不同时长冷暴露对仔猪六种组织结构的影响

徐晶，邵子益，计红，袁建彬，范春玲，蒋剑成，杨闯，甄莉，郭景茹

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆 163319）

在我国北方寒区，低温刺激是一种普遍的应激源，对畜禽养殖业而言，也是主要的制约因素之一。尽管近年来养殖技术和畜舍条件都有相应的提高，但在养殖或运输过程中仍旧无法完全避免非持续性冷应激的发生。在畜牧养殖中，许多疾病的发生与环境温度的骤然变化密切相关。众多临床实践表明，环境温度的骤然下降能够造成机体免疫功能下降，难以抵御外界病菌的侵袭，还会引起动物机体发生感冒、胃肠道等疾病，出现拉稀腹泻等。另外对于本身免疫功能就不够完善的新生仔猪而言，更加难以抵御环境温度的骤然改变，一旦导致疾病发生，新生仔猪的存活率就会大大降低，对养殖场的经济效益产生直接影响。

当机体处于寒冷环境中，冷空气首先会通过肺组织进入体内，对肺组织及气管产生刺激，造成肺泡收缩、肺泡腔狭窄以及肺泡间毛细血管减少等变化。某研究显示冷暴露不仅能够使肺部组织学炎性细胞成倍增加并产生一系列炎症反应[1-2]，还会造成小鼠呼吸困难或者哮喘加重的症状[3]，此外也能引起肺血管功能障碍导致肺部肺动脉高压等[4]。

骨骼肌是由具有收缩能力的肌细胞所组成的，在机体经受寒冷空气侵袭后，机体内流向骨骼肌、心脏等肌肉组织器官的血流量显著增加[5]。在人体中骨骼肌约占总体重量的40%～60%，并且包含了机体内50%～75%的蛋白质[6]。有研究指出，温度的降低会使雌性肉鸡心脏组织的细胞膜和细胞核发生收缩，心肌纤维发生紊乱或断裂等形态结构变化[7]。此外同期研究证实，冷应激会引起心血管发生改变并可能导致急性冠心病的发生[8]，还会诱导心肌细胞发生死亡，包括凋亡和坏死[9]。急性冷暴露不仅能够加重机体的心肌损伤，还会使肾脏出现湿重增加，发生细胞肿胀等一系列变化，能够作为一种冷暴露的指示性反应[10]，同时伴有肾小管扩张，肾小球细胞数量增加，细胞变性明显，出现肾脏高血压等明显症状[11]。

对于胃肠组织而言，由于长期与外界接触，急性冷暴露也会对其造成一定的损伤，对机体的消化和吸收功能都产生影响。多项研究显示，急性冷暴露会造成雏鸡小肠粘膜屏障的通透性升高，屏障功能受损等，同时也会导致雏鸡胃肠道的充血现象严重[12]。由于新生仔猪的皮下脂肪层薄，能量贮存少，因此对低温环境会异常敏感，而且仔猪的生理机能尚未健全，冷暴露可能会使其发生机能紊乱，从而增加仔猪内、外源性感染的几率[13]。鉴于上述，试验通过对仔猪施加不同时长的急性冷暴露，以探究急性冷暴露对仔猪的心脏、肾脏、骨骼肌、肺脏、胃和十二指肠六种组织所造成的形态变化及病理损伤，为接下来的对仔猪冷暴露相关机制的深入研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 实验动物与分组

选取30 日龄健康的断奶仔猪共16 头，将其随机分为4 组，每组4 头，分别为常温对照组、冷暴露2 h组、冷暴露6 h 组和冷暴露12 h 组。将各组仔猪在人工气候室内预饲3 d 后进行急性冷暴露处理，处理期间允许仔猪进行自由采食和饮水。在处理周期结束后立刻处死仔猪。冷暴露的处理温度选取为4±2 ℃，对照组及预饲温度选取为24±2 ℃，其他环境条件均一致。

1.2 组织切片的制备

在处死前用乙醚将仔猪麻醉，采集前肢骨骼肌、心脏、肺脏、肾脏、胃和十二指肠6 种组织，切取1 cm×1 cm×1 cm 左右适宜大小的组织块，将其置于4%多聚甲醛溶液中固定，进行组织切片并采用H.E.染色，于镜下观察仔猪各个组织结构的变化。

2 结果与分析

2.1 冷暴露对仔猪骨骼肌组织结构的影响

显微镜观察结果显示，与对照组相比，冷暴露2 h 组仔猪的骨骼肌组织出现细胞肿胀，颗粒变性，炎性细胞浸润，肌纤维间隙增宽等变化，静脉血管也产生损伤；冷暴露6 h 组仔猪骨骼肌组织细胞出现明显肿胀、细胞颗粒变性、出血淤血等现象；冷暴露12 h 组仔猪骨骼肌组织出现细胞坏死及大量炎性细胞浸润。变化程度：冷暴露12 h 组>冷暴露6 h 组>冷暴露2 h 组（图1）。

图1 冷暴露对仔猪骨骼肌组织结构的影响Fig.1 The effect of cold exposure on piglet skeletal muscle tissue structure

