劉春海，韓建林，陶春衛(wèi)

（北京菲迪飼料科技有限責任公司，北京 100085）

淺析奶牛產(chǎn)后葡萄糖代謝失衡理論

劉春海，韓建林，陶春衛(wèi)

（北京菲迪飼料科技有限責任公司，北京 100085）

奶牛圍產(chǎn)期代謝紊亂是影響奶牛健康和生產(chǎn)性能的主要因素，探尋奶牛圍產(chǎn)期營養(yǎng)代謝調控作用和機理是保證奶牛健康，提高生產(chǎn)性能，保證牧場經(jīng)濟效益的重要基礎。本文深入分析了奶牛圍產(chǎn)期能量代謝的調控機理，指出奶牛產(chǎn)后葡萄糖代謝失衡是引起奶牛圍產(chǎn)期代謝紊亂的根本原因，并進行了詳細論述。充分認識奶牛產(chǎn)后葡萄糖代謝失衡理論，對奶牛脂肪肝病、酮病及產(chǎn)后失重的預防和治療具有指導意義，對奶業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

葡萄糖；代謝失衡；脂肪肝??；酮??；產(chǎn)后失重

在奶牛生產(chǎn)中，由于受激素水平、產(chǎn)犢應激等多因素的影響，圍產(chǎn)期奶牛極易發(fā)生能量負平衡。傳統(tǒng)動物營養(yǎng)理論認為：當奶牛處于能量負平衡狀態(tài)時，機體會動用體脂肪來提供能量，進而導致能量代謝紊亂引發(fā)的系列代謝性疾病，比如：脂肪肝病和酮病等。同時認為，日糧中給動物提供能量的物質主要是脂肪、碳水化合物和蛋白質。由于脂肪提供能量最多最快，所以過去的幾十年里，多是在奶牛日糧中添加過瘤胃脂肪或脂肪酸鈣，對圍產(chǎn)期奶牛能量代謝加以調控。然而，在生產(chǎn)實踐中，日糧添加過瘤胃脂肪后奶牛仍會失重，還會發(fā)生脂肪肝病和酮病。因此，用傳統(tǒng)的營養(yǎng)學理論解釋奶牛產(chǎn)后發(fā)生的能量負平衡現(xiàn)象不盡準確。

如果奶牛產(chǎn)后能量負平衡理論成立，那么奶牛需要的能量也要像氨基酸一樣分成第一限制性能量和第二限制性能量，而對高產(chǎn)奶牛來說第一限制性能量絕對不是脂肪，證據(jù)如下：

①奶牛酮病需通過靜脈注射葡萄糖來治療，奶牛產(chǎn)后需灌服丙二醇等生糖前體物來預防脂肪肝病和酮病。②在奶牛產(chǎn)后日糧中補充過瘤胃脂肪后，奶牛仍會失重，仍會產(chǎn)生脂肪肝病和酮病，情期受胎率低。③生產(chǎn)實踐中，乳成分中乳脂率和乳蛋白率變化較大，而乳糖含量幾乎不變。④徐晶等[1]在小尾寒羊上的試驗表明，當其處于能量負平衡時，蛋白激酶AMPKα1mRNA表達量在下丘腦、肝臟、心臟、骨骼肌及脂肪組織中都有不同程度的上調，骨骼肌及脂肪組織中AMPKα2mRNA表達量顯著增加，證明蛋白質被動用。

1 奶牛產(chǎn)后葡萄糖代謝失衡理論

奶牛產(chǎn)后由于泌乳的需要和機體生理調控，對葡萄糖的需求量急劇增加。而奶牛內源性葡萄糖的供給量嚴重不足，此時，如果外源性葡萄糖的供給量仍不能滿足奶牛生產(chǎn)需要，機體就會調動相關代謝途徑生成葡萄糖，盡量滿足奶牛對葡萄糖的需求。因此，葡萄糖不足是引起奶牛圍產(chǎn)期代謝紊亂的主要因素，我們稱之為“奶牛產(chǎn)后葡萄糖代謝失衡理論”。

