馮肖藝,郝海生,杜衛(wèi)華,朱化彬,崔 凱,趙學(xué)明*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,北京 100193;2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,青島 266000)

近幾年,乳制品行業(yè)經(jīng)營中管理和營養(yǎng)等方面在不斷變化[1],奶牛的生產(chǎn)效率逐步提高[2],牛奶產(chǎn)量不斷增加[2]。然而,現(xiàn)代高產(chǎn)奶牛在產(chǎn)犢后需每天提供約40 L牛奶,這導(dǎo)致其出現(xiàn)代謝紊亂[3]和繁殖障礙[4]等問題。研究表明,產(chǎn)奶量與繁殖力之間存在著拮抗關(guān)系[5],高產(chǎn)奶牛的繁殖力不斷下降[2-3,6],妊娠率從55%下降到35%[7],這種下降與牛奶產(chǎn)量增加、奶牛生理和管理變化有關(guān)[7]。奶牛具備良好泌乳性能的先決條件是定期生產(chǎn)后代[8],因此,繁殖力低是現(xiàn)代乳制品行業(yè)關(guān)注的主要問題[9]。繁殖力不僅是影響奶牛平均產(chǎn)奶量[8,10]、平均產(chǎn)奶天數(shù)[8,10]、后代數(shù)量、世代間隔[8]和乳制品行業(yè)經(jīng)濟(jì)[8,11]的主要因素,還與奶牛妊娠期間的健康密切相關(guān)[11]。其中,能量平衡是與繁殖性能關(guān)系最密切的營養(yǎng)指標(biāo)[1]。能量平衡(energy balance,EB)是指維持和產(chǎn)奶的能量總和與所需攝入能量之間的差異[1,5]。產(chǎn)后泌乳奶牛早期的能量狀況是影響生殖性能的主要因素[2],EB水平可調(diào)節(jié)與卵巢功能相關(guān)的繁殖和代謝參數(shù)[12],EB不僅對(duì)卵泡發(fā)育、卵母細(xì)胞和胚胎質(zhì)量以及奶牛產(chǎn)后首次排卵時(shí)間有影響[6],哺乳期EB還與妊娠率呈正相關(guān)[5]。

奶牛健康和繁殖最關(guān)鍵的時(shí)期是圍產(chǎn)期[13]和哺乳期[3],在此期間,產(chǎn)奶量快速增長[4],代謝和營養(yǎng)需求迅速增加[14]。然而,當(dāng)奶牛無法通過消耗足夠的飼料來滿足生產(chǎn)牛奶的能量需求[15-16],產(chǎn)奶和維持的能量需求超過能量攝入時(shí)[15-17],奶牛就會(huì)發(fā)生能量負(fù)平衡(negative energy balance,NEB)[3-4,12,18-21]。NEB是奶牛泌乳早期的一種生理現(xiàn)象[16],更易發(fā)生于高產(chǎn)奶牛[15-16,22],會(huì)影響奶牛的健康、產(chǎn)奶效率和奶質(zhì)量[23-24]。NEB與繁殖力之間的相互作用已被充分證實(shí)[14,17,25],其會(huì)導(dǎo)致奶牛繁殖力下降[14,17,22,24,26-27]以及泌乳性能受損[16]。此外,NEB的程度和持續(xù)時(shí)間因奶牛的遺傳價(jià)值、產(chǎn)犢前身體狀況、產(chǎn)奶量、采食量和飲食而異[13,28],是奶牛產(chǎn)后卵巢周期恢復(fù)正常的重要決定因素[29-30]。探究NEB導(dǎo)致繁殖力下降的機(jī)制[23]以及參與NEB發(fā)生的遺傳基礎(chǔ)[16],并提出有效的解決方法[31],可以促進(jìn)奶牛的健康并加快其產(chǎn)后排卵的恢復(fù)[31],降低泌乳早期NEB的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間[6,10],提高奶牛繁殖力[16]。因此,本文總結(jié)了NEB導(dǎo)致奶牛繁殖力下降的內(nèi)分泌機(jī)制和代謝機(jī)制,旨在為提出緩解NEB的有效方法提供參考。

氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)的重點(diǎn),也是高考的熱點(diǎn),氧化還原反應(yīng)涉及知識(shí)面廣,解題規(guī)律性強(qiáng),有一定的技巧,下面我們從幾個(gè)方面去重點(diǎn)剖析。

因院區(qū)的面積所限，該院不允許設(shè)計(jì)大型的花園，但設(shè)計(jì)者也竭盡所能為患者創(chuàng)造一個(gè)溫馨舒適的就醫(yī)環(huán)境。例如，設(shè)計(jì)者在院區(qū)的空余地方以及病房的陽臺(tái)里都設(shè)置花槽，讓這些花槽點(diǎn)綴在院區(qū)周圍，打破醫(yī)院沉悶單調(diào)的室內(nèi)氛圍，增添了幾分寫意與活力，同時(shí)亦可勾起患者與醫(yī)護(hù)人員賞花玩花的點(diǎn)點(diǎn)情趣。