2.2 冷暴露对仔猪肺脏组织结构的影响

显微镜观察结果显示，与对照组相比，冷暴露2 h 组仔猪的肺脏组织中，肺泡间质略有增宽，炎性细胞浸润，出现出血现象；冷暴露6 h 组仔猪的肺脏组织中，肺脏间质增宽明显，炎性细胞增多，出现充出血现象；冷暴露12 h 组仔猪的肺脏组织中，肺泡间质增宽严重，大量炎性细胞浸润，充出血现象严重。变化程度：冷暴露12 h 组>冷暴露6 h 组>冷暴露2 h组（图2）。

图2 冷暴露对仔猪肺脏组织的影响Fig.2 The effect of cold exposure on piglet lung tissue

2.3 冷暴露对仔猪心脏组织结构的影响

显微镜观察结果显示，与对照组相比，冷暴露2 h 组心脏组织中，心肌细胞水肿坏死，颗粒变性，少数肌纤维出现断裂；冷暴露6 h 组心脏组织中，出现心肌细胞水肿，颗粒变性，严重坏死，严重的充出血现象以及心肌纤维发生断裂；冷暴露12 h 组心脏组织中，出现心肌细胞肿胀，变性坏死，有充出血现象。变化程度：冷暴露6 h 组>冷暴露2 h 组>冷暴露12 h 组（图3）。

图3 冷暴露对仔猪心脏组织结构的影响Fig.3 The effect of cold exposure on the structure of piglet heart

2.4 冷暴露对仔猪肾脏组织结构的影响

显微镜观察结果显示，与对照组相比，冷暴露2 h 组肾脏组织中出现细胞水肿，肾小管上皮细胞变性坏死，出现出血现象；冷暴露6 h 组肾脏组织中出现肾小管上皮细胞变性坏死稍严重，组织出现充出血现象，炎性细胞浸润；冷暴露12 h 组肾脏组织中出现细胞空泡变性，肾小管上皮细胞发生变性坏死，大量炎性细胞浸润。变化程度：冷暴露12 h 组>冷暴露6 h 组>冷暴露2 h 组（图4）。

图4 冷暴露对仔猪肾脏组织结构的影响Fig.4 The effect of cold exposure on piglet kidney tissue structure

2.5 冷暴露对仔猪胃组织结构的影响

显微镜观察结果显示，与对照组相比，冷暴露2 h 组仔猪胃组织中出现细胞坏死，少量出血，腺体变小以及炎性细胞浸润；冷暴露6 h 组仔猪胃组织中出现胃底绒毛坏死脱落，炎性细胞明显浸润；冷暴露12 h 组仔猪胃组织中出现胃底绒毛坏死脱落，炎性细胞大量增加，腺体的体积变小数量变少，略有间质增宽，充出血现象明显。变化程度：冷暴露12 h 组>冷暴露6 h 组>冷暴露2 h 组（图5）。

图5 冷暴露对仔猪胃组织结构的影响Fig.5 The effect of cold exposure on piglet stomach structure

2.6 冷暴露对仔猪十二指肠组织结构的影响

显微镜观察结果显示，与对照组相比，冷暴露2 h 组十二指肠组织中肠绒毛发生轻微脱落，炎性细胞浸润，有充出血现象；冷暴露6 h 组十二指肠组织中的多数肠绒毛脱落，炎性细胞浸润严重，充出血现象较多；冷暴露12 h 组十二指肠组织中大量炎性细胞浸润，充血现象严重，肠绒毛坏死脱落（图6）。

图6 冷暴露对仔猪十二指肠组织结构的影响Fig.6 The effect of cold exposure on piglet duodenal tissue structure

3 讨论

前人研究表明当环境温度骤然下降10 ℃以上或持续处于4 ℃的环境中时，将会极大可能诱导动物发生冷应激反应[14]。急性冷应激不仅会对动物的生长发育造成影响，对机体造成各种损伤，甚至会导致动物死亡，严重影响当地畜牧业的发展，带来经济损失。因此实验通过对新生仔猪进行不同时长的冷暴露处理，对6 种组织器官进行切片染色观察来探究不同程度的冷暴露对机体组织产生的影响。有众多研究表明，急性冷暴露12 h 可使鸡，猪和大鼠等动物血清中的TNF-α、IL-1β、IL-2 和IL-6 等促炎性因子含量升高，引发炎症[15-16]。试验结果指出，在急性冷暴露处理后，组织切片中均可观察到大量炎性细胞浸润，与前人试验结果呼应，证明急性冷暴露能够诱发机体组织内的炎症反应。

