□張肖肖（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院）

亞急性瘤胃酸中毒對(duì)瘤胃的影響

□張肖肖（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院）

亞急性瘤胃酸中毒（SARA）是反芻動(dòng)物由于長(zhǎng)期采食過(guò)量的易發(fā)酵碳水化合物，導(dǎo)致在瘤胃中累積大量揮發(fā)性脂肪酸，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)瘤胃pH維持在較低水平的一類營(yíng)養(yǎng)代謝疾病。SARA不僅影響瘤胃消化代謝，同時(shí)影響瘤胃上皮生理功能及結(jié)構(gòu)。這類疾病影響反芻動(dòng)物的采食量、奶產(chǎn)量、瘤胃微生物組成及瘤胃消化代謝并且引發(fā)腹瀉、肝膿腫、蹄葉炎及瘤胃炎等疾病，已成為危害我國(guó)肉牛及高產(chǎn)奶牛健康的主要營(yíng)養(yǎng)代謝病之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究主要側(cè)重于SARA的發(fā)病原因，SARA對(duì)瘤胃微生物組成的影響，以及相關(guān)的臨床表現(xiàn)，但對(duì)SARA對(duì)瘤胃上皮屏障功能影響的研究較少。本研究主要關(guān)注的是瘤胃，綜述也將重點(diǎn)介紹其對(duì)瘤胃的影響。

1 SARA對(duì)瘤胃生理指標(biāo)的影響

國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展顯示，高谷物飼喂導(dǎo)致瘤胃揮發(fā)性脂肪酸濃度上升，pH值下降，瘤胃內(nèi)毒性物質(zhì)（LPS及生物胺等）則含量上升。Nagaraja等發(fā)現(xiàn)，在體外發(fā)酵試驗(yàn)中，以玉米為底物比以苜蓿為底物其pH下降更多但是LPS濃度也升高的更多。Khafipour等發(fā)現(xiàn)，將對(duì)照組（精粗比為5∶5）日糧干物質(zhì)的21%用50%的小麥粉和50%的大麥粉組成的混合物替代時(shí)，可導(dǎo)致奶牛SARA的發(fā)生，同時(shí)導(dǎo)致瘤胃內(nèi)游離LPS的濃度從28184升高到107152內(nèi)毒素單位每毫升（EU/mL）。同樣地，Gozho等將對(duì)照組（精粗比為4.4∶5.6）日糧干物質(zhì)的25%用50%的小麥粉和50%的大麥粉組成的混合物替代時(shí)，也導(dǎo)致了奶牛SARA的發(fā)生，同時(shí)瘤胃內(nèi)游離LPS的濃度從24547升高到了128825 EU/mL。Emmanuel等研究發(fā)現(xiàn)，與不采食任何谷物及采食15%谷物的奶牛（分別為654和790納克/毫升）相比，采食30%或是40%大麥谷物的奶牛其瘤胃內(nèi)游離LPS的濃度顯著升高（分別為5021和8870納克/毫升）。以上研究都表明，SARA會(huì)導(dǎo)致瘤胃內(nèi)游離LPS的濃度升高，但在不同品種和生理狀態(tài)的反芻動(dòng)物中，其濃度差異較大，同時(shí)隨著精料比例的增加，瘤胃內(nèi)LPS濃度出現(xiàn)一個(gè)先上升后下降的趨勢(shì)。

