豬胃潰瘍的發(fā)生機制及酸化劑對其的影響

張麗娜，胡友軍，孫丹丹，徐素彬，趙曉南，高增兵

（廣東酸動力生物科技有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

胃潰瘍是養(yǎng)豬生產(chǎn)中十分常見的疾病。 據(jù)統(tǒng)計，育肥豬胃潰瘍發(fā)病率20%～79%，母豬胃潰瘍檢出率達21%～50%［1-4］。 迄今為止，豬胃潰瘍的發(fā)病機理尚未完全明晰。 受傳統(tǒng)“無酸無潰瘍”觀念的影響， 在酸化劑普遍應(yīng)用于飼料端和養(yǎng)殖端的今天，人們較為關(guān)注酸化劑是否影響豬胃的健康、是否促進了胃潰瘍的發(fā)生。 筆者根據(jù)近年來豬胃潰瘍研究的文獻，從豬胃黏膜的結(jié)構(gòu)、胃酸、胃蛋白酶和膽汁等角度闡述胃潰瘍的發(fā)生機制， 并對酸化劑是否加劇胃潰瘍的發(fā)生等進行綜述， 以期為酸化劑的合理應(yīng)用提供參考。

1 豬胃黏膜層的結(jié)構(gòu)

豬胃黏膜上皮根據(jù)細(xì)胞類型的不同分為無腺區(qū)和有腺區(qū)，有腺區(qū)細(xì)分為賁門腺區(qū)、胃底腺區(qū)和幽門腺區(qū)［5］。 無腺區(qū)位于食管括約肌下和胃賁門區(qū)連接處，成年豬的無腺區(qū)半徑為3～5 cm，占胃總面積5%［6-7］。 無腺區(qū)最內(nèi)層由復(fù)層扁平上皮組成，黏膜呈白色，無腺體，無分泌功能［8］，與食管黏膜上皮結(jié)構(gòu)相似，是豬消化道潰瘍最頻發(fā)的部位［1］。 豬胃賁門腺區(qū)面積較大，占比1/3～1/2，包括胃憩室、胃底和胃體上部，黏膜薄、淡灰色，內(nèi)有賁門腺，主要分泌黏液和碳酸氫鹽，無泌酸功能。胃底腺區(qū)位于胃體中下部，但不達胃小彎，黏膜較厚，棕紅色，有皺褶和胃小凹，內(nèi)含胃底腺。胃底腺區(qū)有3 種不同類型的細(xì)胞：頸細(xì)胞、主細(xì)胞和壁細(xì)胞。 頸細(xì)胞存于腺體的頸部，分泌黏液和碳酸氫鹽，可作為儲存細(xì)胞替代表面的上皮細(xì)胞； 主細(xì)胞分泌胃蛋白酶原；壁細(xì)胞分泌氫離子和氯離子等。幽門腺區(qū)位于胃的幽門部位，黏膜薄，灰白色，內(nèi)有幽門腺，主要分泌黏液和碳酸氫鹽［1，7-8］。 但與人胃黏膜結(jié)構(gòu)相比，存在2 處明顯差異：第一，人胃為單室腺胃（沒有無腺區(qū)）；第二，人胃絕大部分為胃底腺區(qū)，幽門腺區(qū)和賁門腺區(qū)占比較?。?］。 人和豬胃的生理結(jié)構(gòu)異同導(dǎo)致胃潰瘍的發(fā)病機制存在相似性與差異。

2 豬胃潰瘍發(fā)生機制

胃潰瘍是指胃黏膜表面組織的局限性缺損、潰爛，主要發(fā)生在50 kg 以上的育肥豬、妊娠后期和哺乳早期， 成年公豬、 哺乳后期母豬及不到50 kg的仔豬極少出現(xiàn)整群發(fā)?。?0］。 豬胃潰瘍發(fā)生機制與人類似，是損害因素和防御因素的失衡，損害因素大于防御因素，根本原因是黏膜屏障的損害［11］。胃的損害因素有胃酸和胃蛋白酶、非甾體類藥物、膽鹽、病原菌等。 防御因素有黏液屏障（包括碳酸氫鹽）、細(xì)胞再生、黏膜血流等。 飼料細(xì)度、飼喂程序、限食等因素導(dǎo)致的胃潰瘍，深層次的原因是胃酸、胃蛋白酶和反流的膽汁。

