酮病高血糖现象的初步研究

第一篇 文献综述 21世纪以来，我国奶牛业有了突飞猛进的发展，随着奶牛业的不断发展，集约化饲养得到了普及，奶牛单产泌乳量不断增长。2006年我国奶牛存栏量为1363.1万头[1]，目前，我国奶牛的存栏总量达1440万头，与2008相比增长了17%。奶产量增长到3810万吨，与2008相比增长了0.8%[2]。1991年我国奶制品仅有465万吨，截止到2010年，我国的奶产品已到达3575万吨，我国奶制品占世界总量的6%，是全球第三乳制品大国。 我国奶牛集约化管理起步与发达国家相比较晚，同时饲养管理不当及不断加大高产奶牛引进导致我国奶牛生产性疾病发病率逐年提高，已经成为制约我国奶业发展的重要因素。我国奶牛酮病的发病率为15%~30%，死亡率虽然不高，但因此引起的泌乳量及乳制品质量下降、繁殖力降低、生殖系统疾病以及内分泌紊乱等疾病加剧了治疗费用，相应带来了经济损失。泌乳奶牛在泌乳期整个阶段每头奶牛损失奶量高达200～230kg，若以最低的15%的酮病发病率来讲，我国牛奶损失量约达37.8万吨，约11.3亿元人民币。酮病还可以诱发其他疾病，例如：皱胃变位、低血钙症、生殖性疾病等。此类疾病能够导致奶牛产奶量下降，生产性能减弱，提高了奶牛场的淘汰水平，加大了治疗所需成本，因而给奶牛也带来了较严重的经济损失，酮病给我国带来的影响应该受到高度重视。 1849年Lander首次对酮病进行了具体描述，酮病被认为是由于动物体内碳酸化合物以及脂肪代谢紊乱而引起的能量负平衡的一种代谢性疾病。主要以低血糖、高血酮、高游离脂肪酸为主要特征。奶牛酮病的发病机理可概括成：因各种原因引起的碳水化合物摄入不足及泌乳因大量糖的消耗，进而导致血糖降低，机体为维持正常能量水平而动用体脂，血中非脂化脂肪酸浓度逐渐升高，通过进一步氧化，引起酮体浓度升高。这一理论被公认是“低血糖症”假说，也是I型酮病发生机制的中心环节。但近十年来研究发现部分奶牛发生酮病时,体内存在着高血糖现象，发生这一现象的原因可能与体内存在胰岛素抵抗密不可分，因该类型酮病发病机理可能与II型糖尿病的发病机理相近，因此国外的相关报道中将这一类型的酮病定义为II型酮病。因II型型酮病的病因学与I型酮病的差别很大，因此在II型酮病防治上将会不同于I型酮病，所以系统的研究II型酮病的发病机理，对有效的防治II型酮病，提高奶牛泌乳量，增加牛场经济效益是十分重要的。 由于国内缺乏对II型酮病的深入和系统的调查，因此本研究在黑龙江省集约化牛场开展奶牛II型酮病的调查研究，确立II型酮病发生特点和发生规律，阐明奶牛胰岛素抵抗与II型酮病发生的关系，对丰富和发展酮病新理论和知识有着重要的意义，可为酮病的防治提供新的策略。 1、奶牛围产期能量代谢的研究进展 围产期通常是指奶牛分娩前4周到奶牛分娩后4周这一整个阶段[3]，也有报道指出在产前3周到产后3周[4]，在这一阶段，奶牛先后经历的妊娠-分娩-泌乳三个阶段。在妊娠后期，奶牛出现了干物质量摄入降低这一现象【5】，然而奶牛分娩后，整个机体能量均为泌乳作准备，因此机体大量的葡萄糖转变成乳糖，随着产后天数的增加，泌乳量增加，加上奶牛在此阶段对干物质量摄入的降低，进而奶牛机体出现能量负平衡状态。与此同时，Blaock SS、Butler WR等人的研究显示奶牛在分娩4-6周处于泌乳高峰期状态，但奶牛干物质摄入量需在分娩后8-10周处于高峰期，摄入量高峰期的延后，加剧了奶牛能量负平衡[6]。研究报道指出：胎儿在奶牛妊娠后期所消耗的葡萄糖量达奶牛自身所产葡萄的46%，奶牛泌乳高峰期所消耗的葡萄糖达自身所产糖总量的85%。因此，奶牛在这一时期最容易出现血糖不足现象。机体极易出现能量负平衡状态。然而，若这一状态不能得到很好的调节与治疗，奶牛极易发展成为酮病、脂肪肝以及左方变位、生殖障碍性疾病。因此，有研究表明能量负平衡状态可作用奶牛发生酮病的病理学基础。，因此，维持奶牛的能量平衡，能够提高奶牛的生产性能，对揭示I型酮病与II型酮病的发病机理有辅助作用。 1.1糖、蛋白质代谢 葡萄糖代谢为机体提供了能量，是机体氧化供能的主要物质。奶牛在围产期糖代谢的主要特点是肝糖异生增加和外周组织葡萄糖氧化降低，葡萄糖大量合成乳糖[7]。