反刍动物瘤胃酸中毒发病机理的研究进展

反刍动物瘤胃酸中毒发病机理的研究进展 反刍动物瘤胃酸中毒发病机理的研究进展 面对我国现有粗饲料品质差的现实，如何在目前饲养模式下，既提高动物生产性能，又能维持动物健康，已成为当前高强度饲喂中急需研究解决的问。纵览国内外大量文献，有关瘤胃酸中毒的报道很多，但多数集中在诊断、防治和调控方面，而对其发病机理研究尚不多见，且结论也不一致，仍存在争议。多者认同乳酸中毒机制，有部分学者认为与瘤胃内有机酸（主要是VFA）累积有关，也有学者认为与内毒素和组织胺有关。本文将针对以上三种观点作一简述，以期为今后的研究工作提供有益的帮助。 1 乳酸中毒机制（见图1） 反刍动物摄食过多易发酵碳水化合物饲料后，碳水化合物经微生物作用释放出大量葡萄糖，使瘤胃中葡萄糖浓度急剧升高，由于能量和碳源充足，几乎所有微生物生长速度都加快，瘤胃VFA浓度升高，pH值随之下降，尤其是仅依靠葡萄糖生存的产乳酸菌——牛链球菌（Strepococcus bovis）的数量显著增加。此时瘤胃微生物群落发生显著变化，表现为：乳酸利用菌主要包括反刍兽新月单胞菌（Selenomanas ruminantium）和埃氏巨型球菌（Megas phaera elsdenii）的变化。当瘤胃pH值低于6.5时，S. bovis、S. ruminantium 和M. Elsdeni 三种微生物的生长速度均随着瘤胃液pH 值的下降而减缓，但是S. bovis 相对于S. ruminantium 和M. Elsdeni 更能耐受较低的酸度，因而其生长速度随pH 值降低而减缓的幅度较后两者要小。S. bovis、S. ruminantium 和M. Elsdeni 在瘤胃液中最终消失的pH阈值分别为4.8、5.4和5.6(Russell，1979、1980；Therion，1982)，因此在瘤胃pH 值高于5.5情况下由于乳酸利用菌的代谢作用，瘤胃液中乳酸含量通常较低。但随着瘤胃pH值进一步下降，S. bovis利用碳水化合物产生大量的乳酸由于不能被及时吸收利用，致使瘤胃内乳酸浓度蓄积，乳酸酸度（pKa＝3.1）是VFA酸度(pKa＝4.8)的10倍，瘤胃酸度剧烈上升，pH值继续下降至5.5左右，此时如果瘤胃碳源和能源充足，S. bovis继续生长繁殖，产生的乳酸导致瘤胃pH值进一步下降，大部分细菌包括乳酸利用菌数量减少，瘤胃中乳酸开始大量积累。当pH值低于5甚至更低时，瘤胃低pH值环境使大部分细菌包括S. bovis死亡，而这时却为瘤胃中另一种产乳酸菌——乳酸杆菌（Lactobacillus）创造了适宜的生长繁殖条件,接替S. bovis继续产生大量乳酸，其代谢终产物为L-型和D-型乳酸（Hungate，1952；Russell，1985），乳酸进一步增多，从而引发急性瘤胃酸中毒。如果pH值降至5.5左右时，瘤胃内碳源和能源不足，S. bovis生长受到抑制，并最终与乳酸利用菌数量保持相对平衡，瘤胃乳酸浓度维持一定水平，pH值长时间维持在5.5～5.8之间，这时就表现为慢性瘤胃酸中毒。由于Lactobacillus能够产生大量D-乳酸，而动物体内D-乳酸脱氢酶不仅含量少，又存在于细胞线粒体膜上，不易与D-乳酸接触，而且血液中L-乳酸代谢产物还会抑制D-乳酸的代谢，这些因素导致血液D-乳酸大量堆积，最终诱发代谢性酸中毒(见图1)。所以早期的研究认为，瘤胃酸中毒的实质是L-乳酸酸中毒或D-乳酸酸中毒(Dunlop，1965)，L-、D-乳酸在瘤胃内急剧生成，大量蓄积和吸收是其发病基础。目前许多研究者认为反刍动物因乳酸产生菌与利用菌的菌群失调使瘤胃内乳酸含量显著升高是导致急性酸中毒的直接原因（Krehbiel，1995；Nocek，1997；Owens，1998；Enemark，2002）。 2 瘤胃有机酸中毒机制 近年来大量文献指出，瘤胃pH值的下降很大程度上是由于瘤胃液VFA含量增加所致，而不是通常认为的是由于瘤胃液中乳酸大量积累的缘故，瘤胃液pH值高于5.5时乳酸积累较少甚至没有。