运动对围产期奶牛血液生化指标及免疫指标的影响

张 萌,刘国林,李向龙,陈永宏,白玲荣,罗 芳,李亚超,陶金忠 (宁夏大学 农学院,宁夏 银川750021)

奶牛从妊娠变为非妊娠,从不产奶变为产奶,其生理、内分泌、代谢发生了巨大变化。为满足产奶能量的需要,机体不得不动员体脂[1-2]。体脂分解后产后大量的非酯化脂肪酸(NEFA),使得血浆中NEFA 浓度升高,血浆中高浓度的NEFA 可以在肝脏中酯化蓄积形成脂肪肝;其不完全代谢可产生酮体,增加患酮病的风险,也容易发生产科疾病,造成巨大的经济损失。

有研究发现,产前奶牛运动和产后血浆NEFA浓度呈负相关[3]。这说明在运动过程中,骨骼肌利用NEFA 来提供能量,消耗了原本进入肝脏代谢的NEFA,降低了血液中的NEFA 浓度。应用计步器测定奶牛运动的研究发现产后奶牛运动量和血浆NEFA 浓度之间也呈负相关,其中在产后10～13 d最为明显[4]。有研究发现,对产前奶牛以不同速度进行1.6 km 的强制运动。产前运动速度快的试验组缩短了产前乳房水肿的时间,降低难产,加速胎衣的排出。而产前慢速运动6周的试验组,增加了产后干物质采食量和产奶量[5]。COULON 等[6]发现在泌乳中期进行23 d的高强度运动(9.6 km/d)试验,与对照组相比,高强度运动导致采食量下降、产奶量下降,但乳蛋白和乳脂上升,且NEFA 也升高。说明高强度运动下,体脂分解加剧。且高的运动量会使采食量下降;而产前增加运动量,且慢速运动能增加产后采食量。在奶牛中,妊娠后期的增强运动可以提高身体的健康和性能[7]。BARKER 等[8]以5.5 km/h的速度进行1.6 km 4～8周的小母牛预产期运动,与对照组相比,运动奶牛更容易分娩和饲料转化效率更高。说明了适当的慢速运动有利于围产期奶牛的健康。

为此,本研究通过分析血液生化指标的变化情况,探讨奶牛产前运动与血液生理生化指标之间的相互关系,以期了解运动对奶牛生化指标和免疫指标的影响。

1 材料与方法

1.1 试验动物和分组内蒙古某大型集约化奶牛场,选择30头2～3胎次、年龄和体况相近(体况评分BCS 3.0～3.5),处于围产期健康的荷斯坦高产奶牛为试验对象。随机分为2组,对照组(n＝15)为非运动组(除了一般管理,正常饲喂后,奶牛在围产圈内自由运动);试验组(n＝15)为运动组(除了一般管理,饲喂0.5 h后,从围产圈驱赶进入运动场,每天早晚各强制运动0.5 h,强制运动的运动量为4.0～4.2 km)。试验期间运动组仅在分娩前做强制运动,分娩后不做强制运动。奶牛饲养管理:所有饲喂管理方式按照该牧场管理标准执行,自由采食和饮水,每天饲喂3次,日粮配方见表1,试验期51 d。

表1 围产期奶牛基础日粮组成 %

1.2 血液的采集保存按照预产期,分别在产前21 d、产前7 d、分娩当天、产后7 d 和产后30 d(－21,－7,0,7和30 d),晨饲前对奶牛进行尾静脉采血10 m L,肝素抗凝后,3 000 r/min离心10 min,收集上层血清,置于－80℃冰箱冷冻保存,以备后续分析。

1.3 检测方法

1.3.1 生化指标的检测 使用全自动生化分析仪(BS-180,深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司)测定血清中谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)、谷氨酰胺转移酶(GGT)、总胆红素(T-bil)、尿素氮(BUN)、肌酐(CREA)、葡萄糖(GLU)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、钙(Ca)、无机磷(P)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLB)和白球比(A/G)(生化试剂盒均购自深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司)。

1.3.2 免疫指标的检测 使用酶标仪(MB-530,汇松酶标仪深圳汇松科技发展有限公司)测定血清中的牛非酯化脂肪酸(NEFA)、牛免疫球蛋白G(IgG)和牛肿瘤坏死因子-α(TNF-α)(ELISA 检测试剂盒均购自武汉华美生物工程有限公司)。

