卜 也，孫 芳*，武 瑞，王建發(fā)，趙曉川

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 動物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

亞急性瘤胃酸中毒(SARA)是肉牛育肥過程中常見的群發(fā)病，發(fā)病率可達(dá)10%～50%。主要是因反芻動物過食富含碳水化合物的玉米等谷物飼料，經(jīng)瘤胃微生物發(fā)酵作用使揮發(fā)性鏈脂肪酸(VFA)、內(nèi)毒素(LPS)等代謝產(chǎn)物在瘤胃內(nèi)蓄積而引起瘤胃內(nèi)環(huán)境pH值過低的一種瘤胃疾病[1]。患牛瘤胃液pH≤5.6，每天持續(xù)3 h以上，長達(dá)數(shù)天可確診為SARA。該病在診斷時首先視其飼料性質(zhì)，精粗比越高，顆粒度越小越易發(fā)病，采食越多，病情越嚴(yán)重，最急性型常在采食后3～5 h突然死亡。呈現(xiàn)精神沉郁，采食量降低，反芻減弱或停止，有時有踢腹動作，糞便松軟或腹瀉。聽診瘤胃蠕動音減弱或消失。瘤胃內(nèi)容物松軟，有時伴有瘤胃鼓氣癥狀。多數(shù)病例體溫正?；蚱停奶涌?，氣喘甚至呼吸困難。隨著病情發(fā)展，會出現(xiàn)跛行、癱瘓、臥地不起、興奮抑郁交替癥狀。該病常常繼發(fā)蹄葉炎。SARA的防控與飼養(yǎng)管理密切相關(guān)，肉牛舍飼育肥要確保精粗飼料搭配合理；飼料更換時要逐漸進(jìn)行；嚴(yán)格控制飼喂量，同時每天至少保證牛1～2 h的運動；高精料飼喂時，可添加2%的碳酸氫鈉混勻。

瘤胃起到暫時貯存飼料和微生物發(fā)酵功能。瘤胃菌群對瘤胃的消化起著重要作用[2-3]。其中纖維素分解菌對瘤胃酸度特別敏感，當(dāng)患SARA的牛瘤胃液pH值降低時，其活性和生長繁殖能力均受到限制，因而降低了瘤胃分解消化粗飼料的能力。淀粉分解菌可將谷物飼料中淀粉和糖類轉(zhuǎn)化為丙酸，這類菌對瘤胃酸度不敏感，當(dāng)高精料育肥肉牛時，瘤胃內(nèi)貯存大量的谷物飼料，經(jīng)過淀粉分解菌分解作用使丙酸濃度短時間內(nèi)升高，隨著育肥期增長，超過瘤胃酸堿代償能力，使患SARA牛瘤胃液pH值持續(xù)降低，瘤胃內(nèi)酸堿度耐受能力不同的微生物因其外環(huán)境改變而呈爆發(fā)增殖或失活狀。酸中毒早期L-乳酸被氧化利用，同時呼吸增強(qiáng)排除CO2，維持酸堿平衡，這是機(jī)體的代償機(jī)制，如果代償過度，常呈現(xiàn)瘤胃上皮角化不全[4-5]，瘤胃液中H+進(jìn)入細(xì)胞外液，置換細(xì)胞內(nèi)K+，伴發(fā)高血鉀癥，引起心肌傳導(dǎo)障礙，導(dǎo)致病情惡化。另外，瘤胃內(nèi)高濃度乳酸不僅引起瘤胃炎，還會導(dǎo)致瘤胃上皮細(xì)胞壞死和瘤胃壁壞疽，嚴(yán)重時導(dǎo)致瘤胃內(nèi)異常代謝有毒物質(zhì)和微生物通過瘤胃上皮組織擴(kuò)散，損害內(nèi)臟，引起更嚴(yán)重疾病。因此防控SARA對保障肉牛瘤胃健康，提高肉牛養(yǎng)殖效益具有重要意義。

1 高精料改變?nèi)馀Ａ鑫妇航Y(jié)構(gòu)

