犊牛分泌性腹泻形成机制与治疗方法研究进展

    赵玉玺++闫磊++闫跃飞++皇超英++李亚昆++薛永康++赵新芳++张震

    摘要：阐述了犊牛分泌性腹泻形成机制、分类及治疗方法，以期促进新药物的开发和犊牛养殖行业的健康发展。

    关键词：犊牛；分泌性腹泻；治疗方法；研究进展

    中图分类号：S858.23 文献标识码：B 文章编号：1007-273X（2017）08-0010-03

    幼犊期疾病对养牛业的经济产生重大影响，犊牛的损失、治疗的直接成本、生产性能降低等[1]。犊牛腹泻是一种常见的疾病，也是造成奶牛经济损失的主要原因。分泌性腹泻是犊牛腹泻的一种类型，了解分泌性腹泻的形成机理对于犊牛腹泻的防治十分必要。

    1 分泌性腹泻形成的机制

    腹泻是由于肠上皮细胞分泌过多或吸收的液体和电解质受损造成的。流体在肠腔和血液流动是由离子的主动运输驱动的，主要是Na+、Cl-、HCO3-、K+和溶质（主要是葡萄糖）。液体吸收或分泌涉及位于顶端（面向管腔）和基底（面向循环）上皮细胞膜膜转运蛋白的协调[2]。肠上皮细胞结构由手指状突起（绒毛）和腺状的管状结构（隐窝）组成，相对绒毛和腺窝比例不同。在功能上，吸收和分泌可以发生在相同的上皮细胞，隐窝在分泌过程占主导地位，绒毛在吸收过程占主导地位。

    液体吸收的主要驱动力来自于跨肠上皮细胞Na+的主动运输和Cl-或者HCO3-的吸收。这个过程的电化学驱动力来自于基底外侧的Na+/K+-ATP酶。在小肠中液体的吸收是在Na+/H+转运蛋白3（NHE3，又叫做SLC9A3）、Na+/葡萄糖协同转运蛋白1（SLC5A1）和Cl-/HCO3-转换器[DRA（SLC26A3）和PAT1（SLC26A6）]作用下完成的[3]。电中性液体的吸收是在NHE3和Cl-/HCO3-转换器协同活化作用下完成（PAT1主要影响HCO3-的吸收，而DRA主要影响空肠和结肠对Cl-的吸收）[4]。基质特异性转运蛋白（如SLC5A1）促进Na+与D-葡萄糖（或半乳糖）一起跨越顶膜，电中性葡萄糖转运蛋白SLC2A2促进葡萄糖离开基底外侧膜[5]。在近端结肠Na+的转运除了Na+/H+转运蛋白，还可与通过Na+通道转运和短链脂肪酸的转运来协同转运。胞内信使包括Ca2+和环化核苷酸，例如cAMP和cGMP可以抑制细胞膜顶端的Na+转运蛋白的活性[6]，从而抑制液体的吸收。

    肠液分泌是通过基底外侧和顶端Cl-通道和转运蛋白的跨上皮分泌物驱动的。Cl-通过由Na+/K+-ATP酶产生的Na+浓度梯度驱动的Na/K/Cl转运体（NKCC1，也称为SLC12A2）在基底外侧膜转运到细胞中[7]。基底外侧K+通道（KCNQ1/KNE3和KCNN4）提供了跨过Cl-通道的顶端Cl-离子的电化学驱动力[8]，这一过程主要是环核苷酸激活的囊性纤维化跨膜传导调节子（CFTR）和Ca2+活化了Cl-通道。肠神经和细胞表面受体如钙敏感受体（CaSR）也被认为可调节细胞内信号通路，从而调节电解质的吸收和分泌[9]。

    2 分类

    2.1 細菌性腹泻

    细菌，如霍乱弧菌和肠毒素性大肠杆菌分泌特异性肠毒素（分别为霍乱毒素和热稳定肠毒素），增加细胞内环核苷酸的水平，导致顶端CFTR Cl-通道的活化，因此引起肠液分泌[10]。来自永生化和原代人肠细胞的数据显示，细菌肠毒素的cAMP、cGMP和Ca2+浓度的升高也抑制NHE3[11]。细菌也可以增加各种体液激动剂，神经递质或神经肽受体例如5羟色胺，VIP肽和1型甘蓝素受体，从而激活Cl-分泌并抑制Na+吸收[12]。侵入性细菌如沙门氏菌和志贺氏菌引起组织炎症反应，包括免疫细胞的聚集和细胞因子的释放，导致细胞内Ca2+发生信号传导[13]。致肠病侵袭性的细菌也导致运输蛋白表达的改变，引起腹泻。