1.3.3 酮体的检测 使用血酮检测分析仪(哈罗德北京科技有限公司)测定血清中的酮体(BHBA)(试纸条购自哈罗德北京科技有限公司)。

1.4 数据分析数据经Excel整理后,使用SPSS-22.0的One-way ANOVA 单因素方差分析,分析后试验数据均用“x±s x”表示,以P＜0.05为差异显著判断标准。

2 结果

2.1 运动对围产期奶牛肝脏ALT、AST、ALP、GGT和T-bil代谢的影响结果由图1～5可知,非运动组ALT 呈下降趋势,而运动组在产前7 d升高进而下降,到产后30 d又升高。非运动组AST 在产前7 d下降进而升高,到产后7 d又呈下降趋势,而运动组在产后7 d升高进而下降。非运动组ALP 在产前7 d下降进而升高,到分娩当天呈下降趋势,运动组在产前7 d升高进而下降,到了产后30 d又升高。非运动组GGT 在产前7 d下降进而升高,运动组呈上升趋势。非运动组T-bil在产前7 d升高进而下降,到产后7 d 升高进而下降,运动组在产前7 d升高进而下降。运动组和非运动组相比产前21 d ALT、AST、ALP、GGT 和T-bil差异不显著(P＞0.05),产前7 d试验组血清中ALT,分娩当天ALT、ALP和T-bil,产后7 d ALT、AST 和ALP,产后30 d ALT、AST、ALP和T-bil差异显著(P＜0.05),其他阶段各项指标差异不显著(P＞0.05)。而ALT、AST、ALP、GGT 均处于正常值范围之内,T-bil在产前7 d和分娩当天超出正常值范围。

图1 运动和非运动组ALT 水平变化 ∗.表示与非运动组相比差异显著(P＜0.05);∗∗.表示与非运动组相比差异极显著(P＜0.01)。下同

图2 运动和非运动组AST 水平变化

图3 运动和非运动组ALP水平变化

图4 运动和非运动组GGT 水平变化

图5 运动和非运动组T-bil水平变化

图6 运动和非运动组ALB水平变化

2.2 运动对围产期奶牛蛋白质代谢的影响结果由图6～10可知,非运动组ALB 呈下趋势,而运动组在产前7 d升高进而下降,到产后30 d又升高。非运动组GLB 在分娩当天下降进而升高,到产后30 d又下降,而运动组产前7 d下降进而升高。非运动组A/G 在分娩当天升高进而下降,到产后30 d又升高,而运动组分娩当天下降进而升高。非运动组TP在分娩当天呈下降进而上升,到产后30 d又下降,而运动组在分娩当天呈下降进而上升。非运动组UREA 呈上升趋势,而运动组在分娩当天下降进而升高,到产后30 d又下降。运动组和非运动组相比产前7 d、分娩当天、产后7 d和产后30 d试验组血清中GLB、A/G 和TP差异极显著(P＜0.01),UREA 分娩当天和产后30 d差异显著(P＜0.05),产后30 d ALB差异极显著(P＜0.01),其他阶段各项指标差异不显著(P＞0.05)。

2.3 运动对围产期奶牛能量代谢的影响结果由图11～16可知,非运动组和运动组GLU 在产前7 d下降进而上升,产后7 d下降进而上升。非运动组和运动组TC在分娩当天呈下降进而上升。非运动组和运动组BHBA 在产前21 d、产前7 d 和分娩当天基本相同,产后7 d上升进而下降。非运动组CREA产前7 d下降进而升高,运动组分娩当天下降进而升高。非运动组和TG 产前7 d升高进而下降,运动组产前7 d升高进而下降,到产后30 d又升高。运动组和非运动组相比分娩当天GLU、产后7 d CREA、产后30 d GLU、TC和CREA 差异显著(P＜0.05),其他阶段各项指标差异不显著(P＞0.05)。NEFA 非运动组和运动组在分娩前呈上升趋势,分娩当天达到峰值,分娩后呈下降趋势。非运动组NEFA 显著高于运动组,且在分娩当天差异显著(P＜0.05)。