1 能量負(fù)平衡對(duì)繁殖力的影響

NEB不僅會(huì)導(dǎo)致奶牛代謝紊亂[16-17]、繁殖性能變差[4,13,16]、生育能力受損[13,17,32-33],還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)后卵巢周期紊亂[16,34]、功能受損[5,9]以及卵巢活動(dòng)恢復(fù)延遲[16,32]。其中,產(chǎn)后卵巢活動(dòng)恢復(fù)延遲是奶牛產(chǎn)后再次受精的主要障礙[31]。此外,NEB還會(huì)導(dǎo)致奶牛出現(xiàn)發(fā)情障礙[9]、發(fā)情周期延長[5,10,13,31-32]、產(chǎn)后早期排卵延遲[27,31,35-37]以及奶牛免疫功能降低[5,24-25,33]等問題。奶牛產(chǎn)后首次排卵發(fā)生在能量平衡最低點(diǎn)之后幾天,因此,到能量平衡最低點(diǎn)所需的時(shí)間越長,產(chǎn)后首次排卵的延遲時(shí)間就越長[2]。產(chǎn)后首次排卵的間隔時(shí)間不僅與開始恢復(fù)EB的時(shí)間有關(guān)[34],還與繁殖后期的受孕率相關(guān)[6]。研究表明,卵母細(xì)胞和胚胎的質(zhì)量[8]以及受孕率、早期胚胎死亡率是影響高產(chǎn)奶牛繁殖機(jī)制的主要因素[5,9],提高卵母細(xì)胞和胚胎質(zhì)量對(duì)于解決高產(chǎn)奶牛的低生育力問題至關(guān)重要[8]。然而,NEB會(huì)損害卵母細(xì)胞、胚胎的發(fā)育[38]和質(zhì)量[9,32]以及卵泡發(fā)育[32],導(dǎo)致胚胎存活率[5,10,16,32]和受孕率降低[16,31-32]。此外,NEB還會(huì)改變輸卵管和子宮對(duì)胚胎發(fā)育的支持,降低早期胚胎的發(fā)育能力及其成功觸發(fā)母體識(shí)別的能力,對(duì)母體妊娠的維持產(chǎn)生負(fù)面影響[32]。

色彩具有表情達(dá)意的功能，“在色彩心理學(xué)中，色彩有冷暖、有輕重、有大小、有性格、有象征，色彩不僅對(duì)人們的心理產(chǎn)生重要的影響，還可以通過色彩反觀我們的內(nèi)心世界”。［1］現(xiàn)代詩人戴望舒喜以色彩入詩，他詩歌中經(jīng)常出現(xiàn)紅色、金色、紫色、黑色、青色等顏色，在這些色彩中，他尤其青睞青色，帶有“青色”色彩的詩歌接近他詩歌創(chuàng)作總數(shù)的四分之一，并且貫穿始終?！扒嗌笨梢砸暈槔斫獯魍嬖姼璧囊环N路徑，是戴望舒生命中特殊體驗(yàn)的獨(dú)特表達(dá)方式。

奶牛的營養(yǎng)狀況是影響卵泡生長、成熟和排卵能力的重要因素,其主要是通過影響下丘腦促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH)和垂體促性腺激素的分泌直接介導(dǎo)或間接通過生長軸介導(dǎo)[10]。生長激素(GH)是一種調(diào)控奶牛泌乳的垂體激素[15]。生長激素能夠通過增強(qiáng)促性腺激素受體功能來增強(qiáng)促性腺激素的作用[15,45]。研究表明,外源性GH通過引起代謝反應(yīng),能夠獲得更高的牛奶產(chǎn)量,奶牛的高產(chǎn)奶量與GH濃度呈正相關(guān)[2]。哺乳期開始與GH增加有關(guān),GH促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)分配,主要在肝臟和脂肪中,從而支持產(chǎn)奶[15],并且GH和IGF-1協(xié)同調(diào)節(jié)奶牛的哺乳期[15]。此外,奶牛產(chǎn)后恢復(fù)排卵是一個(gè)協(xié)調(diào)過程,包括肝臟中GH和IGF-1軸重新偶聯(lián)、卵泡發(fā)育和類固醇生成增加以及下丘腦中雌二醇負(fù)反饋消除[31]。

2.2.2 人工濕地凈化技術(shù) 國外大量修建恢復(fù)自然濕地和人工濕地，作為控制暴雨徑流面源污染的重要手段[9]。國內(nèi)對(duì)人工濕地也開展了很多研究，種植風(fēng)車草、香根草的人工濕地對(duì)氮、硝態(tài)氮和磷的吸收分別達(dá)到79%、96%和25%～98%[10]。人工濕地對(duì)總氮去除率達(dá)60%[11]；用燈心草、香蒲人工濕地來凈化城鎮(zhèn)污水，燈心草和香蒲濕地對(duì)污水的去除率達(dá)到了80以上[12]。生態(tài)溝渠系統(tǒng)和人工濕地備受人們關(guān)注。

