反刍动物铜营养缺乏与代谢

    铜(Cu)对许多生物系统自身功能的重要性已被熟知，在加拿大广泛地区以及世界其他许多地方，铜的营养缺乏严重影响反刍动物生产。本文选择对反刍动物铜营养缺乏的最近研究做一综述，包括铜缺乏的生物化学、生理学以及铜代谢。由於在高钼(Mo)和(或)高硫(S)的反刍兽放牧地区，广泛发生缺铜现象，对干扰铜代谢的机制的研究就得到充分重视，同时也注视到了钼酸盐(molybdate)和硫化物(sulfide)(或硫酸盐sulfate)以及硫钼酸盐(thiomolybdates)化合物对反刍动物的生理影响。强调指出，硫钼酸盐(TM)是导致铜缺乏的基本因素。TM导致缺铜表现在以下几方面：1. 限制铜的吸收；2. 使铜与白蛋白结合，因此，妨碍了肝脏对铜的利用；3. 消耗肝中的铜；4. 改变和降低肝铜的来自其它组织的铜的利用形式；5. 增加胆汁中铜的排泄；6. 限制胆汁中铜的重吸收；7. 增加尿铜的排泄；8. 增加内源性铜的分泌。在病因学上，铜、硫和(或)钼还被看着是导致脑脊髓灰质软化(polioencephalomalcia)和皱胃溃疡的因素，但其致病机理还不清楚。

    二、引言

    铜、钼和硫对许多生物系统维持功能的需要方面已有资料证明，放牧动物铜缺乏和铜中毒在世界许多地方均有发生，这两类综合征的产生不但依赖於饲料中铜的总含量，而且依赖於影响铜吸收和利用的其他因素。在这些因素中，饲料中钼和硫的含量最为重要。放牧地和牧草中的铜、钼及硫的含量随植物种类、土壤条件、施肥变化而变化。反刍兽饲料中铜的含量常在4~10mg／kgDM之间变化，钼的含量常为0~5mg／kgDM，总的无机硫和胺基酸硫含量为1~3g／kgDM。在饲料中如果遇到天然牧草的钼和硫含量有一点小小的变化，反刍动物铜的吸收、分布和排泄就可能发生巨大的改变，结果出现铜缺乏或铜中毒的综合性临床征状。

    牛对由钼引起的铜缺乏比绵羊更敏感，但绵羊对铜中毒更敏感。在世界许多地方铜缺乏对两种动物都是一个严重问题。在北美、牛占优势的地方，铜缺乏比铜中毒更具有经济意义。缺铜对家畜的影响，估计每年有1130万个可见临床征状病例(FAO／WHO,1970)，并且呈上升趋势，这个数字是缺铜影响的最低估计，因为忽略了还给农民带来经济损失的亚临床征状病例。尽管对铜缺乏有过广泛的调查，但对於缺铜的产生和生物化学发病机制的相互关系之认识，仅仅在近几年才开始。

    铜缺乏的临床表现非常明显，譬如，在不列颠哥伦比亚(British Columbia)内地的高钼草地放牧的牛，出现腹泻、消瘦和被毛失去光泽，或在澳大利亚低铜牧区放牧的绵羊，其羊毛发生变化。缺铜还表现地方性运动失调征(绵羊羔)、骨脆征、心血管系统失调征(牛)、贫血、生长缓慢和不育不孕(Howell,1979)。据报导，在联合王国和新西兰的马鹿(red deer)和鷕鹿(fallow deer)出现如象共济运动失调的神经紊乱与铜缺乏有关，但关於铜在鹿体内的代谢知道甚少。由於缺铜的大多数临床征状并不特异，还需进行生物化学和生理特徵的鉴别。

    铜缺乏在反刍动物绵羊与牛之间(Agriculture Research Council, 1980)及绵羊与鹿之间(Freudenberger et al., 1987)都有不同。绵羊对铜的营养需要，存在种间和种内个体间差异。铜代谢与血铜、组织铜含量有关的遗传变异，已有记载(Wiener, 1987)。在牛中，西门塔尔牛(Simmental)比其他牛种对缺铜更为敏感(Smart & Gudmundson, 1980)，大概是因为它们从胆汁中排泄的铜更多(Gooneratne et al., 1987a,1988)。

    铜中毒一般表现在绵羊身上，因为它们不能从体内排泄多馀的铜(Gooneratne et al., 1985a)。绵羊铜中毒主要发生在澳大利亚、联合王国、加拿大和斯堪的纳维亚(Scandinavian)国家。尽管铜的含量在正常范围内(5~10mg／kgDM)，但牧草类型和条件有助於动物体内铜的蓄积。富含三叶草(clover)(如地三叶草Trifolium subterranean)的牧草，其钼的含量很少超过0.1~0.2mg／kg，这就是一个例子。在富含禾谷类(cereal)饲料中，铜、钼、硫的平衡失调，其硫、钼含量很低，这可能是舍饲绵羊慢性铜中毒敏感性的重要因素。尽管铜中毒对绵羊很常见，但对牛却很罕见。然而，慢性铜中毒对山羊并不多见，一般在实验条件下才能见到(Humphries et al., 1987)。动物铜中毒的病理机制最近有人做过阐述(Howell & Gooneratne, 1987)。

    铜的生物学作用和代谢方面有过大量报导(Cousins, 1985；Mason, 1986；Bremner, 1987；Prohaska, 1988)。本文综述的并非完全是对那些报导的重复，而更集中在反刍动物铜的营养缺乏的产生及缺铜的生物化学及生理学，钼、硫及硫钼酸盐对铜代谢的影响以及稳定同位素技术应用在铜代谢研究方面的最新成就。

    三、加拿大反刍动物铜的营养缺乏

    据科技文献记载，对加拿大家畜铜营养缺乏的最初报导者是Cunningham等(1953)，他描述了在Manitoba的Swan River Valley牛中因钼引起的铜缺乏，观察到牛严重腹泻、消瘦、贫血、被毛失去光泽、嗜盐，但对於常常会发生死亡的病例，每日用二克硫酸铜做成兽用顿服药或舐盐砖给牛投用，能避免死亡。最近，从全加拿大的肉品加工厂收集的715份牛肝脏标本分析结果表明，29％的牛有潜在的铜营养缺乏(低於10mg Cu／kg湿重)。

