徐晶，邵子益，計紅，袁建彬，范春玲，蔣劍成，楊闖，甄莉，郭景茹

（黑龍江八一農(nóng)墾大學動物科技學院，大慶 163319）

在我國北方寒區(qū)，低溫刺激是一種普遍的應激源，對畜禽養(yǎng)殖業(yè)而言，也是主要的制約因素之一。盡管近年來養(yǎng)殖技術和畜舍條件都有相應的提高，但在養(yǎng)殖或運輸過程中仍舊無法完全避免非持續(xù)性冷應激的發(fā)生。在畜牧養(yǎng)殖中，許多疾病的發(fā)生與環(huán)境溫度的驟然變化密切相關。眾多臨床實踐表明，環(huán)境溫度的驟然下降能夠造成機體免疫功能下降，難以抵御外界病菌的侵襲，還會引起動物機體發(fā)生感冒、胃腸道等疾病，出現(xiàn)拉稀腹瀉等。另外對于本身免疫功能就不夠完善的新生仔豬而言，更加難以抵御環(huán)境溫度的驟然改變，一旦導致疾病發(fā)生，新生仔豬的存活率就會大大降低，對養(yǎng)殖場的經(jīng)濟效益產(chǎn)生直接影響。

當機體處于寒冷環(huán)境中，冷空氣首先會通過肺組織進入體內(nèi)，對肺組織及氣管產(chǎn)生刺激，造成肺泡收縮、肺泡腔狹窄以及肺泡間毛細血管減少等變化。某研究顯示冷暴露不僅能夠使肺部組織學炎性細胞成倍增加并產(chǎn)生一系列炎癥反應[1-2]，還會造成小鼠呼吸困難或者哮喘加重的癥狀[3]，此外也能引起肺血管功能障礙導致肺部肺動脈高壓等[4]。

骨骼肌是由具有收縮能力的肌細胞所組成的，在機體經(jīng)受寒冷空氣侵襲后，機體內(nèi)流向骨骼肌、心臟等肌肉組織器官的血流量顯著增加[5]。在人體中骨骼肌約占總體重量的40%～60%，并且包含了機體內(nèi)50%～75%的蛋白質(zhì)[6]。有研究指出，溫度的降低會使雌性肉雞心臟組織的細胞膜和細胞核發(fā)生收縮，心肌纖維發(fā)生紊亂或斷裂等形態(tài)結構變化[7]。此外同期研究證實，冷應激會引起心血管發(fā)生改變并可能導致急性冠心病的發(fā)生[8]，還會誘導心肌細胞發(fā)生死亡，包括凋亡和壞死[9]。急性冷暴露不僅能夠加重機體的心肌損傷，還會使腎臟出現(xiàn)濕重增加，發(fā)生細胞腫脹等一系列變化，能夠作為一種冷暴露的指示性反應[10]，同時伴有腎小管擴張，腎小球細胞數(shù)量增加，細胞變性明顯，出現(xiàn)腎臟高血壓等明顯癥狀[11]。

對于胃腸組織而言，由于長期與外界接觸，急性冷暴露也會對其造成一定的損傷，對機體的消化和吸收功能都產(chǎn)生影響。多項研究顯示，急性冷暴露會造成雛雞小腸粘膜屏障的通透性升高，屏障功能受損等，同時也會導致雛雞胃腸道的充血現(xiàn)象嚴重[12]。由于新生仔豬的皮下脂肪層薄，能量貯存少，因此對低溫環(huán)境會異常敏感，而且仔豬的生理機能尚未健全，冷暴露可能會使其發(fā)生機能紊亂，從而增加仔豬內(nèi)、外源性感染的幾率[13]。鑒于上述，試驗通過對仔豬施加不同時長的急性冷暴露，以探究急性冷暴露對仔豬的心臟、腎臟、骨骼肌、肺臟、胃和十二指腸六種組織所造成的形態(tài)變化及病理損傷，為接下來的對仔豬冷暴露相關機制的深入研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與分組

選取30 日齡健康的斷奶仔豬共16 頭，將其隨機分為4 組，每組4 頭，分別為常溫對照組、冷暴露2 h組、冷暴露6 h 組和冷暴露12 h 組。將各組仔豬在人工氣候室內(nèi)預飼3 d 后進行急性冷暴露處理，處理期間允許仔豬進行自由采食和飲水。在處理周期結束后立刻處死仔豬。冷暴露的處理溫度選取為4±2 ℃，對照組及預飼溫度選取為24±2 ℃，其他環(huán)境條件均一致。