    2.2 病毒性腹泻

    轮状病毒感染肠道后会引起液体的分泌和小肠上皮细胞结构的改变，产生与年龄相关的分泌性腹泻[14]。复杂的轮状病毒蛋白（NSP4）被认为是通过结合膜受体（整联蛋白α1β2），神经肽甘丙肽或通过肠神经激活引起细胞质Ca2+浓度升高的肠毒素[15]。轮状病毒NSP4还抑制NHE3和SLC5A1[16]。目前尚不知道其他肠道病毒，例如诺如病毒引起腹泻的分子机制[17]。可能存在药物诱导腹泻的多种致病机制，但有证据表明某些药物，例如化疗药物通过类似于轮状病毒性腹泻的细胞内Ca2+依赖机制诱导腹泻[18]。

    2.3 炎性腹泻

    自身免疫性疾病，如犊牛乳糜泻可见肠道炎症。虽然这些疾病的主要特征是继发于不适当的免疫细胞活化的慢性组织损伤，但几种重叠的信号传导途径影响肠液输送稳态[19]。激活上皮炎症信号通路如NF-κB导致Ca2+或环状核苷酸信号传导和刺激分泌或抑制Na+吸收。通过激活的T细胞和嗜中性粒细胞释放炎症介质如TNF和IL-6，导致黏膜肥大细胞脱颗粒、组胺、前列腺素的释放也可以刺激分泌[20]。也可能通过炎症影响上皮Na+吸收，主要是因为一些细菌病原体，如艰难梭菌，这是导致抗生素相关性腹泻的最常见原因。艰难梭菌相关性腹泻和结肠炎发生是继发性的，可以激活上皮细胞炎症信号通路并招募免疫细胞。

    3 治疗方法

    3.1 口服补液法

    动物腹泻口服补液治疗方法是从人治疗霍乱的基础上发展而来的，口服补液治疗腹泻被认为是20世纪医学最重要的进步[21]。有效的口服补液一般要求溶液易被吸收、能补充细胞外液量、纠正酸中毒[22]。

    在选择口服补液药物时需要考虑以下因素。由于Na+是细胞外液渗透压的主要离子，所以在选择的药物应该含有Na+。研究发现，Na+浓度为120 mmol/L的溶液纠正了脱水，而浓度较低的溶液则没有[23]。较少的研究表明，溶液中Na+的浓度>130 mmol/L是有害的。兽医师一般建议口服补液的药物Na+的浓度在90～130 mmol/L[24]。促进口服补液治疗发展的关键科学是发现钠和葡萄糖的偶联转运[25]。除了葡萄糖外，中性氨基酸（例如甘氨酸或谷氨酰胺）和挥发性脂肪酸（如乙酸盐或丙酸盐）已被证明能增强肠内钠的吸收[26]。葡萄糖与钠比例为1～3∶1在兽医临床上已被推荐。

    代谢性酸中毒被认为是新生犊牛腹泻频繁且潜在的严重并发症。腹泻导致更少的碳酸氢盐通过粪便排出体外，减少肾小球对氢离子的滤过率，L-乳酸在犊牛体内的积累，导致更为严重的酸中毒。除此之外，反刍动物产生和吸收D-乳酸在犊牛代谢性酸中毒中也起到重要的作用[27]。代谢性酸中毒在反刍动物幼年期比其他动物更为常见[28]，这很可能是目前关于犊牛使用口服补液药物的碱化能力的建议（60-80毫克/升[29]）远高于当前WHO推荐的（30 mmol/L）[30]，通常用于商业口服补液的碳酸氢盐和碳酸氢盐前体主要是乙酸盐和丙酸盐。碳酸氢盐使酸酐比丙酸盐和乙酸盐更高程度地酸化，从而降低小牛抗细菌感染的非特异性抗性[31]。在喂奶后不到2～4 h，避免使用含碳酸氢盐的口服補液药物。