    Miltimore等报导不列颠哥伦比亚的North Okanagan Valley地牛发生腹泻、消瘦、生长缓慢和被毛失去光泽，注射铜能提高生长率，改善被毛色泽，而且更加健壮，但不能防治腹泻。腹泻与饲料中高钼含量有关(含钼7.9~15.4mg／kg)，而与铜含量无关(含铜7.7~11.8mg／kg)。在不列颠哥伦比亚南部中心发现的几乎所有的土生牧草植物，其含铜量都低於10mg／kg，有13％的标本低於5mg／kg；大约19％的标本中，钼的含量高於3mg／kg。Miltimore等报导，生长在全不列颠哥伦比亚的95％反刍动物饲料，含铜量都低於10mg／kg。这篇报导与不列颠哥伦比亚中区观察到的铜钼比(Cu：Mo)为1.1：4.7的全植物性禾谷类和北不列颠哥伦比亚中区的禾本科牧草及豆科植物牧草的含铜分析结果是一致的。低於2.0的铜钼比，很可能是引起不列颠哥伦比亚牛铜缺乏的条件，并发现在全不列颠哥伦比亚所有反刍动物饲料中，有19％的铜钼比低於2.0。Peterson 和Waldern(1977)对不列颠哥伦比亚Fraser Valley观察结果，在青贮饲料中的铜钼比是决定人工授精配种数的一个重要因素。

    四、铜的体内平衡

    (一)遗传变异

    对绵羊铜代谢的遗传变异有所认识(Winter, 1987；Harrison et al., 1987)。Wooliams等(1982)报导，杂种得克萨斯苏格兰黑面羊(Blackface×Texel Scottish)羔羊，其肝中的含铜量是纯种苏格兰黑面羊(Scottish Blackface)羔羊的两倍(铜的吸收率为13.7％比5.6％)。这表明，由於某个品种对铜的吸收率不同，而不是由於被吸收铜的成份不同。在研究中测得苏格兰黑面羊和威尔士山地绵羊(Welsh Mountain)的铜吸收率分别是4.2％和7.3％(Wiener et al., 1978)，在饲料中含铜量低(Wiener et al., 1984a)而不是含铜量处於中等程度高时(Wiener et al., 1984b)对新生羔羊铜状况的影响，母羊比公羊表现更为重要。据报导，绵羊的估计遗传力是从0.2±0.08(SE)(Wooliams et al., 1984)到0.4±0.14(Wiener & Field, 1971)。对牛的铜吸收方面报导没有遗传差异，但Rowlands等(1983)和Wiener等(1980)分别报导了血浆铜浓度变异的估计遗传力是0.44±0.17和0.65±0.35，其标准误提供了种内加性遗传变异的证据。在牛中，西门塔尔牛对铜的排泄比安格斯牛(Aberdeen Angus)明显的更多，因此，对铜的需要量更大(Gooneratne et al., 1987a,1988)。

    (二)吸收

    大鼠对饲料中铜吸收的解剖学部位是胃、十二指肠、空肠、小段回肠(Allen & Solomons, 1984)对反刍动物的研究甚少。Grace(1975)用回流导管对绵羊进行研究发现，大肠是铜吸收唯一的有效部位。对屠宰牛的胃肠道实行连续分段进行净增重和失重的测定，在省去饲料中补充的铜时，除了皱胃和瘤网胃外，整个消化道都能吸收铜(Ivan & Greive, 1976)。最近，用麻醉的绵羊的胃肠进行分段结扎研究表明，皱胃、小肠和结肠能吸收铜，而瘤胃、网胃和盲肠不吸收铜(Turner et al., 1987)。尽管牛和绵羊之间有所不同，在研究中所用技术也有一些差异，但总的表明，反刍动物的瘤胃、网胃不是铜吸收的重要部位，反刍动物的大肠对铜的吸收比单胃动物的大肠更有意义。

    铜饱和技术已用於对某些反刍动物铜吸收的测定(Suttle, 1974a,1978)。最近，用稳定同位素65Cu技术已取得进展(Buckley et al., 1985a)。稳定同位素技术(stable isotopetechnique)所得的结果与饱和技术(repletion technique)所得的结果是一致的。通过哺乳期奶牛采食带籽玉米青贮饲料测得铜的吸收率为6.9±1.0％(SE)；对哺乳母牛采食带籽禾本科青贮饲料，测得铜的吸收率为8.9±0.9％(SE)和9.5±1.6％(SE)(Buckley et al., 1985a)。根据铜饱和研究结果，当钼含量低於2mg／kg时，绵羊和牛对青贮饲料中铜的吸收为4.9±3.2％(SD)(COSAC／SARI,1982)。在相同条件下，禾谷类饲料中铜的吸收为9.1±0.97％(SD)(COSAC／SARI,1982)。通过稳定同位素对既摄取禾本科饲料又摄取青贮饲料的奶牛进行研究，所测出的对铜的吸收率为4.9~9.1％，这与对摄取玉米青贮饲料的母牛的研究结果是一致的，但可能低估了摄取禾本科青贮饲料的母牛对铜的吸收率。

    反刍动物饲料中钼和硫对铜吸收的数量上的影响，在绵羊身上进行过研究，对牛来说影响程度更小一些。尽管在钼和硫的影响预测方程的表达方面有所进展，但又出现了相互作用和影响吸收的加性因素，其结果是，预测方程倾向於对范围的限制，其校正系数可能需要是在单一品种条件下(COSAC／SARI,1982)。本文作者所研究的铜吸收预测方程，更适合於总体预测。然而，预测方程对於在地理区域、品种、条件的特殊校正方面，是适合的。如对加拿大草原肉牛中的成牛和犊牛的铜吸收以及采食牧草或基础青贮饲料的奶牛的铜吸收预测。

