奶牛围产期能量代谢的变化

奶牛围产期能量代谢的变化

基于围产期能量代谢障碍的酮病和脂肪酸（妊娠毒血虚证、肥胖综合征）是奶牛的常见并发症，发生在30公斤以上的日光浴中。由于高产品种的引进、培育,高能饲料的开发、利用,规模化饲养程度的提高等众多方面的原因,使得该类疾病的发病率长期以来一直居高不下。我国奶牛酮病的发病率占泌乳牛的15%~30%,美国为5.0%,印度为14.69%,而日本却高达43.1%。我国奶牛脂肪肝的发病率超过30%,美国为35.0%~66.0%,据统计,1头酮病奶牛仅治疗药物及奶产量下降所造成的损失即达151~312美元。奶牛酮病、脂肪肝所造成的经济损失不仅如此,又因其常常诱发皱胃变位、胎衣不下及生产瘫痪等围产期其他的疾病,给奶牛业带来严重的经济损失。故奶牛酮病、脂肪肝一直被各国列为最重要的奶牛疾病而加以研究。1围产期能量代谢规律及调节机制国外学者将奶牛由妊娠后期(产前2~3周)转变为泌乳初期(产后2~3周)这一阶段称之为过渡期(transitionperiod),以往称为围产期。围产期对奶牛的健康和生产性能极为重要。围产期奶牛能量代谢特点:能量摄入减少而需求增加所致的能量负平衡。反刍兽的能量代谢不同于其他动物,主要靠瘤胃微生物发酵产生的乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸供能。体内90%的葡萄糖是由糖异生供给的,其中由生糖先质丙酸经肝脏糖异生生成的葡萄糖约占50%~60%。由于妊娠后期采食量下降,干物质摄入减少,满足不了胎儿生长发育和自身能量代谢的需要,而产后泌乳高峰(产后4~6周)先于干物质摄入高峰(产后8~10周),使机体处于能量负平衡这样一种营养应激状态。研究证实,妊娠后期胎儿消耗的葡萄糖可占母体所产生葡萄糖的46%,而泌乳高峰期消耗的葡萄糖则高达85%。正是由于围产期奶牛存在的能量负平衡,使得这一时期成为酮病、脂肪肝等围产期疾病的高发期。能量负平衡是这类疾病的共同病理学基础,但与奶牛其他生理阶段相比,对围产期能量代谢规律及调节机制研究的比较少,了解的也不多。因此,从能量摄入、转运和利用三大环节探讨围产期奶牛的能量代谢规律及其调控,对纠正和缓解能量负平衡,提高生产性能,揭示酮病、脂肪肝等围产期能量代谢障碍性疾病的发病机制,防治奶牛生产性疾病具有重要意义。2关于干物质代谢产物及调节因子的研究进展许多因素可引起围产期奶牛干物质摄入减少。以往认为妊娠后期干物质摄入减少是由于胎儿增大和腹腔脂肪蓄积机械性压迫瘤胃,使瘤胃容积变小所致。但产后之初干物质摄入并未因胎儿的出生,瘤胃机械性压迫的自发解除而增加,表明瘤胃机械性压迫不是引起围产期干物质摄入减少的主要原因。此外,生殖状态、机体能量贮备和代谢改变等因素也可影响围产期奶牛干物质的摄入。近年来研究表明,代谢信号(metabolicsignals)对摄食调节具有相当重要的作用。代谢信号包括营养素、代谢产物、生殖激素、应激激素、瘦蛋白(leptin)、胰岛素、肠肽、细胞因子和神经肽Y(neuropeptideY,NPY)等,其中瘦蛋白、NPY、高血糖素样肽I(glucagonslikepeptideI,GLPI)对摄食的调节作用尤为突出。瘦蛋白是由肥胖基因翻译的基因产物,主要由脂肪组织产生。瘦蛋白通过位于下丘脑弓状核和室旁核受体来调控大鼠、猪的食物摄入、能量代谢、激素分泌等。