奶牛圍產(chǎn)期能量平衡的研究進(jìn)展

奶牛圍產(chǎn)期能量平衡的研究進(jìn)展

牛奶的高峰通常發(fā)生在產(chǎn)后4.6周，但干物質(zhì)（失真）的攝入量在產(chǎn)后8.10周之前達(dá)到最大值。在此期間，祖母的能量攝入不能滿足牛奶的需求。因此，高產(chǎn)奶牛和擠出頭的牛在輕松的頭部周圍存在負(fù)能量平衡。Overton等指出,圍產(chǎn)期奶牛為適應(yīng)泌乳的需要,機(jī)體內(nèi)葡萄糖、脂類物質(zhì)和礦物質(zhì)代謝均會(huì)發(fā)生顯著變化。奶牛分娩后4d,乳腺發(fā)育對(duì)糖類的需要量是妊娠250d時(shí)的3倍,氨基酸為2倍,脂肪酸大約為5倍;產(chǎn)后2d的產(chǎn)奶凈能需要約為產(chǎn)前2d的2倍(表1)。奶牛為滿足這種變化必須通過生理適應(yīng)性調(diào)節(jié)機(jī)制來確保這些營養(yǎng)供給,這時(shí)便動(dòng)用體脂肪來填補(bǔ)所需養(yǎng)分的缺口,誘發(fā)能量代謝障礙性疾病,因而導(dǎo)致在此期間奶牛常處于酮病和脂肪肝的危險(xiǎn)期。1產(chǎn)末，奶牛能量負(fù)平衡的產(chǎn)生機(jī)制1.1圍產(chǎn)期和分娩期dmi的變化奶牛的DMI受體重、產(chǎn)奶量、環(huán)境條件、飼料品質(zhì)、飼料類型以及飼喂方式等諸多因素的影響和制約。大多數(shù)奶牛在圍產(chǎn)期食欲減退,DMI減少,導(dǎo)致泌乳初期能量短缺,機(jī)體處于能量負(fù)平衡狀態(tài)。奶牛妊娠后期由于胎兒快速增大以及腹腔脂肪蓄積,從而造成機(jī)械性壓迫使瘤胃容積變小,這可能是DMI減少的原因之一。但是胎兒出生后,泌乳初期奶牛的DMI并未因瘤胃機(jī)械性壓迫的自發(fā)解除而增加,表明瘤胃機(jī)械性壓迫并不是引起圍產(chǎn)期奶牛DMI減少的主要原因。在一定的生理?xiàng)l件下,圍產(chǎn)期奶牛DMI與其體內(nèi)能量儲(chǔ)備情況呈負(fù)相關(guān),而分娩時(shí)體況與產(chǎn)后脂肪動(dòng)員呈正相關(guān),干奶期過于肥胖,可導(dǎo)致產(chǎn)后DMI明顯減少。有研究指出,代謝信號(hào)對(duì)奶牛采食的調(diào)節(jié)作用尤為突出,包括營養(yǎng)素、代謝產(chǎn)物、生殖激素、應(yīng)激激素、瘦素、胰島素、腸肽、細(xì)胞因子和神經(jīng)肽Y等,其中瘦素和神經(jīng)肽Y在奶牛圍產(chǎn)期間,有可能伴隨著相關(guān)代謝信號(hào)的改變導(dǎo)致代謝紊亂,造成奶牛的DMI降低。1.2圍產(chǎn)期dmi造成的障礙奶牛在產(chǎn)后的泌乳初期,乳汁中乳糖分泌量很大,而乳糖要由葡萄糖轉(zhuǎn)變而成的,導(dǎo)致葡萄糖的需要量劇增,以產(chǎn)奶量為20kg/d計(jì)算每天就需要1.24kg葡萄糖。一般奶牛在產(chǎn)后很快就會(huì)達(dá)到泌乳高峰期,而此時(shí)因圍產(chǎn)期DMI的減少所至生成丙酸的不足,最終導(dǎo)致了肝糖異生障礙,這是奶牛能量負(fù)平衡發(fā)生的重要原因之一。正常情況下,丙酸為糖異生的主要原料,奶牛所需葡萄糖有50%的來自丙酸。肝臟利用丙酸生成的葡萄糖,在泌乳時(shí)大多被奶牛利用合成乳糖。丙酸先經(jīng)過CoA、ATP、生物素、維生素B12的作用變成活性脂肪酸(甲基丙二酰CoA),然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)代謝,最后轉(zhuǎn)出線粒體,在細(xì)胞液中變成草酰乙酸再通過磷酸烯醇式丙酮酸逆糖酵解合成葡萄糖。