2.1 胃酸和胃蛋白酶導(dǎo)致胃潰瘍的機制

胃酸對胃上皮細(xì)胞的損傷分子機制尚不清晰，可能是無緩沖情況下，H+順著電化學(xué)梯度，進入細(xì)胞內(nèi)部，引起細(xì)胞器氧化損傷［12］，影響其功能的表達。 質(zhì)子在細(xì)胞內(nèi)聚集，啟動離子泵排出H+，影響Na+的轉(zhuǎn)運［13］。大量Na+滯留在細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞吸水膨脹，導(dǎo)致細(xì)胞浸潤，甚至死亡［14］，從而生成潰瘍。 胃蛋白酶可直接作用于上皮細(xì)胞的糖蛋白，使細(xì)胞損傷、死亡。 但豬胃有腺區(qū)具有完善的防護機制，而無腺區(qū)防護機制相對薄弱，故易發(fā)生潰瘍。

2.1.1 有腺區(qū)潰瘍的發(fā)生機制胃酸和胃蛋白酶由有腺區(qū)胃底腺區(qū)分泌， 有腺區(qū)進化出更為完善的防御胃酸和胃蛋白酶侵蝕的防御體系， 黏液屏障至關(guān)重要。豬胃有腺區(qū)均可分泌黏液，黏液緊貼胃上皮，鑷子不易完整剝離［7］，含有黏液蛋白和碳酸氫鹽。黏液蛋白是高分子量的糖蛋白，通過硫化物鍵形成約500 Da 單位的聚合體［15］，讓黏液變得黏稠。黏稠的黏液層對溶質(zhì)的擴散具有阻擋作用，且隨著分子的增大擴散速度降低［16-17］，胃蛋白酶透過黏液層需耗費數(shù)小時（體外）［16，18］。 該糖蛋白是獨特的絲氨酸和蘇氨酸串聯(lián)重復(fù)序列， 以糖苷鍵連接在糖側(cè)鏈上， 這些特殊的鍵賦予糖蛋白強度，一定程度上可抵抗蛋白酶的酶解［15］。但在體外pH 值1.0 下，2 mg/mL 胃蛋白酶作用2 h 可使連續(xù)的黏液層間斷。不過，正常生理條件下存在調(diào)節(jié)機制，可持續(xù)分泌黏液蛋白，故黏液層可抵抗胃蛋白酶的侵蝕［19］。

另一方面， 黏液和黏液內(nèi)的碳酸氫鹽形成黏液層的pH 值梯度，黏液層近胃腔側(cè)呈酸性，pH 值約2.0，而近黏膜細(xì)胞側(cè)呈中性，pH 值約7.0。 黏液靠近管腔端更為濃稠，可顯著減慢H+在黏液層中的擴散速度，當(dāng)胃腔內(nèi)的H+通過黏液層向黏膜細(xì)胞方向擴散時，其移動速度明顯減慢［18］，并不斷與從黏液層近黏膜細(xì)胞側(cè)向胃腔擴散的HCO3-發(fā)生中和，生成CO2和H2O。 當(dāng)胃腔內(nèi)胃酸含量提高，碳酸氫鹽的分泌量增加［20］，但這個調(diào)節(jié)機制尚不清晰。在這些機制的作用下，黏液層可保護胃有腺區(qū)黏膜上皮不被胃蛋白酶消化和大量酸分子侵蝕，被稱為黏液屏障，是胃黏膜屏障組成之一。 即使在鹽酸和胃蛋白酶分泌加快時， 正常的黏液屏障也能夠保護胃上皮細(xì)胞免受胃酸和胃蛋白酶的侵襲。

即使黏液屏障受損，胃上皮細(xì)胞暴露于胃酸和胃蛋白酶下，也具有自我保護機制。 胃黏膜的疏水性和緊密連接，阻止質(zhì)子向胃黏膜反滲［21-22］，阻止鈉離子由漿膜面向黏膜及胃腔內(nèi)彌散［23-24］。 胃黏膜頂膜細(xì)胞具有一定抵抗低pH 值能力［25-26］，在pH值2.0 下4 h 無損傷［26］，即使受損后也會快速修復(fù)或更新［27］。