肺脏作为机体与外界相通，进行气体交换的首要器官，有着众多的毛细血管和丰富的肺泡组织，因此肺脏对冷暴露也比较敏感。试验结果显示冷暴露会使仔猪肺脏出现肺泡间质增厚，肺泡腔缩小等变化，产生炎症反应，造成肺脏损伤。有相关研究表明，冷暴露能增加阻塞性肺病的发生率，并加重阻塞性肺病症状，影响肺脏的呼吸功能[17]。可以推测冷应激对呼吸系统功能的改变与肺脏组织结构的损伤变化具有一定的相关性。但顾有方等的研究发现，急性冷暴露会造成成年猪肺泡间质变薄，肺泡腔增大，毛细血管减少等变化出现，结果与试验存在不一致，这种不一致性可能与仔猪和成年猪的年龄差异以及冷暴露的时间差异有关。由于仔猪皮下脂肪薄，对环境中的低温刺激更敏感，且免疫抵抗能力较弱，都是仔猪产生严重的损伤的潜在因素。因此仔猪更易受到环境的刺激，发生多种疾病且具有较高的死亡率。

心脏在机体循环系统中占有重要地位，对于机体泵血的维持和全身血液循环具有不可或缺的功能，能够为机体提供氧气和营养物质，并带走机体代谢废物。实验结果表明，仔猪在受到急性冷暴露处理后心脏组织会出现心肌断裂，细胞水肿，炎性细胞浸润以及充出血等损伤变化。有报道指出，心脏对急性冷暴露具有很高的敏感性，冷暴露处理超过2 h 后血清中肌酸激酶（CK）含量就开始增加[18]，同时还会引起血管收缩和心动过速，导致血压升高和心脏负荷增加。Cong P 等[19]的研究显示，急性冷暴露所引起的小鼠左心室功能障碍，其原因可能与急性冷暴露导致的左心室肥大，心室壁增厚，且肥大的心室肌细胞线粒体增大，线粒体功能增强以及ATP 产生增加等变化有关，诱导左心室产生了适应性反应[20]，造成心脏损伤，影响了心脏功能。不同程度的冷暴露对于新生个体而言，可能会导致其心血管系统产生不同程度损伤，甚至还会诱导心血管系统发生永久性损伤[21]。在试验中，与对照组相比冷暴露2 h 和6 h 组产生的心肌损伤较重，冷暴露12 h 组产生的心肌损伤较轻，与机体的其他组织相比，结果显示出了心脏对于冷暴露较高的敏感性，能够对早期的冷暴露作出响应。并指出心肌组织可能随着冷暴露时间的延长，出现一定的适应性反应，以应对冷暴露。

肾脏是机体中参与新陈代谢的重要器官，主要有调节电解质和酸碱平衡的作用，能够通过生成尿液以排除机体内的代谢废物，维持水平衡，对维持机体内环境的稳定具有重要作用。试验显示在冷暴露处理后肾脏组织出现了细胞肿胀，大量炎性细胞浸润，肾小管上皮细胞变性坏死以及充出血等病理学现象。在冷暴露诱导坏死性结肠炎小鼠模型中，也出现了肾功能不全和急性肾衰竭的症状，镜下观察同样出现肾脏组织出现细胞肿胀，发生明显变性坏死，造成肾脏组织损伤[22]。试验也在冷暴露后出现了肾脏组织细胞肿胀，炎性细胞浸润，充出血等病理学现象。

缺乏棕色脂肪的大型哺乳动物如新生的野生仔猪体内骨骼肌在冷暴露过程中，除了已知的颤抖性产热外，骨骼肌的非颤抖产热也是机体主要的产热方式[23]。在此期间，骨骼肌的有氧氧化和能量代谢增强，骨骼肌的脂肪酸β 氧化也增强[24]，骨骼肌葡萄糖摄取量和利用率也有所增加。机体骨骼肌内的氧化应激是促使其发生萎缩的重要因素之一[25]，同时还能够触发肌原纤维过氧化聚集，导致邻近肌肉蛋白发生氧化，从而损害骨骼肌功能[26]。试验发现仔猪骨骼肌细胞肿胀，肌纤维间质增宽，出现充出血等变化。因此推测当发生冷应激时，会对骨骼肌形态造成改变，进而影响骨骼肌功能，直接影响机体产热及能量情况。

胃肠道作为机体中长期与外界接触面积最大的组织器官，因其特有的解剖特点而更易受到应激的影响，是应激的靶器官[27]。应激造成的应激性溃疡是对胃肠道典型的损伤，是由胃肠黏膜屏障保护机能减弱与组织细胞损伤增加共同作用的结果。通过镜下观察发现，冷暴露处理后，胃肠道绒毛坏死脱落，充血现象严重。在畜牧养殖中，仔猪受到冷暴露刺激会引发腹泻等疾病，会增加细菌性痢疾的感染几率，增加新生仔猪的死亡率。

4 结论

试验结果表明，急性冷暴露对仔猪不同组织产生不同程度的损伤，其中对肺脏组织造成的损伤较为严重；除心脏组织外其余五种组织同组织间相比，冷暴露12 h 组损伤较为严重。而心脏组织在冷暴露2 h 和6 h 后组织相比于对照组损伤严重，而冷暴露12 h 后损伤较轻。急性冷暴露造成仔猪骨骼肌、肺脏、心脏、肾脏、胃和十二指肠的组织形态结构发生改变，进而影响组织器官的正常功能。