糖異生關(guān)鍵酶丙酮酸羧化酶(PC)和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)活性及底物(生糖先質(zhì))控制糖異生的速率。糖異生減少是圍產(chǎn)期奶牛能量代謝障礙的啟動(dòng)因素,決定著疾病的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程。1.3糖脂肪激酶作化合物cag圍產(chǎn)期奶牛DMI的下降使乳腺的營養(yǎng)需要得不到滿足,必然導(dǎo)致脂肪組織的動(dòng)員,致使腎上腺素、去甲腎上腺素、胰高血糖素等神經(jīng)內(nèi)分泌因子分泌增加,作用于脂肪細(xì)胞膜表面受體,激活腺苷酸環(huán)化酶,促進(jìn)cAMP合成,激活cAMP-蛋白激酶,提高胞液內(nèi)甘油三酯脂肪酶的調(diào)控敏感性,促進(jìn)甘油三酯(TG)水解生成非酯化脂肪酸(NEFA)和甘油并進(jìn)入血液循環(huán)。脂肪分解一方面可彌補(bǔ)糖異生作用降低所引起的能量虧欠,另一方面會(huì)釋放大量NE-FA進(jìn)入血液及肝臟,從而引起肝中脂肪的代謝產(chǎn)生一系列變化。酮體生成量增加并在體內(nèi)積存,TG在肝中積聚和血漿脂蛋白升高,從而加重奶牛能量負(fù)平衡。在酮病和脂肪肝時(shí),由于能量負(fù)平衡而發(fā)生低血糖,胰島素分泌減少,使胰島素與高血糖素二者比例下降,啟動(dòng)脂肪動(dòng)員機(jī)制以緩解能量負(fù)平衡。1.4反浚動(dòng)物能量代謝的調(diào)節(jié)激素對(duì)圍產(chǎn)期奶牛的代謝過程起著重要的調(diào)節(jié)作用,胰島素、胰高血糖素、膽囊收縮素、孕酮、瘦素等激素均可調(diào)節(jié)體脂的動(dòng)員。血糖濃度下降,導(dǎo)致胰高血糖素分泌增加,胰島素水平降低,同時(shí)引起下丘腦垂體內(nèi)葡萄糖受體興奮,促進(jìn)腎上腺髓質(zhì)分泌腎上腺素增加;在這幾種激素共同作用下,加快肝糖原分解,促進(jìn)脂肪水解為甘油和NEFA,增加酮體生成量。反芻動(dòng)物能量代謝的調(diào)節(jié)主要受生長激素、胰島素和胰高血糖素控制。研究表明,激素可以通過調(diào)控肝糖異生關(guān)鍵酶的活性及底物來影響糖異生速率,其中胰高血糖素、糖皮質(zhì)激素、腎上腺素、生長激素、乳酸鹽和丙酸鹽等可以增強(qiáng)PEPCK的基因表達(dá),而胰島素、NEFA等可抑制或減弱肝糖異生作用。1.5干奶期和泌乳期對(duì)瘤胃內(nèi)發(fā)酵的影響穩(wěn)定的瘤胃內(nèi)環(huán)境可以促進(jìn)瘤胃微生物的生長和繁衍,提高奶牛的生產(chǎn)性能。在正常情況下,由于奶牛機(jī)體本身存在一套自我穩(wěn)衡的機(jī)制,依靠它就可以實(shí)現(xiàn)瘤胃內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。一旦瘤胃內(nèi)環(huán)境的改變超過了奶牛自我穩(wěn)衡機(jī)制的限度,就會(huì)導(dǎo)致瘤胃內(nèi)環(huán)境紊亂,使瘤胃功能下降,進(jìn)而使奶牛機(jī)體營養(yǎng)物質(zhì)代謝發(fā)生障礙,導(dǎo)致生產(chǎn)性能下降。當(dāng)奶牛進(jìn)入干奶期時(shí),粗料采食量加大,丙酸的生成減少,而丙酸能夠刺激瘤胃乳頭突起生長,因此丙酸缺乏導(dǎo)致瘤胃乳頭萎縮,瘤胃粘膜吸附揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的能力下降。有研究指出,產(chǎn)后大約需要4~5周的時(shí)間,瘤胃黏膜的吸收能力才能達(dá)到最大。