1.2 組織切片的制備

在處死前用乙醚將仔豬麻醉，采集前肢骨骼肌、心臟、肺臟、腎臟、胃和十二指腸6 種組織，切取1 cm×1 cm×1 cm 左右適宜大小的組織塊，將其置于4%多聚甲醛溶液中固定，進行組織切片并采用H.E.染色，于鏡下觀察仔豬各個組織結構的變化。

2 結果與分析

2.1 冷暴露對仔豬骨骼肌組織結構的影響

顯微鏡觀察結果顯示，與對照組相比，冷暴露2 h 組仔豬的骨骼肌組織出現(xiàn)細胞腫脹，顆粒變性，炎性細胞浸潤，肌纖維間隙增寬等變化，靜脈血管也產(chǎn)生損傷；冷暴露6 h 組仔豬骨骼肌組織細胞出現(xiàn)明顯腫脹、細胞顆粒變性、出血淤血等現(xiàn)象；冷暴露12 h 組仔豬骨骼肌組織出現(xiàn)細胞壞死及大量炎性細胞浸潤。變化程度：冷暴露12 h 組>冷暴露6 h 組>冷暴露2 h 組（圖1）。

圖1 冷暴露對仔豬骨骼肌組織結構的影響Fig.1 The effect of cold exposure on piglet skeletal muscle tissue structure

2.2 冷暴露對仔豬肺臟組織結構的影響

顯微鏡觀察結果顯示，與對照組相比，冷暴露2 h 組仔豬的肺臟組織中，肺泡間質(zhì)略有增寬，炎性細胞浸潤，出現(xiàn)出血現(xiàn)象；冷暴露6 h 組仔豬的肺臟組織中，肺臟間質(zhì)增寬明顯，炎性細胞增多，出現(xiàn)充出血現(xiàn)象；冷暴露12 h 組仔豬的肺臟組織中，肺泡間質(zhì)增寬嚴重，大量炎性細胞浸潤，充出血現(xiàn)象嚴重。變化程度：冷暴露12 h 組>冷暴露6 h 組>冷暴露2 h組（圖2）。

圖2 冷暴露對仔豬肺臟組織的影響Fig.2 The effect of cold exposure on piglet lung tissue

2.3 冷暴露對仔豬心臟組織結構的影響

顯微鏡觀察結果顯示，與對照組相比，冷暴露2 h 組心臟組織中，心肌細胞水腫壞死，顆粒變性，少數(shù)肌纖維出現(xiàn)斷裂；冷暴露6 h 組心臟組織中，出現(xiàn)心肌細胞水腫，顆粒變性，嚴重壞死，嚴重的充出血現(xiàn)象以及心肌纖維發(fā)生斷裂；冷暴露12 h 組心臟組織中，出現(xiàn)心肌細胞腫脹，變性壞死，有充出血現(xiàn)象。變化程度：冷暴露6 h 組>冷暴露2 h 組>冷暴露12 h 組（圖3）。

圖3 冷暴露對仔豬心臟組織結構的影響Fig.3 The effect of cold exposure on the structure of piglet heart

2.4 冷暴露對仔豬腎臟組織結構的影響

顯微鏡觀察結果顯示，與對照組相比，冷暴露2 h 組腎臟組織中出現(xiàn)細胞水腫，腎小管上皮細胞變性壞死，出現(xiàn)出血現(xiàn)象；冷暴露6 h 組腎臟組織中出現(xiàn)腎小管上皮細胞變性壞死稍嚴重，組織出現(xiàn)充出血現(xiàn)象，炎性細胞浸潤；冷暴露12 h 組腎臟組織中出現(xiàn)細胞空泡變性，腎小管上皮細胞發(fā)生變性壞死，大量炎性細胞浸潤。變化程度：冷暴露12 h 組>冷暴露6 h 組>冷暴露2 h 組（圖4）。

圖4 冷暴露對仔豬腎臟組織結構的影響Fig.4 The effect of cold exposure on piglet kidney tissue structure

