围产期奶牛的能量负平衡及能量代谢障碍性疾

围产期奶牛的能量负平衡及能量代谢障碍性疾病

围产期是奶牛生产中一个关键的特殊时期，这一时期最大的特点是能量负平衡，这也是奶牛能量代谢障碍性疾病的高发期。本文从围产期奶牛的能量负平衡的产生机制，能量代谢障碍性疾病的发病机制、临床诊断及其相互关系等方面进行了阐述，为在生产中缓解围产期奶牛能量负平衡并预防能量代谢障碍性疾病提供科学依据。

奶牛泌乳高峰期一般出现在产后的4~6周，但是干物质摄入量（DMI）直到产后8~10周才能达到最大，这一时期奶牛的能量摄入满足不了产奶的需求，因此高产奶牛在泌乳头几周常存在能量负平衡。Overton等指出，围产期奶牛为适应泌乳的需要，机体内葡萄糖、脂类物质和矿物质代谢均会发生显著变化。奶牛分娩后4d，乳腺发育对糖类的需要量是妊娠d时的3倍，氨基酸为2倍，脂肪酸大约为5倍；产后2d的产奶净能需要约为产前2d的2倍（表1）。

奶牛为满足这种变化必须通过生理适应性调节机制来确保这些营养供给，这时便动用体脂肪来填补所需养分的缺口，诱发能量代谢障碍性疾病，因而导致在此期间奶牛常处于酮病和脂肪肝的危险期。

表1经产母牛和头胎母牛在产前2d和产后2d的产奶净能需要Mcal/d

注：产奶净能根据NRC（）计算（假设：经产母牛体重为kg，产奶量为25kg/d；头胎母牛体重为kg，产奶量为20kg/d；乳脂率均为4%）

围产期奶牛能量负平衡的产生机制

1.1采食量的减少

奶牛的DMI受体重、产奶量、环境条件、饲料品质、饲料类型以及饲喂方式等诸多因素的影响和制约。大多数奶牛在围产期食欲减退，DMI减少，导致泌乳初期能量短缺，机体处于能量负平衡状态。奶牛妊娠后期由于胎儿快速增大以及腹腔脂肪蓄积，从而造成机械性压迫使瘤胃容积变小，这可能是DMI减少的原因之一。

但是胎儿出生后，泌乳初期奶牛的DM并未因瘤胃机械性压迫的自发解除而增加，表明瘤胃机械性压迫并不是引起围产期奶牛DMI减少的主要原因。在一定的生理条件下，围产期奶牛DMI与其体内能量储备情况呈负相关，而分娩时体况与产后脂肪动员呈正相关，干奶期过于肥胖，可导致产后DMI明显减少。有研究指出，代谢信号对奶牛采食的调节作用尤为突出，包括营养素、代谢产物、生殖激素、应激激素、瘦素、胰岛素、肠肽、细胞因子和神经肽Y等，其中瘦素和神经肽Y在奶牛围产期间，有可能伴随着相关代谢信号的改变导致代谢紊乱，造成奶牛的DMI降低。

1.2糖异生障碍

奶牛在产后的泌乳初期，乳汁中乳糖分泌量很大，而乳糖要由葡萄糖转变而成的，导致葡萄糖的需要量剧增，以产奶量为20kg/d计算每天就需要1.24kg葡萄糖。一般奶牛在产后很快就会达到泌乳高峰期，而此时因围产期DMI的减少所至生成丙酸的不足，最终导致了肝糖异生障碍，这是奶牛能量负平衡发生的重要原因之一。

正常情况下，丙酸为糖异生的主要原料，奶牛所需葡萄糖有50%的来自丙酸。肝脏利用丙酸生成的葡萄糖，在泌乳时大多被奶牛利用合成乳糖。丙酸先经过CoA、ATP、生物素、维生素B12的作用变成活性脂肪酸（甲基丙二酰CoA），然后进入三羧酸循环代谢，最后转出线粒体，在细胞液中变成草酰乙酸再通过磷酸烯醇式丙酮酸逆糖酵解合成葡萄糖。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。糖异生减少是围产期奶牛能量代谢障碍的启动因素，决定着疾病的发生发展进程。

1.3脂肪动员增加

围产期奶牛DMI的下降使乳腺的营养需要得不到满足，必然导致脂肪组织的动员，致使肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素等神经内分泌因子分泌增加，作用于脂肪细胞膜表面受体，激活腺苷酸环化酶，促进cAMP合成，激活cAMP-蛋白激酶，提高胞液内甘油三酯脂肪酶的调控敏感性，促进甘油三酯（TG）水解生成非酯化脂肪酸（NEFA）和甘油并进入血液循环。

脂肪分解一方面可弥补糖异生作用降低所引起的能量亏欠，另一方面会释放大量NE－FA进入血液及肝脏，从而引起肝中脂肪的代谢产生一系列变化。酮体生成量增加并在体内积存，TG在肝中积聚和血浆脂蛋白升高，从而加重奶牛能量负平衡。在酮病和脂肪肝时，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。