    尽管铜和硫是反刍动物铜吸收最重要的拮抗物，而其他元素也很重要，由於土壤污染，草本植物中铁(Fe)的含量在秋季有所增加，反刍动物通过铁成分对铜吸收的相反影响，现在得到了确认(Humphries et al., 1983)。饲料中高锌(Zn)含量能减少动物铜的吸收和贮藏而导致缺铜，其机制总的是由於将铜限制在肠黏膜细胞的金属硫因(metallothionein, MT)〔变型性 基组氨酸三甲(基)内盐〕中，随後带铜的金属硫因的肠黏膜细胞就脱落到肠腔中，这样来减少铜的吸收(Hall et al., 1979)。最近，通过绵羊小肠段外翻研究结果表明，锌却会抑制Cu-64的吸收，其结果与金属硫因(MT)作为载体在肠黏膜细胞吸收铜後的运行机制是一致的(Turner et al., 1987)。其它几种矿物质如镉(Cd)、硒(Se)、铅(Pb)、铄(Ni)与铜可能存在相互影响，但互相之间的关系很复杂，且了解甚少(Gawthorne, 1987)。尽管日粮中含硒充足，对铜的代谢没什麽影响(Buckley et al., 1986)，但通过注射硒表现出能增加肝铜的蓄留(Hussein et al., 1985)。

    (三)运输与贮藏

    从胃肠道进入到血液中的铜，与白蛋白结合形成一种在分类学上新的蛋白质，叫做"运铜蛋白"(transcuprein)(Weiss & Linder,1985)。即使血浆中白蛋白浓度大大地超过了运铜蛋白浓度，铜对运铜蛋白的亲和力(affinity)也远比白蛋白强，其结果有约三分之一的高铜(二价铜)离子进入到血浆中与运铜蛋白结合，与白蛋白和运铜蛋白结合的铜，在肝脏中迅速分解(Weiss & Linder, 1985)。

    肝脏作为机体铜贮藏的主要器官和铜代谢的关键器官，已经认识。在肝脏内，铜分布在肝脏实质细胞的线粒体、微粒体、细胞核、溶鶣体和可溶性成分中，其比例随年龄、品种和动物铜的状况不同而不同(Gooneratne et al., 1979,1987c)。

    蛋白质金属硫因(MT)可能在肝脏中暂时性贮藏并对肝中的铜起解毒作用(Bremner, 1987)。在某些种类动物(但不是绵羊)中，当铜过量时就贮藏在肝中溶鶣体内(Mehra & Bremner, 1984)。反刍动物中，肝脏内金属硫因的含量是体现肝对锌的容纳能力，而铜又有从蛋白质中分解锌的能力(Bremner, 1980)。血浆铜蓝蛋白(Cerulopasmin)(还知道有亚铁氧化鶣Ferroxidase)在肝中合成，并分泌到血液中(Frieden, 1980)。血液中的血浆铜蓝蛋白的半衰期随动物种不同而有异，估计在绵羊为70小时，在牛为37小时，在大鼠为12小时。组织是大鼠铜的唯一来源而不是肝、肾(Weiss & Linder, 1985)。哺乳期奶牛中研究後发现，24％的奶铜直接从饲料中取得，而不是从血浆铜蓝蛋白中结合的铜取得(Buckley et al., 1985a)。试验表明，作为铜的运输形式的血浆铜蓝蛋白的意义也随品种不同而不同。

    (四)排泄

    铜的吸收率在粪中能够表现出来，大部份铜不能被吸收利用而通过胆汁分泌排泄出去，铜的体内平衡是通过这种途径初步获得，但关於反刍动物胆汁铜的排泄机制知道得很少，最近Gooneratne等(1989c,d)提出了绵羊胆汁铜排泄的三条途径：通过胆汁运输(transbiliary)，肝细胞转运(transhepatocellular)和肝细胞溶解(hepatolysosomal)。所有这些途径中，肝细胞溶解在数量上被看成是最重要的(Kressner et al., 1984 Gross et al., 1989)。尿中也排泄少量的铜，通过汗腺、唾液和肠分泌排泄铜的情况尚不清楚，用67Cu研究表明，至少对绵羊肠内的内源性铜排泄能够确定(Gooneratne, 1989c,d)。

    (五)母体─胎儿的铜代谢

    铜对胎儿发育的基本必要性已经明确，铜代谢的主要变化发生在妊娠期的母体内，其全部目的是通过增加铜的吸收来保存铜量，防止胎儿死亡，通过分泌途径来适应胎儿高铜量的需要。胎儿极为有效地从母体吸取营养，在指数比率上，胎儿铜的贮存和日增长及最後肝铜含量都较高，这些都与母体肝铜密切相关。

    绵羊胎儿肝铜的正常含量，在出生时占总铜含量的50％。牛胎儿肝铜含量取决於母体肝铜含量和妊娠的时期：胎儿肝铜含量(mg／kg DM)＝217.5＋0.023〔胎儿日龄(d)〕×母体肝铜含量(mg／kg DM)(Gooneratne & Christensen, 1989)。在怀孕期间，绵羊和牛胎儿肝铜含量逐渐增加，而母体肝铜含量逐渐减少。这就表明，须通过母体补充铜的需要量，尤其铜的每日需要量增加大约在维持量基础上的70％(ARC,1980)。尽管许多研究者推荐日粮含铜量10mg／kgDM为合适，但对Saskatchewan的牛观察表明，妊娠期间饲料中铜的含量需要增加到25mg／kg DM，如果动物饮用了含高硫的水，有时需增加到50mg／kg DM(Gooneratne, 1986)。

    给予妊娠海福特牛(Hereford)含高硫(0.35％)低铜(5mg／kg)饲料，引起严重缺铜，而出生牛犊体重轻，血浆铜含量、铜蓝蛋白水平、肝铜贮藏量都低，"可动员"(mobilizable)的肝铜蛋白、金属硫因(MT)低得几乎检测不出(Gooneratne et al., 1986a,1987c)。这些结果表明，增加饲料中硫的补充量，对铜的利用有明显的不利影响，从而通过妊娠母牛继发对胎儿生长发育不利的影响。

    母体大约10mg／kg的肝铜含量足能提供给新生犊牛高於300mg／kg DM的临界值的肝铜贮备(Gooneratne, 1986)。然而，为了维持妊娠期牛的正常血铜浓度和依赖铜而发挥作用的正常功能，其肝铜含量需要高於25mg／kg DM作为维持含量。在Saskatchewan的肉类加工厂测定肝铜超过25mg／kg DM的母体内胎儿的肝铜含量比肝铜低於25mg／kg DM的母体内胎儿的肝铜含量更高(P＜0.05)(Gooneratne & Christensen, 1989)。