2 能量負(fù)平衡導(dǎo)致繁殖力下降的內(nèi)分泌機(jī)制

妊娠的建立和維持依賴于母體下丘腦-垂體-性腺軸之間的相互作用[31],動(dòng)物能量狀態(tài)的生理途徑是復(fù)雜的[5,40],包括特定的營養(yǎng)物質(zhì)和底物以及代謝物[5,40],營養(yǎng)控制的激素水平在繁殖過程中起主要作用[41]。在生產(chǎn)系統(tǒng)中,生殖軸能量平衡狀態(tài)的主要內(nèi)分泌信號(hào)是生長激素(growth hormone,GH)-胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)系統(tǒng)、胰島素(insulin)和瘦素(leptin)等[30,34,42]。這些激素集體作用于卵巢促進(jìn)卵泡發(fā)育和排卵[15],對(duì)類固醇生成、卵母細(xì)胞成熟和早期胚胎發(fā)育有直接影響[5,40],是能量平衡影響奶牛生育能力的重要介質(zhì)[5,10,42](圖1)。每種激素也可以直接通過卵巢上各自的激素受體起作用,因此,哺乳期通過涉及GH、IGF-1和胰島素的激素連接與生殖事件相關(guān)聯(lián)[15]。Cavestany等[42]研究表明,產(chǎn)犢前3周補(bǔ)充能量能夠增加產(chǎn)奶量,并對(duì)卵巢活動(dòng)的重新開始產(chǎn)生積極影響,這與產(chǎn)前更好的EB、較高的IGF-1、瘦素和胰島素水平以及產(chǎn)后早期較高的胰島素水平相一致[42]。

圖1 營養(yǎng)影響卵巢卵泡功能的內(nèi)分泌機(jī)制[10]Fig.1 Endocrine mechanisms by which nutrition affects ovarian follicular function[10]

研究表明,產(chǎn)后早期NEB與下丘腦-垂體-卵巢-子宮軸之間存在相互作用[8],阻礙了卵泡的發(fā)育過程[8],并且NEB會(huì)干擾內(nèi)分泌穩(wěn)態(tài)[43],內(nèi)分泌紊亂導(dǎo)致產(chǎn)后卵巢周期性恢復(fù)延遲,是導(dǎo)致奶牛繁殖力下降的主要因素[3,8,14]。其中,NEB主要影響內(nèi)分泌激素促黃體生成素(luteinizing hormone,LH)、GH、胰島素和IGF-1以及瘦素的水平,這些內(nèi)分泌機(jī)制直接通過影響卵巢對(duì)促性腺激素的敏感性或間接通過降低LH濃度和脈沖性抑制高產(chǎn)奶牛卵泡的生長[8]。NEB通過抑制LH脈沖頻率以及降低胰島素和IGF-1濃度延遲奶牛產(chǎn)后首次排卵的時(shí)間并抑制了優(yōu)勢(shì)卵泡產(chǎn)生雌激素[28]。奶牛卵泡生長在卵巢水平上取決于這些激素水平,然而,每種激素的獨(dú)立貢獻(xiàn)很難確定,當(dāng)營養(yǎng)得到改善時(shí),每種激素都會(huì)發(fā)生協(xié)調(diào)變化[15]。

2.1 能量負(fù)平衡影響促黃體生成素的機(jī)制

奶牛體內(nèi)細(xì)胞能量代謝穩(wěn)態(tài)的調(diào)控是必要的,以適應(yīng)分娩和泌乳[51],然而,奶牛泌乳早期極易發(fā)生NEB,會(huì)導(dǎo)致奶牛代謝紊亂[18,52],并損害高產(chǎn)奶牛的健康和生育能力[18]。泌乳早期血漿中代謝物非酯化脂肪酸(nonesterifiedfatty acid,NEFA)和β-羥基丁酸(β-hydroxybutyrate,BHBA)的濃度與能量平衡之間密切相關(guān)[5]。高產(chǎn)奶牛NEB導(dǎo)致繁殖力下降與代謝物濃度的變化有關(guān),代謝物的水平能夠直接或間接地改變卵泡功能,導(dǎo)致排卵延遲[2]。NEB會(huì)導(dǎo)致代謝物BHBA和NEFA的循環(huán)水平增加[8,34,53]。此外,高產(chǎn)奶牛排卵延遲與NEB導(dǎo)致血漿代謝激素葡萄糖濃度低有關(guān)[2,47](圖2),葡萄糖作為營養(yǎng)物質(zhì)對(duì)生殖有重要影響,其低水平會(huì)導(dǎo)致促性腺激素FSH和LH濃度降低[50]。

IGF-1響應(yīng)于生長激素從肝臟釋放,調(diào)控著奶牛的生長和哺乳期[15]。IGF-1不僅能夠增加LH結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量以增強(qiáng)LH刺激雄烯二酮和黃體酮產(chǎn)生的能力,還能增強(qiáng)卵泡細(xì)胞對(duì)LH的反應(yīng)性,并促進(jìn)卵泡分泌雌二醇,這是排卵發(fā)生的先決條件[10],血漿雌二醇濃度與IGF-1水平高度相關(guān)[28]。營養(yǎng)引起的全身IGF-1濃度變化與卵巢活性有關(guān)[45],營養(yǎng)作用部分通過IGF-1介導(dǎo),對(duì)產(chǎn)后奶牛恢復(fù)排卵產(chǎn)生影響[10]。血漿中較高的IGF-1濃度能夠促進(jìn)哺乳前期早期排卵的恢復(fù)[5,34],并且產(chǎn)后早期IGF-1濃度與受孕率相關(guān)[5]。奶牛血清中的IGF-1濃度對(duì)卵泡發(fā)育至關(guān)重要[8,28]。產(chǎn)后快速恢復(fù)排卵的奶牛和未排卵的奶牛相比,IGF-1水平高出40%～50%[28]。IGF-1濃度的增加增強(qiáng)了細(xì)胞發(fā)育和顆粒細(xì)胞增殖的能力,這表明IGF-1直接影響垂體和下丘腦功能[10]。研究表明,IGF-1直接刺激卵母細(xì)胞成熟、促進(jìn)胚胎發(fā)育以及提高胚胎質(zhì)量[8],奶牛血液中IGF-1濃度不僅與胚胎存活之間呈正相關(guān)[8],還與身體狀況、營養(yǎng)攝入[10]以及能量狀態(tài)呈正相關(guān)[5,8,28],因此,IGF-1是營養(yǎng)調(diào)控生育能力的潛在激素介質(zhì)[5]。此外,調(diào)節(jié)激素生物活性的IGF-1結(jié)合蛋白也會(huì)隨能量平衡的改變而發(fā)生變化[8]。

