反芻動(dòng)物瘤胃酸中毒機(jī)制解析及其營(yíng)養(yǎng)調(diào)控措施

王洪榮

(揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，揚(yáng)州 225009)

瘤胃酸中毒是現(xiàn)代集約化反芻動(dòng)物生產(chǎn)中一種常見(jiàn)的營(yíng)養(yǎng)代謝病。隨著畜牧業(yè)逐步向集約化和高效化發(fā)展，在現(xiàn)代奶牛生產(chǎn)、肉牛和肉羊育肥過(guò)程中，為了提高生產(chǎn)效率而大量飼喂以谷物淀粉為主要能量飼料的高精料飼糧，在生產(chǎn)水平提高的同時(shí)，導(dǎo)致以瘤胃酸中毒為主的代謝性疾病的發(fā)病率提高，這已經(jīng)成為現(xiàn)代反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的突出問(wèn)題。即使在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，瘤胃酸中毒也已成為奶牛場(chǎng)和肉牛育肥場(chǎng)關(guān)注的主要問(wèn)題，北美地區(qū)每年奶牛產(chǎn)業(yè)因瘤胃酸中毒損失5億～10億美元［1］。我國(guó)高產(chǎn)奶牛的飼養(yǎng)以及肉牛和肉羊后期肥育生產(chǎn)中也經(jīng)常發(fā)生瘤胃酸中毒。由于我國(guó)的優(yōu)質(zhì)粗飼料資源較北美和歐洲缺乏，飼喂牛和羊的粗飼料質(zhì)量普遍較差，除了規(guī)模較大的奶牛場(chǎng)從國(guó)外進(jìn)口苜蓿等優(yōu)質(zhì)粗飼料飼喂奶牛外，在大部分地區(qū)仍主要以農(nóng)作物秸稈作為飼養(yǎng)牛、羊的主要粗飼料來(lái)源，生產(chǎn)者為了追求較高生產(chǎn)性能，生產(chǎn)中不得不大量使用富含淀粉的谷物精料來(lái)滿(mǎn)足動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要，動(dòng)物對(duì)優(yōu)質(zhì)纖維的采食量不足，結(jié)果使高產(chǎn)奶牛及強(qiáng)度育肥的肉牛和肉羊發(fā)生瘤胃酸中毒的情況普遍存在，該疾病的發(fā)病率呈逐年上升的趨勢(shì)。瘤胃酸中毒營(yíng)養(yǎng)代謝病的發(fā)生不僅會(huì)影響奶牛的采食量和產(chǎn)奶量，而且會(huì)導(dǎo)致瘤胃微生物區(qū)系平衡而使瘤胃對(duì)飼料的消化和代謝能力的下降，并伴隨有拉稀、消化道上皮損傷和炎癥、蹄病、肝臟膿腫和乳脂下降綜合征等病征［2-4］，給養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)很大損失，已經(jīng)成為制約我國(guó)奶牛、肉牛生產(chǎn)的重要因素之一。正常情況下，反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)pH維持在6.5～7.5，若長(zhǎng)期飼喂高精料飼糧或突然采食大量谷類(lèi)等易于發(fā)酵的碳水化合物飼料，則瘤胃出現(xiàn)代謝紊亂，瘤胃中短鏈脂肪酸和乳酸積累，致使pH不同程度地下降，即可能誘發(fā)代謝性瘤胃酸中毒［5-6］。同時(shí)，由于高精料飼糧誘發(fā)瘤胃微生物區(qū)系改變，伴隨發(fā)生了瘤胃代謝途徑的顯著變化［7］。

瘤胃酸中毒一般分為瘤胃急性酸中毒和瘤胃亞急性酸中毒(sub-acute ruminal acidosis，SARA，也稱(chēng)慢性酸中毒或亞臨床酸中毒)2類(lèi)。一般認(rèn)為，瘤胃內(nèi)pH在5.2～5.6發(fā)生SARA;pH低于5.0即發(fā)生急性酸中毒。發(fā)生瘤胃急性酸中毒動(dòng)物會(huì)表現(xiàn)出較明顯的臨床征狀，易于發(fā)現(xiàn)并及時(shí)防治。與瘤胃急性酸中毒相比，SARA一般沒(méi)有明顯的臨床征狀，目前沒(méi)有適宜的診斷手段，因而更具有隱蔽性和隱患性。盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)SARA進(jìn)行了大量研究，但過(guò)去多數(shù)的研究集中在瘤胃中單一代謝產(chǎn)物的研究，而對(duì)瘤胃微生物的綜合代謝特性研究不夠，對(duì)其發(fā)病的微生物學(xué)和營(yíng)養(yǎng)代謝機(jī)理缺乏深入而系統(tǒng)地研究，甚至不同學(xué)者提出的對(duì)SARA的發(fā)生機(jī)制的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)也存在爭(zhēng)論。因此，“反芻動(dòng)物SARA的發(fā)生和調(diào)控機(jī)制”是重要的科學(xué)問(wèn)題，進(jìn)一步深入研究不僅在學(xué)術(shù)上有重要意義，而且對(duì)集約化奶牛、肉牛和肉羊生產(chǎn)中有效降低經(jīng)濟(jì)損失具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 瘤胃酸中毒的發(fā)生機(jī)制