    由於加拿大西部一些省区牛的缺铜征病例相当普遍，对供给妊娠母牛足够的铜营养以保证胎儿正常发育出生的需铜量极为重要，肝铜的贮藏以满足胎儿产後早期营养需要是必要的，因为牛奶含铜量低。此外，高钼饲料产生高钼牛奶，而降低母牛奶产量又降低犊牛增重。

    绵羊胎儿肝铜贮存不像牛那麽明显，这大概是此品种先天性营养缺乏综合征的发生率较高的原因之一。在第一个三月，第二个三月和第三个二月期间，绵羊胎儿贮存铜的总比率分别为15,85和186μg／d，在预产羔前八周和四周，易感母羊铜的含量在220mg，对防制先天性缺铜病有效。在出生後第一周，给绵羊羔羊投入硫酸铜(Allen, 1987)和在5~10日龄皮下注射5mg铜的蛋氨酸盐络合物(methionate complex)，能缓解缺铜征。

    五、硫和钼对铜代谢的影响

    一般说来，尤其是反刍动物，硫的化合物使钼中毒加剧，对铜吸收还表现出独立的，消极的影响。Suttle和Peter(1985)观察，绵羊瘤胃中的硫化物和血浆铜浓度之间呈负相关。硫化铜与某些其它过度元素硫化物相比，其溶解度积(solubility product)较低。过度元素硫化物，包括硫化铁，在瘤胃中的形成和在皱胃中低pH值条件下的离解减少铜的利用率，又有助於皱胃中硫化铜(Cus)的形成(Gawthorne, 1987)。最近的研究表明，硫和铁对牛肝铜含量有相对独立的影响，因为将补充的硫撤除，并不减轻由铁引起的缺铜征的严重程度(Humphries et al., 1985)。制成单一粉状的铜比在半连续日粮中的利用率更高，这可能是由於颗粒性铜的流动与进入皱胃的可溶性硫化物间有一个时间滞差，或制成单一粉状後，在瘤胃中与硫化物结合所需的时间更久(Suttle & Peter, 1985)。Ivan(1988)报导，绵羊瘤胃中原生 (protozoa)的缺乏，增加了铜的利用率，可能是因为减少了饲料中蛋白质对S2-的降解。夏季草地放牧动物的血浆铜浓度比在草木茂盛的春季草地放牧的动物血浆铜浓度更高，这表明在乾燥牧草和乾草中的蛋白质可溶性更低，就导致S2-的产生更低，其结果，饲料中铜的利用率就更高。

    瘤胃中钼和硫间的化学上的相互影响，在反刍动物缺铜的产生上，产生了关键性的作用，确切的机制和参与这种相互影响的硫和钼的形还不完全清楚。瘤胃中的微生物减少了将饲料中主要的有机和无机硫化物形成的S2-。S2-形成对Mo-Cu拮抗作用的结果直到Dick等提出了硫钼酸盐在瘤胃中自动形成，这才得到认识，硫钼酸盐在瘤胃中与铜发生反应，形成难溶解的硫钼酸铜(Cu-TM)络合物，大多数络合物不能被吸收。由於瘤胃中络合物在导致铜缺乏中所引起的作用，在许多研究中已得到证实。长时间的静脉注射硫钼酸盐所引起的综合征状与给绵羊含过量的钼和硫的饲料时所观察到的征状相类似。尽管三硫钼酸盐(TM3)和四硫钼酸盐(TM4)对肠中铜的抑制作用最大，而Mason等(1982)和Price等(1987)提出，对吸收後的铜代谢影响可能是二硫钼酸盐(TM2)和TM3。然而，Osman(1988)研究表明，可能还包括TM4。

    本文综述的硫钼酸盐与铜相互影响的四个方面：(1)在限制铜吸收方面对瘤胃和肠发生的影响；(2)血铜成份改变；(3)组织中"可用性"铜的改变；(4)通过胆汁、尿和内源性分泌增加铜的排泄。

    (一)瘤胃和肠的影响

    铜、钼、硫之间相互影响的主要部位是消化道，这通过在消化道的不同部位投入钼化合物得到证实。Mason等报导，当通过十二指肠给予99Mo，铜的吸收受饲料低硫影响只暂时的减弱。Suttle发现，从富含硫的饲料中吸收铜和钼，直接通过皱胃时要比通过饲料采食给予钼时吸收率更高。由此表明，为了与硫发生相互作用，钼必须通过瘤胃，才减弱钼本身的吸收和铜的吸收。所以，抑制铜吸收的最初反应定位，与Dick等的硫钼酸盐假说是一致的，钼酸盐在富含S2-的瘤胃环境中转变成一系列硫钼酸盐化合物，包括MoO3S2-(TM1)，MoO2S22-(TM2)，MoOS32-(TM3)和MoS42-(TM4)。用TM4和钼酸铵(ammonium molybdate)进行体外人工条件下的研究结果，支持了这一假说(Gawthorne et al., 1985)。间接指出，相对於瘤胃中的S2-来说，TM3和TM4的产生与饲料中摄取的可分解硫的潜在来源有直接关系。

    Gawthorne等(1985)提出，游离的硫钼酸盐在瘤胃中是暂时的中间产物，它们通过由细菌、原生和部分消化了的植物原料组成瘤胃内容物的固态有机相联合在一起，来发挥作用，形成新的庞大的螯合物，这种螯合物对铜具有强有力的亲和性，甚至在酸性条件下都不释放铜，这就未必可能像从肠中吸收的那种螯合物。所以，降低了动物对铜的利用率。实际上，钼和硫对草本植物中铜吸收的影响，取决於饲料的消耗率和所含的化学成份。