在正常生理條件下， 胃酸和胃蛋白酶的分泌加快，胃黏膜屏障依舊可以保護胃上皮細(xì)胞。但當(dāng)碳酸氫根或黏液的分泌受到限制， 黏液屏障受到影響， 酸和胃蛋白酶對胃上皮細(xì)胞的持續(xù)作用將引起胃潰瘍。 腎上腺素受體激動劑、 非甾體類藥物， 或長時間應(yīng)激導(dǎo)致垂體腎上腺軸分泌的腎上腺素等因素均易抑制碳酸氫鹽分泌。

2.1.2 無腺區(qū)潰瘍的發(fā)生機制豬胃無腺區(qū)無黏液層，可能的保護機制為其上皮細(xì)胞的高電阻，電阻2 000～3 000 Ω·cm2，遠(yuǎn)高于賁門腺區(qū)［28-30］。電阻在一定條件下，可阻礙氫離子滲透進入上皮細(xì)胞。在正常情況下，豬胃近端（即無腺區(qū)和賁門腺區(qū)）和遠(yuǎn)端(即胃底和幽門腺區(qū)）之間沒有腔內(nèi)內(nèi)容物的混合，因唾液和賁門腺分泌的碳酸氫鹽，豬近端pH 值在5.0 左右，遠(yuǎn)端胃腔內(nèi)pH 值較低（pH 值2～3）［10，31-34］。 胃蛋白酶原主要在豬胃底腺區(qū)分泌，故在豬胃近端和遠(yuǎn)端也形成胃蛋白酶含量的梯度［33-34］。 也有研究發(fā)現(xiàn)， 胃的近端和遠(yuǎn)端無明顯pH 值梯度，有明顯的胃蛋白酶濃度梯度［35］。 但當(dāng)飼料粒度過細(xì)、 禁食等導(dǎo)致食物流動性增強的情況下，胃腔內(nèi)pH 值和胃蛋白酶梯度被破壞，低pH值和胃蛋白酶出現(xiàn)在胃無腺區(qū)［32-33，35-36］。 無腺區(qū)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)與食管相似，受損食管修復(fù)需要30 d，黏膜下層受損，則恢復(fù)時間長達120 d［37-38］。 豬胃無腺區(qū)無分泌功能，無黏液層和碳酸氫鹽保護，在鹽酸和蛋白酶的作用下，引起鱗狀上皮細(xì)胞受損，損傷的上皮修復(fù)緩慢，從而導(dǎo)致潰瘍。

2.2 膽鹽導(dǎo)致胃潰瘍機制

正常情況下， 膽鹽由肝臟分泌， 貯存在膽囊中，沿膽管進入十二指腸，胃內(nèi)不出現(xiàn)膽鹽。 但在一些因素的作用下，十二指腸膽鹽反流進入胃，返流的膽鹽在胃低pH 值條件下，變?yōu)槟懼帷?未解離的物質(zhì)比解離物質(zhì)更易穿透細(xì)胞膜，從而引起黏膜上皮細(xì)胞損傷。 以豬的鱗狀上皮組織為模型發(fā)現(xiàn)，在pH 值＜4.0 時，結(jié)合型膽鹽濃度≥1 mmol/L引起顯著的損傷，且呈現(xiàn)劑量依賴性。而膽鹽濃度1～3 mmol/L 或低pH 值單獨存在下，僅引起輕微組織損傷［39］。在小鼠上也有類似的發(fā)現(xiàn)，在pH 值1.0時，胃黏膜輕微損傷。0.1 mmol/L ?；悄懰猁}在pH值1.0 下2 min 引起損傷，pH 值3.0、5.0、7.0 時則無影響。 甘氨鵝去氧膽酸在pH 值1.0 和3.0 時均引起胃黏膜上皮損傷， 在pH 值5.0、7.0 時則無影響［40］。 牛磺膽酸鹽的pKa 約為1.8，甘氨酸去氧膽酸的pKa 約為4.2［41］，這也佐證了，非電離狀態(tài)的膽汁酸比電離的膽鹽更易透過細(xì)胞膜， 引起黏膜細(xì)胞損傷。 豬膽汁酸主要為?；撬峤Y(jié)合型膽汁酸和甘氨酸結(jié)合型膽汁酸， 甘氨酸結(jié)合型膽汁酸占比一半以上［42］。 ?；撬峤Y(jié)合型膽汁酸pKa 為1.85～1.95，甘氨酸結(jié)合型膽汁酸pKa 為3.95～4.34［41］。因此，豬十二指腸膽汁反流易造成黏膜損傷，且對有腺區(qū)和無腺區(qū)均形成損傷。 有研究表明，禁食、粉料過細(xì)等均可引起膽汁反流。

