2 围产期奶牛脂质代谢与脂肪肝、酮病的关系

图1. 脂肪肝和酮病发生的机制及其重要的调节媒介。缩写：AA,氨基酸，gAA，生糖氨基酸，CPT-Ⅰ，肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ，kAA，生酮氨基酸，PC+：磷脂酰胆碱及其他组分，PG，丙二醇;TG：甘油三酯;VLDL：极低密度脂蛋白;

如图1所示，血液中的NEFA、过氧化物酶体或线粒体中脂肪酸的氧化及脂蛋白的生成和输出在脂肪肝与酮病的发生过程中起核心作用。泌乳的能量需求迫使围产期激素发生急剧变化，受激素的调节，血浆NEFA也在围产期急剧升高，肝脏与血浆中的NEFA水平同比升高。胰岛素、胰高血糖素、胆囊收缩素、孕酮、瘦素等激素可调节体脂的动员，低的胰岛素可动员外周脂肪组织酯解生成游离的NEFA，并决定着最终进入肝脏的NEFA比例(Mashek et al., 2001)。流经肝脏的血液与能量的摄入成正比，泌乳早期奶牛的能量摄入高于干奶期，因而泌乳早期NEFA进入肝脏的比例增加。在肝脏中，NEFA可被完全氧化生成CO2供能，或者部分被氧化生成酮体，肝脏利用酮体的能力有限，大部分经转运释放进入血液循环后被其他组织利用，部分NEFA还可在肝脏中再酯化为甘油三酯。产后能量负平衡和碳水化合物供应不足可导致酮体的生成加剧。被肝脏吸收的部分脂肪酸在过氧化物酶体或线粒体中被氧化，脂肪酸进入线粒体被氧化首先要穿过线粒体膜，这个过程需要脂肪酸活化为酰基-CoA,但长链脂酰CoA不能自由通过线粒体内膜，要进入线粒体需要肉毒碱作为载体。长链脂酰CoA进入线粒体的速度受到肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ和Ⅱ的调节。丙二酰CoA可抑制肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ活性，而胰岛素可抑制酶Ⅱ的活性。胰岛素同时还可间接通过诱导乙酰CoA羧化酶合成使丙二酰CoA浓度增加，因而胰岛素又可间接调节酶Ⅰ活性。能量负平衡或饥饿状态下，胰岛素分泌减少，肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ和Ⅱ活性升高，长链脂肪酸进入线粒体氧化供能。肝脏中甘油三酯以脂蛋白的形式输出供乳脂合成及组织利用，尤其是极低密度脂蛋白(VLDL)在其中起重要作用。然而与其他动物相比，反刍动物肝脏中合成的VLDL数量极低，这就是围产期奶牛容易发生脂肪肝的重要原因之一。当甘油三酯的合成超过肝脏输出的量时，脂肪肝就会发生。也有研究报道分娩时和泌乳早期奶牛血清中脂蛋白A和B降低，肝脏中高的脂质含量往往与血浆中低的脂蛋白时相辅相成的(Marcos et al., 1990)。

泌乳早期，乳糖的生成使得奶牛对葡萄糖的需求加大，为了满足葡萄糖的需求，奶牛生糖能力加强，由于激素的调节，除乳腺组织外，其他组织对葡萄糖的消耗减少。尽管如此，葡萄糖的浓度产后急剧降低，尤其是高产的牛。酮病主要发生于产后3-6周，其发生主要是由于葡萄糖的需求超过肝脏异生糖的能力，能量处于负平衡状态。此时胰岛素/胰高血糖素比例降低，可导致肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ活性升高，刺激了外周脂肪组织动员，此时若糖异生的先体物质不足时会导致生酮作用加强，血液、乳和尿液中酮体升高。糖异生的前体物质主要有：丙酸、生糖氨基酸、乳酸和甘油。从数量上来讲，丙酸和生糖氨基酸是最主要的2种。Stokes和Goff(2001)产前2天给奶牛口服丙二醇，血液中NEFA降低，泌乳早期的产奶量也有提升。但也有研究发现产前2-3d口服丙二醇对NEFA和生产性能无显著影响(Visser et al., 2002)。Johnson(1955) 报道口服2kg甘油对缓解奶牛的酮病效果要优于丙二醇，而DeFrain等(2004)通过日粮添加0.43或0.86kg的甘油来试图缓解能量负平衡，然而产前添加甘油降低DMI17%，产后泌乳性能没有明显的改善。瘤胃发酵显著改善，添加甘油增加丙酸的比例，高剂量的甘油降低葡萄糖、增加β-羟丁酸(BHBA)的浓度。这说明生糖先体的作用效果不仅仅与添加的种类和剂量有关，而且与服用的方式有关，口服较日粮添加效果更明显。