    (二)血浆铜成份的改变

    通过硫钼酸盐表明了对系统影响相当重要，其表现在，硫钼酸盐的产生超过了所需硫钼酸盐的量时，使肠中不溶性络合物的形成过程达到饱和程度的时间加快。在反刍动物中，高钼饲料最终是减少肝铜，并产生缺铜的临床征状，常常还可见到血浆铜浓度有暂时的增加，所增加的血浆铜与产生的血浆铜的成份有关，用5％的三氯乙酸(trichloroacetic acid)进行血浆蛋白沉淀，这种铜不能析出在上清液中。Bremner报导，这种化合物的产生，与同时存在的高的钼和硫的摄取量有关，如果摄取钼或硫的其中任何一种的量低，这种现象就不存在。硫钼酸盐静脉注射或十二指肠投药，会产生明显的效果，并立即增加血浆铜，其中大部份血浆铜不溶於三氯乙酸，就表明了血浆中不溶於三氯乙酸的铜存在，反映出铜的牢固结合形式(所以在代谢上不能利用)，这种形式的铜不能被红细胞吸收利用。根据硫钼酸盐的这种特殊作用，可用於治疗和预防绵羊的铜中毒(Gooneratne et al., 1981a；Humphries et al., 1986)。由於硫钼酸盐在酸中分解出S2-，而硫化铜在低pH值环境中是不溶的。所以，不溶於三氯乙酸沉淀物中的铜的形式可能就是CuS(Mason,1986)。

    从瘤胃中吸收的硫钼酸盐化合物与白蛋白中的铜进行可逆性结合，铜─白蛋白络合物是相当稳定的，不易被水解。牛(Hynes et al., 1984)和绵羊(Mason et al., 1982)的TM3都是可逆性结合於血浆白蛋白中。结合在牛血浆白蛋白的单一位置与氮末端的铜结合部位不同(Woods & Mason, 1987)，硫钼酸盐结合部位的亲合力(但不是指部位的数量)，随铜存在的增加而增加，其结果，血中就出现铜─硫铜酸盐─蛋白质(Cu-TM-protein)形式。此外，TM3的结合，又增加了白蛋白对铜的亲和力，其最终结果，延迟了铜转运血管外的空隙和组织(包括肝脏)的过程。在TM的代谢中，可能存在种间差异，鹿血浆中的铜表现出比绵羊血浆中的铜受TM的影响更小，这似乎是与从瘤胃中吸收TM3和TM4更少有关(Osman, 1988)。

    体外试验结果，TM广泛抑制含铜鶣，通过所有形式的TM尤其TM4抑制血浆酮蓝蛋白的二胺氧化鶣(diamine oxidase)的活性。在体内试验中，要在钼和硫引起的缺铜征的生物化学发病机理方面，确定血浆铜蓝蛋白抑制的作用就很困难，因为血浆中存在高浓度(200~300mg／L)的血浆铜蓝蛋白，并且要证实血浆铜蓝蛋白抑制的临床意义，需要TM保持持续的药效水平。此外，TM优先与白蛋白结合而不是与血浆铜蓝蛋白结合(Hynes et al., 1984)。因此，需要给予绵羊长时间大量的TM，血浆铜蓝蛋白的活性才有明显的减弱(Gooneratne, 1981b)。Chidambarem等报导，在体外试验中，甚至1~5μm的TM4浓度，都会强烈地抑制其它种类含铜鶣的活性，如细胞包素氧化鶣(cytochrome oxidase)，过氧化物歧化鶣(superoxide dismutase)和酪氨酸鶣(tyrosinase)，正如象对血浆铜蓝蛋白的抑制，在体内对其它含铜鶣的抑制情况尚不清楚。

    (三)组织影响

    1. 对肝的影响

    给绵羊饲喂低水平铜的饲料，或给予含高钼、硫的饲料(Allen & Gawthorne.1986)，或静脉注射TM4，肝脏含铜量迅速下降。基於这个结果，Gooneratne等进行静脉注射TM4，作为控制绵羊的中毒有一定效果。相反，如果绵羊的基础维持日粮含铜量高，就给予高钼和高硫或TM4，肝脏中铜和钼的含量就明显增加。同时肝中过氧化物歧化鶣、细胞色素氧化鶣的活性就大大减弱(Allen & Gawthorne, 1986)。从而提出，大量增加肝铜，对於肝的正常代谢是无效的。Kelleher和Ivan(1986)展示的证据，TM改变肝铜的亚细胞水平的分布，用35S标记，给牛静脉注射TM3时，在所有的肝亚细胞成份中都有放射性分布。尽管有五种35S成份，可通过液相色谱法(liquid chromatography)来鉴别，但 有在空脏中的高分子质量物质洗脱的35S才与铜有关(Wang et al., 1987)。被TM结合的肝铜，在血浆中表现出可逆性。鉴於以上的讨论结果，提出肝中TM的存在，通过产生新的铜配位体(ligands)或蛋白质，和通过改变不同的铜成份之间的平衡，或在其它方面的分布模式的改变，来改变铜的代谢(Gawthorne, 1985)。还有人报导了给大鼠(Gawthorne, 1985；Wang & Mason, 1988)和牛(Wang et al., 1987)用TM治疗後，铜从肝的金属硫因(MT)中消失。根据Gawthorne(1985)试验，TM4是通过从金属硫因中"拆卸"铜而起作用。

    2. 对肾的影响

    绵羊肾铜的蓄积，要麽是因为补充了过量的钼和硫饲料，要麽是静脉注射了TM4(Gooneratne et al., 1985b,1989a)。给予TM的绵羊肾中，其含铜量的程度和比率取决於以下几个因素：铜的吸收，肝铜的含量和TM剂量。因此，在给绵羊口服大剂量铜和静脉注射TM4後，在其肾中能发现最高的含铜量(还有钼)(Gooneratne et al., 1989a)。可能作为铜和钼(其原子比，Cu：Mo＝2.1：1)的一种解毒方式，主要在肾小管细胞的溶鶣体中蓄积。通过静脉注射TM4处理，既不影响肾组织的结构，又不影响肾的功能。用葡聚糖凝胶G-75色谱法(Sephadex G-75 Chromatography)对静脉注射TM4处理的绵羊肾细胞质液测定结果，在金属硫因(MT)中的铜有明显的减少，高分子质量中的铜相对的增加，大多数的铜不溶於三氯乙酸(Gooneratne et al., 1989b)。从TM4处理的大鼠肾看出，在色谱图(chromatograms)中，相应的铜的曲线有所迁移。肾中铜及铜蛋白质的结合与这些元素和血浆白蛋白的结合相似，白蛋白可能是将铜和TM运输到肾并在此蓄积的一种运载工具，因为在肾小管细胞中，被改变的白蛋白分子发生慢慢降解(Gaethorne, 1987)。

