1、 第二章营养代谢病的基本原理及研究方法第二节营养代谢病的基本原理一、蛋白质、脂肪与碳水化合物代谢紊乱原理蛋白质、脂肪与碳水化合物是构成动物有机体体质、供给生存能量所必需的三大营养物质，也是动物转化和生产肉、蛋、奶等主要动物性产品的材料来源。这三种营养素的不平衡，多引起动物体内的同化和异化过程紊乱，由此造成的病理状态为代谢障碍性疾病。（一）蛋白质、脂肪与碳水化合物代谢的相互关系1糖与蛋白质之间可以相互转变：糖是生物有机体重要的碳源和能源，可用于合成各种氨基酸的碳链结构，再以氨基化或转氨基作用生成相应的氨基酸。例如葡萄糖在代谢过程中可产生丙酮酸、 。一酮戊二酸、草酞乙酸以及羚丙酮酸，这四种酮酸经氨
2、基化或转氨基反应分别生成丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和丝氨酸。此外糖在代谢过程中产生的能量，尚可供氨基酸和蛋白质合成之用。蛋白质可分解为氨基酸，除亮氨酸之外，其他氨基酸的碳骨架均可转变为糖。2脂类代谢与蛋白质代谢的相互关系：脂类与蛋白质之间可以相互转变。脂类分子中的甘油可先转变为糖代谢的中间产物，再转变为丙酮酸、 。一酮戊二酸、草酞乙酸以及轻丙酮酸，然后接受氨基生成丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和丝氨酸。脂肪酸虽经 p 一氧化生成乙酞辅酶 A 后，再与草酞乙酸缩合为柠檬酸进入三梭酸循环，从而与天冬氨酸和谷氨酸相联系，但这种由脂肪酸合成氨基酸碳链结构的可能性是受限制的。蛋白质可以转变为脂肪。可以转变为糖的
3、氨基酸通过丙酮酸既可转变为甘油，也可脱梭转变为乙酞辅酶 A 而合成脂肪酸。3，糖与脂类的相互联系：糖与脂类也可以相互转变。糖酵解的中间产物磷酸二 Tr丙酮可被还原为甘油；丙酮酸氧化脱接生成乙酞辅酶 A，然后再缩合成脂肪酸。脂类分解产生的甘油可以经过磷酸化转变为磷酸甘油，再转变为磷酸二轻丙酮，后者异生为糖。至于脂肪酸转变为糖的过程，则有一定的限度。脂肪酸通过 p 一氧化生成乙酞辅酶 A。在动物体内，不存在乙醛酸循环，通常情况下，乙酞辅酶 A 都是经三竣酸循环氧化为二氧化碳和水的，生成糖的机会很少。虽然同位素实验表明，脂肪酸在动物体内也可以转变为糖，但在这种情况下，需要有其他来源补充三梭循环中的有
4、机酸。综上所述，可以看出，糖、脂类和蛋白质等物质在代谢过程中都是彼此影响，相互转化和密切相关的。三按酸循环不仅是各类物质共同的代谢途径，而且是它们之间相互联系的渠道。（二）蛋白质、脂肪与碳水化合物代谢紊乱原理1.碳水化合物代谢扰乱：在动物饲料中糖是数量最多的营养物质，占饲料的 80左右，甚至更多。由于各种原因引起动物体摄入不足，体内的糖得不到补充时，可使动物体内的代谢发生一系列的改变，这些改变都是在激素的调节下产生的（表 2-1)0表 2-1 饥饿对血浆中某些激素和燃料浓度的影响兰少片二片片(1)肌肉组织释放氨基酸的速度加快：激素平衡的改变使骨骼肌的蛋白质分解加快，释放出氨基酸。释放出的氨基酸
