围产期奶牛健康指标体系和营养代谢研究进展

■刘大森 姜明明

（东北农业大学动物科技学院，黑龙江哈尔滨 150030）

1 围产期的界定

成年奶牛是指第一次产犊后的母牛，步入成年阶段奶牛就开始周而复始的产奶、干奶、妊娠、分娩，一个泌乳周期约为305 d，其中包含妊娠期约为280 d。围产期奶牛的相关问题一直是饲养管理中的重点和难点，也是当前国内外研究的热点。国内外关于围产期的界定基本上一致。围产期，通常定义为产前2～3周至产后2～3周的一段时期（Grummer，1995；Drackley，1999）。结合奶牛生理规律和我国现代奶牛生产实践我们把成年母牛按其泌乳阶段，一般分为六个时期（莫放，2012）。干乳期（60 d）：自停奶日期至分娩日期，此期对奶牛产后及乳房健康至关重要。干奶期可分为两个阶段：干奶早期（即干奶后至产前15 d）和干奶后期（即产前15 d至分娩）也叫围产前期；围产期（30 d）：分娩前和产后各15 d，此期对奶牛的健康及以后的产奶量是关键饲养期，包括围产前期（妊娠的最后15 d）和围产后期(泌乳早期)。泌乳早期(15 d)：分娩后1～15 d。泌乳盛期（85 d）：分娩后16～100 d，产奶量占全泌乳期产奶量的45%～50%。泌乳中期（100 d）：分娩后101～200 d，产奶量占全泌乳期产奶量的30%左右。泌乳后期（105 d）：分娩后201 d至停奶前1 d，产奶量占全泌乳期产期产奶量的20%～25%。

2 围产期奶牛代谢特点

诸如日粮变化、干奶、产前两个月胎儿迅速发育、分娩、初乳等一系列内外环境变化对围产期奶牛产生巨大的应激，导致干物质摄入量（DMI）减少和严重的能量负平衡（NEB）。据统计围产期奶牛能量需要量比其它时期增加30%～50%（Overton等，2004）；奶牛分娩后4 d的乳腺、胎儿发育所需糖类是妊娠250 d时的3倍，氨基酸为2倍，脂肪酸大约为5倍（Bell,1995），分娩时钙的需求量提高了4倍（Horst等,1997）。为适应母牛的营养需要，导致体内糖代谢、脂类物质代谢和矿物质代谢均发生了显著变化。

2.1 葡萄糖代谢

围产期奶牛主要是通过肝脏糖元异生和周围组织增加葡萄糖代谢（Reynolds等，2003），减少糖氧化作用以保证泌乳时乳腺组织合成乳糖需要的葡萄糖。据报道，90%的葡萄糖来源于肝脏的糖异生作用，预产期前9 d到产后21 d内脏器官的葡萄糖几乎全部来源于肝脏的糖异生，总输出量升高267%。奶牛主要依靠瘤胃微生物发酵碳水化合物后产生的丙酸等挥发性脂肪酸通过糖异生作用合成葡萄糖，围产期奶牛DMI减少、丙酸生成量减少，造成肝脏糖异生障碍，由于自身需求、胎儿分娩、泌乳以及应激等需要大量的葡萄糖，所以造成能量负平衡(NEB)。

2.2 脂肪代谢

当奶牛NEB严重时，体脂被大量动员以缓解糖异生障碍和泌乳能量需求增加导致的能量负平衡。释放甘油三酯（TG）入血液，水解为非酯化脂肪酸（NEFA）和甘油，NEFA经血液循环进入肝脏，从而引起肝脏中脂肪代谢发生一系列变化，同时由于丙酸产量不足，导致肝脏对NEFA的代谢能力有限，肝脏中不能及时代谢NEFA又导致β-羟基丁酸（BHBA）、丙酮、总胆固醇等大量产生，引起奶牛脂肪肝、酮病的发生。

2.3 钙代谢

钙离子是重要的代谢调节物和许多酶的激活物，当体内缺乏时会导致一系列生理障碍。据测定，产后健康牛的血钙浓度为0.08～0.12 mg/ml，平均为0.1 mg/ml。奶牛机体对血钙浓度有很强的调节能力，当日粮不能满足需求时，会动员骨钙分解代谢来维持血钙浓度的正常。由于奶牛在分娩过程和产后泌乳中会损失大量的钙，导致奶牛的钙稳态调节机制没来得及形成就已经出现障碍，造成钙代谢失调。甲状旁腺激素相关蛋白对促进Ca、Mg和P在乳腺中的代谢具有非常重要的作用（Thiede,1994）。甲状旁腺激素和1,25-二羟维生素D可促进肠道对钙的吸收、肾脏对钙的重吸收以及骨骼对钙的重吸收增加，以维持细胞外钙池的稳定。血钙含量升高，可促进甲状腺释放降钙素，引起钙在骨骼中沉积增多、肠吸收钙减少以及钙从尿液中的排泄增加。

