhǎng)。根據(jù)接收到的2次超聲波時(shí)間，計(jì)算其時(shí)間差值就是體積(容量)流量的測(cè)量值即血流量。

優(yōu)點(diǎn):血管均勻地位于寬面超聲束中，經(jīng)過(guò)血管的超聲波束進(jìn)行積分，而之外的超聲束面則不在積分范圍之內(nèi)，所以此方法不受血管橫截面大小的影響。此外，由于發(fā)射2次超聲并測(cè)其時(shí)間差，所以即使探頭與血管未能相互垂直，測(cè)定結(jié)果亦不受影響。Transit-time超聲血流量計(jì)具有對(duì)血管尺寸的不依賴性和探頭角度的不敏感性的優(yōu)點(diǎn)，使其可用于正在生長(zhǎng)的血管、收縮的血管和靜脈束;其缺點(diǎn)是此法仍帶有一定的創(chuàng)傷性，另外，早期的Transit-time超聲血流量計(jì)在測(cè)量低流量時(shí)誤差較大。Forsberg 等［21］和 Westra 等［22］分別有研究表明，在測(cè)量低流量(＜150 mL/min)時(shí)誤差可達(dá)21%～25%，然而此誤差在后來(lái)的儀器改進(jìn)中已被逐漸減小。

Transit-time超聲血流量計(jì)目前已得到了學(xué)者的普遍使用。例如，Rigout等［23］研究了以草料和青貯料為基礎(chǔ)飼糧的奶牛十二指腸灌注葡萄糖對(duì)整個(gè)機(jī)體和乳腺利用血糖的影響，以超聲血流量計(jì)檢測(cè)乳腺血流量發(fā)現(xiàn)灌注后比正常值提升了45%。隨后Rulquin等［24］在研究灌注葡萄糖對(duì)奶牛乳腺中氨基酸循環(huán)的影響時(shí)，也使用同樣的方法對(duì)乳腺血流量進(jìn)行測(cè)定。Delamaire等［25］對(duì)擠奶間隔的延長(zhǎng)降低乳腺血流量與乳腺對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝取的研究中更直觀地顯示了對(duì)乳腺血流量的需要，通過(guò)超聲血流量計(jì)檢測(cè)，表明擠乳間隔時(shí)間越長(zhǎng)，與將會(huì)導(dǎo)致乳腺營(yíng)養(yǎng)吸收下降的關(guān)系越密切，而不是與乳腺將這些養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為牛奶成份的效率降低有關(guān)。乳腺對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收的降低，是由于乳腺血流量減少而產(chǎn)生的。

2.4 菲克原理法

菲克原理可描述為在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量與該截面積處濃度梯度成正比。將此原理應(yīng)用于乳腺血流量的測(cè)定時(shí)，以血液中某物質(zhì)的動(dòng)靜脈濃度差作為開(kāi)始擴(kuò)散的前體物質(zhì)濃度，該物質(zhì)在乳汁中的濃度則被視為沿?cái)U(kuò)散方向擴(kuò)散后的濃度。故以乳汁中某物質(zhì)的濃度除以血液中該物質(zhì)的動(dòng)靜脈濃度差的方法常用來(lái)估測(cè)乳腺血流量，因此，此法需要分別采集陰外動(dòng)脈血和乳腺靜脈血為樣本。

Mepham［26］以苯丙氨酸(Phe)和酪氨酸(Tyr)為內(nèi)標(biāo)分別測(cè)出2種氨基酸在動(dòng)靜脈血和乳汁中的濃度并以此估算乳腺血流量。Cant等［27］將此方法進(jìn)行了修正后得出以下公式:

乳腺血流量(L/d)=0.965×FYB/FYA－V。

其中，F(xiàn)YB(mol/d)=乳中(Phe+Tyr)濃度(mol/L)×產(chǎn)奶量(L/d);FYA－V(mol/d)= 動(dòng)脈血中(Phe+Tyr)濃度(mol/L)－靜脈血中(Phe+Tyr)濃度(mol/L)。