    3. 骨骼系统的影响

    有报导，饲喂过量钼和硫的牛与绵羊，其长骨要发生变化，给大鼠TM4(含Mo 6~20mg／kg DM)的饲料，会引起骨骼畸形。股骨、胫骨、腓骨和头骨畸形，并伴随长骨生长极严重的变化，这包括软骨发育异常和骨生长缓慢及停止。这些损害与查(豌)豆中毒性骨病(osteolathyrism)相似，提出TM通过限制与赖氨酸氧化鶣产生的交叉键来起作用。用TM4对猪进行的研究表明，关节和鷖的生长板软骨两者的钙化都受到影响，这是由於蛋白多糖(proteoglycans)的生物合成发生紊乱。

    4. 对肠的影响

    给绵羊大剂量静脉注射TM，会发生严重腹泻。给大鼠连续两周注射TM4，表现出十二指肠细胞和空肠的粘膜细胞的线粒体畸形增加，盲肠和结肠粘膜坏死，并出现下垂蛋白(apoptosis)，肠上皮细胞的细胞色素氧化鶣活性被降低，这表明了通过对铜的影响对这些细胞本身产生妨碍。由於S2可能是从TM分解而成，就通过S2直接抑制细胞色素氧化鶣。最近有人报导，通过肠腔给大鼠投入TM3，表现铜从金属硫因中消失，在肠细胞质液中，发生铜与高分子质量蛋白质结合的改变(Wang & Mason, 1988)。

    (四)对排泄的影响

    1. 胆汁

    尽管在所有种类动物，胆汁被看成是铜排泄的主要途径，但对反刍动物的试验，通过这种途径长时间来证实铜的排泄方面的报导仅仅只有几篇。Gooneratne等报导，给绵羊静脉注射TM能减少肝铜水平，并增加粪尿中的铜排泄，但从粪中排泄的铜可能来源於胆汁、唾液、胃液和肠液，或饲料中未吸收的铜。给绵羊静脉注射TM4，能引起胆铜(和钼)分泌急剧增加。67Cu和(99Mo)TM4的排泄方式揭示了胆铜排泄的增加，主要是来源於肝脏，但有一小部份可能是直接从血浆中的Cu-TM络合物中转化而来(Gooneratne et al,. 1989c,d)。Kressner等(1984)提出，血浆中的标记运行，经过肝动脉进入到肝间三联附近(vicinity of the portal triad)的胆小管。因为当给绵羊静脉注射67Cu或(99Mo)TM4时，胆汁中Cu与67Cu的排泄方式相似，胆汁铜排泄途径(胆汁转运，肝细胞转运，肝细胞溶解)与注射TM4或标记67Cu後相同(Gooneratne et al., 1989c)。然而，在铜从长期贮藏的部位动用出来时，胆汁转运途径和肝细胞溶解途径仍在活动，而肝细胞转运途径就停止(Gooneratne et al., 1989d)。尽管对长期贮藏部位的铜有明显的影响，TM4也优先动用短期肝铜贮藏部位的铜。葡聚糖凝胶G-75凝胶过滤(sephadex G-75 gel filtration)揭示，胆铜(和钼)在注入TM4後优先结合成大分子形式(Gooneratne, 1989e)，这种铜的一部份是不溶於三氯乙酸。这些结果表明，胆铜对於给予了TM的动物来说，可能是不可利用的。给予牛高钼、硫饲料和静脉注射TM还观察到，胆铜以及与不溶於三氯乙酸有关的部份铜有所增加(Gooneratne, 1987a)。

    2. 粪便

    给予绵羊TM3，能增加粪铜排泄，而这个研究还不能确定是来自胆铜或是来自胃肠道分泌(Mason, 1988)。Gooneratne等(1989c,d)发现，给予TM4能增加粪铜排泄，这其中除了胆铜分泌增加外，要麽是来自唾液，要麽就是来自胃肠道的内源性分泌。

    3. 尿

    有报导，给绵羊饲喂补充钼和硫的饲料(Marcilese et al., 1970)或给绵羊(Gooneratne et al., 1989c,d)和牛(Gooneratne et al., 1987a)静脉注射TM4，能增加尿铜排泄，其结果与给绵羊(Mason et al., 1988)静脉注射TM3的结果相似。

    六、缺铜的生物化学及生理学

    尽管缺铜在临床征状上的病因学常常很复杂，而特殊鶣的影响也还不够清楚，但至少能肯定含铜鶣在缺铜的生理表现上起了重要作用。

    缺铜性贫血与缺铁性贫血相仿，一般认为如像血浆铜蓝蛋白活性低的结果，是由於铁的动员和运输发生紊乱引起的。在缺铜动物中，铁的转运减弱和贫血产生之前，血浆铜蓝蛋白的活性大大降低。缺铜可能减少线粒体与铁蛋白的结合，降低还原型辅鶣Ⅰ脱氢鶣(NADH dehydrogenase)的活性，或甚至减少亚铁螯合鶣(ferrochelatase)的活性(Williams et al., 1985)。最近研究显示，缺铜会减少海恩茨氏体(Heinz body)(在红细胞内由毒物引起的圆形体)的形成。因此，放牧性缺铜羔羊的贫血，可能部份是由於溶血所致。最近其他的研究提出，缺铜由於减弱了脾的膜细胞骨架的识别能力，就改变了红细胞的物理性质，降低了红细胞的耐受性。缺铜减少了过氧化物歧化鶣，红细胞生存时间的缩短，也就是由於过氧化物阴离子的进入破坏了过氧化作用。

    有报导，缺铜动物的免疫力比铜充足动物的免疫力更弱，缺铜使羊和牛的白细胞功能有所减弱，并伴随着低活性的过氧化物歧化鶣。通过用过量的钼或铁引起缺铜的牛，其中性白细胞功能减弱最为明显，这与含低铜饲料导致的缺铜相比较而言。这个发现有着现实意义，因为在Manittoba和British Columbia的某些牛缺铜病例，是由於过量的钼引起的。缺铜会降低抗感染能力的证据是在实验条件下所观察到的，是Woolliams等为了改善放牧地，从遗传学上选育绵羊时所观察到的结果。Korte和Prohaska(1987)提出，缺铜动物的脾之淋巴细胞膜缺乏一种特殊的多鷇，可能相当於Melcher和Uhr所鉴定出的如同在老鼠的B─细胞表面的相应於IgM重链。