劉國文等研究表明,在妊娠后期和泌乳初期及疾病狀態(tài)下奶牛采食量減少時(shí),瘤胃內(nèi)發(fā)酵菌的數(shù)量和比例發(fā)生改變,使丙酸生成減少,乙酸比例增加?；謴?fù)和重建瘤胃微生物區(qū)系,不僅可增強(qiáng)圍產(chǎn)期奶牛的消化功能,增加采食量,還可提高生糖先質(zhì)-丙酸的生成量,緩解圍產(chǎn)期奶牛能量負(fù)平衡。2圍產(chǎn)期，奶牛能量代謝疾病2.1代謝性疾病疾病酮病是奶牛糖類和脂肪代謝紊亂,導(dǎo)致在血液中積累大量酮體,由尿液、乳汁和呼出氣體排出,并以低血糖為特征的一種代謝性疾病。酮病是奶牛重要的群發(fā)性常見多發(fā)病,且多發(fā)于日產(chǎn)奶30kg以上的高產(chǎn)牛。2.1.1糖代謝及丙酮酸的生成從生化角度來說,奶牛酮癥的發(fā)生與丙酸代謝有著密切的關(guān)系。肝臟利用丙酸異生成葡萄糖,在泌乳時(shí)葡萄糖大多被奶牛利用合成乳糖。丙酸的另一功能是參與奶牛的脂肪代謝,當(dāng)奶牛攝入的能量滿足不了其產(chǎn)奶需要時(shí),體內(nèi)脂肪就開始動(dòng)員,首先被分解為NEFA,并且運(yùn)送到肝臟,然后被分解為乙酸,產(chǎn)生的乙酸被徹底分解為二氧化碳和水以提供更多的能量;但這個(gè)過程需要丙酸,如果沒有足夠的可利用丙酸,過多的乙酸就會(huì)在肝臟中聚集,在酶的作用下轉(zhuǎn)化為丙酮、乙酰乙酸和β-羥基丁酸(BH-BA),并在血液中蓄積,達(dá)到一定水平后引起酮病癥狀。在葡萄糖缺乏時(shí),生成的丙酸過少,此時(shí)通過脂肪動(dòng)員生成的甘油成為糖異生的重要前體物質(zhì),而且由于葡萄糖缺乏刺激糖異生加速,導(dǎo)致脂肪分解加快,這就使得草酰乙酸通過穿梭進(jìn)入細(xì)胞溶質(zhì)并轉(zhuǎn)化為磷酸烯醇式丙酮酸,進(jìn)入糖異生的量增多,而草酰乙酸主要來自糖的中間代謝產(chǎn)物丙酮酸,二者可以相互轉(zhuǎn)化。但同時(shí)脂肪酸的β-氧化過程也加快,使生成的乙酰CoA增加。當(dāng)糖缺乏時(shí),草酰乙酸生成量嚴(yán)重不足,而草酰乙酸是乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)所必需的,在這種情況下,乙酰CoA就會(huì)大量生成酮體。同時(shí)因糖的缺乏不能產(chǎn)生更多的α-磷酸甘油,并且由組織中動(dòng)員出來的甘油,在肝中也大部分沿糖異生途徑進(jìn)行代謝,這樣肝中α-磷酸甘油的產(chǎn)量受到限制,不能將很多的NEFA酯化為TG,從而促使更多的NEFA氧化為乙酰CoA,這樣更加劇了酮體的生成量。2.1.2亞臨床酮病患有酮病奶牛具有高血酮、高血脂和低血糖的特征,同時(shí)牛奶和尿中酮體含量也顯著增加;生糖氨基酸降低、生酮氨基酸增高,谷草轉(zhuǎn)氨酶活性增高;血中白蛋白降低,病初血漿尿素氮含量增高,慢性發(fā)病時(shí)尿素氮降低。臨床酮病奶牛有較明顯的癥狀,不難作出診斷;而亞臨床酮病無明顯的臨床癥狀,很難診斷,確診需要通過檢測血液、牛奶和尿中的酮體來確定奶牛是否患亞臨床或臨床性酮病。目前普遍認(rèn)為,血糖水平低于35mg/dL(1.9mmol/L),或血中BHBA含量超過1.5mmol/L時(shí),就可認(rèn)為奶?；加衼喤R床酮病;乳中酮體濃度大于0.70mmol/L也是亞臨床酮病的診斷指標(biāo)。奶牛在妊娠的最后6周期間,若血中BHBA濃度低于0.8mmol/L表明能量攝入適當(dāng),0.8~1.6mmol/L表明能量攝入不足,高于1.6mmol/L則表明嚴(yán)重的營養(yǎng)不良。