1.1 國(guó)際上對(duì)瘤胃酸中毒的發(fā)生機(jī)制存在的爭(zhēng)論

國(guó)際上已有一些關(guān)于瘤胃酸中毒發(fā)生機(jī)制的研究報(bào)道，對(duì)瘤胃酸中毒發(fā)生提出3種學(xué)說(shuō)。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)同“乳酸中毒學(xué)說(shuō)”，有部分學(xué)者認(rèn)同“有機(jī)酸［主要是揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和乳酸］中毒學(xué)說(shuō)”，也有學(xué)者認(rèn)同“內(nèi)毒素和組織胺中毒學(xué)說(shuō)”。

1.1.1 有機(jī)酸中毒學(xué)說(shuō)

瘤胃有機(jī)酸積累中毒學(xué)說(shuō)認(rèn)為瘤胃酸中毒是由于動(dòng)物采食的大量可溶性碳水化合物在瘤胃內(nèi)代謝所產(chǎn)生的VFA濃度增加，導(dǎo)致瘤胃液pH大幅度下降所致，而不是由于瘤胃液中乳酸大量積累的緣故。瘤胃液pH高于5.5時(shí)，其間乳酸積累較少甚至沒(méi)有。因此，瘤胃液pH曾經(jīng)被認(rèn)為是診斷SARA的主要方法［6，8］。國(guó)際上普遍認(rèn)為:當(dāng)瘤胃液pH降低到5.2～5.6之間，并至少每天維持3 h以上時(shí)間，或者 pH低于5.8即發(fā)生SARA［9-10］。多數(shù)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，患有SARA的奶牛瘤胃乳酸濃度較低(＜5 mmol/L)，瘤胃液pH的下降主要是由VFA濃度的增加引起，乳酸并不是瘤胃液pH下降的主要因素［11-14］。大量研究表明，瘤胃液pH不是SARA的唯一可靠指標(biāo)［15-16］，而且由于瘤胃液pH會(huì)受到采樣方法、采樣時(shí)間和采樣部位的影響而有較大變化，近年來(lái)，國(guó)際學(xué)術(shù)界一直在探討新的、更為有效的指標(biāo)。

1.1.2 乳酸中毒學(xué)說(shuō)

有些學(xué)者認(rèn)為，瘤胃內(nèi)微生物紊亂，特別是乳酸產(chǎn)生菌與乳酸利用菌之間的菌群失調(diào)導(dǎo)致瘤胃內(nèi)乳酸積累是誘發(fā)瘤胃酸中毒的直接原因［6，17-18］。乳酸產(chǎn)生菌主要有溶纖維丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisovens)、牛鏈球菌(Streptococcus bovis)、乳酸桿菌(Lactobacillus)等;乳酸利用菌主要有反芻獸新月單胞菌(Selenomonus ruminantium)、埃氏巨形球菌(Megasphaera elsdenii)等。二者之間的平衡狀態(tài)決定了瘤胃中乳酸的積累程度，當(dāng)反芻動(dòng)物攝入大量可溶性碳水化合物后，幾乎所有瘤胃微生物均加速生長(zhǎng)。牛鏈球菌在誘發(fā)瘤胃急性酸中毒中至關(guān)重要，該菌在不同的pH條件下所代謝的產(chǎn)物不同，當(dāng)pH低于5.7時(shí)，則激活該菌的乳酸脫氫酶(LDH)活性，同時(shí)抑制其丙酮酸甲酸裂解酶(PFL)的活性，將以乳酸為代謝終產(chǎn)物［19］。當(dāng)pH高于6.0時(shí)，其快速繁殖的代謝產(chǎn)物是乳酸，而緩慢生長(zhǎng)則以產(chǎn)乙酸、甲酸和乙醇為主;因乳酸的電離常數(shù)(pKa，為3.9)遠(yuǎn)低于VFA(pKa為4.8)，所以瘤胃中乳酸對(duì)pH的貢獻(xiàn)大于VFA。同時(shí)，乳酸的產(chǎn)生有可能促進(jìn)VFA的吸收;大部分乳酸可被乳酸利用菌(反芻獸新月單胞菌和埃氏巨形球菌)代謝轉(zhuǎn)化為VFA，然而，當(dāng)瘤胃液pH低于5.0時(shí)乳酸利用菌受到抑制，乳酸的產(chǎn)量超出利用量而造成乳酸積累［20］?？梢?jiàn)，瘤胃中的乳酸和VFA之間有互作效應(yīng)。