研究表明,NEB所影響的激素和代謝環(huán)境與LH脈沖的長期抑制有關(guān)[35],會(huì)降低LH脈沖頻率[8,10,28,31]和卵巢對(duì)LH刺激的反應(yīng)性[6,28,33]、抑制LH分泌[28,32]并導(dǎo)致雌二醇濃度降低以及發(fā)情較差[6,33],損害卵泡發(fā)育、卵泡細(xì)胞功能和卵母細(xì)胞發(fā)育能力[31],最終導(dǎo)致排卵延遲[8,28,33]。NEB奶牛的優(yōu)勢(shì)卵泡必須更大才能建立起能夠觸發(fā)排卵的血液雌二醇濃度,因此延遲了排卵[6]。其中,LH峰缺失會(huì)導(dǎo)致無排卵[3]。研究表明,NEB會(huì)導(dǎo)致卵泡生長速度降低并且變小[6],而在NEB最低點(diǎn)之后出現(xiàn)的卵泡比之前直徑更大[6,10,28],具有更快的生長速度[10],以及雌二醇分泌增多[6],促進(jìn)了排卵[6,10,28]。此外,NEB雖然不影響中小型卵泡的數(shù)量,但會(huì)影響優(yōu)勢(shì)卵泡的大小和排卵[10]。

2.2 能量負(fù)平衡影響生長激素的機(jī)制

高產(chǎn)奶牛通過動(dòng)員脂肪和肌肉來支持泌乳早期的產(chǎn)奶量,然而這會(huì)導(dǎo)致身體狀況較差,嚴(yán)重的NEB通過多種機(jī)制降低奶牛的生育能力[13]。其中,NEB會(huì)引起奶牛體內(nèi)激素和代謝物濃度的改變[32],這影響了奶牛的繁殖力[13,29]。研究表明,奶牛通過動(dòng)員脂肪組織和骨骼肌蛋白中脂質(zhì)來緩解NEB,這個(gè)過程是通過內(nèi)分泌和代謝適應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的[29],初產(chǎn)奶牛的代謝和內(nèi)分泌狀況更不平衡,其NEB恢復(fù)難度更大[34]。營養(yǎng)狀況在調(diào)節(jié)參與繁殖過程的許多內(nèi)分泌激素和代謝物的濃度以及卵泡發(fā)育方面起著至關(guān)重要的作用,在產(chǎn)犢后泌乳開始時(shí)NEB期間尤其明顯[3,32]。NEB奶牛的內(nèi)分泌、代謝和生理狀態(tài)都發(fā)生了顯著變化[9,33],這些途徑的破壞在很大程度上損害了奶牛的生育能力[31]。此外,用于評(píng)估奶牛能量平衡的參數(shù)并不是單一的,不能單獨(dú)使用,并且代謝物還會(huì)通過與控制卵巢功能和繁殖過程的內(nèi)分泌激素相互作用來影響奶牛的繁殖力[30,39],其中,瘦素的血漿濃度與血漿胰島素和葡萄糖的濃度呈正相關(guān),與生長激素和非酯化脂肪酸的血漿濃度呈負(fù)相關(guān)[10]。

然而,在NEB期間,由于肝臟生長激素受體下調(diào),GH-IGF軸解偶聯(lián),這與IGF-1濃度降低和GH濃度升高有關(guān)[46]。奶牛在產(chǎn)后的前4～8周內(nèi)經(jīng)歷一段時(shí)間的NEB,在此期間,由生長激素、生長激素受體和IGF-1組成的生長軸功能異常,在循環(huán)中存在GH水平升高和IGF-1水平降低的現(xiàn)象[15],并且這些激素濃度的變化與高產(chǎn)奶牛分娩后排卵延遲有關(guān)[2,47]。NEB會(huì)改變GH-IGF軸的適應(yīng)性,這會(huì)降低循環(huán)IGF-1的生物利用度,是EB狀態(tài)對(duì)生殖功能的關(guān)鍵介質(zhì)[13]。此外,NEB通過對(duì)輸卵管和子宮環(huán)境的作用延遲第一次排卵的時(shí)間并降低受孕率以及降低奶牛產(chǎn)后子宮恢復(fù)的能力[13]。