這種方法一般被稱為氨基酸動(dòng)靜脈濃度差法。

除此之外，以一定量的指示劑注入血管中再測(cè)其稀釋后的濃度從而測(cè)得血流量均是以菲克原理為基礎(chǔ)的方法。常用的有染料稀釋法、乳房甲硫氨酸吸收法和同位素?cái)U(kuò)散法等。染料稀釋法近年來(lái)普遍選用對(duì)氨基馬尿酸(PAH)作為指示劑。一般是將PAH注入動(dòng)脈(或靜脈)后，以恒定的速度連續(xù)靜脈(或動(dòng)脈)采血，再用分光光度計(jì)測(cè)出染料濃度，繪制濃度稀釋曲線。Katz等［28］研究發(fā)現(xiàn)，PAH完全不被肝清除，而在循環(huán)至腎時(shí)由腎清除，部分PAH由動(dòng)脈再循環(huán)至肝，因此在測(cè)量奶牛乳腺血流量時(shí)，有3種灌注PAH和采血的方法:頸靜脈灌注，頸動(dòng)脈和乳靜脈采血;乳靜脈灌注，乳靜脈下游和頸動(dòng)脈采血;陰外動(dòng)脈灌注，陰外動(dòng)脈下游和乳靜脈采血。孫滿吉對(duì)此3種方法進(jìn)行比較試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)使用頸靜脈灌注PAH測(cè)得的血流量偏低，而由陰外動(dòng)脈灌注，陰外動(dòng)脈下游和乳靜脈采血的方法較為科學(xué)。

以菲克原理測(cè)定奶牛的乳腺血流量，避免了其他血流量計(jì)的成本問(wèn)題以及使用時(shí)需要對(duì)奶牛進(jìn)行手術(shù)植入儀器的限制，因此在操作非常方便，應(yīng)用廣泛，但其準(zhǔn)確性卻并未得到公認(rèn)的贊同［29］。Pacheco-Rios等［30］比較了氨基酸動(dòng)靜脈濃度差法和同位素(氚化水)擴(kuò)散法，發(fā)現(xiàn)以氚化水為指示劑估測(cè)出的血流量與產(chǎn)乳量的比值為395，而Phe+Tyr動(dòng)靜脈濃度差估測(cè)得出的血流量與產(chǎn)乳量比值為602，屬正常范圍450～900之內(nèi)。因此氨基酸動(dòng)靜脈濃度差法估測(cè)乳腺血流量較氚化水法更近似于真實(shí)值。

2.5 熱稀釋法

Fegler［31－32］熱稀釋法也叫溫差稀釋法或溫度稀釋法，將低溫的溶液(生理鹽水或等滲葡萄糖)注入血液中，測(cè)定溫度的局部變化:將帶有熱敏電阻的導(dǎo)管插入乳腺靜脈下游，向?qū)Ч軆?nèi)注入低溫溶液后，熱敏電阻測(cè)量溶液入血后溫度的變化情況，即可記錄下溫度稀釋曲線。熱稀釋法注射的指示劑完全屬于生理溶液，無(wú)再循環(huán)，對(duì)生理機(jī)能幾乎沒(méi)有影響，不會(huì)有染料在體內(nèi)蓄積之顧慮，故而短時(shí)間可重復(fù)測(cè)定。但此方法仍具有創(chuàng)傷性，另外熱敏電阻對(duì)低溫的敏感性要求注入的溶液溫度越低電阻越敏感，但低溫又會(huì)受室溫的影響使得誤差較大。所以現(xiàn)在一般的建議是指示劑采用室溫的生理鹽水且同時(shí)加大用量。然而，由于清醒動(dòng)物的中心靜脈壓可能受到外來(lái)因素影響的緣故，此法測(cè)得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高，且過(guò)程冗長(zhǎng)耗時(shí)，為此經(jīng)過(guò)改進(jìn)的連續(xù)熱稀釋法已克服了這些缺點(diǎn)。

