亚急性瘤胃酸中毒对瘤胃发酵和瘤胃微生物区系影响的研究进展

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为瘤胃pH<5.6持续时间大于3 h/d,即发生SARAtl01。
在诱导奶山羊发生SARA过程中,随着日粮NFC/NDF 比增大,瘤胃pH下降速率和幅度随之加大,当日粮 NFC/NDF比达2.58时,瘤胃pH显著降低,其波动幅度 明显加大,瘤胃pH在5.2~5.5的波动时间每日达7

以上.此时,瘤胃处于长时间酸性环境.动物发生 SARA[6-n。基于此,衡量SARA的发生,瘤胃pH应在

壤・Review
Papers
2013年熊49携簏19期
亚急性瘤胃酸中毒对瘤胃发酵和瘤胃 微生物区系影响的研究进展
邬宇航1,刘大程卜,胡红莲2,高
民2,刘建新1 (1.内蒙古农业大学,内蒙古呼和浩特010018;
2.内蒙古农牧业科学院动物营养研究所。内蒙古呼和浩特010031)

要:亚急性瘤胃酸中毒(SARA)是奶牛养殖场中较为关注的健康问题之一,该病在许多方面严重影响了养
3.3
瘤胃内主要的纤维分解菌。随着日粮NFC/NDF比增
加,白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus)、黄化瘤胃球 菌(Ruminococcus flavefaciens)、产琥珀酸丝状杆菌 (Fibrobacter succinogenes)的数量呈降低趋势。SARA
期显著降到最低值.其中R.albus下降尤为突出[61。在 前人的研究中发现饲喂高纤维日粮时,总的细菌浓 度没有变化,但是纤维降解菌浓度增加。当日粮由 粗料型转向精料型时细菌浓度显著增加,相反。纤维 降解菌的浓度下降㈣。
巨型球菌(Megasphaera elsdenni)和反刍兽新月单胞 菌(Seletl,omonil,¥ruminantium)等。在高精料日粮下, 溶纤维丁酸弧菌具有较强的淀粉降解酶活性.在降 解淀粉类日粮过程中起重要作用,代谢产物为VFA 及氨。随着日粮NFC/NDF比的增加,溶纤维丁酸弧菌 的数量呈现急剧性的增加,但是当发生SARA时,其 数量又急剧下降。这可能是溶纤维丁酸弧菌受到较 低pH值的影响,致使其数量下降【"。随着日粮NFC/ NDF比例增加,牛链球菌(Streptococcus.bovis)、乳酸
殖场的经济效益。近年来课题组对亚急性瘤胃酸中毒的发病机制进行了系统跟踪研究,本文综述了近年来 SARA对瘤胃内环境和瘤胃微生物区系影响的研究成果,以期为亚急性瘤胃酸中毒的深入研究提供理论参考。 关键词:亚急性瘤胃酸中毒;瘤胃发酵;代谢产物;瘤胃微生物;奶牛
中图分类号:¥823.9 文献标识码:A 文章编号:0258—7033(2013)19—0086—05
SARA对瘤胃发酵、发酵代谢产物以及对瘤胃微生物 区系的影响,以期为SARA的认知、预防及深入研究 提供理论参考。
收稿日期:2012—12—21;修回日期:2013—03—08 资助项目:国家自然科学基金(31101739、30960252);内蒙古农牧 业科学院青年创新基金(2011QNJJM03) 作者简介:邬宇航(1985一),男,内蒙古巴彦淖尔人,硕士 t通讯作者