5、大部分转变为丙氨酸和谷氨酞胺，然后进入血液循环，成为糖异生作用的原料或者成为燃料。：(2）糖异生作用增强：胰岛素对糖异生作用具有抑制作用，饥饿时胰岛素分泌减少，大大减弱了这一作用。同时胰高血糖素可以促进以氨基酸为原料的糖异生作用，胰高血糖素分泌量的增加，大大加快了肝脏摄取丙氨酸，并以丙酮酸异生为糖的速度。所以在饥饿时，氨基酸（特别是丙氨酸）的糖异生作用明显增强，虽然肌肉组织释放出的丙氨酸增多，但血液中的丙氨酸浓度反而降低。同时，肌肉组织释放出的部分谷氨酞胺，随血液循环进入肠道时被肠勃膜细胞摄取，并转变为丙氨酸，再由门静脉进入肝脏，成为葡萄糖的另一重要来源。肝脏是饥饿初期糖异生作用的主要场所，约
6、占体内糖异生总量的 80%，小部分（约 20%）则在肾皮质中进行。（， ，脂肪动员加强和酮体生成增多：胰岛素促进脂肪组织的“醋化作用” ，而抑制“酉旨解作顶”0 胰高 Ifri.素 JJ 促进“酷解作用” 。在饥饿时，二者分泌量的变化，大大促进了脂肪组织中脂肪的动员，使血浆中甘油和脂肪酸浓度升高。甘油是糖异生的原料，可异生为糖。脂肪酸不但成为动物体的能量来源（包括为糖异生作用提供能量） ，而且能促进氨基酸、丙酮酸和乳酸的糖异生作用。从脂肪组织中分解释放出的大量脂肪酸中，约有 1/4 可在肝脏中转变为酮体。所以饥饿时血浆中的酮体浓度可高达吸收后状态的数百倍。此时，脂肪酸和酮体成为心肌、肾皮质和骨
7、骼肌的重要燃料。(4)组织对葡萄糖的利用降低：心肌骨骼肌、肾皮质等组织摄取和利用脂肪酸和酮体的量增加，可减少这些组织对葡萄糖的摄取和利用。2脂肪代谢紊乱：包括饲喂高脂肪饲料或者饲料中脂肪供给不足。前者多见于高产带来的生产性疾病，如奶牛酮病，虽提供充足日粮，且富含高脂肪和高蛋白，但是由于泌乳高产，造成糖和能量相对不足，使饲料中的脂肪所转化成的乙酞 CoA 得不到足够的草酞乙酸，难以缩合成柠檬酸进入三梭酸循环，故而不能完全氧化给机体供能；此时，相对过剩的乙酞 CoA 在肝脏中可被转化为乙酚乙酸，进而生成 0 一轻丁酸和丙酮。这种异常生成的酮体可使奶牛发生酮血、酮尿、酮乳和低血糖症，酸性酮体消耗血液
8、的碱贮，其超过血液代偿能力后，由血液酸中毒又继发组织酸中毒。肝平中脂类含量增多，肝脂蛋白合成减少，不能通过脂蛋白将脂肪运走，而在肝中积累，形成“脂肪肝” 。后者多见于放牧动物和野生动物在饲料缺乏的冬春季节或人为供给食物不足，如山羊的消耗性酮病，其发生的基本原理与饥饿时动员体脂肪所引起的脂肪代谢紊乱相同。3蛋白质代谢障碍：动物蛋自质代谢障碍，主要有蛋白质的异常分解代谢和核蛋白代谢紊乱所致的尿酸过多生成。(1)蛋白质的异常分解代谢：动物在食物缺乏、营养不良时，肌肉组织释放氨基酸的速度加快，释放出的氨基酸转变为丙氨酸和谷氨酚胺，然后进入血液循环，成为糖异生作用的原料或者成为燃料。其次，由于种种原因肌
9、肉乳酸过多，可引起肌肉变性、坏死和分解，从而发生肌红蛋白以正铁肌红蛋白的方式进入血液，又从肾脏排出而引起肌红蛋白尿症，如马的麻痹性和地方性肌红蛋白尿症。(2)核蛋白（0 01,吟核普酸）代谢紊乱：家禽和灵长类动物因肝中缺乏精氨酸酶（脉酸酶） ，故所采食的核蛋白饲料在分解为中间产物嚓吟化合物后，再分解的最终产物是尿酸。一蛋白质一嚓咙核着尿素核蛋白一一卜一核誉核糖或脱氧核糖核酸一卜单核营酸一 M 吟核昔 K 一， 磷酸祭吟碱尿酸当饲料中核蛋白过多时，经消化道水解生成大量的 p,吟碱进入肝脏和组织细胞；或自体组织细胞严重破坏，造成大量核蛋白分解，析出核酸。这些核酸的嚓吟碱在肝脏中的代谢产物次黄 0