2.5 冷暴露對仔豬胃組織結構的影響

顯微鏡觀察結果顯示，與對照組相比，冷暴露2 h 組仔豬胃組織中出現(xiàn)細胞壞死，少量出血，腺體變小以及炎性細胞浸潤；冷暴露6 h 組仔豬胃組織中出現(xiàn)胃底絨毛壞死脫落，炎性細胞明顯浸潤；冷暴露12 h 組仔豬胃組織中出現(xiàn)胃底絨毛壞死脫落，炎性細胞大量增加，腺體的體積變小數(shù)量變少，略有間質(zhì)增寬，充出血現(xiàn)象明顯。變化程度：冷暴露12 h 組>冷暴露6 h 組>冷暴露2 h 組（圖5）。

圖5 冷暴露對仔豬胃組織結構的影響Fig.5 The effect of cold exposure on piglet stomach structure

2.6 冷暴露對仔豬十二指腸組織結構的影響

顯微鏡觀察結果顯示，與對照組相比，冷暴露2 h 組十二指腸組織中腸絨毛發(fā)生輕微脫落，炎性細胞浸潤，有充出血現(xiàn)象；冷暴露6 h 組十二指腸組織中的多數(shù)腸絨毛脫落，炎性細胞浸潤嚴重，充出血現(xiàn)象較多；冷暴露12 h 組十二指腸組織中大量炎性細胞浸潤，充血現(xiàn)象嚴重，腸絨毛壞死脫落（圖6）。

圖6 冷暴露對仔豬十二指腸組織結構的影響Fig.6 The effect of cold exposure on piglet duodenal tissue structure

3 討論

前人研究表明當環(huán)境溫度驟然下降10 ℃以上或持續(xù)處于4 ℃的環(huán)境中時，將會極大可能誘導動物發(fā)生冷應激反應[14]。急性冷應激不僅會對動物的生長發(fā)育造成影響，對機體造成各種損傷，甚至會導致動物死亡，嚴重影響當?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展，帶來經(jīng)濟損失。因此實驗通過對新生仔豬進行不同時長的冷暴露處理，對6 種組織器官進行切片染色觀察來探究不同程度的冷暴露對機體組織產(chǎn)生的影響。有眾多研究表明，急性冷暴露12 h 可使雞，豬和大鼠等動物血清中的TNF-α、IL-1β、IL-2 和IL-6 等促炎性因子含量升高，引發(fā)炎癥[15-16]。試驗結果指出，在急性冷暴露處理后，組織切片中均可觀察到大量炎性細胞浸潤，與前人試驗結果呼應，證明急性冷暴露能夠誘發(fā)機體組織內(nèi)的炎癥反應。

肺臟作為機體與外界相通，進行氣體交換的首要器官，有著眾多的毛細血管和豐富的肺泡組織，因此肺臟對冷暴露也比較敏感。試驗結果顯示冷暴露會使仔豬肺臟出現(xiàn)肺泡間質(zhì)增厚，肺泡腔縮小等變化，產(chǎn)生炎癥反應，造成肺臟損傷。有相關研究表明，冷暴露能增加阻塞性肺病的發(fā)生率，并加重阻塞性肺病癥狀，影響肺臟的呼吸功能[17]。可以推測冷應激對呼吸系統(tǒng)功能的改變與肺臟組織結構的損傷變化具有一定的相關性。但顧有方等的研究發(fā)現(xiàn)，急性冷暴露會造成成年豬肺泡間質(zhì)變薄，肺泡腔增大，毛細血管減少等變化出現(xiàn)，結果與試驗存在不一致，這種不一致性可能與仔豬和成年豬的年齡差異以及冷暴露的時間差異有關。由于仔豬皮下脂肪薄，對環(huán)境中的低溫刺激更敏感，且免疫抵抗能力較弱，都是仔豬產(chǎn)生嚴重的損傷的潛在因素。因此仔豬更易受到環(huán)境的刺激，發(fā)生多種疾病且具有較高的死亡率。