3.1
使乳酸浓度增加也不会超过10 mmol/L[16】.奶牛发生 SARA时乳酸浓度仅为0.45~0.74 mmmol/L[17]。而奶 山羊发生SARA时瘤胃中才检测到乳酸存在.但其
含量很低,低于0.1 mmol/L,而TVFA的平均含量 在60 mmol/L以上[71。考虑到乳酸是强酸,其酸度是
高。瘤胃液和血液中内毒素含量显著升高,并随 SARA病程发展而呈增高趋势[7,191。这意味着内毒素 也是促发SARA的重要因素之一,并具有加重SARA 病情发展的作用。诱导SARA的发生过程其实就是使
瘤胃逐渐趋于酸性环境。SARA发生后瘤胃内pH偏
低,可导致大量的革兰氏阴性菌死亡、崩解,释放出
内毒素嘞。同时瘤胃上皮的屏障功能由于高酸度和
64
txmoYL,而且血浆组织胺含量也从低于0.009
Izmol/L
时,总挥发性脂肪酸没有明显变化.乙酸浓度却显著
增加,乙酸/丙酸(A/P)比仍大于2。 瘤胃乳酸浓度增加是导致急性瘤胃酸中毒的直 接原因,但当SARA发生时几乎检测不到乳酸[151.即
的正常生理水平升高至0.2 p。mol/L,瘤胃内过多的组 织胺使全身组织胺含量上升.同时也加重了瘤胃上 皮细胞的损伤。给奶山羊投服玉米粉诱发瘤胃酸中 毒试验中,投服8 h后瘤胃液、血液、尿液中内毒素、 组织胺含量均显著提高。并呈现逐渐上升趋势【引。
亚急性瘤胃酸中毒(SARA)是反刍动物中较为 常见的、有别于急性瘤胃酸中毒的一种营养代谢性 疾病,且瘤胃pH值长时间在5.8~5.5波动【”。SARA在 临床上没有明显的特征表现,但其对动物机体的损 害呈缓慢、逐渐加重,使动物长期处于亚健康状态。 国内外学者对SARA发病机理相继开展了大量研究, 但迄今为止对SARA确切的发病机制仍存在争议,这 可能与研究者对试验动物的诱导方式不同有直接关 系。目前大多数研究通常采用瘤胃灌注精饲料,如 玉米[2】、短期限食或禁食后饲喂高精饲料[3]、短期内 饲喂高精饲料或口服葡萄糖溶液[4-51等方法诱导 SARA。由于这些方法对试验动物造成应激反应,持 续考察期较短,无法正确揭示SARA的发生机理。基 于此。在试验中从引起SARA源头日粮因素入手,模 拟生产实践的饲喂方式。采用逐渐增加日粮精料 诱发试验动物发生SARA。即通过依次饲喂日粮 NFC/NDF比为1.02、1.24、1.63和2.58的4种日粮来 诱导奶山羊发生SARA。当日粮NFC小DFIzL达2.58时奶 山羊发生SARAt“81,以此为模型来研究SARA对瘤胃
显著降低,丙酸、戊酸及TVFA浓度显著增加.丁酸浓 度极显著增加[6-7]。这说明丁酸浓度升高与SARA发 生密切相关,同时也说明丁酸中毒(butyric
acidosis)
பைடு நூலகம்
也可能是SARA一个重要的过度阶段t11】。大量研究表 明,诱导SARA发生时,瘤胃TVFA浓度显著提高,使 瘤胃丙酸、丁酸浓度显著增加,乙酸显著降低[12]。但
SARA对瘤胃乳酸产生菌与乳酸利用菌的影 乳酸产生菌主要包括乳酸杆菌(Lactobacillus)、

SARA对瘤胃组织胺的影响
动物机体在正常
牛链球菌(Streptococcus.bovis)和溶纤维丁酸弧菌
(Butyrivibrio fibrisovens)。乳酸利用菌主要包括埃氏
生理情况下,含有的组织胺甚微。产生少量的组织胺 时能被机体及时代谢排出。而动物机体在病理条件 下,产生过多的组织胺,且超过机体正常代谢能力 时,就会引起动物机体炎性反应。诱导奶山羊发生 SARA过程中,随着日粮NFC/NDF的提高,瘤胃液中 组织胺含量随之提高.导致血浆组织胺含量相应增 加:当SARA发生时,瘤胃液中组织胺含量病程发展 显著升高【7’19】,进一步加剧了SARA病情。因此,组织
也有报道指出,诱导绵羊发生SARA时,VFA各组分
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万方数据
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Review
Papers・缀

摩尔比例有所变化,乙酸降低,丙酸没有变化,而丁
酸显著提高【13]。Krause等[14]甚至报道,奶牛发生SARA
胃酸中毒使瘤胃中组织胺含量从O.5 I山mol/L增至