飼料成分是影響肉牛肌內(nèi)脂肪沉積的關(guān)鍵因素之一。相比奶牛，肉牛的分階段育肥，尤其是育肥中后期，短時期內(nèi)需要高精料催肥，用來促進(jìn)肉牛骨骼、肌肉發(fā)育成熟和提高肌內(nèi)脂肪沉積，改善牛肉品質(zhì)，提升牛肉等級。因此，強(qiáng)度育肥時期肉牛的精料比例一般提高至75%～90%。肉牛在育肥后期25～30月齡期間飼料轉(zhuǎn)化率降低[6]，又為促進(jìn)肉牛肌內(nèi)脂肪沉積而飼喂高比例精飼料，因此肉牛育肥中后期SARA將有更高的發(fā)病率。

飼糧是影響反芻動物瘤胃微生物多樣性的重要因素[7]。在此階段肉牛瘤胃內(nèi)復(fù)雜的菌群結(jié)構(gòu)是控制飼料在瘤胃內(nèi)分解消化的重要因素，同時，這一階段的飼料分解產(chǎn)物會反過來影響肉牛瘤胃內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)。飼料中碳水化合物在瘤胃微生物發(fā)酵作用下最終生成乙酸、丙酸和丁酸等SCFA，是機(jī)體能量代謝的底物，50%～85%被瘤胃上皮吸收。乙酸直接參與脂肪酸合成和三羧酸循環(huán)氧化供能。丙酸是肝臟糖異生作用的底物，為機(jī)體代謝提供葡萄糖。丁酸經(jīng)瘤網(wǎng)胃吸收入后轉(zhuǎn)化成β-羥丁酸供肌肉組織消耗產(chǎn)能[8]。瘤胃中SCFA升高初期，瘤胃液中碳源和能量充足，纖維分解菌和淀粉分解菌迅速繁殖繼而產(chǎn)生大量SCFA，超過瘤胃上皮吸收閾值。SCFA為弱酸，在瘤胃液中主要以HSVFA/SVFA-緩沖劑的形式存在[9]，促進(jìn)HSVFA/SVFA-正方向解離，游離的H+濃度隨之增加，瘤胃液pH值降低。此時以牛鏈球菌為首的耐酸乳酸菌呈爆發(fā)式增殖，瘤胃內(nèi)乳酸濃度升高，直到瘤胃液pH值下降至5.6以下[10]。埃氏巨型球菌和反芻獸新月單胞菌(一般乳酸分解菌生長最適pH值為6.0～6.5)是瘤胃內(nèi)主要的乳酸利用菌，埃氏巨型球菌在pH值下降至5.6以下時活性受到抑制，隨著乳酸濃度增高，瘤胃液pH值不斷降低，直到瘤胃液pH值下降至5.0以下，低于多數(shù)乳酸分解菌維持功能活性pH閾值，乳酸分解菌幾乎不分解乳酸[11]，使瘤胃液pH值持續(xù)降低，致使瘤胃內(nèi)多數(shù)細(xì)菌裂解死亡，其中革蘭陰性菌裂解后，細(xì)胞壁中LPS釋放到瘤胃液中，由于酸度過低的瘤胃液會破壞瘤胃屏障功能，使瘤胃內(nèi)過量的SCFA、乳酸和LPS通過瘤胃上皮吸收入血[12]，最終誘發(fā)代謝性酸中毒和機(jī)體全身炎癥，造成不可挽回的損失。

2 SARA對瘤胃上皮基因表達(dá)和功能的影響

瘤胃壁可分為黏膜層，肌層和漿膜層。黏膜層即瘤胃上皮從內(nèi)向外依次為角質(zhì)層，顆粒層，棘層和基底層。角質(zhì)層為瘤胃上皮最外層，直接與瘤胃內(nèi)容物接觸，是瘤胃上皮屏障功能的主要屏障，僅能通過可溶性物質(zhì)阻止有毒性的大分子或微生物通過瘤胃上皮進(jìn)入機(jī)體[13]。顆粒層和棘層無明顯界限，顆粒層細(xì)胞由橋粒連接形成半不連續(xù)的致密結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步阻止大分子物質(zhì)透過瘤胃上皮。由棘層到基底層的細(xì)胞內(nèi)線粒體逐漸增多，是參與SCFA等營養(yǎng)物質(zhì)代謝和機(jī)體能量供應(yīng)的主要細(xì)胞[14-15]。