    有报导，在草场放牧引起铜缺乏的反刍动物，其关节肿大，骨脆性增加，长骨骨干中的密质骨受损，结果增加自发生骨折的发生率。自发性的损害表现在成骨细胞的功能欠缺，如骨的沉积作用不足，但成骨细胞的活性表现正常。成骨细胞的功能是产生胶原和富含糖蛋白的基质，组成，修复有机骨基质。赖胺酸氧化鶣是一种重要的含铜鶣，在交叉合成组织蛋白中起作用。缺铜阉牛，其项韧带的活动性减弱，缺铜牛的显着特徵，由於代偿性肥大使鷖软骨增厚，这是因为骨中胶原成熟的不足。在同样低铜状态下的牛，因钼引起的缺铜在骨骼变化上比因铁引起的缺铜，其表现更为严重。

    酪胺酸鶣(EC1,14,18,1)是含铜多酚氧化鶣(polyphenol oxidase)，参与生成黑色素(pigment melanin)和多巴胺(dopamine)，这是一种合成去甲肾上线素的中间产物。由钼引起的牛的缺铜会产生被毛褪色，而由铁引起的缺铜被毛不褪色，即或是两类缺铜的严重程度相同也是如此(Phillippo, 1987a)。酪胺酸鶣的活性上，对TM特别敏感(Payter,1987)。

    在啮齿动物的试验中，铜状况的改变，与碳水化合物、脂肪酸、胆固醇、尿酸和前列腺素及促性腺激素释放激素代谢的紊乱都有密切关系，这些影响还未对反刍动物进行研究。然而，Sinnett-Smith和Woolliams(1987)报导，补充铜能增加皮下脂肪组织中的脂肪成分，这与Fields(1983)用铜处理大鼠能增加其脂肪合成的发现是一致的。

    奶牛的铜反应性不孕也有报导，Phillippo等(1982a,b,1985,1987b)发现，缺铜牛的受精力，只有在由於钼摄入过量引起的缺铜才可能降低，由於钼的存在，而不是在低铜状态下表现出初情期延迟，受胎率下降，发情活动混乱。相比之下，补充钼会导致母绵羊初情期年龄提前，公绵羊的阴囊周缘增大(Robinson & Blair, 1987)，参与的机制尚不清楚，但对牛补充钼，明显表现出黄体化激素释放的减少(Phillippo, 1987b)。

    尽管在补充铜後能改善低血铜牛的生长率方面有大量报导，但如果是因摄入高钼引起的缺铜，牛表现生长停滞，Phillippo(1987a)推断，钼对牛的生长、毛质量和色泽的影响与对肝脏和血浆铜含量的影响是相对独力的，即使观察到成年绵羊的生长停滞，但在羔羊中常常见不到这种情况。对绵羊的生长影响更小，这与绵羊和牛对饲料中钼含量增加的敏感性不同密切相关。

    对反刍动物做为宿主铜的状况给胃肠道寄生 的影响，还了解不多，但在先天性低铜状态的绵羊品种中寄生的奥斯特他(鷗)线 (Osteragia spp.)的长度显得更长一些(Jones, 1985)，而Hucker和Yony(1986)观察结果，缺铜动物的线 感染在严重程度上没有增加。在另一方面，胃肠道线 表现出会诱发绵羊的铜缺乏，或对存在铜缺乏的绵羊表现出缺铜加重，认为这是由於皱胃中的pH值增加而降低了饲料摄取和减少了铜的利用率或铜的吸收(Bang, 1989)。

    七、铜和硫对脑脊髓灰质软化的作用

    脑脊髓灰质软化(PEM)是一种反刍动物急性葡糖代谢紊乱疾病。其临床特徵是：视觉丧失，精神沈郁，共济运动失调。给牛集中饲喂精料後可以遇到PEM，对PEM中维生素B1的作用研究表明，单纯的维生素B1缺乏，会引起PEM，通过硫胺鶣(thiaminase)作用产生的类似物会阻碍丙酮酸盐(pyruvate)的氧化作用。饲料中补充TM还会导致阉牛维生素B1缺乏。研究者们推测，通过高硫饲料引起瘤胃低的pH值环境，致使瘤胃内细菌发生酸性猝衰(acidshock)，结果导致细菌细胞表面结合的硫胺鶣Ⅰ(thiaminase Ⅰ)的释放，铜与B1在水中结合形成络合物。Ellerson和Hilker(1985)提出，这种生物之间的相互关系在大鼠中也存在，但表现极其复杂。给围栏饲养的牛饲喂用二氧化硫处理过的高湿度的大麦，会发生PEM(Gibson et al., 1988)。最近的田间试验显示，给牛饲喂低铜和(或)高硫饲料，其血中维生B1含量较低，并死於PEM(Gooneratne et al., 1989f)。如果这些动物未急性发病，通过单纯补充铜而不给予维生素B1，这些动物会痊愈，并提高血中维生素B1的水平。作者在对铜代谢的一个试验中观察到，给牛饲喂含硫0.5％和铜5mg／kg DM的饲料时，有2／8的试验牛发生PEM。这两组动物血中维生素B1浓度分别为14.7μg／L和23.5μg／L，基於田间试验，40μg／L的血液维生素B1浓度，被认为是临界浓度。

    上述结果指出，PEM是牛摄食了高硫饲料引起的，硫引起PEM的机制可能包括铜、硫和维生素B1三方面的相互作用。绵羊饲料中含过量的硫，会降低维生素B1，导致神经生理异常，如传导性减弱和(或)经脑干听神经应激反射(brain-stem auditory evoke response, BAER)技术测定出的听觉神经通路的神经纤维兴奋性降低(Olkowski et al.,1989a)。在BAER记录中显示异常的原因与耳蜗神经核和外侧丘系区(the cochlear nuclei and lateral lemniscus)的病理组织学损害有关。喂予绵羊含高硫饲料，但不补充维生素B1，与涉及硫的缺铜无关的免疫功能还受到损害(Olkowski eta et al., 1989b)。此外，缺铜会加剧与硫有关的牛维生素B1缺乏(Gooneratne, 1989f)。笔者认为，在加拿大大草原的许多牧场里，饮用了从深层输来的含高硫水的牛群，应补充予铜，有时饲料含铜量可高达50mg／kg DM，用来防制潜在的维生素B1和铜缺乏。研究还表明，维生素B1在铜的内环境稳定方面尤其是在过量摄入铜时起着重要作用。摄入过量铜的绵羊，其维生素B1所起的作用表现在，通过尿和胆汁增加铜的排泄。

