亞急性瘤胃酸中毒對瘤胃的影響

□張肖肖（安徽農業大學動物科技學院）

亞急性瘤胃酸中毒對瘤胃的影響

□張肖肖（安徽農業大學動物科技學院）

亞急性瘤胃酸中毒（SARA）是反芻動物由于長期采食過量的易發酵碳水化合物，導致在瘤胃中累積大量揮發性脂肪酸，在較長時間內瘤胃pH維持在較低水平的一類營養代謝疾病。SARA不僅影響瘤胃消化代謝，同時影響瘤胃上皮生理功能及結構。這類疾病影響反芻動物的采食量、奶產量、瘤胃微生物組成及瘤胃消化代謝并且引發腹瀉、肝膿腫、蹄葉炎及瘤胃炎等疾病，已成為危害我國肉牛及高產奶牛健康的主要營養代謝病之一。當前國內外研究主要側重于SARA的發病原因，SARA對瘤胃微生物組成的影響，以及相關的臨床表現，但對SARA對瘤胃上皮屏障功能影響的研究較少。本研究主要關注的是瘤胃，綜述也將重點介紹其對瘤胃的影響。

1 SARA對瘤胃生理指標的影響

國內外研究進展顯示，高谷物飼喂導致瘤胃揮發性脂肪酸濃度上升，pH值下降，瘤胃內毒性物質（LPS及生物胺等）則含量上升。Nagaraja等發現，在體外發酵試驗中，以玉米為底物比以苜蓿為底物其pH下降更多但是LPS濃度也升高的更多。Khafipour等發現，將對照組（精粗比為5∶5）日糧干物質的21%用50%的小麥粉和50%的大麥粉組成的混合物替代時，可導致奶牛SARA的發生，同時導致瘤胃內游離LPS的濃度從28184升高到107152內毒素單位每毫升（EU/mL）。同樣地，Gozho等將對照組（精粗比為4.4∶5.6）日糧干物質的25%用50%的小麥粉和50%的大麥粉組成的混合物替代時，也導致了奶牛SARA的發生，同時瘤胃內游離LPS的濃度從24547升高到了128825 EU/mL。Emmanuel等研究發現，與不采食任何谷物及采食15%谷物的奶牛（分別為654和790納克/毫升）相比，采食30%或是40%大麥谷物的奶牛其瘤胃內游離LPS的濃度顯著升高（分別為5021和8870納克/毫升）。以上研究都表明，SARA會導致瘤胃內游離LPS的濃度升高，但在不同品種和生理狀態的反芻動物中，其濃度差異較大，同時隨著精料比例的增加，瘤胃內LPS濃度出現一個先上升后下降的趨勢。

2 SARA對瘤胃微生物的影響

SARA發生的過程中，瘤胃內揮發性脂肪酸的積累使其pH值下降，從而導致瘤胃內微生物的組成及多樣性發生急劇的改變。瘤胃內pH值的下降主要是瘤胃內總揮發性脂肪酸的積累，而非乳酸的積累。當瘤胃pH值在5.6至6.0之間變化時，主要的乳酸產生菌開始生長，但是同時瘤胃上皮上的乳酸利用菌也快速富集，加速乳酸降解，因此乳酸在此階段并不積累。與此同時，瘤胃pH值的下降會導致纖維降解菌的減少，使革蘭氏陽性球菌和桿菌的比例增加，從而改變細菌的數量。Nagaraja和Titgemeyer的研究表明，高谷物日糧會激活瘤胃內發酵淀粉和糖的革蘭氏陰性菌的快速生長。同時，很多研究表明SARA會導致瘤胃內腸桿菌的數量上升，而Khafipour等研究表明瘤胃內大腸桿菌的比例與SARA的嚴重程度密切相關。上述結果表明，SARA會導致瘤胃內大腸桿菌等革蘭氏陰性菌富集，同時影響其他菌群的數目，具體變化情況還是和炎癥的嚴重程度密切相關的。

SARA不僅影響瘤胃內容物微生物，同時也對瘤胃上皮微生物組成和數目比例造成較大的影響。Petri等研究結果發現在發生酸中毒時，瘤胃上皮上阿托波菌屬、硫還原菌屬、乳桿菌屬和歐魯森氏菌屬等細菌的數量顯著升高。Chen等發現，肉牛從采食高粗料日糧突然過渡到采食高谷物日糧時，粘附在瘤胃上皮上的微生物區系發生急劇變化，其中密螺旋菌屬、毛螺菌屬和反芻桿菌屬只在高谷物飼喂的肉牛瘤胃上皮上發現。上述結果表明，SARA對瘤胃上皮微生物組成也同時造成較大的影響，這些瘤胃上皮微生物的改變可能會對瘤胃功能產生不利影響，進一步了解這些瘤胃上皮微生物的代謝作用將對我們診斷和預防具有重要的臨床意義。