瘦蛋白是调节摄食和体重负反馈环中的主要信号,脑室内注射人重组瘦蛋白使去卵巢母羊摄食显著减少。注射瘦蛋白提升血液非酯化脂肪酸(NEFA)和乳酸浓度,血糖和胰岛素则变动不大,表明瘦蛋白引发了能量负平衡。绵羊和牛体脂蓄积与血浆瘦蛋白呈正相关。营养低下时,牛、羊血浆瘦蛋白浓度和脂肪瘦蛋白mRNA降低;人和啮齿类过食时,其浓度升高。中枢给予瘦蛋白,降低了啮齿动物和母羊下丘脑NPY的表达和合成,瘦蛋白介导了NPY对摄食的调节。此外,瘦蛋白对能量消耗、葡萄糖代谢、胰岛素分泌也有作用。由此可见,瘦蛋白有可能是围产期奶牛干物质摄入减少,能量负平衡的重要调节因子和标识。但有关瘦蛋白与围产期奶牛干物质摄入减少的关系、调控途径、调控机制,以及与其他激素(NPY、雌激素、孕激素、胰岛素、GLPI)、代谢产物(NEFA、酮体等)信号对干物质摄入调节的整合作用,还有待研究。哺乳动物的GLP-I序列完全保守,指示其具有重要的生理作用。中枢GLP-I是一种新发现的饱感递质,通过外周GLP-I或迷走神经刺激下丘脑室旁核和杏仁核的中央核。GLP-I对饥饿鼠的摄食有很强的抑制作用。泌乳羊循环血液GLP-I明显高于干乳期羊,因此GLP-I很可能与泌乳期干物质摄入增加有关。但有关GLP-I对围产期奶牛摄食调控作用还不清楚。为揭示瘦蛋白、NPY、GLP-I等神经内分泌因子在围产期奶牛干物质摄入减少,能量负平衡中的调控作用及机制,需要重点解决的问题:①明确围产期奶牛血液瘦蛋白、NPY、GLP-I的变动规律;②确定干物质摄入量与瘦蛋白、NPY、GLP-I的相关性;③弄清瘦蛋白、NPY、GLP-I在摄食调控中的互作关系;④探讨瘦蛋白、NPY、GLP-I与其他代谢信号(激素、代谢产物)对摄食调控的整合作用。3工业期间，对祖母能量代谢障碍的主要环节的监管机制3.1不同途径添加糖代谢因子肝脏是糖异生的主要器官,反刍兽90%的葡萄糖是由肝糖异生供给的。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)活性及底物(生糖先质)控制糖异生的速率。神经内分泌因子可通过调控肝糖异生关键酶的活性影响糖异生作用。研究表明,在单层培养的肝细胞培养液中添加高血糖素、糖皮质激素和生长激素(GH)等内分泌激素及乳酸盐、丙酸盐等生糖先质,可以调控PC的基因表达。高血糖素通过促进糖原磷酸化酶、糖原合成酶和丙酮酸激酶的磷酸化作用直接或间接控制肝脏的糖代谢。胰岛素通过抑制鼠的PEPCK转录启动子,降低PEPCK基因表达,从而抑制肝糖异生。围产期奶牛肝脏PCmRNA和PEPCKmRNA表达增加,提示肝脏增强了对乳酸、丙酮酸和氨基酸的代谢。据报道,围产期奶牛血液瘦蛋白浓度和尾部白色脂肪瘦蛋白mRNA表达增加。问题的关键是在酮病、脂肪肝时,由于生糖先质丙酸不足,肝糖异生速率降低,这是公认的事实。机体为缓解或纠正因糖异生作用降低导致的能量负平衡,是否会启动瘦蛋白、NPY等神经内分泌因子上调糖异生关键酶的活性,提高肝糖异生的能力。另外,在脂肪肝时,由于肝细胞蓄积大量甘油三酯(TG),肝糖异生作用的关键酶活性和基因表达是否受到影响,有待进一步研究。3.2激活糖白激酶,激活大鼠脂肪动员脂肪动员是围产期奶牛能量负平衡的必然结果。脂肪分解一方面弥补糖异生作用降低所引起的能量亏欠;另一方面释放大量NEFA进入血液及肝脏,可引发脂肪肝和酮病。