1.1.3 內(nèi)毒素和組織胺中毒學(xué)說(shuō)

內(nèi)毒素和組織胺中毒學(xué)說(shuō)認(rèn)為當(dāng)飼糧中大量可發(fā)酵碳水化合物進(jìn)入瘤胃時(shí)使其內(nèi)環(huán)境發(fā)生劇變，瘤胃內(nèi)微生物區(qū)系發(fā)生改變，pH急劇下降，結(jié)果導(dǎo)致纖維素分解菌數(shù)量下降，革蘭氏陰性菌大量死亡崩解，釋放出大量?jī)?nèi)毒素和組胺并被吸收入血，肝臟和外周血液中的內(nèi)毒素水平升高，形成內(nèi)毒素血癥型酸中毒［8，21-22］。另有研究表明，當(dāng)發(fā)生酸中毒時(shí)，一方面，瘤胃內(nèi)的細(xì)菌內(nèi)毒素水平遠(yuǎn)高于正常時(shí)的水平;另一方面，胃壁黏膜發(fā)炎、損傷，肝臟受損，網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)對(duì)內(nèi)毒素的解毒能力受到破壞，致使內(nèi)毒素進(jìn)入血液，而導(dǎo)致微循環(huán)障礙而發(fā)生缺氧，從而使糖代謝過(guò)程沿著無(wú)氧酵解途徑進(jìn)行，結(jié)果形成大量乳酸，因此，乳酸和細(xì)菌內(nèi)毒素可能對(duì)瘤胃酸中毒的發(fā)生起到相輔相成的作用。另外，乳酸積累及pH的緩慢下降還可能促進(jìn)上皮釋放產(chǎn)生降解組織的金屬蛋白酶，這些金屬蛋白酶進(jìn)入血液還將導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)生蹄葉炎，出現(xiàn)跛行、甚而蹄甲脫落等征狀。瘤胃內(nèi)組胺的吸收不僅使全身組織胺含量上升，還可進(jìn)一步加重由乳酸中毒引起的瘤胃上皮細(xì)胞的損傷，是使酸中毒病情惡化的主要因素［23］。由SARA引起牛消化道黏膜和肝臟發(fā)生炎癥時(shí)，在肝臟門(mén)靜脈血和外周血中檢測(cè)到標(biāo)記物淀粉A(SAA)和結(jié)合珠蛋白(Hp)含量顯著增加［24-25］。

1.2 國(guó)際上對(duì)瘤胃酸中毒發(fā)生機(jī)制的營(yíng)養(yǎng)學(xué)解析

1.2.1 飼糧碳水化合物組成對(duì)瘤胃酸中毒發(fā)生的影響

正常情況下，瘤胃內(nèi)有機(jī)酸的產(chǎn)生和利用保持同步與平衡，中和酸度主要通過(guò)唾液分泌、瘤胃上皮吸收有機(jī)酸、瘤胃液外流稀釋和代謝的途徑來(lái)完成。SARA的發(fā)生與動(dòng)物飼糧的類(lèi)型及其碳水化合物組成有非常密切的關(guān)系。影響SARA的另一個(gè)重要因素是瘤胃的緩沖能力，瘤胃緩沖能力受內(nèi)源因素和飼糧因素2方面影響。內(nèi)源緩沖能力主要由動(dòng)物的唾液分泌量決定;飼糧緩沖能力主要由飼糧的中性洗滌纖維(NDF)水平和陰陽(yáng)離子差(DCAD)值決定。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在飼糧結(jié)構(gòu)，特別是碳水化合物類(lèi)型對(duì)瘤胃微生物代謝以及SARA的發(fā)生上進(jìn)行了大量研究，普遍認(rèn)為保持瘤胃微生物區(qū)系的穩(wěn)定是維持瘤胃健康的關(guān)鍵所在。不同類(lèi)型的碳水化合物飼料在瘤胃中的發(fā)酵速度不同，如可溶性糖、淀粉、半纖維素及纖維素被降解的時(shí)間分別為12～25 min、1.2～5 h、8～25 h、24 ～ 96 h［26］。即使是同類(lèi)型飼料其代謝的時(shí)間與方式也不盡一致，如小麥淀粉和馬鈴薯淀粉的降解速率分別為每小時(shí)34%和5%;軟粒小麥比硬粒小麥在瘤胃內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸少［27］?？梢?jiàn)，飼料中碳水化合物在瘤胃中的降解速度可改變瘤胃微生物區(qū)系，并對(duì)瘤胃微生物代謝途徑產(chǎn)生影響。飼糧中NDF水平在很大程度上影響瘤胃健康，同時(shí)飼料的物理與化學(xué)特性在很大程度上影響動(dòng)物的咀嚼與反芻時(shí)間，從而與SARA的發(fā)生 有 關(guān)。Mertens［28］提 出 了 物 理 有 效 纖 維(peNDF)的概念，將飼糧中纖維長(zhǎng)短與動(dòng)物咀嚼能力和反芻次數(shù)相聯(lián)系，peNDF水平太低或飼料顆粒太小也是引起瘤胃酸中毒的重要因素。飼糧中淀粉含量大于28%(干物質(zhì)基礎(chǔ))、精粗比例大于55%、飼糧纖維含量太低(如NDF小于25%和來(lái)源于粗飼料的NDF小于19%時(shí))均可引發(fā)瘤胃酸中毒。Plaizier［29］在綜述中提出飼糧中 peNDF水平低于12.5%(干物質(zhì)基礎(chǔ))時(shí)就會(huì)發(fā)生SARA。在NRC(2001)［30］奶牛營(yíng)養(yǎng)需要中提出用飼糧中非纖維性碳水化合物與中性洗滌纖維比例(NFC/NDF)作為評(píng)價(jià)奶牛飼糧中碳水化合物平衡的標(biāo)準(zhǔn)，并且要求奶牛飼糧中75%的NDF應(yīng)來(lái)源于粗飼料，飼糧中最高NFC水平不超出44%，以保證飼糧peNDF的充足供應(yīng)。在奶牛和肉牛的飼養(yǎng)實(shí)踐中，美國(guó)等許多發(fā)達(dá)國(guó)家在奶牛飼糧配制方法上推廣使用全混合日糧(TMR)，以保證飼糧中的peNDF水平，最大限度地預(yù)防SARA的發(fā)生。