所以，围产期奶牛应激严重，极易发生代谢紊乱，诱发代谢性疾病。围产期奶牛常发生生产瘫痪（产褥热、低血钙）、葡萄糖代谢紊乱、脂肪肝和酮病、瘤胃酸中毒、皱胃移位、乳房水肿和乳房炎等代谢疾病。据报道，美国高产奶牛产褥热发病率约为7.2%，经产奶牛产后亚急性低血钙发病率为66%，产褥热的奶牛产奶量下降14%，产奶周期缩短3～4年。我国由于围产期饲养管理不当，导致4～6胎的母牛淘汰率非常高，造成严重的经济损失。

3 围产期奶牛健康监控指标体系

为了更有效地监测围产期健康和生产性能，需要及时评估代谢性应激，建立奶牛疾病的风险评估指标，以便在干奶期采取相应的管理措施，同时矫正措施应覆盖产前、产中、产后各个阶段（Sordillo等，2014）。

3.1 能量状况

分别对产前15 d、产前7 d、产前1 d、产后1 d、产后7 d、产后15 d各10头共计60头围产期奶牛进行血液生理生化指标检测。结果表明，利用血清游离脂肪酸、血清葡萄糖含量和血清天门冬氨酸氨基转移酶活性，可作为诊断奶牛脂肪肝的依据（李俊杰等，2014）。分娩前血浆非酯化脂肪酸浓度和结合珠蛋白是评价产后奶牛是否过度动员了脂肪，可有效诊断健康状况，为早期预防或改善饲养管理提供依据（Huzzey等，2009）。由于胰岛素样生长因子1（IGF-1）对采食量有影响，通过胰岛素样生长因子1（FGF-1），结合蛋白2（IGFBP-2）或结合蛋白4（IGFBP-4）的浓度可以评价哺乳初期能量负平衡状况（Laege等，2014）。

3.2 产后瘫痪及相关骨营养代谢病

奶牛血清钙含量降低，血清羟脯氨酸含量和血清碱性磷酸酶活性升高可作为奶牛骨营养不良的诊断依据。奶牛低血钙症用DPD（骨特异碱性磷酸酶）/BAP（尿脱氧吡啶啉）比值来评估，在分娩的时候，经产牛血清钙离子浓度和BAP活性明显低于初产牛，而DPD浓度没有变化。DPD可以作为骨形成标志物评估骨代谢状态，但特异性测试需要确认（Reiichiro等，2013）。在哺乳期，5-羟色胺（5-HT）与钙离子代谢和葡萄糖稳态有关。产后第1 d血浆中5-HT的浓度可以作为围产期代谢紊乱相关疾病的指示器：血清中5-HT与钙离子浓度和甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP）正相关（r＞0.37）；血清中5-HT与产褥热发病率负相关（r＜-0.33）。5-HT浓度增加将减少产褥热的发病率（Laporta等，2013）。奶牛总血钙浓度低于1.4 mmol/l时的临床低血钙症称为产褥热，血钙浓度低于2.0 mmol/l时的亚临床低血钙症称为亚临床产褥热。产后奶牛的血钙浓度、碱性磷酸酶和血清羟脯氨酸含量、血清阳离子（Na+、K+）总量和血清阴离子（Cl-）含量可作为奶牛生产瘫痪的监测指标。

3.3 酮病

尿酮体监测可作为奶牛酮病的诊断依据（李俊杰等，2014）。血液葡萄糖浓度的变化是对机体能量代谢情况最直接的反映。分娩时肝脏中TG与糖原的比例常被作为奶牛易感酮症的一个指标（Drackley等，1999）。

3.4 炎症与免疫抑制

炎症反应通常由组织损伤、感染等因素引起，而各种类型的应激（分娩、氧化应激、热应激、剧烈运动等）也可引发机体发生炎症反应。围产期奶牛炎症反应非常普遍，据分析炎症反应会抑制免疫功能并改变代谢过程，是奶牛围产期代谢性疾病发生的核心因素（李鹏等，2014）。深入研究围产期炎症反应与营养代谢性疾病之间的关系，既有利于深入研究酮病、脂肪肝等代谢性疾病的发病机制，又便于阐述围产期奶牛感染性疾病与以酮病、脂肪肝为代表的能量代谢障碍性疾病的联系。

因此，为了更好地提高奶牛疾病预防措施的效果，增强奶牛健康和福利，应该建立代谢应激评估指数（脂肪动员、氧化应激、炎症），用于监测牛群疾病发病率（Sordillo，2014）。