图7 运动和非运动组GLB水平变化

图8 运动和非运动组A/G 水平变化

图9 运动和非运动组TP水平变化

图10 运动和非运动组UREA 水平变化

图11 运动和非运动组GLU 水平变化

图12 运动和非运动组TC水平变化

图13 运动和非运动组BHBA 水平变化

图14 运动和非运动组CREA 水平变化

2.4 运动对围产期奶牛矿物质元素代谢的影响结果由图17～18可知,非运动组Ca在分娩当天下降进而升高,到产后30 d又下降,而运动组在分娩当天下降进而升高。非运动组P在产前7 d升高进而下降,产后7 d 升高进而下降,而运动组在产前7 d升高进而下降,到产后30 d又升高。运动组和非运动组相比分娩当天Ca,产后30 d Ca和P差异显著(P＜0.05),其他阶段各项指标差异不显著(P＞0.05)。

2.5 运动对围产期奶牛免疫因子的影响结果由图19～20可知,非运动组IgG 呈下降趋势,运动组Ig G 分娩当天上升进而下降。非运动组TNF-α呈下降趋势,运动组TNF-α产前7 d上升进而下降。运动组和非运动组相比分娩当天IgG、产后7 d TNF-α和产后30 d IgG 和TNF-α差异显著(P＜0.05),其他阶段各项指标差异不显著(P＞0.05)。

图15 运动和非运动组TG 水平变化

图16 运动和非运动组NEFA 水平变化

图17 运动和非运动组Ca水平变化

图18 运动和非运动组P水平变化

图19 运动和非运动组IgG 水平变化

图20 运动和非运动组TNF-α水平变化

3 讨论

3.1 运动对围产期奶牛肝脏ALT、AST 和ALP 代谢的影响肝脏是反刍动物糖异生和脂肪酸氧化的主要场所,肝脏健康是保证机体能量代谢稳态的前提。ALT 和AST 主要分布在肝脏、肾脏和心肌等组织器官中,作为反映肝脏功能的重要指标,正常情况下活性相对稳定[9-10]。本研究中非运动组ALT呈下降趋势,这和王小龙等[11]研究ALT 在妊娠后期和泌乳初期均有所降低的结果相一致。当ALT、AST 变化较大时,能敏感地提示肝细胞损伤及其损伤程度[12]。王沛等[13]研究的小鼠1 h训练组和对照组相比AST 和ALT 均远高于对照组并且超过正常值范围。本研究中的AST 和ALT 略高于对照组并且在正常值范围内,这可能是由于运动原因导致AST 和ALT 浓度偏高,说明本试验设计运动量较为合理。ALP是广泛分布于人体肝脏、骨骼和胎盘等组织器官中的一种酶。有研究表明先兆流产患者体内总的ALP 水平比同期健康妊娠妇女的血清总ALP低[14]。王玉昕等[15]对女性老年人ALP的检测结果指出,慢跑组略高于对照组,张琳[16]对大鼠耐力训练中大鼠ALP运动组高于安静组,这些都和本研究结果相一致,证明了适量的运动会导致ALP浓度升高,降低了运动组奶牛流产可能性。胆红素是血液循环中衰老红细胞在肝脏分解和破坏的产物[17]。有研究表明胆红素是一类评价肝脏损伤和排泄能力的敏感指标[18]。T-bil临近分娩时升高,分娩后下降[17],这与本研究中运动组一致。引起的原因可能是脂肪体内代谢发生变化,导致肝脏功能发生变化。

3.2 运动对围产期奶牛GLB 代谢的影响血清GLB的总浓度可作为动物体液免疫状态或反应的指标,是机体防御系统的一个组成部分[19]。它是体液免疫的主要成分,其含量多少反映了机体抗病能力的强弱。有研究表明,湖北乌羊放牧组的GLB含量高于舍饲组,湖北乌羊舍饲组在抗病力方面要弱于放牧组[20]。本研究中运动组GLB 高于非运动组,与非运动组相比产前7 d、分娩当天、产后7 d和产后30 d差异极显著(P＜0.01),说明非运动组免疫状态较低,机体抵抗能力明显比运动组弱。通过运动可以提高围产期奶牛的免疫能力和机体抵抗力,进而提高奶牛健康状态。A/G 是临床肝功能检测的一项重要指标,其数值的高低在一定程度能够反映机体的免疫状态[21]。运动组和非运动组的A/G 和TP产前7 d、分娩当天、产后7 d和产后30 d差异极显著(P＜0.01),这主要是由GLB 含量差异显著引起的。