1.2.2 瘤胃微生物菌群及其代謝變化對(duì)瘤胃酸中毒發(fā)生的影響

當(dāng)高精料飼糧誘發(fā)奶牛發(fā)生SARA時(shí)，其瘤胃微生物區(qū)系發(fā)生顯著變化，與飼喂常規(guī)飼糧奶牛相比，發(fā)生SARA的奶牛瘤胃液中牛鏈球菌和乳酸桿菌數(shù)量分別提高3.62%和4.65%，溶纖維丁酸弧菌和埃氏巨型球菌的數(shù)量分別降低1.14%和4.90%［31］。在高精料飼糧條件下奶牛發(fā)生SARA，同時(shí)發(fā)現(xiàn)由于高精料型碳水化合物結(jié)構(gòu)飼糧致使pH降低導(dǎo)致瘤胃菌群結(jié)構(gòu)失衡;瘤胃上皮乳頭出現(xiàn)腫大，角質(zhì)層脫落等異常狀態(tài)。硫胺素可通過(guò)抑制牛鏈球菌和乳酸桿菌等乳酸產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)埃氏巨型球菌的生長(zhǎng)而調(diào)節(jié)瘤胃菌群結(jié)構(gòu)的平衡而從根本上緩解瘤胃酸中毒。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，添加硫胺素可通過(guò)改善瘤胃發(fā)酵、調(diào)節(jié)瘤胃菌群結(jié)構(gòu)和瘤胃內(nèi)酸度平衡而緩解SARA;添加120 mg/kg的硫胺素具有促進(jìn)犢牛生長(zhǎng)發(fā)育和瘤胃上皮發(fā)育的作用［32］。因瘤胃中原蟲(chóng)能吞噬淀粉或吞噬細(xì)菌而使淀粉與產(chǎn)乳酸細(xì)菌分離，避免飼糧中淀粉被快速降解，纖毛原蟲(chóng)(如內(nèi)毛蟲(chóng))能較好地適應(yīng)高精料飼糧而在維持瘤胃液酸度平衡中發(fā)揮重要作用。

1.2.3 新方法和新技術(shù)在研究瘤胃酸中毒發(fā)生機(jī)制中的應(yīng)用

反芻動(dòng)物瘤胃微生物在對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行消化代謝時(shí)存在著復(fù)雜的共生、競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。不同種類(lèi)瘤胃微生物之間的互作在SARA發(fā)生過(guò)程中起重要作用，采用群體感應(yīng)(quorum-sensing，QS)技術(shù)可揭示微生物細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制［33］。目前，研究發(fā)現(xiàn)群體感應(yīng)在微生物毒素分泌、生物膜的形成和次級(jí)代謝產(chǎn)物的生成等生理生化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用［34-35］。至今，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種QS信號(hào)分子，其中研究較為深入的有N-酰基高絲氨酸內(nèi)酯(acyl-homoserine lactones，AHLs)、自誘導(dǎo)肽(AIPs)和自體誘導(dǎo)物-2(AI-2)3大類(lèi)。AHLs為群體感應(yīng)體系的基礎(chǔ)指標(biāo)，特別是在與動(dòng)物相聯(lián)系的革蘭氏陰性菌中廣泛存在。已有研究表明，瘤胃內(nèi)存在多種AHLs信號(hào)分子［36］，但是瘤胃微生物信號(hào)分子種類(lèi)及其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化代謝的調(diào)控作用鮮有研究報(bào)道。因此，可以預(yù)見(jiàn)AHLs信號(hào)分子是揭示瘤胃酸中毒機(jī)制的有效標(biāo)記物之一。