3 围产期奶牛脂质代谢的营养调控

与干奶前期相比，产前3周奶牛所需的营养物质升高。干奶牛日粮中粗蛋白的含量只要能够达到12%即可满足奶牛母体和妊娠胎儿的需要，而我国大部分奶牛场的干奶牛日粮的粗蛋白均高于12%，因此此阶段无需担心蛋白质的不足。在能量需求方面是争议较大，NRC(2001)版饲养标准把产前3周能量水平提高为1.54-1.62MCal/㎏干物质。产前高能饲喂的目的是使产前最后几周奶牛能量满足需求及减少代谢病的发生，另外产前饲喂高精料日粮的意图除了可以满足机体需要外，还可使奶牛更好的适应产后高精料日粮，高精料日粮也促进围产期奶牛瘤胃微生物的生长和瘤胃乳头上皮的发育(McNamara et al., 2003)。尽管普遍认为提高临产期DMI是提高产后和整个围产期DMI的前提(Grummer et al., 1995)，但近几年大量的试验证实产前低能饲喂有利于减少围产期脂质的动员或提高产后的生产性能。围产期奶牛采食量很低，饲喂过多的精料可减少粗料的采食量，很容易造成酸中毒，也不利于产后采食量的提高。产前低能饲喂的奶牛在产后表现出代偿性加大能量摄入量，这主要是因为动物机体存在代偿机制，即当动物受到限制日粮后，解除限制后，动物会表现出代偿性的采食量提高和生产性能提高(Ford and Park, 2001)，Carlson 等(2006)在围产期牛通过楼梯式补偿试验验证了这种理论，泌乳后期饲喂NRC推荐量80%的限饲日粮，而干奶初期能量水平为推荐量的130%，补偿组在泌乳后期体增重小于对照组，但干奶前期和围产前期增重更明显。干物质采食量和乳产量虽然无显著差异，然而补偿组产后4周血浆NEFA水平显著降低，而胰岛素水平无论是在限饲期、补偿期还是随后的泌乳期都显著高于对照组。一些学者已经探讨了限制产后奶牛能量摄入以使其适应能量负平衡代谢的可能性。一般而言，产前3周饲喂低能的日粮，使能量密度低于NRC推荐量(通常为推荐值的80%左右)不会降低临产期的DMI，并能比不限制饲喂的奶牛更快地提高产后的DMI和奶产量(Holcomb et al., 2001;Agenas et al., 2003)。我国的饲养标准(2000)把整个干奶期能量水平定为1.28MCal/㎏干物质，并没有突出产前最后几周的能量需求，而2004年修订版指出，对于体重600kg的奶牛，妊娠最后一个月，干物质采食量预测值为11.2kg/d，每头牛能量需求为15.3Mcal/d，即日粮浓度要求提高到1.37 Mcal/d，远低于NRC(2001)推荐的数值。实际生产中不推荐过高的能量水平，因为如果饲喂过多的精料，淀粉可在瘤胃内快速发酵，很容易造成酸中毒。Guo 等(2007)通过提供过渡日粮来缓解能量负平衡，即产前能量提高到产后的水平使奶牛提前适应产后日粮，但未发现有利的结果，饲喂过渡日粮的奶牛脂质动员加剧，更易产生酮病。与限制饲喂的奶牛相比(80%能量需求)，自由采食的奶牛(160%能量需求)血浆NEFA和β-BHBA水平明显提高，自由采食的奶牛肉碱棕榈酰转移酶在产后第一天的活性显著降低，并随之降低的更快(Douglas et al., 2006)。点杂交和荧光定量PCR结果也显示产前限饲增加围产期生糖基因的表达，提高了肝脏脂肪酸的氧化能力。也有研究支持在产前2到3周饲喂高能日粮的观点，Minor等(1998)比较了产前1.63和1.31 Mcal/kg·DM的能量水平对奶牛的影响，产前高能可以提高血浆葡萄糖、DMI和能量平衡状况，同时显著降低血浆NEFA和β-BHBA。