Linzell等［10］以連續(xù)熱稀釋法對(duì)奶山羊進(jìn)行試驗(yàn)，將乳靜脈環(huán)狀剝離出體內(nèi)，以便安置熱敏電阻和阻斷血管與組織的熱交換，用室溫下生理鹽水在20～60 s內(nèi)勻速連續(xù)地注入乳靜脈，同時(shí)血液的溫度變化被熱敏電阻測(cè)得并連續(xù)地記錄在紙上。如此，即時(shí)測(cè)量血液溫度的降低可使血流量計(jì)算更迅速，而連續(xù)的記錄則更加便于估測(cè)平均血流量。試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分別與單獨(dú)注射熱稀釋、菲克原理估測(cè)法和量筒收集法的結(jié)果進(jìn)行比較，證明了其精確性與上述3種方法均一致。

值得注意的是，由于前面提到的關(guān)于乳腺內(nèi)靜脈血的流向問(wèn)題——反芻動(dòng)物從出生到首次泌乳，血液只由陰外靜脈流出而不通過(guò)乳靜脈，故熱稀釋法在此無(wú)法使用。但針對(duì)母畜生育后的非哺乳期，以連續(xù)熱稀釋法測(cè)定此時(shí)較低的乳腺血流量卻具有較高的準(zhǔn)確性。

2.6 其他方法

除上述方法之外，還有放射性微球法、核磁共振法、彩色多普勒流量測(cè)定法和彩色血流流速流量測(cè)定法等可用于測(cè)量血流量。

用放射性微球來(lái)測(cè)量血流量?jī)?yōu)點(diǎn)是快速且結(jié)果誤差小，但其明顯缺陷就是具有創(chuàng)傷性，若測(cè)器官血流量則需要處死并解剖動(dòng)物，只能一次性試驗(yàn)，無(wú)法對(duì)動(dòng)物進(jìn)行后續(xù)的研究。因此，放射性微球法對(duì)于奶牛乳腺泌乳量以及營(yíng)養(yǎng)調(diào)控等研究缺乏實(shí)際意義。

核磁共振法的原理是血液流過(guò)正負(fù)梯度變化的磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生累加的相位位移，此位移與血液流動(dòng)的速度成正比，相位位移在圖像上顯示為像素信號(hào)強(qiáng)度的變化而被記錄下來(lái)［33］;彩色多普勒法需使用安裝有VP軟件的彩色多普勒超聲診斷儀［34］，而彩色血流流速流量測(cè)定法則需依靠安裝有CVIQ軟件的彩色超聲儀和線陣探頭［35］，這3種儀器測(cè)量血流量的準(zhǔn)確性較高，且都屬于無(wú)創(chuàng)性方法;但都由于設(shè)備成本的原因，加上操作過(guò)程要求復(fù)雜、精細(xì)，存在諸多局限性，目前較多是在臨床醫(yī)學(xué)診斷上使用而非用于動(dòng)物生產(chǎn)性試驗(yàn)，所以在此亦不多作贅述。

3 小結(jié)

隨著國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和測(cè)量?jī)x器設(shè)備的不斷升級(jí)，早期曾一度較多使用的一些測(cè)血流量的方法比如量筒收集法和氣泡血流計(jì)等已不再適用于目前的科學(xué)研究之中;現(xiàn)在電磁血流量計(jì)和多普勒超聲波血流量計(jì)現(xiàn)應(yīng)用比較廣，使用這2種儀器可測(cè)得奶牛乳腺血流的速度流量，即通過(guò)讀數(shù)能直接觀測(cè)到血流速度的瞬時(shí)變化;而Transit-time超聲血流量計(jì)則是測(cè)定血液的體積流量，由于其容易校準(zhǔn)且是目前最為精確的血流量測(cè)定設(shè)備，被公認(rèn)為當(dāng)今血流量計(jì)的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。但是一些地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)條件的影響，以上各種設(shè)備的使用和普及受到很大程度的限制，所以基于菲克原理的各種方法在奶牛乳腺血流量的研究中使用仍較為普遍。然而菲克原理法又因?yàn)榫唧w操作方法多種多樣，人工操作隨機(jī)性大，且受奶牛的生理習(xí)性和應(yīng)激的影響，具有一定的局限性。因此，奶牛乳腺血流量測(cè)定時(shí)可根據(jù)具體的研究方向、研究目的、試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)選取合適的測(cè)定方法。

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