代謝組學(xué)(metabonomics)作為一種借助氫核磁共振(1H-NMR)和質(zhì)譜儀等高通量、高靈敏度、高精確度的現(xiàn)代分析技術(shù)，已發(fā)展成為研究解讀動(dòng)物和人體機(jī)體復(fù)雜代謝機(jī)制的有力工具。代謝組學(xué)一般是研究小分子代謝產(chǎn)物，主要包括定量檢測(cè)生物內(nèi)源性代謝產(chǎn)物，由此挖掘代謝產(chǎn)物的整體變化規(guī)律，并將這些變化規(guī)律與機(jī)體所發(fā)生的生物變化或過(guò)程相關(guān)聯(lián)以揭示其變化的本質(zhì)。其主要特征是高通量檢測(cè)和大規(guī)模計(jì)算，從生物系統(tǒng)全面綜合地機(jī)體的代謝變化規(guī)律。近年來(lái)，基于核磁共振和質(zhì)譜技術(shù)的代謝組學(xué)在奶牛中進(jìn)行大量研究，為揭示奶牛飼糧組成對(duì)奶牛生產(chǎn)性能和乳品質(zhì)的影響機(jī)理提供了新思路。研究重點(diǎn)集中在瘤胃代謝組［37-38］、牛奶代謝組［39-41］以及血液代謝組［42-43］的研究。Saleem 等［38］采用核磁共振(NMR)、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)、二級(jí)質(zhì)譜聯(lián)用(DFI-MS/MS)以及脂類(lèi)組學(xué)綜合技術(shù)對(duì)瘤胃瘺管采集的64份瘤胃液樣品進(jìn)行了分析，構(gòu)建了246種代謝小分子的瘤胃液代謝數(shù)據(jù)庫(kù)，并找到它們與飼糧類(lèi)型之間的關(guān)系。Sundekild等［44］對(duì)456頭丹麥荷斯坦奶牛和436頭娟姍牛的奶樣進(jìn)行了NMR組學(xué)分析，得到的代謝輪廓與牛奶中體細(xì)胞數(shù)之間呈強(qiáng)相關(guān)，在體細(xì)胞數(shù)較高的奶樣中發(fā)現(xiàn)乳酸、丙酸、丁酸、異亮氨酸、β-羥丁酸含量較高，而在體細(xì)胞數(shù)較低的奶樣中馬尿酸和延胡索酸含量較低。Forano等［45］用NMR技術(shù)研究了高纖維飼糧條件下瘤胃中琥珀酸絲狀桿菌對(duì)碳水化合物代謝的影響。Ametaj等［46］應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)代謝組學(xué)技術(shù)研究了飼喂不同比例谷物精料對(duì)奶牛瘤胃酸中毒的影響，進(jìn)一步探討瘤胃微生物代謝產(chǎn)物參與宿主的代謝過(guò)程及其對(duì)宿主健康和疾病的作用?？梢?jiàn)，SARA是機(jī)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)失衡導(dǎo)致體內(nèi)正常的代謝平衡失調(diào)的結(jié)果，用某些單一的代謝產(chǎn)物作為研究對(duì)象往往不能全面反映整體代謝過(guò)程。運(yùn)用代謝組學(xué)技術(shù)來(lái)研究瘤胃酸中毒問(wèn)題，可以從代謝水平上研究營(yíng)養(yǎng)素與瘤胃微生物的相互作用和SARA的發(fā)生、發(fā)展及其對(duì)機(jī)體整體代謝的影響。

2 瘤胃酸中毒的預(yù)防措施

2.1 科學(xué)合理的飼養(yǎng)管理

飼養(yǎng)管理不當(dāng)譬如動(dòng)物饑餓后自由采食、突然改變飼糧、飼養(yǎng)制度不合理、改變飼糧缺乏適應(yīng)期均易引發(fā)瘤胃酸中毒。維持瘤胃內(nèi)pH和微生物區(qū)系穩(wěn)定是預(yù)防瘤胃酸中毒的最有效途徑。飼喂次數(shù)及每次飼喂量是控制SARA的重要措施。Allen［47］認(rèn)為，在飼喂后瘤胃液pH降低，且降低程度隨飼喂量的增加和飼糧NDF水平的降低而增加。飼喂TMR可避免動(dòng)物一次性采食大量谷物，因此較單獨(dú)飼喂某種飼糧成分或營(yíng)養(yǎng)不平衡飼糧能降低患SARA的風(fēng)險(xiǎn)。飼喂TMR還可嚴(yán)格控制動(dòng)物實(shí)際采食的精粗比。