2 SARA對(duì)瘤胃微生物的影響

SARA發(fā)生的過(guò)程中，瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸的積累使其pH值下降，從而導(dǎo)致瘤胃內(nèi)微生物的組成及多樣性發(fā)生急劇的改變。瘤胃內(nèi)pH值的下降主要是瘤胃內(nèi)總揮發(fā)性脂肪酸的積累，而非乳酸的積累。當(dāng)瘤胃pH值在5.6至6.0之間變化時(shí)，主要的乳酸產(chǎn)生菌開(kāi)始生長(zhǎng)，但是同時(shí)瘤胃上皮上的乳酸利用菌也快速富集，加速乳酸降解，因此乳酸在此階段并不積累。與此同時(shí)，瘤胃pH值的下降會(huì)導(dǎo)致纖維降解菌的減少，使革蘭氏陽(yáng)性球菌和桿菌的比例增加，從而改變細(xì)菌的數(shù)量。Nagaraja和Titgemeyer的研究表明，高谷物日糧會(huì)激活瘤胃內(nèi)發(fā)酵淀粉和糖的革蘭氏陰性菌的快速生長(zhǎng)。同時(shí)，很多研究表明SARA會(huì)導(dǎo)致瘤胃內(nèi)腸桿菌的數(shù)量上升，而Khafipour等研究表明瘤胃內(nèi)大腸桿菌的比例與SARA的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。上述結(jié)果表明，SARA會(huì)導(dǎo)致瘤胃內(nèi)大腸桿菌等革蘭氏陰性菌富集，同時(shí)影響其他菌群的數(shù)目，具體變化情況還是和炎癥的嚴(yán)重程度密切相關(guān)的。

SARA不僅影響瘤胃內(nèi)容物微生物，同時(shí)也對(duì)瘤胃上皮微生物組成和數(shù)目比例造成較大的影響。Petri等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在發(fā)生酸中毒時(shí)，瘤胃上皮上阿托波菌屬、硫還原菌屬、乳桿菌屬和歐魯森氏菌屬等細(xì)菌的數(shù)量顯著升高。Chen等發(fā)現(xiàn)，肉牛從采食高粗料日糧突然過(guò)渡到采食高谷物日糧時(shí)，粘附在瘤胃上皮上的微生物區(qū)系發(fā)生急劇變化，其中密螺旋菌屬、毛螺菌屬和反芻桿菌屬只在高谷物飼喂的肉牛瘤胃上皮上發(fā)現(xiàn)。上述結(jié)果表明，SARA對(duì)瘤胃上皮微生物組成也同時(shí)造成較大的影響，這些瘤胃上皮微生物的改變可能會(huì)對(duì)瘤胃功能產(chǎn)生不利影響，進(jìn)一步了解這些瘤胃上皮微生物的代謝作用將對(duì)我們?cè)\斷和預(yù)防具有重要的臨床意義。

3 SARA對(duì)瘤胃上皮形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

SARA常常會(huì)導(dǎo)致瘤胃上皮過(guò)度角化及角化不全的現(xiàn)象。上皮過(guò)度角化是指角質(zhì)層的過(guò)度積累改變上皮的屏障功能，減少揮發(fā)性脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)。角化不全是由于上皮分化速率的改變導(dǎo)致透明膠質(zhì)顆粒被保留。近期的研究也顯示，會(huì)引起奶牛和綿羊瘤胃上皮過(guò)度角化和角化不全。高精料飼喂誘發(fā)的瘤胃高濃度的丙酸和丁酸可能是導(dǎo)致瘤胃上皮過(guò)度角化或是角化不全的主要原因，因?yàn)楦邼舛鹊谋岷投∷釙?huì)促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞的過(guò)度增殖分化，使得未成熟的細(xì)胞過(guò)早地進(jìn)入角化層從而導(dǎo)致瘤胃上皮角化不全或過(guò)度角化。上述研究成果表明，SARA的發(fā)生會(huì)破壞瘤胃上皮形態(tài)結(jié)構(gòu)，而形態(tài)學(xué)的變化必然引起瘤胃上皮相關(guān)功能的改變。

4 SARA對(duì)瘤胃上皮生理功能的影響

高谷物飼喂誘發(fā)的瘤胃內(nèi)環(huán)境的急劇改變（高揮發(fā)性脂肪酸濃度、低pH值及高毒素濃度）不僅影響瘤胃上皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)，更影響瘤胃上皮的生理功能。

4.1 SARA對(duì)瘤胃上皮細(xì)胞增殖分化的影響

大量研究證實(shí)SARA會(huì)促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞的增殖分化。早期研究表明，增加日糧能量水平，瘤胃乳頭表面積在6～8周后增加到最大。Bannink等報(bào)道稱給奶牛飼喂更高比例的易發(fā)酵碳水化合物其瘤胃上皮增殖速率迅速增加。但是，高精料促進(jìn)瘤胃上皮增殖的分子機(jī)制還不是十分清楚。