心臟在機體循環(huán)系統(tǒng)中占有重要地位，對于機體泵血的維持和全身血液循環(huán)具有不可或缺的功能，能夠為機體提供氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，并帶走機體代謝廢物。實驗結果表明，仔豬在受到急性冷暴露處理后心臟組織會出現(xiàn)心肌斷裂，細胞水腫，炎性細胞浸潤以及充出血等損傷變化。有報道指出，心臟對急性冷暴露具有很高的敏感性，冷暴露處理超過2 h 后血清中肌酸激酶（CK）含量就開始增加[18]，同時還會引起血管收縮和心動過速，導致血壓升高和心臟負荷增加。Cong P 等[19]的研究顯示，急性冷暴露所引起的小鼠左心室功能障礙，其原因可能與急性冷暴露導致的左心室肥大，心室壁增厚，且肥大的心室肌細胞線粒體增大，線粒體功能增強以及ATP 產(chǎn)生增加等變化有關，誘導左心室產(chǎn)生了適應性反應[20]，造成心臟損傷，影響了心臟功能。不同程度的冷暴露對于新生個體而言，可能會導致其心血管系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度損傷，甚至還會誘導心血管系統(tǒng)發(fā)生永久性損傷[21]。在試驗中，與對照組相比冷暴露2 h 和6 h 組產(chǎn)生的心肌損傷較重，冷暴露12 h 組產(chǎn)生的心肌損傷較輕，與機體的其他組織相比，結果顯示出了心臟對于冷暴露較高的敏感性，能夠對早期的冷暴露作出響應。并指出心肌組織可能隨著冷暴露時間的延長，出現(xiàn)一定的適應性反應，以應對冷暴露。

腎臟是機體中參與新陳代謝的重要器官，主要有調(diào)節(jié)電解質(zhì)和酸堿平衡的作用，能夠通過生成尿液以排除機體內(nèi)的代謝廢物，維持水平衡，對維持機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定具有重要作用。試驗顯示在冷暴露處理后腎臟組織出現(xiàn)了細胞腫脹，大量炎性細胞浸潤，腎小管上皮細胞變性壞死以及充出血等病理學現(xiàn)象。在冷暴露誘導壞死性結腸炎小鼠模型中，也出現(xiàn)了腎功能不全和急性腎衰竭的癥狀，鏡下觀察同樣出現(xiàn)腎臟組織出現(xiàn)細胞腫脹，發(fā)生明顯變性壞死，造成腎臟組織損傷[22]。試驗也在冷暴露后出現(xiàn)了腎臟組織細胞腫脹，炎性細胞浸潤，充出血等病理學現(xiàn)象。

缺乏棕色脂肪的大型哺乳動物如新生的野生仔豬體內(nèi)骨骼肌在冷暴露過程中，除了已知的顫抖性產(chǎn)熱外，骨骼肌的非顫抖產(chǎn)熱也是機體主要的產(chǎn)熱方式[23]。在此期間，骨骼肌的有氧氧化和能量代謝增強，骨骼肌的脂肪酸β 氧化也增強[24]，骨骼肌葡萄糖攝取量和利用率也有所增加。機體骨骼肌內(nèi)的氧化應激是促使其發(fā)生萎縮的重要因素之一[25]，同時還能夠觸發(fā)肌原纖維過氧化聚集，導致鄰近肌肉蛋白發(fā)生氧化，從而損害骨骼肌功能[26]。試驗發(fā)現(xiàn)仔豬骨骼肌細胞腫脹，肌纖維間質(zhì)增寬，出現(xiàn)充出血等變化。因此推測當發(fā)生冷應激時，會對骨骼肌形態(tài)造成改變，進而影響骨骼肌功能，直接影響機體產(chǎn)熱及能量情況。

胃腸道作為機體中長期與外界接觸面積最大的組織器官，因其特有的解剖特點而更易受到應激的影響，是應激的靶器官[27]。應激造成的應激性潰瘍是對胃腸道典型的損傷，是由胃腸黏膜屏障保護機能減弱與組織細胞損傷增加共同作用的結果。通過鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，冷暴露處理后，胃腸道絨毛壞死脫落，充血現(xiàn)象嚴重。在畜牧養(yǎng)殖中，仔豬受到冷暴露刺激會引發(fā)腹瀉等疾病，會增加細菌性痢疾的感染幾率，增加新生仔豬的死亡率。

4 結論

試驗結果表明，急性冷暴露對仔豬不同組織產(chǎn)生不同程度的損傷，其中對肺臟組織造成的損傷較為嚴重；除心臟組織外其余五種組織同組織間相比，冷暴露12 h 組損傷較為嚴重。而心臟組織在冷暴露2 h 和6 h 后組織相比于對照組損傷嚴重，而冷暴露12 h 后損傷較輕。急性冷暴露造成仔豬骨骼肌、肺臟、心臟、腎臟、胃和十二指腸的組織形態(tài)結構發(fā)生改變，進而影響組織器官的正常功能。