2.3 能量負(fù)平衡影響胰島素的機(jī)制

胰島素介導(dǎo)營養(yǎng)狀況對(duì)子宮和胚胎的影響,以及對(duì)卵巢卵泡發(fā)育和排卵的影響[47],胰島素影響著奶牛產(chǎn)后卵巢周期性恢復(fù)[39,42],在產(chǎn)后到第一次排卵的間隔中起著重要調(diào)節(jié)作用[10,28,45]。胰島素不僅直接作用于卵巢,增加卵巢對(duì)LH和FSH的敏感性[15,47],還對(duì)卵巢細(xì)胞有直接影響[5,47],包括刺激顆粒細(xì)胞增殖[5,22]、黃體細(xì)胞分泌黃體酮[5]以及生成孕酮、雌二醇[22]、卵泡膜細(xì)胞中的雄激素[22]。在泌乳早期,增加胰島素濃度不僅可以促進(jìn)產(chǎn)后排卵[45],增加在此期間排卵奶牛的比例[39],還能夠促進(jìn)優(yōu)勢(shì)卵泡的分化和成熟,從而增加優(yōu)勢(shì)卵泡在LH激增時(shí)排卵的機(jī)會(huì)[30,42]。Webb等[45]研究表明,將胰島素輸注到母牛體內(nèi)會(huì)擴(kuò)張優(yōu)勢(shì)卵泡的直徑和提高能量不足母牛的排卵率[45]。Omari等[3]研究表明,通過增加胰島素進(jìn)行良好的飼養(yǎng)管理,可降低發(fā)情周期紊亂的發(fā)生率[3]。胰島素作為影響垂體前葉LH釋放的代謝信號(hào),在調(diào)節(jié)卵巢對(duì)促性腺激素的反應(yīng)中起作用[10],其刺激卵巢黃體酮和雌二醇的產(chǎn)生[42]。胰島素還促進(jìn)卵泡對(duì)促性腺激素的反應(yīng)[8],從而促進(jìn)卵泡生長[8,28,34,42,45],對(duì)卵母細(xì)胞的發(fā)育也有直接刺激作用[8]。此外,胰島素抵抗減少了具有胰島素依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的組織對(duì)葡萄糖的攝取,從而保存了用于牛奶合成的葡萄糖[47]。胰島素作為介導(dǎo)營養(yǎng)攝入急性變化的物質(zhì)[45],在能量代謝穩(wěn)態(tài)的控制中起著核心作用,其濃度與能量攝入呈正相關(guān)[34,42]。

問題1 本節(jié)課研究直角三角形的邊角關(guān)系，想研究邊與角的關(guān)系，首先需要確定一個(gè)角，再研究它與兩邊的關(guān)系，前面研究過任意兩邊的和、差關(guān)系，接下來研究比商關(guān)系：存在幾種兩邊比商關(guān)系？

2.4 能量負(fù)平衡影響胰島素生長因子的機(jī)制

抗生素微生物檢定法作為抗生素檢測(cè)的傳統(tǒng)方法，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品和供試品溶液所產(chǎn)生抑菌圈直徑大小的比較分析，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀可靠，且真實(shí)地反映了抗生素的抑菌能力[14]。但實(shí)際操作中，對(duì)人員操作技能要求較高，影響因素較多，測(cè)定用菌懸液不易保存，需定期傳代，單次實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長等問題[15]。而高效液相色譜法操作簡(jiǎn)單，影響因素較少、抗干擾強(qiáng)、用時(shí)短、結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

在圍產(chǎn)期,奶牛通常處于嚴(yán)重的NEB狀態(tài),血液中礦物質(zhì)、維生素[49]和營養(yǎng)素的濃度會(huì)降低[47]。研究表明,瘦素濃度隨體重和體脂百分比的變化而變化,奶牛在泌乳早期會(huì)失去超過60%的體脂,瘦素濃度也有所降低[34]。產(chǎn)后瘦素濃度降低部分是由于NEB,因?yàn)楫a(chǎn)后未泌乳的奶牛中血漿瘦素濃度仍然很高[34]。NEB時(shí)奶牛體內(nèi)瘦素的減少與產(chǎn)后周期性恢復(fù)延遲以及第一次發(fā)情間隔延長有關(guān)[34,42],并且從分娩到第一次排卵的間隔與從分娩到瘦素最低點(diǎn)的間隔相關(guān)[34]。瘦素的循環(huán)濃度在妊娠晚期下降,即使能量平衡有所改善,產(chǎn)后瘦素濃度仍然很低[46]。此外,瘦素影響采食量,這也導(dǎo)致圍產(chǎn)期奶牛出現(xiàn)外周胰島素抵抗[46],瘦素的血漿濃度與胰島素的血漿濃度呈正相關(guān)[50]。

2.5 能量負(fù)平衡影響瘦素的機(jī)制

瘦素是另一種與能量平衡相關(guān)的激素,瘦素的循環(huán)濃度與身體狀況評(píng)分密切相關(guān)[46]。瘦素是食欲中心的共同調(diào)節(jié)因子[43],其參與EB的調(diào)節(jié),表示體內(nèi)白色脂肪組織沉積物的數(shù)量[42],瘦素濃度隨體重和體脂百分比的變化而變化[34]。瘦素主要由白色脂肪組織分泌,作為下丘腦區(qū)域的能量?jī)?chǔ)備信號(hào),控制新陳代謝和內(nèi)分泌功能,以維持能量穩(wěn)態(tài)[34]。當(dāng)瘦素增加到臨界閾值0.250～0.312 nmol·L-1以上時(shí),瘦素在下丘腦-垂體軸的激活和隨后的卵巢活動(dòng)恢復(fù)中發(fā)揮著作用[34]。瘦素水平較高能夠縮短奶牛產(chǎn)后至第一次排卵的間隔[34]。瘦素作為奶牛繁殖能力的主要調(diào)節(jié)劑,通過調(diào)節(jié)采食量和卵巢中的局部效應(yīng)來調(diào)節(jié)卵泡大小和卵母細(xì)胞質(zhì)量[42],瘦素是高產(chǎn)奶牛能量狀態(tài)和卵母細(xì)胞質(zhì)量之間聯(lián)系的關(guān)鍵因素[8]。研究表明,瘦素在體外卵母細(xì)胞成熟過程中刺激減數(shù)分裂進(jìn)程,其對(duì)成熟卵母細(xì)胞周圍的卵丘細(xì)胞有抗凋亡作用,并且能夠增強(qiáng)卵母細(xì)胞和胚胎的發(fā)育能力,從而幫助發(fā)育出更多更好的優(yōu)質(zhì)囊胚[8]。生殖性能較好的奶牛具有較高濃度的瘦素和IGF-1[34],這表明IGF-1和瘦素是NEB奶牛生殖軸的主要內(nèi)分泌信號(hào)[34]。