所以调控脂肪动员是防治脂肪肝、酮病等围产期能量代谢障碍性疾病的重要措施。脂肪动员是由甘油三酯脂肪酶催化完成的,其活性可受多种激素的调节,因此又称激素敏感脂肪酶。高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素与脂肪细胞膜受体作用,通过激活蛋白激酶活化甘油三酯脂肪酶,进而促进脂肪动员。在酮病、脂肪肝时,由于能量负平衡而发生低血糖,胰岛素分泌减少,使胰岛素与高血糖素二者比例下降,启动脂肪动员机制以缓解能量负平衡。高血糖素可通过提升血糖水平增加胰岛素的分泌,胰岛素则能抑制脂肪动员,降低酮体的生成和肝脂的沉积。瘦蛋白通过激活大鼠激素敏感脂肪酶而促进脂肪分解。但在酮病、脂肪肝等围产期能量代谢障碍性疾病中,瘦蛋白、NPY等神经内分泌因子对脂肪动员的调控作用,还有待进一步证实。3.3tg在肝脏功能的变化和病理生理中的作用脂肪肝是脂肪大量动员的直接后果。有近一半的多胎奶牛在分娩时存在中度或重度脂肪肝。围产期奶牛脂肪肝发生的主要原因是TG生成增多,超过了肝脏利用TG的能力。TG生成增加已为众多研究所证实。围产期健康奶牛肝脏TG含量由产前27天的1.8%,增加到11.8%;脂肪肝病牛肝脏TG含量超过25.0%;酮病病牛肝脏TG含量超过15.0%。肝脏对TG的利用有二个途径,一是经水解作用生成脂肪酸;二是以极低密度脂蛋白(VLDL)的形式运出肝外。与其他单胃兽不同的是,反刍兽肝脏分泌VLDL的速率很低。这也可能是围产期奶牛易发脂肪肝的原因之一。在饥饿或乙硫氨酸诱发的脂肪肝和自发性脂肪肝病牛,血中富含TG的脂蛋白浓度降低。实验性代谢紊乱病牛血清中VLDL主要的载脂蛋白(Apo)-载脂蛋白B100(ApoB100)浓度也低下。以往试图通过补充脂蛋白合成所必需的营养素,促进VLDL合成,降低肝脏TG蓄积,但成效不大。近年来,有关神经内分泌因子对围产期奶牛肝脏脂蛋白合成、转运的调控研究已成为国外学者关注的重点和热点。体外实验表明,TG蓄积、胰岛素、高血糖素影响肝脏微粒体甘油三酯转运蛋白(MTP)mRNA的表达。鼠下丘脑的瘦蛋白受体能调控肝载脂蛋白E(ApoE)的基因表达。Apo在脂蛋白合成和转运过程中发挥重要作用,ApoB和ApoE的主要功能是参与VLDL、低密度脂蛋白(LDL)的合成、装配和分泌,以配体的形式作为脂蛋白与特异性受体的连接物。肝脏ApoB和ApoE的活性、基因表达状态是控制VLDL合成、装配和分泌速率的重要因素。因此研究瘦蛋白、NPY等神经内分泌因子对ApoB和ApoE基因表达的调控作用,可为揭示围产期奶牛脂肪肝的发生机制提供理论依据。4明确瘤胃内发酵菌的数量和种类,减少发酵过程中的发酵风险干物质摄入减少,能量负平衡是奶牛酮病、脂肪肝等围产期能量代谢障碍性疾病的始发因素。干物质摄入减少,能量负平衡的实质是生糖先质丙酸缺乏。所以补充生糖先质是防治酮病、脂肪肝的主要手段。其缺点是费时费力费用高。因此,需要研制和建立一种新的补充生糖先质的方法和技术。根据反刍动物主要是靠瘤胃发酵产生的乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸供能和围产期奶牛生糖先质丙酸供不应求这一特点,运用微生态理论,通过筛选、改造与丙酸生成有关的瘤胃发酵菌,调控瘤胃微生物发酵产生丙酸的比例,为防治围产期奶牛能量代谢障碍性疾病开辟新的途径。