3 酸化劑對豬胃的影響

在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，酸化劑因其促生長、替抗作用被廣泛使用。 其中包括應(yīng)用于飲水的液體酸和應(yīng)用于飼料的固體酸化劑。由于飼料的緩沖力較大，酸化劑對其整體的pH 值影響不大。但飲水或液體飼料中添加酸化劑，pH 值可控制在3.0～4.0。

3.1 飲水中添加液體酸對豬胃的影響

畜牧生產(chǎn)中常見的致病菌不適宜在pH 值低于4.0 的條件下生存，多種病毒在低pH 值下被快速滅活， 如非洲豬瘟病毒在pH 值3.9 降至pH 值3.4 時，病毒穩(wěn)定性急劇下降，處理1 h 后幾乎全部滅活［43］。在生產(chǎn)實踐中，為了控制水中致病菌和病毒， 通過添加液體酸將水的pH 值控制在3.0～3.9。 但低pH 值是否影響豬上消化道的健康，有關(guān)低pH 值飲水對豬胃內(nèi)胃酸和胃蛋白酶梯度、膽汁酸反流等方面的影響研究報道不多。 而在人類食品中， 有關(guān)低pH 值飲料如碳酸類飲料、 果汁等（pH 值在2.45～3.98［44］）對消化道的影響則多有研究。 Laudano［45］以大鼠為模型，評估20 種不同pH值的飲料對胃的急性損傷，發(fā)現(xiàn)飲料的pH 值和胃損傷面積百分比、 病變程度均無顯著相關(guān)性；但pH 值最低的物質(zhì)（Coca-Cola，pH 值2.70）肉眼可見的胃病變百分比最高；河水（pH 值6.64）和碳酸礦泉水（pH 值5.00）對胃的損害程度比酸性飲料（如雪碧，pH 值4.10）更嚴(yán)重。 該研究是在處理2 h后單點對胃黏膜進行病變評估， 無法檢測后續(xù)是否修復(fù)損傷。 結(jié)合胃上皮細(xì)胞的快速更替和修復(fù)機制， 該研究中觀察到的病變只是暫時性的［45］。Kapicioglu 等［46-48］進行了系列試驗，發(fā)現(xiàn)可樂（pH值2.6）對口腔（大鼠）、食管（大鼠）、胃黏膜（人）無病理損傷，可促進口腔和食管黏膜細(xì)胞的增殖，但對胃黏膜細(xì)胞增殖具有一定抑制作用。De Oliveira等［49］給大鼠自由飲用可樂（pH 值2.50），與對照組的食管比較， 均未出現(xiàn)細(xì)胞浸潤和炎癥現(xiàn)象。Kapicioglu 等［50］給 大 鼠 灌 胃0.15 mol/L HCl，胃 黏膜無病變。 Jimenez 等［51］研究食管上皮細(xì)胞在酸環(huán)境下的活力，發(fā)現(xiàn)離體兔食管上皮細(xì)胞在pH 值＞2.00 下具有一定的抗性， 但暴露于pH 值3.00 下大于30 min 后，細(xì)胞仍舊死亡，而實際中食糜或酸化水通過食管速度較快，遠(yuǎn)低于30 min，不能完全代表體內(nèi)情況。黏膜電位差反映了胃黏膜功能，胃黏膜的破壞會導(dǎo)致胃電位差減少。 Rubinstein等［52］研究表明，可樂（pH 值2.9）和稀釋鹽酸對胃黏膜電位差的變化與飲用生理鹽水一致， 這說明低pH 值飲料不會影響胃黏膜的功能。豬胃潰瘍易發(fā)生在無腺區(qū)，無腺區(qū)的黏膜結(jié)構(gòu)與食管相似，食糜通過速度較快，不具備貯存食糜的功能。大鼠胃黏膜結(jié)構(gòu)與豬類似，存在無腺區(qū)，且占比相對更大［53］。 以大鼠的胃或者動物的食管為模型一定程度上可預(yù)測低pH 值對豬胃無腺區(qū)或者豬胃的影響。 綜合可見，低pH 值飲水對豬胃黏膜上皮的完整性和功能無明顯的負(fù)面影響。