研究表明,奶牛生育能力下降與產(chǎn)后NEB以及胰島素濃度降低有關(guān)[28,45]。NEB會(huì)降低胰島素濃度[8,10,28],這抑制了肝臟生長激素受體和胰島素生長因子的分泌,導(dǎo)致生長軸功能障礙[15,33]。NEB期間,血液中低濃度的胰島素會(huì)對(duì)生殖產(chǎn)生負(fù)面影響,不僅會(huì)導(dǎo)致胰島素?zé)o法與促性腺激素協(xié)同作用于卵巢細(xì)胞[48],降低卵巢對(duì)促性腺激素的反應(yīng)[15],阻止顯性卵泡排卵[48],導(dǎo)致發(fā)情周期不規(guī)律[3,39,45],還會(huì)影響類固醇的生成和卵泡的大小[42],這延遲了卵巢周期性恢復(fù)[33,42]。此外,胰島素濃度低減少了雄激素和雌二醇的產(chǎn)生,從而損害了卵泡獲得LH受體的能力,導(dǎo)致卵泡發(fā)育受阻[10]。

奶牛發(fā)生NEB時(shí),會(huì)導(dǎo)致血液中IGF-1濃度降低[13,22,42],低濃度的IGF-1不僅會(huì)影響卵巢功能和早期胚胎發(fā)育[13]、延遲產(chǎn)犢后的子宮修復(fù)[10,13],還會(huì)導(dǎo)致母牛生育能力下降[13]并損害犢牛的生長[32]。NEB早期,卵泡產(chǎn)生足夠的雌二醇進(jìn)行排卵的能力取決于血清中胰島素和IGF-1的濃度以及不斷變化的能量平衡譜[28],并且NEB奶?；謴?fù)排卵由IGF-1的分泌介導(dǎo),圍產(chǎn)期IGF-1的循環(huán)濃度是NEB奶牛在分娩后恢復(fù)周期性能力的良好指標(biāo)[34]。NEB影響卵泡發(fā)育的生理機(jī)制與IGF-1有關(guān),IGF-1會(huì)改變卵泡對(duì)促性腺激素的敏感性和卵母細(xì)胞質(zhì)量,并與子宮容受性和胚胎著床有關(guān)[6]。NEB還改變了輸卵管和子宮內(nèi)膜的IGF系統(tǒng)[6],低濃度的IGF-1對(duì)卵泡和胚胎發(fā)育有害[8],也導(dǎo)致子宮內(nèi)的微環(huán)境較差[8],使子宮無法維持早期胚胎存活[8],影響了子宮容受性和胚胎著床[6],這是NEB高產(chǎn)奶牛受孕率[8]和生育能力[6]低以及早期胚胎死亡率高的原因之一[8]。此外,NEB還導(dǎo)致IGF結(jié)合蛋白(IGF-binding proteins,IGFBPs)的循環(huán)濃度降低[10]。由于IGFBPs運(yùn)輸并增加胰島素樣生長因子(insulin-like growth factors,IGFs)的半衰期,NEB引起低濃度的IGFBPs將限制IGFs作用于卵泡中的靶細(xì)胞,從而限制IGFs與垂體促性腺激素協(xié)同作用以刺激細(xì)胞增殖和類固醇生成[10]。

3 能量負(fù)平衡導(dǎo)致繁殖力下降的代謝機(jī)制

奶牛的生殖事件主要由促性腺激素(促黃體生成素和促卵泡素)控制[15,44]。促黃體生成素的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)機(jī)制復(fù)雜,隨著奶牛的營養(yǎng)和生理狀況而變化[10]。LH和IGF-1協(xié)同作用以促進(jìn)卵泡發(fā)育[33],在黃體酮升高(周期性動(dòng)物的黃體期)的情況下,LH脈沖頻率保持在每4 h一個(gè)脈沖,顯性卵泡經(jīng)歷閉鎖;在卵泡期(周期性動(dòng)物的排卵前期),LH脈沖頻率增加到每1 h一個(gè)脈沖,這刺激了卵泡最終成熟[35]。產(chǎn)后早期LH脈沖頻率的增加刺激了卵泡分泌雌激素,對(duì)于排卵前卵泡生長、雌二醇分泌和優(yōu)勢(shì)卵泡排卵是必要的[10,28],并且在很大程度上決定了卵巢周期性恢復(fù)[35]。在自發(fā)性黃體水解過程中,隨著黃體酮濃度下降、LH脈沖頻率增加、促性腺激素釋放激素脈沖分泌頻率增加[10]以及雌二醇濃度增加,從而誘發(fā)排卵[10,35]。LH脈沖頻率與發(fā)情期[10]和產(chǎn)后優(yōu)勢(shì)卵泡排卵[35]密切相關(guān)[10],是排卵延遲的主要原因[28]。此外,排卵前LH激增是恢復(fù)減數(shù)分裂所必需的關(guān)鍵信號(hào),并且能夠引起顆粒細(xì)胞產(chǎn)生類固醇,從主要是雌激素的一種環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N產(chǎn)生孕激素的環(huán)境,LH的分泌和排卵前LH激增確保了卵母細(xì)胞的發(fā)育能力[8]。