10、115 吟和黄 pot吟，经黄 u,吟氧化酶作用，次黄pi 吟氧化为黄 p,-r.吟，黄 P,吟氧化为尿酸。此外，鸟类还可利用 NH3 合成尿酸。于是血中尿酸含量急剧升高，超出正常尿酸水平（89.3- 178.5 tmol/L）的 5-10 倍或者更高，则形成高尿酸血症，继而发生痛风症。4应激对蛋白质、 、脂肪与碳水化合物代谢的影响：应激是指作用于机体的一些异常刺激，如创伤、剧痛、冷冻、缺氧、长途运输、高热、惊恐、中毒、感染以及强烈的情绪激动等引起机体的“紧张状态” 。应激伴有一系列神经和体液的变化，包括交感神经兴奋、 肾上腺髓质和皮质激素分泌增加，胰高血糖素和生长素水平升高，同时还常有胰岛素
11、分泌减少。虽然不同原因引起的应激状态在代谢的改变上不尽相同，但一般都具有下列特点。(1)血糖升高：交感神经兴奋引起的去甲肾上腺素、肾上腺素和胰高血糖素的增加都可通过激素的调节原理作用于肝脏的糖原磷酸化酶，促进肝糖原分解；同时肾上腺皮质激素和胰高血糖素等又可使体内的糖异生作用加速；加上糖皮质激素和生长素使周围组织对糖的利用降低。这些因素都可引起血糖浓度升高，而与上述激素相 5 顽的胰岛素分泌减少，又使血糖水平进一步升高。高血糖在休克时特别明显，并与休克的严重程度有一定的吧致性。 二但在严重感染或中毒时，由于影响了肝功能，可因肝脏的糖异生能力降低，反而出现低血糖。(2)脂肪动员加快：胰岛素的分泌减
12、少和生长素、糖皮质激素分泌增加，可促进脂肪动员，血浆中的游离脂肪酸浓度升高，成为心肌、骨骼肌等组织主要的能量来源，并且因组织对脂肪酸的利用增强，使糖的氧化利用进一步降低。部分脂肪酸可在肝脏中生成酮体，所以一血浆中酮体浓度也有不同程度的升高。(3)蛋白质分解加强：肌肉组织中蛋自质的分解加强，释放出的丙氨酸等氨基酸的量增加，为肝脏中糖异生作用提供原料；同时尿素的生成增加，使机体出现氮的负平衡状态，这和饥饿时极为相似。综上所述，应激时机体糖、脂肪和蛋白质代谢的特点是分解代谢增强，合成代谢受到抑制，血液中分解代谢中间产物如葡萄糖、氨基酸、游离脂酸、甘油、乳酸、酮体、尿素等含量增加。机体代谢改变见表 2
13、-20表 2-2 应激时机体的代谢改变Af Uo“A cx-M)A 仁六(tifCcACTH 3il SPAI -K 0itPnA Ifa_ Vi i- fe:万一 ACTH t115 t .“. Zn 对抗 Cu 的吸收和积累。印、Se. M。间互相干扰，Cd 与 Se 领顽，Se 可减轻 Cd 所引起的攀丸坏死；Se 和硫钥酸盐可使某些组织中 Cd 的浓度降低。（二）主要常量元素功能及其缺乏病原理1. Ca 和 P：为身体的主要结构元素和固定成份；Ca“ 直接参与平滑肌、骨骼肌、心肌细胞和心脏传导系统细胞中神经冲动的产生，影响中枢和外周神经系统活力，促凝血酶原形成；形成骨、奶、蛋壳和参与构
14、成蛋白质大分子的形成。P043 一关系到所有生长、生产与体内任何生理机能，尤其是 ATP 为高能磷酸盐，是普遍的能量积累器和供体。缺乏症有拘楼症、骨软症、骨质疏松症、生产力一 降、繁殖功能减弱。2. M 广：镁和钾一起是存在于细胞内环境中的主要阳离子，比外液中的浓度高 1015 倍：与蛋白质和核酸形成复合物，为许多酶系统的激活剂和辅助因子参与中间代谢，在核酸和核普酸代谢中发挥重要作用。在阻断神经末梢刺激上，与 C 扩十相反，使肌肉松弛。骨的形成需一定量的 M 犷参与。镁缺乏症为低镁血症，其与钙痉挛相似；神经索统变得易兴奋、运动失调，并可见到紧张性抽搐。3. S04 2-：由于硫的电子结构，s