由于機體中肝糖原和肌糖原很少，而由瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的丙酸進行糖異生生成的葡萄糖也遠遠滿足不了奶牛產(chǎn)后需要。此時，奶牛會大量動用體組織中的蛋白質（因為氨基酸是最有意義的生糖前提物之一），用于滿足葡萄糖需求。奶牛產(chǎn)奶量越高對葡萄糖的需求量越大。雖然脂肪組織也同時被脂解，得到甘油和游離脂肪酸(也稱非酯化脂肪酸)，但只有少部分甘油能通過糖異生轉變成葡萄糖。與其說脂肪被動用，不如說是脂肪被游離。當大量游離脂肪酸（非酯化脂肪酸）進入肝臟后，肝臟中此時形成極低密度脂蛋白有限，致使脂肪酸不能被及時運出肝臟，大量的甘油三脂便沉積在肝細胞中，導致脂肪肝形成；同時，大量非酯化脂肪酸由于缺乏丙酸的參與，不能氧化成二氧化碳和水，導致不完全氧化進而引起酮??；由于機體中蛋白質的動用，脂肪的脂解，導致產(chǎn)后失重。

2 葡萄糖的生理作用及需求量

奶牛生產(chǎn)需要葡萄糖供能。首先，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的細胞，特別是腦細胞，依靠葡萄糖的穩(wěn)定供應，以用于氧化代謝，而葡萄糖在肌肉組織中主要用于合成糖原。葡萄糖在脂肪酸和乳脂的轉化合成中是必不可少的，一方面葡萄糖生成的α-磷酸甘油是甘油與脂肪酸進行酯化合成三酰甘油時甘油的前體物，另一方面是提供脂肪酸合成所需要的還原型輔酶Ⅱ。

其次，葡萄糖用于供應胚胎生長和乳的生成。胚胎要連續(xù)不斷地接受由母體提供的葡萄糖，其代謝主要通過葡萄糖分解獲得。在胚胎生活后期，胎盤、胚胎的肝、肺和肌肉要進行大量的糖原貯存。奶牛主要以肝糖原的形式貯存葡萄糖，而以肌糖原形式貯存的葡萄糖很少。

高產(chǎn)奶牛產(chǎn)后對于葡萄糖的需求量是產(chǎn)前的2.5倍，產(chǎn)后每天至少需要2 000g葡萄糖，產(chǎn)奶量高的奶牛合成乳糖耗用的葡萄糖占全身葡萄糖量的60%～85%[2]。一頭泌乳量為28.5kg/d的奶牛（乳糖含量約為4.6%），每天需要代謝葡萄糖3.1kg，其中內源代謝產(chǎn)生的葡萄糖是1.9kg/d，經(jīng)小腸吸收的葡萄糖是1.2kg/d[3]。

產(chǎn)后奶牛機體需要大量的葡萄糖以滿足供能和泌乳需求，首先動用肝糖原。但由于肝糖原、包括肌糖原在奶牛產(chǎn)犢時幾乎被耗竭，而一直持續(xù)進行的由瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的丙酸進行糖異生生成的葡萄糖也滿足不了需要，因此體組織中的蛋白質被大量動用，通過氨基酸的糖異生途徑合成葡萄糖。在構成蛋白質的20種氨基酸中，除賴氨酸和亮氨酸外，幾乎所有氨基酸都可異生成糖。其中，丙氨酸和谷氨酰胺最易生成葡萄糖，由其生成的葡萄糖占綿羊體內所有氨基酸合成葡萄糖的40%～60%[4]。丙酸和氨基酸是反芻動物最大的葡萄糖前體物，其異生成葡萄糖量占葡萄糖生成總量的45%～75%。據(jù)報道，對于泌乳牛而言，丙酸異生葡萄糖量占代謝葡萄糖的27%～80%[5]。