1.4激素的调控作用

激素对围产期奶牛的代谢过程起着重要的调节作用，胰岛素、胰高血糖素、胆囊收缩素、孕酮、瘦素等激素均可调节体脂的动员。血糖浓度下降，导致胰高血糖素分泌增加，胰岛素水平降低，同时引起下丘脑垂体内葡萄糖受体兴奋，促进肾上腺髓质分泌肾上腺素增加；在这几种激素共同作用下，加快肝糖原分解，促进脂肪水解为甘油和NEFA，增加酮体生成量。

反刍动物能量代谢的调节主要受生长激素、胰岛素和胰高血糖素控制。研究表明，激素可以通过调控肝糖异生关键酶的活性及底物来影响糖异生速率，其中胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素、生长激素、乳酸盐和丙酸盐等可以增强PEPCK的基因表达，而胰岛素、NEFA等可抑制或减弱肝糖异生作用。

1.5瘤胃机能的变化

稳定的瘤胃内环境可以促进瘤胃微生物的生长和繁衍，提高奶牛的生产性能。在正常情况下，由于奶牛机体本身存在一套自我稳衡的机制，依靠它就可以实现瘤胃内环境的相对稳定。一旦瘤胃内环境的改变超过了奶牛自我稳衡机制的限度，就会导致瘤胃内环境紊乱，使瘤胃功能下降，进而使奶牛机体营养物质代谢发生障碍，导致生产性能下降。

当奶牛进入干奶期时，粗料采食量加大，丙酸的生成减少，而丙酸能够刺激瘤胃乳头突起生长，因此丙酸缺乏导致瘤胃乳头萎缩，瘤胃粘膜吸附挥发性脂肪酸（VFA）的能力下降。有研究指出，产后大约需要4～5周的时间，瘤胃黏膜的吸收能力才能达到最大。刘国文等研究表明，在妊娠后期和泌乳初期及疾病状态下奶牛采食量减少时，瘤胃内发酵菌的数量和比例发生改变，使丙酸生成减少，乙酸比例增加。恢复和重建瘤胃微生物区系，不仅可增强围产期奶牛的消化功能，增加采食量，还可提高生糖先质-丙酸的生成量，缓解围产期奶牛能量负平衡。

2围产期奶牛能量代谢疾病

2.1酮病

酮病是奶牛糖类和脂肪代谢紊乱，导致在血液中积累大量酮体，由尿液、乳汁和呼出气体排出，并以低血糖为特征的一种代谢性疾病。酮病是奶牛重要的群发性常见多发病，且多发于日产奶30kg以上的高产牛。

2.1.1发病机制

从生化角度来说，奶牛酮症的发生与丙酸代谢有着密切的关系。肝脏利用丙酸异生成葡萄糖，在泌乳时葡萄糖大多被奶牛利用合成乳糖。丙酸的另一功能是参与奶牛的脂肪代谢，当奶牛摄入的能量满足不了其产奶需要时，体内脂肪就开始动员，首先被分解为NEFA，并且运送到肝脏，然后被分解为乙酸，产生的乙酸被彻底分解为二氧化碳和水以提供更多的能量；但这个过程需要丙酸，如果没有足够的可利用丙酸，过多的乙酸就会在肝脏中聚集，在酶的作用下转化为丙酮、乙酰乙酸和β-羟基丁酸（BH－BA），并在血液中蓄积，达到一定水平后引起酮病症状。

在葡萄糖缺乏时，生成的丙酸过少，此时通过脂肪动员生成的甘油成为糖异生的重要前体物质，而且由于葡萄糖缺乏刺激糖异生加速，导致脂肪分解加快，这就使得草酰乙酸通过穿梭进入细胞溶质并转化为磷酸烯醇式丙酮酸，进入糖异生的量增多，而草酰乙酸主要来自糖的中间代谢产物丙酮酸，二者可以相互转化。

但同时脂肪酸的β-氧化过程也加快，使生成的乙酰CoA增加。当糖缺乏时，草酰乙酸生成量严重不足，而草酰乙酸是乙酰CoA进入三羧酸循环所必需的，在这种情况下，乙酰CoA就会大量生成酮体。同时因糖的缺乏不能产生更多的α-磷酸甘油，并且由组织中动员出来的甘油，在肝中也大部分沿糖异生途径进行代谢，这样肝中α-磷酸甘油的产量受到限制，不能将很多的NEFA酯化为TG，从而促使更多的NEFA氧化为乙酰CoA，这样更加剧了酮体的生成量。

2.1.2临床诊断

患有酮病奶牛具有高血酮、高血脂和低血糖的特征，同时牛奶和尿中酮体含量也显著增加；生糖氨基酸降低、生酮氨基酸增高，谷草转氨酶活性增高；血中白蛋白降低，病初血浆尿素氮含量增高，慢性发病时尿素氮降低。临床酮病奶牛有较明显的症状，不难作出诊断；而亚临床酮病无明显的临床症状，很难诊断，确诊需要通过检测血液、牛奶和尿中的酮体来确定奶牛是否患亚临床或临床性酮病。