    八、铜在皱胃变化中的作用

    据报导，在Weatern Nebrask和Wyoming一些地区，在过去的十年间，牛的皱胃溃疡伴随皱胃鼓气或新生犊牛突然死亡的发生率有所增加，统计分析显示，在皱胃溃疡和铜缺乏之间有极其显着的相关关系，这表明了铜在这个综合征状的发病机理上起作用。对缺铜影响的有关因素包括：(1)免疲抑制导致某些细菌如产气荚膜杆菌(Clostriduim perfringens)的增殖。高水平硫的饲料，不但引起铜缺乏，而且还能引起瘤胃和肠滞缓，还增加某些细菌总数增殖的可能性。(2)异常的或阻抑弹性硬蛋白(elastin)和胶原(collagen)合成，导致血管系统的粘膜下组织的完整性受损。(3)细胞色素氧化鶣及过氧化物歧化鶣的活性降低，增加对肠上皮细胞的氧化破坏。有人提出了其可能的途径和推测了这个病状的发病机制(Gooneratne, 1987)，有趣的是注意到了硝酸盐还原鶣(nitrate reductase)是一种钼素黄素蛋白(molybdeno-flavo protein)，高钼水平饲料导致瘤胃内硝酸盐浓度下降，而瘤胃内亚硝酸盐和氨浓度升高，从而使瘤胃内pH值下降，对改变皱胃粘膜完整性的影响尚不清楚。

    九、结论与展望

    尽管在铜代谢方面的认识取得了一些进展，但还需要在亚细胞水平上对含铜鶣的基本作用及影响铜利用率包括遗传变异因素作进一步认识，对缺铜的早期病理学特徵作更清楚的描述。

    铜的基本需要和用於铜代谢研究间的平衡需要详细了解。目前，许多人面临具有立杆见影而又受规模限制的短期开发研究项目的压力，而这些研究已取得一些成效，但或许对改变铜代谢的病理反应的根本决定因素的认识，还需探索更可靠的依据。

    在过去的十年间，最有趣的发现也许莫过於对金属硫因(MT)以及更小程度上的血浆铜蓝蛋白(Cp)、过氧化物歧化鶣(SOD)和赖胺酸氧化鶣这样的含铜蛋白质的作用的确定。但对细胞内铜代谢的规律还需更确切地阐明，如此复杂的研究并非唾手可得，主要是由於不能利用具有足够长半衰期的铜的放射性同位素。毫无疑问，稳定性同位素在此起作用，用稳定性同位素研究，能更准确地检测含铜鶣。还需在亚细胞水平，确定铜是如何转运到依铜性鶣的。

    用半营养性日粮的钼和硫含量进行大量试验，从而寻找反刍动物对铜利用率的影响因素。有证据表明，钼的抑制作用在高钼含量时可能不是呈直线性的。甚至在中度含硫量也可能引起如像脑脊髓灰质软化(PEM)的其它疾病。还认识到，钼和硫对铜吸收的拮抗作用，相对半纯日粮来说，在鲜草中的拮抗作用更大，在乾草中的拮抗作用更小。研究重新发现铁作为铜的拮抗物，在饲料含铁量超过500mg／kg对组织中铜含量以及依铜性鶣活性的影响，与补充5mg／kg钼引起的变化相同，但 是病状不像由钼引起那样。含高铁饲料似乎不产生如像被毛颜色那样典型的缺铜临床征状，这种效应对反刍动物营养具有头等的重要性，因为这种铁水平在反刍动物饲料中的发现具有代表性，特别是在被泥土污染的情况下。

    最近的研究显示，铜能增强前列腺素E2(PGE2 )的活性，能刺激丘脑下部组织释放促性腺激素释放激素。而过量的钼而不是铁引起的缺铜，会降低牛的受精力(可能是通过黄体化激素的释放来调节)，有关铜对牛繁殖和受精力的可能影响方面提出了许多问题。其它的基本微量元素如锌还干扰铜代谢。关於反刍动物铜营养的认识方面，这些问题都不应被忽视。

    此外，关於矿物质与维生素间的相互影响问题仍未解决，这些就给从事此领域的研究者提出了挑战。已经揭示，含高硫饲料能引起反刍动物维生素B1缺乏(PEM)，补充铜能减轻这种征状。对多元的矿物质和维生素之间的相互影响的研究，能解决铜代谢认识方面的某些分歧，这是研究中最重要的方面。因为在现实生活情况下，家畜经常受到在矿物质和(或)维生素代谢方面的各种损害，现在用多道分光光度检测仪(multi-channel spectrophtometric detectors)和计算机化数据检测(computerized date acquisition)来进行这些研究，才是当前面临的现实。

    关於反刍动物种与种之间所推断的论据，在目前还保留其合理性。一些绵羊的研究表明了吸收铜的遗传因素，这可能与反刍动物硫化物代谢不同和(或)胆汁铜分泌的变化有关。

    对海藻研究表明，TM对治疗和预防铜过量综合征，包括人的威尔逊氏病(Wilson"s disease)(进行性豆状核变性)具有很大的潜力。特别是最近发现的，在测试的几种铜螯合物中TM是通过胆汁大大地增加铜排泄的唯一动因。因此，在推荐以这种方式使用TM之前，需对TM之前，需对TM实施进一步深入研究，尤其对发育中的骨骼，造血系统，肠上皮细胞和胎儿的病理影响。

    最後，尽管关於反刍动物和其它种类动物铜代谢的现有知识似乎已经不少，但尚未解决的问题还相当多。所以，对此领域的继续深入研究无论怎麽要求都不过份。