2.2 合理設(shè)計(jì)飼糧碳水化合物組成

瘤胃酸中毒主要是由于突然采食過(guò)量的極易發(fā)酵的碳水化合物飼料而引起的。因此，選擇適當(dāng)?shù)墓任镲暳蠈?duì)預(yù)防瘤胃酸中毒有積極的意義。通過(guò)合理的配制飼糧，可以提高瘤胃的緩沖能力，有利于預(yù)防SARA。對(duì)反芻動(dòng)物飼糧中能量和纖維成分進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，飼糧NDF水平與瘤胃有效容積正相關(guān)，與飼糧能量水平負(fù)相關(guān)，在配制飼糧時(shí)應(yīng)控制NDF占TMR的百分比。NRC(2001)［30］推薦采用飼糧NDF最低水平為25%，其中至少75%來(lái)自長(zhǎng)且粗糙的飼草，從而有足夠的纖維以刺激咀嚼、反芻和唾液的產(chǎn)生，有助于瘤胃微生物的發(fā)育。通常，以每天保證供給奶牛4～5 kg優(yōu)質(zhì)青干草為宜。青貯玉米是反芻動(dòng)物中常用的粗飼料，然而飼喂大量青貯玉米比飼喂干草會(huì)增加患SARA的可能性。因此，在生產(chǎn)中要控制青貯玉米在飼糧中的比例。預(yù)防瘤胃酸中毒應(yīng)控制飼糧中NFC的水平和種類(lèi)。飼糧中的NFC包括有機(jī)酸、糖類(lèi)、淀粉以及可溶性纖維。Hall等［48］提出，在滿(mǎn)足有效纖維需要量時(shí)，NFC以干物質(zhì)為基礎(chǔ)的最佳組成為:糖類(lèi)0.5%，可溶性纖維10%，淀粉20%。不同加工處理方法影響飼糧中碳水化合物的發(fā)酵程度及發(fā)酵速率，也影響飼糧最佳NFC水平。Mertens［28］推薦使用peNDF控制飼糧纖維水平。泌乳奶牛飼糧peNDF水平不能低于15%(干物質(zhì)基礎(chǔ))，肉牛飼糧中的peNDF水平不能低于 19%(干物質(zhì)基礎(chǔ))［2］。

2.3 使用益生菌

直接飼喂微生物能夠有效控制SARA的發(fā)生。使用乳酸菌能有效預(yù)防瘤胃乳酸的積累而造成的瘤胃內(nèi)pH升高。然而，直接接種乳酸菌產(chǎn)生的效果可能不同。雖然直接接種乳酸菌會(huì)促進(jìn)乳酸利用，但是長(zhǎng)期添加的效果不太理想，因?yàn)槿樗峋诹鑫竷?nèi)存活的時(shí)間太短，不能產(chǎn)生長(zhǎng)期的效果［5］。

2.4 利用緩沖劑

酸中毒是瘤胃中有機(jī)酸積累過(guò)多造成的，因此在飼糧中添加一定量的緩沖物質(zhì)則能夠起到穩(wěn)定pH作用。目前，最常用的措施是在飼糧中直接添加碳酸鹽等緩沖劑。可通過(guò)提高瘤胃液的流速、中和瘤胃產(chǎn)生的部分有機(jī)酸或者2方面結(jié)合來(lái)發(fā)揮緩沖效應(yīng)，達(dá)到阻止瘤胃中有機(jī)酸的積累，預(yù)防瘤胃酸中毒的目的。生產(chǎn)中以碳酸氫鈉和氧化鎂混合緩沖劑最常用。碳酸氫鈉的推薦用量:占飼糧干物質(zhì)總量的0.6% ～1.0%(每頭100～230 g/d);氧化鎂的推薦用量:占飼糧干物質(zhì)總量的0.3%。用兩者的混合物時(shí)2～3份碳酸氫鈉與1份氧化鎂混合，其添加量占飼糧干物質(zhì)總量的0.6%～0.8%或占精料干物質(zhì)總量的0.8% ～1.2%。盡管添加緩沖劑在緩解瘤胃酸中毒方面發(fā)揮了一定作用，但是，長(zhǎng)期在飼糧中添加使用會(huì)影響到機(jī)體酸堿平衡和陰陽(yáng)離子平衡而有負(fù)面效應(yīng)。