奶牛葡萄糖的来源分外源性的葡萄糖与通过生糖先质在瘤胃微生物的作用下，在肝脏异生出内源性葡萄糖，后者是奶牛葡萄糖的主要来源。饲料在瘤胃中发酵，经瘤胃微生物作用，生成挥发性脂肪酸，其中的丙酸是主要的糖异生（gluconeogenesis）先质，丙酸与辅酶A、ATP、生物素、VB12作用后变成有活性的脂肪酸后，进入三羧酸循环代谢，从线粒体穿出在肝细胞液内变成草酰乙酸后，经糖酵解的逆过程异生成葡萄糖（见图1）。Drackley【8】等的研究指出，奶牛在围产期阶段，体内约50-60%的葡萄糖来自丙酸的糖异生作用，也有研究报道指出，糖异生的底物还包括乳酸、甘油以及某些生糖氨基酸【9】。Overton 等人的研究报道显示，动物机体内20%-30%的葡萄糖由乳酸经糖异生得到， 2%-4%的葡萄糖由甘油经糖酵解逆途径异生为糖[7]。动物机体内还存在着一些能够生糖的氨基酸，动物在围产期间，约有20%-30%的糖来自生糖氨基酸的糖异生。由此可以得出，尽管氨基酸不是主要的生糖先质，但其在围产期内动物机体缺糖的情况下，能够较快地合成葡萄糖，生糖氨基酸的这一特点为奶牛泌乳需要提供了能量保障。 1.2脂肪代谢 动物在泌乳时期，为了满足能量所需，调节能量负平衡，机体的脂肪动员增加。机体主要以游离脂肪酸（non esterified fatty acids，NEFA）形态释放入血，通过三羧酸循环途径为机体供应能量。Bell的研究指出，奶牛第一天泌乳量的40%的乳脂是由NEFA产生的【10】。游离脂肪酸有三种代谢途径：一是游离脂肪酸在肝脏内完全氧化，生成CO2和H2O并提供能量。二是游离脂肪酸不完全氧化，生成酮体【11】。三是NEFA在肝脏内向酯化方向进行，即经酯化合成三酰甘油（triacylglycerol，TAG）。由于反刍动物分泌极低密度脂蛋白的能力受载脂蛋白和胆固醇的影响,因此仅有部分TAG可被运出肝脏，大部分TAG会贮存在肝细胞内，倘若动物对NEFA摄入过量，就会引发脂肪肝[12]。酮体主要包括β-羟丁酸（β-hydroxybutyrate，BHBA），乙酰乙酸（acetoacetate）和丙酮（acetate）三种。当动物机体能量不足时，机体为了维持能量平衡，首先脂肪动员增加，生成大量的脂肪酸，脂肪酸随血液循环到肝，在肝细胞线粒体内，经β-氧化生成乙酰COA，乙酰COA经硫解作用生成乙酰乙酰COA，在3-羟-3-甲基戊二酰COA合成酶的作用下，生成3-羟-3-甲基戊二酰COA，而后生成乙酰乙酸，乙酰乙酸经加氢作用后生成或脱羧作用生成丙酮（见图2）。生成的酮体，不仅能够供肝外组织利用，同时还可以大脑与肌肉等的利用，降低蛋白质的分解，维持组织的正常生理功能。生酮作用在奶牛代谢中占有重要地位，当动物机体血糖浓度不足时，肝脏就会产生大量酮体来维持能量平衡。但当机体BHBA含量过量时，就会严重影响奶牛的泌乳质量与身体健康，但也有研究表明，动物对酮体的耐受能力因个体差异而有所不同【13】。 2.3 酮病与其他疾病的关系2.3.1奶牛酮病与脂肪肝 酮病和脂肪肝常见于每日产奶在30kg以上的奶牛【20】，两者的发病机理大致相同，发病原因均是干物质摄入水平下降，机体血糖缺乏。这两个疾病在动物体内相继发病，即一种疾病发生伴随着另一种疾病的出现，酮病发生后，导致机体出现脂肪肝症状，而动物患有脂肪肝，其血液中BHBA的含量增加。 Murondoti的研究指出，肝脏对NEFA氧化减弱可能是因干奶期饲喂过度，超过肝脏的负荷，引起一定程度的肝损伤所致。Andersen【21】的研究证明，加大奶牛泌乳早期能量平衡，促进肝脏对脂肪酸的氧化功能，能够有效降低甘油三脂的沉积，减少脂肪肝与酮病的发病几率。若奶牛患II型酮病，可能出现胰岛素抵抗，糖耐量异常并在特殊情况下出现非胰岛素依赖性（II型）糖尿病，同时患病奶牛表现不同程度的脂肪肝【15】。奶牛在围产期前后，脂肪动员增加，一小部分脂肪酸向酯化进行【22】【23】。如果奶牛处于应激情况，例如奶牛患产褥疾病，就会引起游离脂肪酸向肝脏的运输增加，引起奶牛血糖和胰岛素浓度升高，使得肝脏合成脂肪的速度加快从而增加脂肪肝的患病风险。