圖2 能量負(fù)平衡影響繁殖力的代謝機(jī)制[8]Fig.2 Metabolic mechanisms by which negative energy balance affects fecundity[8]

3.1 能量負(fù)平衡影響β-羥基丁酸的機(jī)制

泌乳初期的奶牛通常不能通過喂養(yǎng)來滿足其能量需求,因此奶牛會(huì)調(diào)動(dòng)體內(nèi)脂肪,從而產(chǎn)生酮體,包括β-羥基丁酸(BHBA)等[37]。酮體是一種小分子物質(zhì),主要由肝臟在禁食、長時(shí)間運(yùn)動(dòng)和限制碳水化合物時(shí)通過血液循環(huán)的脂肪合成[54-55],肝臟釋放的酮體能夠充當(dāng)大腦和心臟等組織的替代燃料來源[51]。BHBA是奶牛體內(nèi)最主要[56-59]、最豐富[54]的酮體,積聚在卵泡液中,其不僅是能量的被動(dòng)載體,還具有多種信號(hào)功能[54]。奶牛飼喂高能量日糧或低能量日糧,其BHBA的濃度有所不同[59]。此外,脂肪組織中的可用脂肪是能量代謝的主要來源,在營養(yǎng)不足時(shí),奶牛脂肪代謝的增加和全身對(duì)這種情況的適應(yīng)可以通過血液BHBA濃度來監(jiān)測(cè)[59]。研究表明,BHBA與哺乳早期EB之間的關(guān)聯(lián)已經(jīng)確立,并且反映了身體儲(chǔ)備的增強(qiáng)和營養(yǎng)物質(zhì)對(duì)牛奶生產(chǎn)的分配[5]。

NEB奶牛利用體內(nèi)脂肪來滿足產(chǎn)奶的能量需求,然而如果過量,從體內(nèi)脂肪中釋放的NEFA會(huì)抑制肝臟使用脂肪酸作為燃料的能力,被轉(zhuǎn)化為酮體,如丙酮、乙酰乙酸和BHBA[49,58]。血液中一定濃度的BHBA是泌乳早期對(duì)NEB正常適應(yīng)的一部分[51],然而,NEB期間BHBA的濃度明顯升高[27,51,54],表明脂質(zhì)動(dòng)員和脂肪酸氧化,過多的脂質(zhì)動(dòng)員與代謝和生殖障礙有關(guān)[11]。NEB會(huì)導(dǎo)致血液中酮體BHBA濃度增加[60],高濃度的BHBA會(huì)干擾卵泡和子宮微環(huán)境[54],導(dǎo)致發(fā)情持續(xù)時(shí)間變短,從產(chǎn)后到開始第一次發(fā)情的時(shí)間間隔較長[54],隨著NEB的嚴(yán)重程度以及BHBA濃度的增加,奶牛的生育能力會(huì)受損[6,54]。此外,奶牛NEB易引發(fā)酮癥等代謝紊亂[58,60],酮癥會(huì)導(dǎo)致血液和牛奶中BHBA濃度升高[61-62]。酮癥通常發(fā)生在泌乳早期[60],酮癥奶牛會(huì)食欲不振,這會(huì)進(jìn)一步加劇NEB[49]。產(chǎn)后血液中BHBA升高可直接損害卵母細(xì)胞質(zhì)量、顆粒細(xì)胞活力和隨后的胚胎質(zhì)量[54]以及奶牛健康[51],導(dǎo)致產(chǎn)奶量減少,影響生殖[6,51],導(dǎo)致產(chǎn)后奶牛的生育能力下降[51,54]。

3.2 能量負(fù)平衡影響非酯化脂肪酸的機(jī)制

脂肪酸(fatty acid,FA)是具有不同長度和飽和度脂肪鏈的羧酸,是所有活細(xì)胞的基本成分,其作為生物膜、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)(類固醇激素和前列腺素)和能量底物(例如二?；蛉；视?的組分具有重要作用[63]。在營養(yǎng)不足期間,通過激素敏感性脂肪酶的作用,脂肪組織儲(chǔ)存的脂質(zhì)中FA脫酯化,導(dǎo)致血液循環(huán)中NEFA暫時(shí)升高,以應(yīng)對(duì)身體的能量需求[63],NEFA介導(dǎo)許多不良代謝作用[64]。NEFA是運(yùn)輸儲(chǔ)存在脂肪組織中的甘油三酯(triacylglycerol,TG)到其利用部位的載體[64]。NEFA從脂肪組織釋放到血液中,與血漿白蛋白結(jié)合在血液中循環(huán),NEFA被肝臟和心肌等組織利用,血漿NEFA是以脂肪與蛋白質(zhì)復(fù)合物形式產(chǎn)生肝脂質(zhì)的主要底物[64]。此外,NEFA周轉(zhuǎn)迅速,在血漿中半衰期約為2～4 min,NEFA周轉(zhuǎn)是TG分泌和血漿TG濃度的決定因素[64]。