目前，大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，瘤胃內(nèi)增加的揮發(fā)性脂肪酸尤其是丁酸會(huì)促進(jìn)瘤胃上皮的增殖。日糧中易發(fā)酵碳水化合物比例的增加會(huì)改變特定揮發(fā)性脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）的產(chǎn)生速率。而揮發(fā)性脂肪酸是公認(rèn)的腸腔生長(zhǎng)因子，揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)生的增加可能會(huì)促進(jìn)瘤胃和非瘤胃動(dòng)物模型消化道上皮細(xì)胞的增殖。許多在體試驗(yàn)表明，瘤胃灌注丁酸會(huì)促進(jìn)瘤胃上皮的增殖。相反地，大量體外試驗(yàn)結(jié)果卻表明，丁酸抑制瘤胃上皮細(xì)胞的增殖而促進(jìn)其凋亡。這可能與體內(nèi)外丁酸含量有關(guān)，適量的丁酸能刺激瘤胃上皮增殖，但當(dāng)丁酸的濃度超過(guò)了瘤胃上皮代謝的承受能力，反而會(huì)使瘤胃上皮細(xì)胞發(fā)生凋亡，并使瘤胃上皮出現(xiàn)不同程度的脫落，最終會(huì)破壞瘤胃上皮的屏障功能。

4.2 SARA對(duì)瘤胃上皮代謝功能的影響

瘤胃上皮具有重要的代謝活性功能，并且會(huì)消耗大量的能量，瘤胃上皮所需的能量主要來(lái)源于瘤胃內(nèi)的揮發(fā)性脂肪酸的代謝，其中與能量供應(yīng)密切相關(guān)的酶是位于瘤胃上皮棘狀層和基底層的Na+/K+-ATP酶。Kuzinski等研究發(fā)現(xiàn)，高精料飼喂顯著降低Na+/K+-ATP酶的表達(dá)，暗示SARA會(huì)影響瘤胃上皮的關(guān)鍵能量合成酶的表達(dá)從而影響瘤胃上皮的能量合成。

盡管揮發(fā)性脂肪酸可以在瘤胃上皮內(nèi)進(jìn)行氧化代謝，但是丁酸在瘤胃上皮內(nèi)最主要的代謝途徑是生酮作用。乙酰輔酶A乙酰轉(zhuǎn)移酶和3-羥基-1,3-甲基戊二?；o酶A合成酶是生酮作用中的兩個(gè)主要關(guān)鍵酶。相應(yīng)地，有研究表明，將全粗料飼喂迅速過(guò)渡到高谷物飼喂會(huì)導(dǎo)致肉牛或是奶牛瘤胃上皮ACAT的表達(dá)量顯著增加。上調(diào)的ACAT表達(dá)似乎暗示著高精料飼喂使揮發(fā)性脂肪酸的代謝增強(qiáng)。Penner等研究發(fā)現(xiàn)，迅速將日糧從低精料過(guò)渡到高精料并沒(méi)有影響瘤胃上皮HMGCS基因的表達(dá)。Steele等的研究結(jié)果卻顯示，從全粗料過(guò)渡到高精料降低了HMGCS基因的表達(dá)。

綜上所述，目前大部分研究關(guān)注的是通過(guò)增強(qiáng)對(duì)揮發(fā)性脂肪酸的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝來(lái)抵抗SARA的發(fā)生。但當(dāng)反復(fù)的高谷物刺激超出機(jī)體的適應(yīng)負(fù)荷，就會(huì)導(dǎo)致瘤胃上皮結(jié)構(gòu)和功能失衡，之后瘤胃上皮對(duì)揮發(fā)性脂肪酸的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝功能遭到破壞，加劇酸中毒的嚴(yán)重程度。

5 總結(jié)與展望

SARA是一類高產(chǎn)反芻動(dòng)物在采食高消化率日糧的過(guò)程中流行的一類高發(fā)疾病。對(duì)反芻動(dòng)物的瘤胃上皮屏障有嚴(yán)重的破壞作用，但是關(guān)于瘤胃pH下降影響反芻動(dòng)物健康的許多機(jī)制還不是十分清楚。