目前普遍认为，血糖水平低于35mg/dL（1.9mmol/L），或血中BHBA含量超过1.5mmol/L时，就可认为奶牛患有亚临床酮病；乳中酮体浓度大于0.70mmol/L也是亚临床酮病的诊断指标。奶牛在妊娠的最后6周期间，若血中BHBA浓度低于0.8mmol/L表明能量摄入适当，0.8~1.6mmol/L表明能量摄入不足，高于1.6mmol/L则表明严重的营养不良。

2.2脂肪肝

脂肪肝又称肥胖母牛综合症，是奶牛能量负平衡导致体脂动员所引发的一种以肝脏脂肪蓄积和脂肪变性为病理特征的围产期代谢病，主要发生于产前2~3周至产后4~5周的高产奶牛，发病率高，会大大危害奶牛的健康和生产性能。

2.2.1发病机制

从机体生理和营养角度来说，当奶牛处在妊娠末期或泌乳早期，一方面产前胎儿的营养需要增加，母牛为产后泌乳做准备，产后泌乳量的逐步增加等，使能量需要剧增；而另一方面由于产前的瘤胃容积较小以及激素的作用、分娩后食欲降低等，使奶牛采食量下降，结果导致机体处于能量负平衡状态。这样，奶牛出现血糖和胰岛素水平降低，胰高血糖素含量增加，激素敏感脂酶活性下降，机体动员体脂，释放出NEFA进入循环并且转移至肝脏。

当奶牛出现严重的能量负平衡时，导致NEFA产生太多太快；同时肝脏利用NEFA的能力有限，导致过多的NEFA转化为酮体，或者合成TG贮存积聚在肝实质细胞，形成脂肪肝。据统计，被动员的体脂中，20%被乳腺利用，其余大部分被肝脏吸收。脂肪在肝脏蓄积损害肝脏功能，进一步降低NEFA进入三羧循环和参与脂蛋白的合成和分解，进而导致更严重的脂肪肝，这样就造成脂肪肝的恶性循环，而酮体在血液、乳汁和尿液中积聚，导致食欲减退或废绝，更加剧了能量负平衡。

脂肪肝的发生是分娩期有关代谢发生改变的结果，这些变化被称为“衡态调节”，其生理意义是将内源性和外源性养分进行重新分配，使其从非乳腺组织向乳腺组织转移，以满足乳腺泌乳量急剧增加对养分的需要。

2.2.2临床诊断

患有脂肪肝的奶牛一般具有低血糖症和酮血症，血中NEFA、BHBA和胆红素浓度增加，而胆固醇、白蛋白和胰岛素含量减少。肝中脂肪浸润严重的酮病母牛在血酮浓度和肝脂的程度之间存在的正相关，但是血浆BHBA浓度不能作为脂肪肝的诊断辅助指标。肝穿刺活体检查是检测肝脂含量和肝脂浸润程度的最可靠的准确方法，健康奶牛肝中TG含量为10%~15%（湿重）。根据在产犊1周之后组织学测定的肝中脂肪含量可分为轻度（20%肝脂，或50mg/g肝）、中度（20%~40%肝脂，或50~mg/g肝）和重度（40%肝脂，或mg/g肝）肝脂浸润病例，其中20%肝脂的母牛被认为是正常的，20%肝脂的奶牛则被认为患有脂肪肝。

图1奶牛脂质代谢与酮病和脂肪肝的相互关系

注：（+）表示刺激作用，（-）表示抑制作用；虚线代表发生率较低或只在特定生理状态下才会发生；NEFA=非酯化脂肪酸，TG=甘油三酯，VLDL=极低密度脂蛋白，CPT-1=肉毒碱棕榈酰基转移酶1。

2.3脂肪肝与酮病的关系

Drackley等研究表明，几乎所有的酮病患牛均有不同程度的肝脏脂肪蓄积，肝脂肪蓄积则可引起或加重酮病，二者密切相关，互为因果（图1）。当处于能量负平衡时，肝脏是血中酮体的主要供应源。在干奶期的最后3周，奶牛的DMI下降，机体动员体脂，动用的脂肪酸以NEFA的形式进入血液；因为肝脏对NEFA的吸收与血液NEFA的浓度成正比，因此肝脏中NEFA的浓度升高，NEFA在肝脏中合成TG的速度加快，当TG的合成速度大于从肝脏中的转运速度时，就会造成脂肪在肝脏内的积累形成脂肪肝，导致酮病的发生。脂肪动员是围产期奶牛能量负平衡的必然结果，能量负平衡是起因，脂肪动员是效应，酮体生成增加（酮病）和肝脂蓄积增多（脂肪肝）是结果。

3结语

总之，围产期是奶牛生产的关键时期，这一时期的饲养管理极为重要。保持奶牛适度的体况，提高奶牛产后的采食量，提供适口性好、营养平衡和消化率高的日粮以满足奶牛对营养的需求，促进瘤胃功能恢复，采取有效措施缓解围产期奶牛能量负平衡，预防能量代谢障碍性疾病，最大限度地降低死亡率，以提高奶牛养殖的经济效益。

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