3 葡萄糖代謝失衡導致后果

體蛋白的大量動用會產(chǎn)生四方面的問題：脂肪肝病、酮病、產(chǎn)后失重及繁殖率降低。

3．1 脂肪肝

由于體蛋白的動用，脂肪被脂解，雖然脂肪被分解成甘油和非酯化脂肪酸（游離脂肪酸），但其中的甘油，一部分重新用于脂肪的合成，一少部分通過糖異生合成葡萄糖，還有一部分被氧化成二氧化碳和水。正常條件下只有5%的甘油用于合成葡萄糖，饑餓的動物則有20%～30%甘油合成葡萄糖[5]。而游離脂肪酸大部分以甘油三酯形式重新沉積在肝細胞中。肝臟中大部分甘油三酯以脂蛋白的形式伴隨血液轉移出肝臟，脂蛋白由60%甘油三酯、少量膽固醇（5%或4%酯化膽固醇）、25%磷脂及6%蛋白質等組成，也叫極低密度脂蛋白。而磷脂由磷脂酰膽堿（卵磷脂）、肌醇磷脂和腦磷脂等組成，反芻動物的磷脂酰膽堿70%～80%都是通過膽堿合成，其余部分來自于磷脂酰乙醇胺的甲基化作用，牛體內大約30%的游離蛋氨酸被用來合成膽堿。而反芻動物來源于日糧中的膽堿在瘤胃中迅速被降解，只能通過蛋氨酸甲基化作用獲取，但奶牛產(chǎn)后日糧中的蛋氨酸本來就不足，基本上都用于合成乳蛋白，導致肝臟中構成極低密度脂蛋白所需膽堿嚴重不足，致使大量的甘油三酯蓄積在肝臟中，導致脂肪肝病。

3．2 酮病

非酯化脂肪酸運送到肝臟后被分解為乙酸，產(chǎn)生的乙酸被徹底分解為二氧化碳和水以產(chǎn)生更多的能量。但該過程需要丙酸參與，如果沒有足夠的丙酸可利用（實際上此時丙酸用于合成葡萄糖都遠遠不夠），那么過多的乙酸就會在肝臟中聚集。此時，乙酸分子在酶的作用下會轉化為丙酮、乙酰乙酸和β-羥丁酸，這些產(chǎn)物進入血液中蓄積到一定水平會引起酮病[6]。

3．3 產(chǎn)后失重由于體蛋白的動用、體脂肪的脂解，導致產(chǎn)后奶牛體重迅速降低，每天失重0.9～1.5kg。體重下降進而影響奶牛產(chǎn)后發(fā)情，導致不能按時配種，產(chǎn)犢間隔拉長，總產(chǎn)奶量降低。

3．4 情期受胎率降低

過多動用體蛋白后，由于氨基酸在糖異生前在轉氨酶作用下會釋放出大量的氨，因而會導致血氨濃度升高，造成血液中尿素氮水平提高，對卵子和胚胎產(chǎn)生毒害作用，進而影響牛的受精、排卵及胚胎發(fā)育，導致奶牛情期受胎率降低。而且也有研究發(fā)現(xiàn)，肝脂肪浸潤量在1%～5%，就會對奶牛健康和繁殖力產(chǎn)生不利影響。

3．5 高產(chǎn)奶牛產(chǎn)奶量的遺傳潛力沒有發(fā)揮出來

由于糖的缺乏，乳糖的合成有限，加上一部分蛋氨酸用于合成膽堿，從而影響了高產(chǎn)奶牛產(chǎn)奶量的發(fā)揮。

4 奶牛葡萄糖代謝失衡的調控

給奶牛補充過瘤胃葡萄糖是預防和治療奶牛產(chǎn)后葡萄糖代謝失衡的最有效措施。

4．1 脂肪肝和酮病的調控

奶牛在產(chǎn)前一周開始補充足夠的葡萄糖后，體蛋白不被動用，體脂肪也不被脂解，進入肝臟中的甘油三酯能被及時地運出肝臟，不會產(chǎn)生脂肪肝病，同時脂肪酸的氧化由于有充足的丙酸參與，能及時把形成的乙酸分解為二氧化碳和水，也不會形成酮病。可惜的是，過去大量的葡萄糖灌注試驗都是集中在奶牛產(chǎn)奶后期進行的，所觀察到結果相互矛盾。因為這個時候灌注葡萄糖，蛋白質的糖異生已經(jīng)發(fā)生了，而且產(chǎn)生的脂肪肝病和酮病已經(jīng)處于恢復期或已經(jīng)恢復了。