4 围产期奶牛营养调控

关于围产期奶牛营养调控，国内外进行了许多成熟的研究，主要集中在日粮、饲料添加剂、管理技术等方面。

4.1 日粮能量水平

关于围产期日粮调整一直存在争议，主要有产前“高能饲喂”观点，该观点指出产前高能日粮不但要最大程度地满足机体能量需求外，而且使奶牛减少产后换料应激，更好地适应产后高精料日粮，促进瘤胃微生物生长及瘤胃乳头发育。而“低能饲喂”观点认为，产前低能饲喂可使奶牛产后代偿性地增加能量采食量，提高产奶性能。产前控制能量的摄入更有利于围产期向泌乳期的平稳过渡，并可防止产后代谢疾病的发生。也有研究表明，产前日粮能量水平对产后泌乳性能没有影响。最新研究表明，围产前期饲喂高能日粮损伤奶牛肝脏功能，和对照组相比，减弱糖异生和脂肪酸代谢；根据基因表达分析，高能日粮不能减少脂肪组织（SAT）的胰岛素抗性（IR）。干奶期过度的能量供应能改变肝脏中关键基因的转录表达，但是在脂肪组织改变较少（Selim,2014）。围产前期饲喂低能日粮降低了奶牛产前的DMI变化应激，提高了产后的DMI和奶产量，降低了体脂动员量，有利于缓解产后能量供需负平衡（黄文明，2014），低能日粮显著提高了围产前期奶牛血浆非酯化脂肪酸（NEFA）的浓度以及产后的血糖浓度，显著降低了产后NEFA和β-羟基丁酸浓度（P＜0.05）。降低NEB日粮是核心，但关于日粮能量水平问题还需要进行深入研究。

4.2 饲料添加剂

4.2.1 过瘤胃胆碱

奶牛蛋氨酸的缺乏会导致胆碱不足（Davidson等，2008）。奶牛肝脏脂肪主要以VLDLs的形式转运出肝脏，而胆碱可促进VLDLs合成，因此可降低肝脏脂肪沉积，减少能量代谢性疾病的发生（Pieoenbrink等，2003）。胆碱参与构成VLDLs中的一种主要磷脂——卵磷脂。当卵磷脂不足时，添加胆碱能增加VLDL的合成，从而防止过量TG在肝脏中积累，形成脂肪肝（Grummer，2008）。刘翔等（2014）采用单因素试验设计，对60头胎次、年龄、上一胎次泌乳量和预产期相近的健康荷斯坦奶牛，产前14 d开始至产后60 d结束，开展研究过瘤胃胆碱（RPC），研究表明，饲粮添加RPC能够缓解围产期奶牛的能量负平衡状态，调节奶牛体内的脂肪代谢，提高生产性能；围产期奶牛饲粮RPC适宜添加量为30 g/d。

4.2.2 亚麻籽

围产期每天补饲1.0 kg的亚麻籽不改变干物质采食量，增加牛奶产量、乳糖产量和减少乳脂率。由于补充亚麻籽，使C16∶0的比例减少，而ω-3脂肪酸和共轭亚油酸浓度增加。亚麻籽增加GLUT2在肝脏的表达，这表明更多的葡萄糖是用于乳糖合成。亚麻籽不仅减少乳腺脂类和碳水化合物通路的表达与代谢，而且增加代谢通路参与细胞增殖和免疫应答（Mach，2013）。

4.2.3 钙制剂

在哺乳初期以稻草为唯一的粗饲料来源的情况下，饲喂奶牛日粮1%水平的钙，同时注意镁的补充，可以有效避免钙离子负平衡的出现（Smitha等，2014）。

4.3 管理技术

据报道，为了改善钙离子代谢，在管理技术实施产前7 d挤奶和产后挤奶的对照试验，研究表明，围产前期挤奶虽然激活了钙离子动员机制，但是血浆中钙离子、甲状旁腺素、骨钙动员都比分娩时要缓慢，而且不能提高钙离子水平（Kronqvist，2014）。在能够有效地控制围产期奶牛血钙水平的前提下，奶牛在产后进行一次性挤净初乳对奶牛产后钙水平调节没有影响（王小虎等，2014）。

围产期奶牛的生理变化、营养调控机理和营养代谢疾病的研究已成为奶牛营养、生理学和病理学研究的重点和热点，然而针对围产期奶牛健康指标体系的研究目前还很少。明晰围产期奶牛代谢机理和相关代谢病的发病机理，建立围产期奶牛健康指标体系，通过相应指标监控奶牛的健康状况是值得深入研究的课题。