2.2圍產(chǎn)期代謝病脂肪肝又稱肥胖母牛綜合癥,是奶牛能量負(fù)平衡導(dǎo)致體脂動(dòng)員所引發(fā)的一種以肝臟脂肪蓄積和脂肪變性為病理特征的圍產(chǎn)期代謝病,主要發(fā)生于產(chǎn)前2~3周至產(chǎn)后4~5周的高產(chǎn)奶牛,發(fā)病率高,會(huì)大大危害奶牛的健康和生產(chǎn)性能。2.2.1能量負(fù)平衡的結(jié)果從機(jī)體生理和營養(yǎng)角度來說,當(dāng)奶牛處在妊娠末期或泌乳早期,一方面產(chǎn)前胎兒的營養(yǎng)需要增加,母牛為產(chǎn)后泌乳做準(zhǔn)備,產(chǎn)后泌乳量的逐步增加等,使能量需要?jiǎng)≡?而另一方面由于產(chǎn)前的瘤胃容積較小以及激素的作用、分娩后食欲降低等,使奶牛采食量下降,結(jié)果導(dǎo)致機(jī)體處于能量負(fù)平衡狀態(tài)。這樣,奶牛出現(xiàn)血糖和胰島素水平降低,胰高血糖素含量增加,激素敏感脂酶活性下降,機(jī)體動(dòng)員體脂,釋放出NEFA進(jìn)入循環(huán)并且轉(zhuǎn)移至肝臟。當(dāng)奶牛出現(xiàn)嚴(yán)重的能量負(fù)平衡時(shí),導(dǎo)致NEFA產(chǎn)生太多太快;同時(shí)肝臟利用NEFA的能力有限,導(dǎo)致過多的NEFA轉(zhuǎn)化為酮體,或者合成TG貯存積聚在肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞,形成脂肪肝。據(jù)統(tǒng)計(jì),被動(dòng)員的體脂中,20%被乳腺利用,其余大部分被肝臟吸收。脂肪在肝臟蓄積損害肝臟功能,進(jìn)一步降低NEFA進(jìn)入三羧循環(huán)和參與脂蛋白的合成和分解,進(jìn)而導(dǎo)致更嚴(yán)重的脂肪肝,這樣就造成脂肪肝的惡性循環(huán),而酮體在血液、乳汁和尿液中積聚,導(dǎo)致食欲減退或廢絕,更加劇了能量負(fù)平衡。脂肪肝的發(fā)生是分娩期有關(guān)代謝發(fā)生改變的結(jié)果,這些變化被稱為“衡態(tài)調(diào)節(jié)”,其生理意義是將內(nèi)源性和外源性養(yǎng)分進(jìn)行重新分配,使其從非乳腺組織向乳腺組織轉(zhuǎn)移,以滿足乳腺泌乳量急劇增加對(duì)養(yǎng)分的需要。2.2.2血漿brba濃度患有脂肪肝的奶牛一般具有低血糖癥和酮血癥,血中NEFA、BHBA和膽紅素濃度增加,而膽固醇、白蛋白和胰島素含量減少。肝中脂肪浸潤嚴(yán)重的酮病母牛在血酮濃度和肝脂的程度之間存在的正相關(guān),但是血漿BHBA濃度不能作為脂肪肝的診斷輔助指標(biāo)。肝穿刺活體檢查是檢測肝脂含量和肝脂浸潤程度的最可靠的準(zhǔn)確方法,健康奶牛肝中TG含量為10%~15%(濕重)。根據(jù)在產(chǎn)犢1周之后組織學(xué)測定的肝中脂肪含量可分為輕度(<20%肝脂,或<50mg/g肝)、中度(20%~40%肝脂,或50~100mg/g肝)和重度(>40%肝脂,或>100mg/g肝)肝脂浸潤病例,其中<20%肝脂的母牛被認(rèn)為是正常的,>20%肝脂的奶牛則被認(rèn)為患有脂肪肝。2.3血中酮的變化Drackley等研究表明,幾乎所有的酮病患牛均有不同程度的肝臟脂肪蓄積,肝脂肪蓄積則可引起或加重酮病,二者密切相關(guān),互為因果(圖1)。當(dāng)處于能量負(fù)平衡時(shí),肝臟是血中酮體的主要供應(yīng)源。在干奶期的最后3周,奶牛的DMI下降,機(jī)體動(dòng)員體脂,動(dòng)用的脂肪酸以NEFA的形式進(jìn)入血液;因?yàn)楦闻K對(duì)NEFA的吸收與血液NEFA的濃度成正比,因此肝臟中NEFA的濃度升高,NEFA在肝臟中合成TG的速度加快,當(dāng)TG的合成速度大于從肝臟中的轉(zhuǎn)運(yùn)速度時(shí),就會(huì)造成脂肪在肝臟內(nèi)的積累形成脂肪