對于機體已經(jīng)發(fā)生蛋白質糖異生的奶牛，補充葡萄糖后蛋白質糖異生過程將被阻斷，奶牛不再動用體蛋白，體脂肪也不再脂解產(chǎn)生游離脂肪酸。這樣肝臟中蓄積的脂肪會以脂蛋白的形式運出肝臟，或在肝細胞中被氧化而不再發(fā)生脂肪肝病。肝臟中也不再產(chǎn)生丙酮、乙酰乙酸和β-羥丁酸等產(chǎn)物進入血液，而血液中原有的丙酮、乙酰乙酸和β-羥丁酸等也在體內迅速代謝，不會再發(fā)生酮病。若此時進行調控，最好同時用過瘤胃葡萄糖搭配過瘤胃膽堿和過瘤胃煙酸，利用膽堿合成的磷脂酰膽堿參與脂肪的運輸，而煙酸在體內能抑制脂解酶的活性，從而抑制脂肪的脂解。

當然，由于青貯玉米或青貯牧草中丁酸過高引起的酮病，需要首先更換掉這種青貯飼料，再添加過瘤胃葡萄糖，才能達到治療酮病的目的。

4．2 對其他的調控

補充足夠的過瘤胃葡萄糖后，糖的異生被阻止，蛋白質和脂肪不再降解，奶牛體重不再降低，機體在逐漸沉積蛋白和脂肪，體重恢復正常。由于糖異生的阻斷，產(chǎn)生的血氨減少，不再影響奶牛的繁殖，情期受胎率提高。

由于葡萄糖的供應提高，降低了酮病和脂肪肝病的發(fā)生，采食量會相應提高，糖的合成效率也會增加，使得乳糖的合成增加，加上添加過瘤胃膽堿后用于合成膽堿的蛋氨酸節(jié)省下來，可以合成更多的乳蛋白，使得產(chǎn)奶量進一步提高。

5 糖的補充方式

給產(chǎn)后奶牛補充葡萄糖的方法有三種：靜脈注射葡萄糖，通過十二指腸瘺管灌注葡萄糖，在飼料中補充過瘤胃葡萄糖（普通葡萄糖進入瘤胃后會被瘤胃微生物降解）、過瘤胃淀粉及生糖前體物。前兩種方法既操作繁瑣，又會引起奶牛應激，不能滿足實際生產(chǎn)需要。因此，在飼料中添加過瘤胃葡萄糖、過瘤胃淀粉及生糖前體物是很好的補糖方法。

圍產(chǎn)期奶牛日糧中葡萄糖的來源主要是玉米中的過瘤胃淀粉。淀粉在小腸上皮被淀粉酶和麥芽糖酶分解成葡萄糖后而被機體吸收，其利用效率為60%～75%[5]。直接給奶牛提供過瘤胃淀粉，其到達腸道后還需要轉化成糖后才能被奶牛機體吸收。而且研究發(fā)現(xiàn)當日糧中過瘤胃淀粉供給量超過1.6kg/d時，淀粉的全消化道消化率會低于89%[4]，其原因可能是小腸中的淀粉酶和麥芽糖酶分泌不足。

在生糖前體物中丙酸是主要的生糖前體物。用同位素14C標記在綿羊上進行試驗，發(fā)現(xiàn)飼喂干草后有27%轉化為葡萄糖。奶牛瘤胃產(chǎn)生的丙酸被吸收后，50%～65%在瘤胃上皮組織中代謝成二氧化碳、乳酸等，剩余丙酸進入血液循環(huán)[7]，經(jīng)三羧酸循環(huán)后生成葡萄糖，但也存在生成效率的問題，而且過多添加生糖前體物也會導致瘤胃酸中毒。所以，在奶牛日糧中添加生糖前體物也最好做成過瘤胃的，這樣才能提高利用率。

通過比較分析可知，對于產(chǎn)后奶牛而言，過瘤胃葡萄糖是最好的葡萄糖來源，其進入腸道后可被完全釋放，直接被小腸上皮吸收。

日糧中過瘤胃葡萄糖供給合適的情況下，奶牛機體不會發(fā)生動用體蛋白的糖異生。但供給量不足或過量仍存在一些問題：當過瘤胃葡萄糖供給不足時，奶牛仍會輕微動用體蛋白，發(fā)生亞臨床酮病等；而過瘤胃葡萄糖供給過量，則會導致奶牛血液中的血糖濃度過高，反饋到采食中樞，可能會導致奶牛的采食量降低。