3.2 日糧中添加酸化劑對豬胃的影響

日糧中添加酸化劑可降低日糧的系酸力，降低胃內(nèi)pH 值，但降低幅度較小，約為0.5［54］，對豬胃有腺區(qū)影響不大。 但日糧中添加酸化劑是否引起膽汁反流和pH 值梯度的破壞， 尚未有研究報道。 有關(guān)添加酸化劑對胃潰瘍影響的報道相對較多。 研究報道中，根據(jù)對正常上皮、角化程度、糜爛、潰爛、傷疤等觀測，進行評分。 Overland 等［55］在育肥豬日糧中添加0、0.6%、1.2%二甲酸鉀， 取豬胃進行評分，分?jǐn)?shù)大于5 視為潰瘍。發(fā)現(xiàn)各處理組間胃部平均評分分別為2.8、2.7 和2.5， 處理組間無顯著差異。 Canibe 等［56］在斷奶仔豬日糧中添加1.8%二甲酸鉀對胃部形態(tài)無明顯損傷。 對苯甲酸的安全性評估中發(fā)現(xiàn)添加1%苯甲酸組的仔豬胃部潰瘍、糜爛、角質(zhì)化發(fā)生率高于其他組［57］，在妊娠、后備、泌乳期的母豬上添加1%和2%苯甲酸也發(fā)現(xiàn)胃部病變， 但樣本較少［58］。 而2011 年歐洲EFSA 的修正申明表明，1%苯甲酸添加量不引起仔豬胃部病變［59］。 同樣，在2015 年的安全性評價報告顯示，后備、妊娠、泌乳母豬中添加1%苯甲酸是安全的［60］。 此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，部分酸化劑可改善胃部屏障功能。 在新生仔豬牛奶中添加丁酸鈉（3 g/100 g，以干物質(zhì)計）可有效提高仔豬胃黏膜和肌層厚度［61］。與之類似，在仔豬日糧中添加丁酸（3 g/100 g，以干物質(zhì)計）可提高斷奶前后仔豬胃黏膜厚度，但對肌層無顯著影響［62］。 由此可見，在安全劑量范圍內(nèi)飼料中添加酸化劑是不會對胃部構(gòu)成損傷的，有些酸還可促進胃黏膜上皮的增殖。

4 小結(jié)

豬胃無腺區(qū)不分泌黏液和碳酸氫鹽， 故潰瘍最易頻發(fā)。潰瘍發(fā)生的主要機制是飼料粉料過細(xì)、禁食、 飼喂不規(guī)律等導(dǎo)致的胃酸和胃蛋白酶梯度破壞、膽汁反流。在飲水中添加液體酸和飼料中添加酸化劑均不引起胃內(nèi)pH 值和胃蛋白酶梯度變化及膽汁反流。 但飼料中超量添加酸化劑可能會引起胃部潰瘍，這方面還需進一步研究。單酸種類繁多，功能各異，不同酸化劑作用機理、理化性質(zhì)等不同， 不同階段的豬胃上皮細(xì)胞更新速度及能力也不同。 因此，在生產(chǎn)實踐中，需根據(jù)豬的生理階段選用不同單酸配比及工藝的酸化劑， 通過精準(zhǔn)應(yīng)用減少酸的添加量，更有利于動物健康。