奶牛饲料中所含较高浓度的丁酸，奶牛体内BHBA因饲料的摄入而增加，由于适口性差，奶牛饲料的摄入量降低，机体发生脂肪肝的几率增大，若突然换料，或饲料中含碳酸化合物较多，就会引起奶牛瘤胃酸中毒【24】2.3.2奶牛酮病与皱胃变位Hansen[25]的研究表明，奶牛发生酮病、皱胃变位与最大化增加奶牛产奶量有关。Duffield的研究报道指出，能量负平衡在引起奶牛发生酮病、皱胃变位中起主导地位【26】。LeBlanc【27】的研究报道指出，奶牛产前体内NEFA含量较高、产后血中BHBA浓度升高是引起奶牛发生皱胃变位的关键因素。研究报道指出，奶牛在泌乳早期，奶牛因酮病继发皱胃变位的发病率增加8%【28】。Duffield的研究指出，奶牛泌乳早期血液BHBA浓度是酮病临界点的三倍，此阶段奶牛更易患皱胃变位【29】3 II型酮病的研究进展3.1 II型酮病的流行病学调查 研究表明，奶牛高酮血症能引起另一种代谢紊乱，在机体代谢的许多方面与低血糖性酮血症不同【32】。该类型酮病常发病于泌乳前，并与子宫炎，乳腺炎，蹄叶炎或肢蹄疾病等疾病密切相关。该种代谢紊乱奶牛表现为高血糖症和高胰岛素症现象。因其代谢方式与II型糖尿病相似而被命名为II型酮病。II型糖尿病的发病机理普遍认为是由于胰岛素抵抗与胰岛素分泌缺乏。发病初期，机体出现代偿性胰岛素含量增高；发病后期，胰岛B细胞损伤，机体产生糖耐量异常。肥胖是II型糖尿病的致病因素之一，II型酮病易发于肥胖奶牛，并且II型糖尿病与II型酮病血液均呈现高胰岛素高血糖现象。研究表明，胰岛素抵抗可能是这两种疾病的显著特征。当奶牛出现肥胖、持久性酮症、皱胃变位发病率升高、泌乳早期奶牛死亡率升高等现象时，应考虑奶牛可能患有II型酮病的危险【18】。 II型酮病常发生与产前1-2周的肥胖奶牛，这是由于肥胖奶牛血液中游离脂肪酸浓度较高，大量游离脂肪会诱发脂肪肝。患病动物血糖浓度较高或正常（此现象与I型酮病相比属高糖现象），该病发生常伴发其他疾病【15】。目前，尽管国内外已有II型酮病的研究报道，但是因缺乏有效的、实用的检测和诊断方法和技术，以致II型酮病的流行病学状况仍不清楚。因此，在集约化奶牛场开展II型酮病的流行病学调查研究，对丰富和发展奶牛酮病理论和知识，提供相应的预防与治疗措施具有重要的理论和现实意义。3.2 II型酮病的发病机理3.2.1肝脏功能 肝脏是机体能源物质转换的重要场所。当奶牛机体能源不足时，肝脏能够在一定条件下，将脂肪转换成能量供机体利用。然而，肝脏将脂肪转变成葡萄糖的能力有限。当机体脂肪代谢过量时，肝脏就会向生成酮体方向进行。酮体虽然能够在缺糖的情况下为机体提供能量，但提供能量的效率较低，并且会引起奶牛代谢性酸中毒。进而在奶牛体内恶性循环，增加肝脏功能的负荷，使肝脏出现不同程度的损伤。 II型酮症的基本病变是脂肪肝。奶牛分娩过程中肝脏发生脂肪浸润，产犊后表现临床症状。脂肪浸润损害了肝脏的糖异生能力，极大地增加了泌乳初期奶牛患酮病的危险。脂肪肝奶牛在产犊后1-2周内出现高血酮症。奶牛II型酮病的严重程度与产后管理水平存在一定关系；奶牛是否患酮病与产犊前后能量是否平衡及应激有关。 Clore等人【33】研究了正常人体和患II型糖尿病人体内注射胰高血糖素后3天内血糖的变化。作者发现尽管在糖尿病患者中葡萄糖输出增加，但患者体内仍出现生糖前体增加，激发体内糖异生作用，尽管糖原储存量低，这些病人在注射胰高血糖素后血糖增加要比正常人的明显，这点与奶牛脂肪肝的反应相似。
在肥胖奶牛能量缺乏时，增强的脂肪动员引起大量的游离脂肪酸到达肝脏，当游离脂肪酸产生的量超过肝脏的利用能力时，就会引起肝脏内脂肪蓄积，肝脏内脂肪蓄积会造成不同程度的肝脏功能的损害【34】。研究表明，脂肪肝患者的血中转氨酶、血脂、血糖异常，还呈现高甘油三脂、高胆固醇的特征【35】。因此，检测某些血液中指标，如空腹血糖含量（FPG）、血脂（甘油三脂（TG）、总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白）、血清酶（丙氨酸转氨酶（ALT）、天门冬氨酸转氨酶H（AST）、碱性磷酸酶（ALP）、谷氨酰转肽酶H（GGT） 胆碱酯酶（CHE）等对了解肝脏功能具有重要的作用。