嚴(yán)重和不受調(diào)節(jié)的脂肪分解是各種代謝性疾病的標(biāo)志,如NEB等,NEB導(dǎo)致奶牛體液中NEFA水平持續(xù)升高[63]。奶牛產(chǎn)犢后易發(fā)生NEB,為了補(bǔ)償NEB并保持高產(chǎn)奶量,奶牛動(dòng)員體內(nèi)大量脂肪[9],主要以非酯化脂肪酸(NEFA)的形式,作為能量來源釋放到血液中[16,56-57],增加了脂肪酸的循環(huán)濃度[52,57-58],脂肪酸是牛奶生產(chǎn)的重要能量底物[59]。然而,這會(huì)導(dǎo)致NEFA水平升高[30],對(duì)卵母細(xì)胞質(zhì)量和奶牛的免疫反應(yīng)產(chǎn)生不利影響,血漿NEFA濃度>0.6 mmol·L-1通常用作判斷奶牛NEB的指標(biāo)[56],NEFA濃度升高還會(huì)增加酮癥的風(fēng)險(xiǎn)[54]。血漿NEFA的濃度與NEB程度呈正相關(guān)[14],其是神經(jīng)中樞提供飲食狀態(tài)的潛在信號(hào)[8]。高濃度的NEFA是NEB導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)奶牛生育能力下降的機(jī)制之一,其不僅影響卵巢功能[58],還會(huì)抑制細(xì)胞成熟,導(dǎo)致卵母細(xì)胞質(zhì)量、受精率、卵裂率和囊胚率降低[8],損害了母牛的生產(chǎn)性能和犢牛的生長[33]。此外,在代謝譜中顯示,參與脂質(zhì)代謝和膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的基因在NEB奶牛中表達(dá)更高,然而,在NEB奶牛中涉及細(xì)胞分裂(BIRC5、CCNB1、CCNE2、CDC20、SKA2、UBE2C、ZWINT)和DNA修復(fù)(POLE2、UNG)方面的基因表達(dá)水平較低[64]。其中,BIRC5編碼Survivin蛋白,Survivin蛋白作為細(xì)胞凋亡的抑制劑,對(duì)細(xì)胞分裂起著至關(guān)重要的作用[65]。在NEB奶牛中表達(dá)較低的基因還包括11個(gè)編碼組蛋白的基因,組蛋白是染色質(zhì)中將DNA包裝成核糖體的主要蛋白質(zhì),其通過乙?；⒓谆土姿峄姆g后修飾在調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄中起著核心作用[64]。在產(chǎn)后早期,NEB奶牛經(jīng)歷代謝失衡會(huì)對(duì)免疫系統(tǒng)提出更高的要求,參與免疫反應(yīng)的關(guān)鍵基因也會(huì)上調(diào)表達(dá)(DEFB13、HP、OAS1、PTX3、TLR4)[64]。

4 展 望

NEB通過影響奶牛的內(nèi)分泌和代謝導(dǎo)致奶牛的繁殖力下降,從而影響生產(chǎn)效率,因此,探究NEB導(dǎo)致奶牛繁殖力下降的機(jī)制并提出緩解NEB的方法已成為研究熱點(diǎn)。與大量關(guān)于內(nèi)分泌紊亂的研究不同,NEB的典型代謝參數(shù)目前研究還較少,并且生殖內(nèi)分泌軸和代謝內(nèi)分泌軸之間的相互作用和關(guān)系目前尚未很好地界定。代謝物β-羥基丁酸酯和非酯化脂肪酸已有較多研究,以及脂肪因子在圍產(chǎn)期脂肪動(dòng)員中的作用機(jī)制也得到了很好的描述,但目前對(duì)肌因子的影響知之甚少。纖連蛋白III型含結(jié)構(gòu)域蛋白是最近發(fā)現(xiàn)的肌因子和脂肪因子,在代謝功能障礙中發(fā)揮作用。此外,通過檢測(cè)血液NEFA濃度來識(shí)別NEB需費(fèi)時(shí)費(fèi)力的采樣,最近已從牛奶樣本中預(yù)測(cè)出血液NEFA濃度,這表明牛奶代謝物可用作評(píng)估NEB和代謝狀態(tài)的指標(biāo)。目前,已開發(fā)出一種使用牛奶中紅外光譜來預(yù)測(cè)血漿NEFA濃度的模型。

乳制品行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是設(shè)計(jì)飼養(yǎng)方案,以改善采食,促進(jìn)早期泌乳牛的代謝健康,最大限度地減少奶牛產(chǎn)后NEB的程度和持續(xù)時(shí)間。最近已有研究表明,β-1,3-葡聚糖有助于改善過渡期奶牛由NEB引發(fā)的脂肪代謝紊亂,以及瘤胃保護(hù)性葡萄糖也在緩解奶牛NEB方面發(fā)揮著重要作用。此外,糖原飲食對(duì)生育有益,其能夠促進(jìn)正常內(nèi)分泌信號(hào)的恢復(fù),促進(jìn)卵巢活動(dòng)開始。為了避免未來乳制品生產(chǎn)中的這些問題,采取綜合方法,選擇更健壯的奶牛并終生改善營養(yǎng)管理,并且隨著更好的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā),在未來變得更加可行。