15、原子将其特征性质赋予它们所形成的化合物。这些性质包括多价、易氧化还原、能够与具有重要生理作用的微量元素、酶和呼吸色素形成复合物。故含 S 化合物有相应的许多功能，如含硫的肤氨酸、半肤氨酸、 蛋氨酸及谷肤甘肤等。硫缺乏，主要为蛋氨酸的缺乏，可影响幼畜生长发育，降低动物生产能力。（三）主要微量元素功能及其缺乏病原理l. Fe:为第一个认识的必需元素，其化合物血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素等在体内具有氧化功能。缺乏时发牛小红细胞低色素性贫血、生长受阻。2. Cu：参与血液形成成骨过程毛发及羽毛的色素沉着和角质化过程，为细胞色素氧化酶等十几种酶的组成成分。缺乏时出现贫血和生长发育受阻；有时发生腹泻、毛发
16、褪色、骨骼形成受阻等。3. Co：主要参与维生素 B,：的合成，参与造血过程，Col,激活精氨酸酶等 10 多种酶。缺乏时表现贫血、消瘦等。4. Zn：影响动物生长发育和繁殖功能，影响骨骼和血液的形成及核酸、蛋白质和碳水化合物代谢。在这些过程中主要与酶结合，作为酶必不可少的组成成分或激活剂。Z”维持 RNA 具有一定的构型，从而间接的影响蛋白质的生物合成和遗传信息的传递。缺乏时猪表现皮肤角化不全、生长受阻、痴状皮炎；鸡羽毛蓬乱、肢端受损，皮肤角化不全和性成熟推迟。5. Mn：参与氧化还原反应、组织呼吸和骨骼形成，影响动物生长、繁殖，血液形成和内分泌器官的功能。缺乏时骨骼发育异常和繁殖障碍。 6
17、.L 主要参与甲状腺激素的合成。甲状腺素可调解基础代谢，碳水化合物蛋白质和脂肪的消耗；调节热的形成过程；影响动物的生长、发育和繁殖机能。缺乏时表现甲状腺肿、死弱胎，初生仔猪皮肤粗糙、掉毛；驹瘦弱；母牛卵巢功能受损、垂体 LH 分泌受影响。7. Mo：为黄嗓吟氧化酶的成分，在嘿吟代谢中起重要作用。摄入过多可引起继发性铜缺乏病。8. Se：是构成谷胧甘肤过氧化物酶（GSH-Px )的组成成分，与维生素 E 协同作用，参与机体抗过氧化过程，保护细胞免受过氧化物的损害；在视网膜内参与光感觉的光化学反应；能增强动物机体免疫机能；参与辅酶 A 和辅酶 Q的合成，及细胞色素的成分等。缺乏时发生白肌病、仔猪肝
18、营养不良和桑甚心，幼驹腹泻、小鸡渗出性素质等。三、维生素缺乏及其代谢紊乱的原理维生素是人和动物正常生命活动所必需的微量低分子有机化合物。在组成和生理功能上，它们既不是构成体质的主要原料， 也不是体内能量的来源，但却对物质代谢起着调节和控制作用。机体缺乏时可引起一系列营养代谢机能障碍的疾病，甚至危及生命。这类物质有些在体内不能合成，有些则合成不足，必须由食物供给。其种类很多卜可分为水溶性和脂溶性两大类。（一）体内维生素的作用及其相互关系：1水溶性维生素的作用与生命关系：大多数水溶性维生素特别是维生素 B 族参与辅酶的组成，调节机体的物质代谢，如维生素 B,是。一酮酸脱梭反应所必需的辅酶成分，维生