6 總結

在圍產(chǎn)期奶牛日糧中添加過瘤胃脂肪，只能有限緩解能量不足，因為脂肪需要先分解成甘油，才能進入三羧酸循環(huán)合成葡萄糖，而且合成效率很低。所以，添加過瘤胃脂肪對體組織中蛋白質的動用只能起到部分降低作用，對奶牛失重只能起到部分緩解效果。美國威斯康星州立大學Garrett也指出在泌乳早期補加脂肪可以增加日糧能量濃度，但是對預防酮病不僅無效而且適得其反[8]。補加脂肪不能增加葡萄糖前體來促進肝臟葡萄糖合成，反而給本來就對于徹底氧化脂肪酸有難度的肝臟帶來更多脂肪酸氧化負擔。因此，筆者認為多年來過瘤胃脂肪的效果長期被夸大。

實際情況是，奶牛尤其是高產(chǎn)奶牛，由于產(chǎn)后產(chǎn)奶量迅速提高，需要大量葡萄糖，而奶牛采食量有限，飼料中提供的能過瘤胃的淀粉和生糖前體物不能滿足機體對葡萄糖的需要，故會引起奶牛葡萄糖代謝失衡，出現(xiàn)酮病、脂肪肝病、身體失重、繁殖障礙等。而且奶牛產(chǎn)奶量越高越缺葡萄糖，此時補充適量的過瘤胃葡萄糖后不但能預防和快速解決上述問題，還可同時提高產(chǎn)奶量和乳品質，使高產(chǎn)奶牛的產(chǎn)奶潛力能充分發(fā)揮出來。試驗表明，給高產(chǎn)奶牛添加過瘤胃葡萄糖200g/（頭·d）后，平均產(chǎn)奶量由30.8kg提高到39.5kg，效果顯著[9]。而在實際生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)添加過瘤胃葡萄糖后奶牛產(chǎn)奶量會提高很多。根據(jù)計算，添加20g/（頭·d）過瘤胃葡萄糖，糖的含量只夠產(chǎn)1.9kg奶用的，這可能是因為酮病會降低采食量，而添加過瘤胃葡萄糖會降低酮病的發(fā)生率，相對地提高了奶牛的采食量，也可能是添加過瘤胃葡萄糖后，脂肪肝和酮病的發(fā)生率降低，奶牛肝臟健康，內源糖的合成效率提高。對于添加過瘤胃葡萄糖提高超過預期的產(chǎn)奶量還需要做很多的研究工作才能做出合理的解釋。在實際生產(chǎn)中觀察發(fā)現(xiàn)，日糧中添加過瘤胃葡萄糖后奶牛情期受胎率提高了30%。

綜上所述，奶牛產(chǎn)后葡萄糖代謝失衡是奶牛圍產(chǎn)期代謝紊亂的根本原因，這是對奶牛圍產(chǎn)期代謝疾病的重新認識，是保證奶牛健康高產(chǎn)的有力理論武器，是牧場提質增效的關鍵所在。充分認識、理解并掌握奶牛產(chǎn)后葡萄糖代謝失衡理論對我國乃至全球乳業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義，對乳業(yè)的健康養(yǎng)殖和發(fā)展具有指導意義。

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[9] 郭興懷．過瘤胃葡萄糖對泌乳奶牛產(chǎn)奶量及乳成分的影響[J]．家畜生態(tài)學報,2009,30(1):62-64．

The Imbalance and Regulation of Glucose Metabolism in Postpartum Dairy Cows

LIU Chun-hai, HAN Jian-lin, TAO Chun-wei
(Beijing Feedig Feed Sci.&Tec.Co.,Ltd, Beijing 100085)

Metabolic disturbance of perinatal cows is the main factor that affects the health and performance of dairy cows. It is important to explore the regulation function and mechanism of nutrient metabolism during perinatal period to ensure the health of dairy cows, improve the performance and the economic beneft of pasture. This article analyzes the regulation mechanism of energy metabolism in perinatal cows, points and discusses detailedly thatglucose is the basic reason of metabolic disturbance in perinatal cows. The theory has a guiding significance to prevent and treat fatty liver disease and ketosis and prevent postpartum weightlessness, and has a great signifcance to the healthy development of dairy industry.

Glucose; Metabolic imbalance; Fatty liver disease; Ketosis; Postpartum weightlessness

S823.4

A

1004-4264（2017）01-0008-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.01.003

2016-10-08

劉春海（1965-），男，碩士，黑龍江八一農(nóng)墾大學客座教授，研究生導師。