通过补充精料或蔗糖来提高日粮能量水平也可使奶牛顺利度过围产期。Vandehaar等(1999)报道产前增加能量水平至1.6 Mcal/kg，蛋白水平增加至16%可降低产前血浆中NEFA水平，降低肝脏中甘油三酯的含量。一项在密歇根州95个牛场的调查试验显示产前血浆高NEFA发生酮病、真胃移位、胎衣不下和乳房炎的机率明显增大。产前高营养水平同时增加血液IGF-Ⅰ的水平，IGF-Ⅰ与免疫功能密切相关。Ingvartsen等(1996)汇总了大量的关于产前饲喂水平对体况、体重、体脂贮存、动员及健康状况的影响的文章。依据其汇总的结果，产前的体重变化和脂质动员程度有很强的相关性，产前即使饲喂措施不同，但引起体重损伤低于30-40kg对自由采食量无显著影响，而产前不同饲喂措施引起失重大于50kg则显著抑制采食量、乳产量，并在脂质动员期增加乳脂含量。因而在分娩时维持合适的体况对奶牛至关重要，按照1-5分评分标准，分娩时奶牛的合适体况应在3.25左右(Skidmore et al., 2001)。这一体况可使奶牛能够应对日粮的不足而不引起过多的产后脂质动员。对头胎青年牛来说，达到合适的体况较简单，而对于经产奶牛来说，维持合适的体况并不容易，因为干奶期的采食对体况的调节并不是立竿见影的，大多数奶牛体况在分娩和干奶初期仅仅相差0.5分。即使能量水平达到1.6 MCal/㎏，除了完全可满足维持及妊娠需求外，每天还可剩余10 Mcal左右的能量用于体况增加，2-3周的时间大约奶牛仅增加0.25-0.5个体况评分，有观点认为在围产前期适当的增加体况，整个干奶期体况的增加有利于产后的高乳产量(Domecq et al., 1997)。然而分娩时体况过肥对奶牛也是不利的，防止分娩时体况过肥的一项重要措施是干奶初期维持一个较低的体况，仅仅通过围产期限饲急剧改变过肥的奶牛的体况是不现实的。为使奶牛在分娩时保持合适的体况，日粮对其调控的时间应在前一个泌乳后期即开始，因为在泌乳的最后一段时间奶牛对日粮的反应出现抵抗性而使营养调控复杂化(Ingvartsen et al.，1996)。大多数的围产期营养的调控集中在临近分娩的3周开始，然而Dann等(2006)发现干奶初期日粮营养水平在围产期代谢中起重要作用，其作用甚至较围产期日粮要大。干奶初期过度采食(150%NRC)的奶牛在围产前期血浆NEFA和BHBA浓度高、体重损失大，其迟滞效应甚至持续到产后，产后10天NEFA和BHBA浓度仍然较对照组高，DMI和能量平衡也低于对照组。干奶初期和围产前期的营养水平对奶牛的影响是紧密相关的，干奶初期过饲和后期能量不足的奶牛更易处于能量负平衡状态，造成这种持续影响的机理尚不清楚，但可能与围产后期组织对内分泌信号反应性强弱有关。Rukkwamsuk等(1999)也报道干奶期过饲奶牛能够造成产前脂肪蓄积，过饲的奶牛添加葡萄糖和胰岛素也不能够增加游离脂肪酸的酯化，然而产后却增加酯解作用，造成血液循环的NEFA升高，更易处于能量负平衡。国内也对围产期奶牛的能量水平做过大量的试验，祝兴林等(2006)认为干乳期低能饲喂奶牛，产后脂肪组织胰岛素受体mRNA丰度增加，有利于胰岛素抑制泌乳初期脂肪动员作用的发挥。与过饲组(120%NRC推荐量)和对照组(100%NRC推荐量)相比，产前饲喂80%NRC推荐量增加奶牛肝糖异生关键酶—丙酮酸羧化酶(PC)和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)基因的表达，增强围产期奶牛肝糖异生的能力(李红梅等，2005)。