SARA對肉牛瘤胃上皮結(jié)構(gòu)和功能影響極大。在研究室之前的高精料育肥牛屠宰試驗制備的瘤胃上皮組織切片觀察也發(fā)現(xiàn)瘤胃上皮組織通透性增大，細(xì)胞間連接變?nèi)?，固有層中淋巴?xì)胞灶狀浸潤，局部角質(zhì)層細(xì)胞過度角質(zhì)化或角質(zhì)化不全，表明上皮的結(jié)構(gòu)完整性受損。

TANIGUCHI等[16]在分子層面比較了飼喂高、低精料奶牛瘤胃上皮細(xì)胞的基因表達(dá)譜，兩組瘤胃上皮細(xì)胞的基因41%的核酸序列存在差異。SHEN等[17]推測高精料誘導(dǎo)的瘤胃上皮增值的分子機(jī)制與胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)相關(guān)。STEELE等[18]發(fā)現(xiàn)調(diào)控IGF-1活性的結(jié)合蛋白3(IGF-binding proteins 3,IGFBP-3)(抑制增殖)的mRNA表達(dá)量下降，而結(jié)合蛋白5(IGF-binding proteins 5,IGFBP-5)(促進(jìn)增殖)的mRNA表達(dá)量上調(diào)。張瑞陽等[19]同樣運用基因芯片技術(shù)，研究高精料日糧誘導(dǎo)SARA對奶牛瘤胃上皮基因表達(dá)改變的影響，發(fā)現(xiàn)試驗組與對照組間存在246個差異基因，同時對參與細(xì)胞因子與其受體聯(lián)接通路分析發(fā)現(xiàn)，13個炎癥相關(guān)基因中有11個差異基因的mRNA表達(dá)量顯著上調(diào)，僅有2個差異基因表達(dá)量顯著下降，與STEELE等[18]所得結(jié)論基本一致。

鈉離子耦合單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1(SLC5A-8)和氫離子耦合單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1(MCT-1)參與SCFA的轉(zhuǎn)運和吸收，SLC5A-8可促進(jìn)鈉離子依賴的SCFA吸收增強(qiáng)，MCT-1參與一元羧酸的跨膜轉(zhuǎn)運。王亞洲[20]研究發(fā)現(xiàn)奶牛瘤胃上皮細(xì)胞內(nèi)有SLC5A-8和MCT-1的表達(dá)，同時證明患SARA的奶牛瘤胃上皮細(xì)胞中SLC5A-8和MCT-1的表達(dá)受抑制，降低了SCFA的吸收能力，加重SARA程度。

3 總結(jié)及研究前景

通過現(xiàn)有的研究分析，SARA的發(fā)生是由于采食過量的高精飼料飼糧發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸和SVFA超過機(jī)體能夠代謝吸收的閾值，導(dǎo)致瘤胃液pH值降低，改變瘤胃內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)，一方面損傷瘤胃上皮細(xì)胞，破壞瘤胃屏障功能，引發(fā)潰瘍，瘤胃炎，導(dǎo)致瘤胃功能障礙，另一方面異常代謝產(chǎn)物和微生物經(jīng)受損的瘤胃上皮吸收入血，引起全身廣泛性炎癥，加大了牛群患蹄葉炎、乳房炎和肝膿腫等疾病的風(fēng)險，給肉牛生產(chǎn)上帶來不可忽視的經(jīng)濟(jì)損失。目前多數(shù)研究集中在奶牛、奶山羊SARA對瘤胃功能的影響和治療以及研究瘤胃微生物對飼料的降解機(jī)制，對肉牛SARA的研究相對甚少。隨著國內(nèi)肉牛行業(yè)迅速發(fā)展，肉牛存欄量逐年增加，肉?；糞ARA越來越被重視，雖然添加具有特異性免疫的抗生素可以調(diào)控瘤胃內(nèi)特定的微生物菌群數(shù)量，但從食品安全方面考慮，抗生素的使用受到了嚴(yán)格的限制。通過在不同牛群設(shè)置肉牛檢測樣本，投入瘤胃滯留pH探針，經(jīng)動態(tài)pH監(jiān)測系統(tǒng)可得到肉牛不同生理活動瘤胃pH的動態(tài)值，從而及時調(diào)節(jié)牛群飼糧精粗比，此種技術(shù)雖然成本較高，但從長遠(yuǎn)來看，這種綠色安全角度控制SARA才是切實可行的戰(zhàn)略。