2.5 調(diào)控瘤胃內(nèi)有機(jī)酸的產(chǎn)生和利用

2.5.1 飼糧中添加離子載體類(lèi)抗生素

飼糧中添加抗生素能有效抑制產(chǎn)乳酸菌的生長(zhǎng)，從而控制乳酸的產(chǎn)量［5］。離子載體類(lèi)抗生素(拉沙里菌素和莫能菌素)的使用證明抗生素能有效防止瘤胃酸中毒。莫能菌素(又稱(chēng)瘤胃素)是目前反芻動(dòng)物肥育過(guò)程中使用最廣泛的一種離子類(lèi)載體抗生素。大量研究表明，它能有效降低甲烷的產(chǎn)生量、乙酸與丙酸比例，還能抑制瘤胃內(nèi)牛鏈球菌的活動(dòng)，減少乳酸的產(chǎn)生量來(lái)提高瘤胃液pH，減少了瘤胃酸中毒的發(fā)生。在瘤胃內(nèi)接種乳酸利用菌(埃氏巨型球菌)可提高瘤胃內(nèi)乳酸利用率，并能與牛鏈球菌競(jìng)爭(zhēng)性爭(zhēng)奪葡萄糖、麥芽糖等底物，抑制牛鏈球菌的生長(zhǎng)。實(shí)際生產(chǎn)中，精料中添加30 mg/kg莫能菌素可降低瘤胃酸中毒的發(fā)病率。然而，許多國(guó)家已經(jīng)禁止將抗生素作為飼料添加劑，并且消費(fèi)者普遍對(duì)飼糧中添加抗生素的動(dòng)物產(chǎn)品有質(zhì)疑。所以尋找替代抗生素的改善瘤胃發(fā)酵的物質(zhì)已經(jīng)成為近年的研究熱點(diǎn)。

2.5.2 瘤胃接種乳酸利用菌

埃氏巨型球菌(Megasphaera elsdenii)可與牛鏈球菌競(jìng)爭(zhēng)性爭(zhēng)奪葡萄糖、麥芽糖等底物，抑制牛鏈球菌的生長(zhǎng)。因此，一些研究表明，瘤胃內(nèi)接種該菌具有減輕瘤胃酸中毒的效果。Robinson等［49］向瘤胃接種2×1012～3×1012個(gè)埃氏巨型球菌407A，瘤胃中乳酸濃度顯著下降，pH升高，瘤胃酸中毒減輕。Hibbard等［50］報(bào)道，飼糧中精料水平從50%陡增至90%時(shí)，肥育牛換料前經(jīng)口腔灌注埃氏巨型球菌，能顯著提高采食量，減輕瘤胃酸中毒的發(fā)生。

2.5.3 飼糧中添加有機(jī)酸

反芻獸新月單胞菌是能有效利用乳酸的細(xì)菌，飼糧中添加有機(jī)酸，可使反芻獸新月單胞菌的生長(zhǎng)速度和利用乳酸的能力均有不同程度的提高。電子受體可促進(jìn)該菌利用乳酸的的能力。蘋(píng)果酸、延胡索酸和琥珀酸等是瘤胃內(nèi)重要的電子受體，是瘤胃微生物發(fā)酵生成丙酸的中間產(chǎn)物。丙酸的生成有多種途徑:當(dāng)反芻獸新月型單胞菌利用乳酸發(fā)酵時(shí)，通過(guò)琥珀酸脫羧基途徑產(chǎn)生丙酸，這是乳酸發(fā)酵的主要途徑。延胡索酸和蘋(píng)果酸及其酸鹽可促進(jìn)反芻獸新月型單胞菌等對(duì)乳酸的發(fā)酵，在瘤胃內(nèi)乳酸鹽的代謝和丙酸鹽的合成中起著至關(guān)重要的作用。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，添加蘋(píng)果酸和延胡索酸不僅能有效地促進(jìn)反芻獸新月單胞菌利用乳酸的能力，使VFA產(chǎn)生量下降，同時(shí)增加了發(fā)酵終產(chǎn)物二氧化碳的濃度［51-53］。與抗生素相反，蘋(píng)果酸等有機(jī)酸是通過(guò)促進(jìn)而不是抑制瘤胃微生物的生長(zhǎng)而減少SARA的發(fā)生，同時(shí)它們作為代謝途徑的中間產(chǎn)物，可被微生物或其他生化反應(yīng)所代謝利用，無(wú)殘留，不存在微生物耐藥性選擇、病原體抗藥性轉(zhuǎn)移和藥物殘留等問(wèn)題。因此，有機(jī)酸是調(diào)控瘤胃乳酸發(fā)酵和抑制瘤胃酸中毒發(fā)生中有應(yīng)用潛力的調(diào)控劑。

2.6 飼糧中添加硫胺素

瘤胃酸中毒發(fā)生可使瘤胃及血液中組胺、內(nèi)毒素和硫胺素酶水平增加。添加硫胺素可能起到調(diào)控作用而緩解瘤胃酸中毒。硫胺素調(diào)控瘤胃酸中毒的機(jī)制是促進(jìn)酸利用菌及硫胺素合成菌的生長(zhǎng)，抑制乳酸產(chǎn)生菌及淀粉分解菌的繁殖，促使瘤胃微生態(tài)恢復(fù)平衡。董淑紅等［54］研究表明，誘導(dǎo)山羊發(fā)生SARA后，飼糧中添加硫胺素組硫胺素酶活均顯著低于未添加組，且硫胺素酶活性比對(duì)照組顯著降低;同時(shí)，添加硫胺素組的組胺水平顯著或極顯著低于不添加硫胺素組;此外，硫胺素也可降低瘤胃液和血液中內(nèi)毒素水平。潘曉花等［32］研究發(fā)現(xiàn)添加硫胺素可通過(guò)改善瘤胃發(fā)酵、調(diào)節(jié)瘤胃菌群結(jié)構(gòu)和瘤胃內(nèi)pH平衡而緩解SARA;添加120 mg/kg的硫胺素具有促進(jìn)犢牛生長(zhǎng)發(fā)育和瘤胃上皮發(fā)育的作用。