4 围产期奶牛脂质代谢与氧化应激关系

对围产期的奶牛来说，肝脏在葡萄糖、脂质、甘油三酯和胆固醇的代谢方面起重要作用。众多研究显示脂质代谢与氧化应激存在密切关。围产期奶牛的体况可反映奶牛的脂质代谢情况，不同体况的奶牛脂质代谢不同，自由基的生成也不同。高体况指数的人以及体重损伤严重的人更易受到氧化应激。氧化应激也与许多脂质代谢疾病的发生有密切的关系(Higdon and Frei, 2003; Morrow, 2003)。干奶期体况评分高的奶牛常在围产期体况和体重损失大于体况评分低的奶牛，高体况的奶牛和体况下降严重的奶牛伴随血浆中NEFA浓度的升高以及代谢疾病的发生(Buckley et al., 2003)。发生脂肪肝的奶牛线粒体产生更多的超氧阴离子和过氧化氢，导致肝实质细胞坏死，从而诱导机体的慢性应激。抗氧化状态的不平衡可反过来损伤肝功能，导致围产期奶牛代谢疾病的风险加大，尤其是体况评分较高的奶牛。肥胖的奶牛和体况损失大的奶牛血浆中活性氧代谢产物、TBARS、巯基化合物的浓度显著低于中等体况奶牛。血浆中BHBA和NEFA含量高的奶牛有较高的活性氧代谢产物和TBARS，同时抗氧化能力降低，这提示高体况奶牛和体况损失严重的奶牛更易处于氧化应激状态(Bernabucci et al., 2005)。Dandona等(2004)认为有2种机制可以解释体况过肥和氧化应激的关系。第一，过多的营养物质摄入，营养物质摄入、消化、吸收等过程加大了机体的代谢，代谢过程不可避免的产生活性氧自由基。第二，肥胖动物脂肪组织动员增加炎症因子的释放(如白介素-6和肿瘤坏死因子α)，据报道炎症反应与脂质动员和脂肪酸的氧化存在很大的相关性(Loor et al., 2005)。泌乳中期的奶牛试验也显示能量代谢与氧化应激的关系，泌乳中期不处于能量负平衡状况的奶牛，高体况者(BCS大于3.5)NEFA水平低于正常体况的奶牛。尽管体况对奶牛脂质过氧化水平、GSH-Px活性和还原性谷胱甘肽/氧化性谷胱甘肽比例影响不显著，然而高体况奶牛总抗氧化能力和硫氧还蛋白还原酶的能力显著低于正常体况的奶牛，血浆和白细胞裂解液中TNF-α的表达也显著增加(O’Boyle et al., 2006)。

围产期奶牛产前最后一个月血浆α-生育酚的浓度降低，血浆α-生育酚的浓度的降低部分原因是由于α-生育酚被分配到其他器官，如乳腺组织。也可能与脂肪代谢有关，其中肝脏扮演重要角色，围产期代谢增加，尤其是肝脏和乳腺，脂质的代谢活动会产生大量的自由基，如果抗氧化剂不足会引起氧化损伤(Bouwstra et al., 2008)。Castillo等(2005)调查了不同时期奶牛能量代谢和氧化状态的关系，奶牛能量的代谢与氧化状态的关系取决于生理阶段。在泌乳后期，奶牛没有代谢负担，MDA与所检测的代谢指标都无相关性，此时奶牛不处于氧化应激状态。而围产期奶牛却与之相反，干奶初期，脂质过氧化产物与血清中的葡萄糖和清蛋白呈负相关，然而产前2周和产后奶牛血清中的MDA代谢与脂质代谢参数呈线性相关，这是由于分娩前后奶牛能量负平衡加剧，能量负平衡可导致机体动员产生过多的活性氧。PON1是高密度脂蛋白上的一个抗氧化、抗感染的酶组分，它可保护脂蛋白免受应激损伤，包括高密度和低密度脂蛋白。它的活性与奶牛总胆固醇的浓度呈很强的相关性，相关系数为0.536，它与高密度脂蛋白也密切相关，相关系数达0.52。鉴于脂质代谢和氧化应激的相关性，甚至有学者提出检测血液中脂质过氧化值和抗氧化状态应成为血液指标的一个辅助手段(Castillo et al., 2005)。

5.围产期能量负平衡的解决方案

除了以上讲的日粮调控外，要解决围产期的能量代谢问题有三条路径

1第一条途径是提供生糖的前体物，如添加丙二醇、烟酸等。2第二条途径是预防脂肪肝，把更多的肝脏NEFA运输出来，这类的产品包括过瘤胃胆碱、蛋氨酸、特殊脂肪酸等。3第三条路径也是最新的、效果最确实的路径-提高血液胰岛素的敏感性，和血液葡萄糖利用率，产品主要是有机铬。有机铬的吸收率高，铬是葡萄糖耐受因子的重要成分，它能提高血液胰岛素的敏感性，增加葡萄糖的利用率。有机铬能够抗应激，降低糖皮质激素的产生、提高机体免疫力。

作者简介：王艳明博士现为建明工业反刍技术经理，曾在密苏里大学反刍和免疫专家Monty Kerley和Matt Waldron实验室及奶牛场工作长达一年。王艳明博士将临床兽医学、动物营养学、奶牛行为学和奶牛舒适度进行融会贯通，理论与实践结合。在中国首次进行奶牛舒适度的量化和评估工作，迄今为止在美国和中国评估了80个以上的大型奶牛场管理和舒适度工作，包括现代牧业、澳亚集团、光明荷斯坦牧业、恒天然、天津嘉立荷牧业、富源牧业、原生态牧业等。在美国奶业科学等期刊发表数篇论文，参与多项国家级和省级科学研究，并获奖。

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