Oetzel 等（1999）研究发现,患有亚急性瘤胃酸中毒(SARA)的奶牛瘤胃乳酸浓度正常(<5 mmol/l)，瘤胃pH值的下降主要是由VFA浓度的增加引起。肖训军（2001）诱导绵羊慢性酸中毒试验结果表明，乳酸在瘤胃积累不是造成瘤胃酸中毒的唯一原因，由于饲喂高碳水化合物日粮，瘤胃总有机酸（包括VFA、乳酸和其它一些酸）产生和积累增多，是引起瘤胃pH值下降和酸中毒的主要原因。Keunen等（2002）通过诱导SARA模型试验同样发现，乳酸并不是瘤胃pH值下降的主要因素，并与Oetzel和Plaizier等所报道的奶牛SARA期间，乳酸浓度为0.45 mmol/l和0.74 mmol/l试验结果一致。张树金（2004）报道奶牛SARA是由于瘤胃内产生的过量VFA超过瘤胃绒毛的吸收能力造成的，VFA在瘤胃内累积，降低瘤胃pH值。Krause等（2005）通过限饲1 d，然后在原来饲喂基础上额外补饲小麦-大麦混合精料来诱导奶牛发生瘤胃亚急性酸中毒，试验同样发现，SARA期间大多数奶牛瘤胃乳酸浓度较低(<10 mmol/l)，乳酸浓度并不是引起瘤胃pH值下降的主要原因。最近的研究表明，以逐渐提高饲粮精料比例的方式诱导阉牛发生SARA时，瘤胃液TVFA浓度增加是导致反刍动物发生SARA时瘤胃pH值下降至5.2～5.8之间的主要原因，并推测瘤胃丁酸摩尔浓度增加可能是SARA和急性中毒的过渡阶段（常影，2006）。不难看出反刍动物对乳酸具有相当的耐受力，如奶山羊乳酸水平在(20.65±2.153） mmol/l时仍然不会致死，这表明乳酸不是酸中毒发病的最主要因素，但是，乳酸在酸中毒的发生过程中，特别是在病程的中后期，具有加重酸中毒的作用（谭学诗，1992）。 3 内毒素和组胺瘤胃酸中毒机制 一些研究结果表明，当大量碳水化合物饲料进入瘤胃时使其内环境发生剧变，结果导致大量革兰氏阴性菌死亡崩解，释放出大量内毒素并被吸收入血，形成内毒素血症，而此时血液乳酸及血浆CO2－Cp并未发生显著变化，从而证实内毒素血症先于乳酸血症（Siyter，1976）。Andersen等（1990）通过临床和化学检查发现，瘤胃酸中毒时出现了内因性中毒，但外周循环中炎症调节因子血栓烷B2（TXB2）、前列腺素I2（FGI2）和前列腺素E2（FGE2）没有明显的提高。因此，认为内毒素的吸收和炎症调节因子的合成可能发生在肝前区。进一步的研究发现，来源于肝前区的内毒素和花生四烯酸代谢物很可能参与了瘤胃酸中毒的发病机理。另有资料显示,反刍动物过食精料后,瘤胃内微生物区系发生改变,释放大量内毒素致使机体中毒。当发生酸中毒时，一方面,瘤胃内的细菌内毒素水平远高于正常时的水平；另一方面,胃壁粘膜发炎﹑损伤，肝脏受损，网状内皮系统对内毒素的解毒能力受到破坏，致使内毒素进入血液,而导致微循环障碍，发生缺氧，从而使糖代谢过程沿着无氧酵解途径进行，结果形成大量乳酸，因此，乳酸和细菌内毒素可能对瘤胃酸中毒的发生起到相辅相成的作用（李祥辉，2005）。这与有些研究者提出乳酸与来源于瘤胃内的细菌内毒素两种物质共同作用导致瘤胃酸中毒相一致。Aschenbach等（2000）研究指出，瘤胃内组织胺的吸收不仅使全身组织胺含量上升，还可进一步加重由乳酸中毒引起的瘤胃上皮细胞的损伤，是使酸中毒病情恶化的主要因素。汪恩强等（2000）研究发现，投喂玉米粉4～8 h后试验羊全部发生瘤胃酸中毒；投喂8 h后瘤胃液、血液、尿液中的乳酸、内毒素、组织胺均显著提高，并呈逐渐上升趋势。由此提出乳酸、内毒素、组织胺均为引起奶山羊瘤胃酸中毒的致病因素。 4 结语 到目前为止，究竟是乳酸、有机酸、内毒素等单种因素还是这几种因素综合作用才是瘤胃酸中毒发生的关键所在，还有待于进行深入系统的研究。研究反刍动物瘤胃酸中毒的发病机理对于进一步认知、解读该病以及进行有效预防和调控具有重要现实意义。