19、素 B2 是黄素酶成分，维生素 B3 是辅酶 I，和辅酶 II 的重要组成成分。维生素 C 是很强的还原剂，参与体内许多重要的氧化还原反应、梭化反应。2脂溶性维生素的作用与生命关系：尚未发现脂溶性维生素参与辅酶的组成，但亦各具重要作用。维生素 A 与视觉相关，并维持上皮细胞的结构和机体正常发育；维生素 D 参与钙磷代谢调节；维生素 E是很强的抗氧化剂，参与体内许多重要的氧化还原反应、竣化反应；维生素 K 促进多种凝血因子的合成。3.体内各维生素之间的相互关系：不同的维生素有相似的和共同的作用，如维生素 D缺乏引起的骨营养不良如能配合维生素 A 和维生素 C，其效果比单用维生素 D 更好；叶酸、
20、维生素 B12、泛酸、维生素 B,、维生素 B6 等均与造几血功能有关。此外，不同的维生素有相互保护和协同作用，如饲料中的维生素 E 充足时，可减少对维生素 A 和维生素D 的需要量。同时，维生素 E 的抗肝坏死作用对维生素 A 和维生素 D 的吸收转运和贮存都是有益的。卜4维生素与微量元素之间的相互关系：维生素 E 和 S”在抗氧化作用方面具有协同作用。维生素 A 和耳对视觉有协同作用；维生素 B12 与 C。的关系中，后者是前者的组成成分。一 一，（二）重要维生素的主要功能及缺乏症1维生素 A：在体内以视黄醛的形式与不同的视蛋白结合，成为不同颜色光线的感光物质，在视觉中起着感光及分辨颜色的
21、作用；也是细胞合成糖蛋白时寡糖基的载体，这对一上皮，尤其 R 膜的维护起重要作甩；视黄醇还与生殖有关。缺乏时表现暗适应不良、夜一自、干眼病，生长缓慢及不育。 2维生素 D：不论来自日粮还是在体内合成的维生素 D，都必须在肝、 肾中转变成1,25 一二轻维生素 D3，才能在Ca 的代谢中起作用，调节 Ca 的吸收、成骨或脱骨盐等。缺乏时可导致幼龄动物询楼病和成年动物骨软病。3维生素 E：最重要的是抗氧化作用，极易与分子氧及自由基起反应，防止细胞膜及亚细胞结构的膜中磷脂被氧化，保护生物膜的完整性。对禽类及哺乳类动物的繁殖也是必需的。缺乏时表现不育、肌肉软弱无力及红细胞脆弱。4维生素 B1：在体内转
22、变成焦磷酸硫胺素后，成为多种脱氢酶及转酮醇酶的辅酶。在脱氢酶中，以丙酮酸脱氢酶及。一酮戊二酸脱氢酶最重要，前者在糖酵解、后者在三竣酸循环等释放能量途径中起关键性作用；转酮醇酶在磷酸戊糖途径中，使核糖及 NADPH（还原型辅酶 II）的生成成为可能。另外，焦磷酸硫胺素可能在神经传导中起一定作用。缺乏时表现肌肉萎缩而软弱无力、心力衰竭，禽类表现多发性神经炎。5维生素 B2：在体内以黄素单核营酸及黄素腺嚓吟二核普酸的形式参加各种黄酶或黄素蛋白的合成，在生物氧化中发挥氧化还原作用。缺乏时表现皮肤炎和皮肤溃疡；雏鸡表现为足趾卷曲的屈趾性麻痹。6维生素 B3：在体内经多方转变而成为酞基载体蛋白及辅酶（以辅酶 A 最重要） ，参与脂肪、糖和蛋白质等代谢中的 70 余种酶的催化反应。缺乏时脂肪、糖和蛋白质代谢障碍，临床上以体重减轻、被毛发育不全、鳞垢性皮炎、脱屑为特征；还有共济失调、腹泻等。7维生素 B12：在体内与四氢叶酸协同参与同型半肤氨酸的甲基化作用；还是 L-甲基丙二酸单酞 CoA 变位酶辅酶的组成成分。缺乏时同型半肤氨酸甲基化作用不能进行，使 N，甲基四氢叶酸大量积聚，造成叶酸缺乏而导致恶性贫血；还可影响脂肪酸的合成，致使髓鞘质变性退化而出现神经症状。