SAI认发生机制的研究进展
近年来笔者所在课题组对亚急性瘤胃酸中毒的
发病机制进行了系统跟踪研究。研究表明,SARA的 发生机理较为复杂.并不能用单一机制来解释,而是 多种机制共同作用,相互促进的结果。 由图1可知,瘤胃VFA蓄积增多对SAI讼发生起 着决定性作用,而非乳酸。随着日粮NFC/NDF的提 高.瘤胃pH下降速率和幅度随之加大.引起瘤胃微 生物区系发生一系列变化。主要变化:①革兰氏阴 性菌的数量呈递减趋势.结果导致瘤胃内环境遭受 严重破坏:同时,进一步引起革兰氏阴性菌大量的死 亡.死亡的革兰氏阴性菌释放大量的内毒素,从而感 染受损的瘤胃上皮细胞。内毒素的积累达到一定量 可引起内毒素血症。而有研究认为,内毒素随着日 粮NFC/NDF的提高而增加。且血浆内毒素的量高达
高渗透压导致的瘤胃乳头破裂等而受到伤害,为内 毒素等有害物质入侵提供了通道。内毒素吸收入血 后进一步引发全身炎性反应。Gozho等[21】报道,诱导 肉牛发生SARA时瘤胃LPS浓度显著提高,并引发全 身性炎性反应:当奶牛发生SARA时.瘤胃内毒素含
量从545 EU/mL上升到825 EU/mL。
2.2
SARA对瘤胃微生物区系的影响 SARA对瘤胃原虫的影响 韩昊奇等【刎研究表
明,诱导奶山羊发生SARA的过程中,瘤胃原虫数量 随着诱导进程呈先升高后降低变化趋势,当NFC/ NDF比达1.24时原虫数量达到最高值.随后极显著 下降,到SARA期已降到最低值.但尚未到达消失的 地步。当精料浓度达至lJ60%或更高时,原虫数量反而 会下降甚至消失【9]。而有些研究表明,随着日粮精料 比例的提高,瘤胃原虫数量增加.当诱导阉牛发生 SARA时,瘤胃原虫总数显著增加,而且主要是内毛 属(Entordiniomorphs)大量增殖[u-12]。当瘤胃pH接近 5.0时会使原虫数量明显下降,瘤胃微生物菌群失衡 会增力1]SARA转变为急性酸中毒的危险【矧。反刍动物 发生急性酸中毒时,瘤胃原虫数量随pH值降低显著 下降,甚至完全消失[9】。导致如此多的结果,可能与 诱导瘤胃酸中毒的程度、病情发展及饲喂日粮不同 等因素有关。尤其提高13粮谷物比例的速度和程度 对原虫数量有很大影响。当发生SARA时,瘤胃内 VFA大量积累,使得瘤胃pH值长时间处于5.2~5.5, 原虫在较低酸性环境下数量会急剧下降。这又会促 使VFA再次产生、蓄积并最终导致SARA的恶化。
5.2—5.5的波动时间每Et达7 h以上。
1.2
SARA对瘤胃VFA和乳酸的影响
研究表明。
随着日粮NFC/NDF比例提高.乙酸浓度及乙酸/丙酸 比例则呈降低趋势,而丙酸、丁酸、戊酸浓度及TvFA
浓度呈现递增趋势,当日粮NFC/NDF比达2.58时试 验动物发生SARA,此时瘤胃乙酸浓度、乙酸/丙酸比
内环境和瘤胃微生物区系的影响。本文主要综述了

SAI认对瘤胃发酵的影响
SARA对瘤胃pH值的影响 瘤胃pH是衡量反
1.1
刍动物瘤胃发酵最重要的指标之一,也是SARA最常 用、最有效的指标。因反刍动物采食量下降或反复 波动通常发生在瘤胃pH值低于5.5以后,而pH低于 5.2则已发生急性瘤胃酸中毒,因此。在近年研究中 常以5.5作为衡量SARA的临界pH值[9】。也有研究者认
胺也是促发SARA的重要因素之一,并具有加重
SARA病情发展的作用。Aschenbach等吲研究指出,瘤
中固鸯教絮患囝
万方数据

懑・Review
Papers
2013年懿40穗黧19期
杆菌(Lactobacillus)、反刍兽新月单胞菌(Selenomonus ruminantium)、埃氏巨型球菌(Megasphaera elsdenni) 均呈增加趋势,其中乳酸利用菌增殖总领先于乳酸 产生菌增殖,SARA期极显著增加,其中乳酸杆菌、反 刍兽新月单胞菌和埃氏巨型球菌增殖显著【61,这可 能与它们的耐酸性有关。牛链球菌、反刍兽新月单 胞菌和埃氏巨型球菌耐受酸度的pH阈值分别为4.8、 5.4和5.6t矧。Lactobacilli更耐酸,适宜在较酸性环境中 生长,在pH为4.3以上的酸性环境中仍能大量增殖㈣。 Brossard等【12]在试验中发现瘤胃牛链球菌和反刍兽 新月单胞菌所占比例有增加趋势,而埃氏巨型球菌 未检测到。韩吴奇等[241研究表明,SARA发生导致 Lactobacilli数量的大幅增加.而S.bovis的数量没有显 著变化,S.ruminantium和M.e艮如n越的数量显著增多, 尤其M.elsdenii增殖尤为突出。M.elsdenii是在酸性环 境下能较好利用乳酸的瘤胃细菌之一,同时M. elsdenii的剧烈增殖能使大量的乳酸转化为丁酸。因 而SARA发生时。瘤胃VFA浓度及乳酸浓度的变化可 能与埃氏巨型球菌的富集增殖有关【7]。
3.2
VFA的10倍.0.1 mmol/L的乳酸相当于1 mmol/L的 VFA。因此。乳酸对pHT降的贡献很低.这说明SARA状 态pH的降低主要源于瘤胃TVFA增多,而IP-孚L酸[7,18】。
2 2.I
SARA对瘤胃发酵代谢产物的影响
SARA对瘤胃内毒素的影响研究表明,在诱
导奶山羊发生SARA过程中.随着日粮NFC/NDF的提
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