3 SARA對瘤胃上皮形態結構的影響

SARA常常會導致瘤胃上皮過度角化及角化不全的現象。上皮過度角化是指角質層的過度積累改變上皮的屏障功能，減少揮發性脂肪酸的轉運。角化不全是由于上皮分化速率的改變導致透明膠質顆粒被保留。近期的研究也顯示，會引起奶牛和綿羊瘤胃上皮過度角化和角化不全。高精料飼喂誘發的瘤胃高濃度的丙酸和丁酸可能是導致瘤胃上皮過度角化或是角化不全的主要原因，因為高濃度的丙酸和丁酸會促進瘤胃上皮細胞的過度增殖分化，使得未成熟的細胞過早地進入角化層從而導致瘤胃上皮角化不全或過度角化。上述研究成果表明，SARA的發生會破壞瘤胃上皮形態結構，而形態學的變化必然引起瘤胃上皮相關功能的改變。

4 SARA對瘤胃上皮生理功能的影響

高谷物飼喂誘發的瘤胃內環境的急劇改變（高揮發性脂肪酸濃度、低pH值及高毒素濃度）不僅影響瘤胃上皮的形態結構，更影響瘤胃上皮的生理功能。

4.1 SARA對瘤胃上皮細胞增殖分化的影響

大量研究證實SARA會促進瘤胃上皮細胞的增殖分化。早期研究表明，增加日糧能量水平，瘤胃乳頭表面積在6～8周后增加到最大。Bannink等報道稱給奶牛飼喂更高比例的易發酵碳水化合物其瘤胃上皮增殖速率迅速增加。但是，高精料促進瘤胃上皮增殖的分子機制還不是十分清楚。

目前，大多數觀點認為，瘤胃內增加的揮發性脂肪酸尤其是丁酸會促進瘤胃上皮的增殖。日糧中易發酵碳水化合物比例的增加會改變特定揮發性脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）的產生速率。而揮發性脂肪酸是公認的腸腔生長因子，揮發性脂肪酸產生的增加可能會促進瘤胃和非瘤胃動物模型消化道上皮細胞的增殖。許多在體試驗表明，瘤胃灌注丁酸會促進瘤胃上皮的增殖。相反地，大量體外試驗結果卻表明，丁酸抑制瘤胃上皮細胞的增殖而促進其凋亡。這可能與體內外丁酸含量有關，適量的丁酸能刺激瘤胃上皮增殖，但當丁酸的濃度超過了瘤胃上皮代謝的承受能力，反而會使瘤胃上皮細胞發生凋亡，并使瘤胃上皮出現不同程度的脫落，最終會破壞瘤胃上皮的屏障功能。

4.2 SARA對瘤胃上皮代謝功能的影響

瘤胃上皮具有重要的代謝活性功能，并且會消耗大量的能量，瘤胃上皮所需的能量主要來源于瘤胃內的揮發性脂肪酸的代謝，其中與能量供應密切相關的酶是位于瘤胃上皮棘狀層和基底層的Na+/K+-ATP酶。Kuzinski等研究發現，高精料飼喂顯著降低Na+/K+-ATP酶的表達，暗示SARA會影響瘤胃上皮的關鍵能量合成酶的表達從而影響瘤胃上皮的能量合成。

盡管揮發性脂肪酸可以在瘤胃上皮內進行氧化代謝，但是丁酸在瘤胃上皮內最主要的代謝途徑是生酮作用。乙酰輔酶A乙酰轉移酶和3-羥基-1,3-甲基戊二酰基輔酶A合成酶是生酮作用中的兩個主要關鍵酶。相應地，有研究表明，將全粗料飼喂迅速過渡到高谷物飼喂會導致肉牛或是奶牛瘤胃上皮ACAT的表達量顯著增加。上調的ACAT表達似乎暗示著高精料飼喂使揮發性脂肪酸的代謝增強。Penner等研究發現，迅速將日糧從低精料過渡到高精料并沒有影響瘤胃上皮HMGCS基因的表達。Steele等的研究結果卻顯示，從全粗料過渡到高精料降低了HMGCS基因的表達。

綜上所述，目前大部分研究關注的是通過增強對揮發性脂肪酸的吸收、轉運和代謝來抵抗SARA的發生。但當反復的高谷物刺激超出機體的適應負荷，就會導致瘤胃上皮結構和功能失衡，之后瘤胃上皮對揮發性脂肪酸的吸收、轉運和代謝功能遭到破壞，加劇酸中毒的嚴重程度。

5 總結與展望

SARA是一類高產反芻動物在采食高消化率日糧的過程中流行的一類高發疾病。對反芻動物的瘤胃上皮屏障有嚴重的破壞作用，但是關于瘤胃pH下降影響反芻動物健康的許多機制還不是十分清楚。