3.3 运动对围产期奶牛BHBA、TG 和NEFA 代谢的影响当奶牛处于能量负平衡状态时,会产生大量的NEFA,但是肝脏利用NEFA 的能力有限,导致过多的NEFA 转化为大量的酮体,引发酮病[22],本研究非运动组和运动组产后7 d酮体平均值分别为0.84和0.94 mmol/L,这可能是奶牛分娩后由于泌乳启动后能量需求急剧增加,而此时干物质采食量下降,能量摄入不足,导致能量负平衡。血清TG水平可用来判断奶牛脂肪的代谢状况。奶牛分娩后TG 水平显著降低,表明围产期奶牛的能量负平衡诱发的脂质代谢加强[23-24]。朱家桥等[25]研究发现TG 在分娩后呈下降趋势,和本研究的结果一致。有研究表明,产前奶牛运动和产后血浆NEFA 浓度呈负相关[26]。有关研究发现有氧运动能促进奶牛脂肪的代谢而降低血液中NEFA,NEFA 在分娩当天下降[27],这和本研究结果一致。本研究中,分娩当天NEFA 达到峰值,非运动组NEFA 显著高于运动组,且在分娩当天差异显著(P＜0.05),这表明了运动降低了血液中的NEFA。这可能是骨骼肌利用NEFA 来提供能量,导致NEFA 下降。适量的运动提高围产期奶牛采食量,增加能量摄入,从而降低了NEFA 的产生。

3.4 运动对围产期奶牛矿物质元素Ca和P代谢的影响Ca和P是动物必需的矿物元素,骨骼中含有全身99%的Ca[28]。在相关研究表明产后12～24 h血钙浓度降到最低,围产期奶牛血钙浓度在2.00～1.38 mmol/L(即可诊断为亚临床低钙血症)[29]。本研究中在分娩当天的Ca含量降到最低之后逐渐升高,这和于洪江等[30]研究相吻合。非运动组分娩当天血钙浓度平均值为1.71 mmol/L,运动组平均值为2.00 mmol/L,均处于被诊断亚临床低钙血症浓度范围内,而非运动组发生亚临床低钙血症可能性更大。SALVESEN 等[31]的研究发现血钙水平与运动负荷呈正比。BOUASSIDA 等[32]发现长时间的(1 h)使人机体保持稳定状态的运动会维持血钙浓度稳定。这和本研究中运动组Ca的研究结果相吻合,这表明了运动有利维持围产期奶牛Ca稳定。

3.5 运动对围产期奶牛免疫因子IgG 和TNF-α的影响弓剑等[33-37]研究发现围产期奶牛NEFA 和糖皮质激素的升高,能引起免疫抑制。奶牛围产期外周血中免疫IgG 含量的高低能反映奶牛在该时期的免疫力[38]。有研究发现轻微运动或者中等强度的运动可以提高IgG 的水平[39]。这和本研究运动组奶牛运动后IgG 的水平升高相同。有规律的中小强度运动可以增强机体的免疫能力[40]。因此,围产期奶牛适宜运动有利于其健康。TNF-α含量稳定有利于维持机体免疫功能稳定[41],MOLDOBEANU 等[42]研究发现长时间的耐力锻炼可以提高血浆中TNF-α的含量。本研究运动组奶牛TNFα含量在产前7 d呈上升趋势,继而下降,但下降幅度波动不是很大。而非运动组从分娩前21 d至产后30 d一直呈大幅度下降,导致机体免疫力下降。而运动组TNF-α水平维持在一定水平,保持相对稳定。说明运动提高机体免疫力,维持机体免疫力稳定,这对增强围产期奶牛疾病抵抗力至关重要。

本试验通过增加围产期奶牛运动量,发现适量运动有助于奶牛改善肝脏功能,减轻能量负平衡,提高机体免疫力。