2.7 接種疫苗

牛鏈球菌和乳酸菌是瘤胃酸中毒的主要誘發(fā)菌，接種二者的疫苗則可刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體，從而減少乳酸的產(chǎn)量和瘤胃酸中毒的發(fā)生。是生產(chǎn)中預(yù)防瘤胃酸中毒的有效途徑之一。Shu等［55］報(bào)道，給牛接種牛鏈球菌5(S.bovis-5)和乳酸桿菌27(LB-27)疫苗后，其唾液中抗牛鏈球菌和抗乳酸桿菌免疫球蛋白G水平顯著增加，瘤胃液中乳酸濃度、牛鏈球菌和乳酸桿菌數(shù)量都降低，從而降低了瘤胃酸中毒發(fā)生的危險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)S.bovis-5活苗和滅活苗免疫的羊，其采食量和瘤胃液pH也都顯著提高，而L-乳酸濃度卻有顯著降低。

3 小結(jié)

迄今為止，國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)瘤胃酸中毒發(fā)生的機(jī)制仍不十分清楚，究竟是乳酸、有機(jī)酸、內(nèi)毒素等單種因素作用的結(jié)果?還是這些因素綜合作用的結(jié)果?其作用途徑是什么?還有待于進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究。由于技術(shù)手段所限，國(guó)內(nèi)外關(guān)于飼糧因素引發(fā)瘤胃酸中毒的研究大多數(shù)集中于瘤胃單一代謝產(chǎn)物(如乳酸、短鏈脂肪酸、內(nèi)毒素等)的研究，而對(duì)于不同飼糧條件下誘發(fā)瘤胃發(fā)生酸中毒的瘤胃和機(jī)體綜合代謝特性以及不同代謝產(chǎn)物之間的內(nèi)在聯(lián)系缺乏研究。目前多數(shù)牛場(chǎng)缺乏準(zhǔn)確診斷SARA的方法，這就增加了預(yù)防SARA發(fā)生的難度，必將造成牛場(chǎng)更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，進(jìn)一步確定SARA發(fā)生早期特有的臨床表現(xiàn)會(huì)對(duì)SARA的預(yù)防提供有效的幫助。國(guó)際上有關(guān)瘤胃酸中毒的發(fā)病機(jī)理有大量研究報(bào)道。大多數(shù)研究者以飼糧精粗比作為飼糧區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，而精粗比只適合在生產(chǎn)上作為衡量飼養(yǎng)水平的粗線條標(biāo)準(zhǔn)，作為研究使用，有不能精確區(qū)分的弊病。SARA的實(shí)質(zhì)由飼糧纖維結(jié)構(gòu)(NFC/NDF或peNDF水平)不合理而引起瘤胃微生物代謝紊亂，進(jìn)而引起瘤胃代謝產(chǎn)物積累和異常(包括正常產(chǎn)物有機(jī)酸和異常代謝產(chǎn)物內(nèi)毒素和組胺等)等綜合因素引起的。因此，不能用單一指標(biāo)作為研究對(duì)象，需要采用系統(tǒng)科學(xué)思維和綜合的技術(shù)，從瘤胃微生物消化代謝、瘤胃代謝產(chǎn)物組成平衡和清除以及內(nèi)毒素影響等方面闡明其發(fā)生和發(fā)展的機(jī)制。運(yùn)用營(yíng)養(yǎng)代謝組學(xué)技術(shù)能測(cè)定與動(dòng)物機(jī)體有關(guān)的整套低分子質(zhì)量代謝產(chǎn)物、體液與組織的代謝圖譜，可作為檢測(cè)生理或營(yíng)養(yǎng)代謝病的重要指標(biāo)，以動(dòng)物體內(nèi)某些小分子代謝產(chǎn)物為研究對(duì)象，從而研究外源物質(zhì)對(duì)機(jī)體所產(chǎn)生的小分子代謝物產(chǎn)物特征及其對(duì)動(dòng)物機(jī)體所產(chǎn)生的整體性效應(yīng)，這對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)知、解讀該病發(fā)生機(jī)理和發(fā)展趨勢(shì)以及在生產(chǎn)中進(jìn)行有效預(yù)防和調(diào)控具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

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