    3.2 持续饲喂法

    传统上无论是短时间腹泻还是持续性腹泻，首先被推荐的是取消犊牛牛奶喂养[32]。但是没有足够的科学证据能证明饥饿可以提高腹泻犊牛的治愈率。事实上，尽管在腹泻期间犊牛消化能力有所降低，但是，喂奶不会恶化或延长腹泻的过程。相反，取消牛奶供应会迅速导致营养不良和体重下降[33]。持续喂奶不仅提供了整个腹泻期间增重和增长所需的能量，而且提供了恢复肠黏膜所必需的营养[34]。

    3.3 适当的使用抗生素

    兽医行业也面临着使用抗生素日趋严峻的压力，滥用抗生素可促进抗生素耐药菌株的选择和随后的增殖[35]。在这种情况下，Constable[35]对新生小牛腹泻中抗菌素治疗的益处进行了研究，得出以下结论：不推荐在没有系统疾病的犊牛中使用口服或注射用抗生素；腹泻和全身疾病的犊牛（显著的抑郁症、厌食、发热），有细菌血症或败血病风险以及小肠细菌过度生长的风险时，推荐使用广谱β-内酰胺抗菌药（头孢噻呋，阿莫西林或氨苄青霉素），强化磺胺类或氟喹诺酮类；从粪便样本培养的细菌敏感性测试不能可靠地预测腹泻犊牛的治疗结果。

    3.4 辅助治疗用药

    使用美洛昔康的非甾体抗炎药物治疗已被证明在改善腹泻犊牛的食物摄入和体重增加方面是有效的，氟尼辛葡甲胺在治疗由热稳定大肠杆菌肠毒素引起犊牛便血有比较好的效果。过去有人使用糖皮质激素、运动性调节剂来治疗犊牛腹泻，现该治疗方法已被禁止，也有人使用肠道保护剂和益生菌来治疗腹泻，但没有科学证据证明它们确实有效[36]。

    4 小结

    分泌性腹泻（细菌、病毒、炎性）是引起犊牛腹泻的常见病因。明白分泌性腹泻的致病机理、常用的治疗方法以及犊牛腹泻治疗的误区，在治疗腹泻犊牛时选择合理的药物和合理的方法，提高腹泻犊牛治愈率，减轻奶农负担，促进中国奶牛养殖健康发展。

    参考文献：

    [1] DONOVAN GA，DOHOO IR，MONTGOMERY DM，et al.Calf and disease factors affecting growth in female Holstein calves in Florida，USA[J].Prev Vet Med 1998，33（1-4）：1-10.

    [2] THIAGARAJAH J R，VERKMAN A S. Water transport in the gastrointestinal tract[J].Physiology of the Gastrointestinal，2006， 187（10）：1827-1845.

    [3] WALKER N M，SIMPSON J E，BRAZILL JM，et al. Role of down-regulated in adenoma anion exchanger in HCO3- secretion across murine duodenum[J].Gastroenterology，2009，136（3）：893-901.

    [4] SEIDLER U E. Gastrointestinal HCO3- transport and epithelial protection in the gut：New techniques，transport pathways and regulatory pathways[J].Curr Opin Pharmacol，2013，13：900-908.

    [5] XIA W，YU Q，RIEDERER B，et al. The distinct roles of anion transporters Slc26a3 （DRA） and Slc26a6（PAT-1） in fluid and electrolyte absorption in the murine small intestine[J].Pflugers Arch，2014，466：1541-1556.

    [6] ZACHOS N C，ROSSUM D B，LI X，et al. Phospholipase C-γ binds directly to the Na+/H+ exchanger 3 and is required for calcium regulation of exchange activity[J].J Biol Chem，2009， 284：19437-19444.

    [7] BBARRETT K E，KEELY S J. Chloride secretion by the intestinal epithelium：molecular basis and regulatory aspects[J].Annu Rev Physiol，2000，62：535-572.

    [8] MATOS J E，SAUSBIER M，BERANEK G，et al. Role of cholinergic-activated KCa1.1（BK），KCa3.1（SK4） and KV7.1（KCNQ1） channels in mouse colonic Cl- secretion[J].Acta Physiol （Oxf），2007，189：251-258.

    [9] GEIBEL J，SRITHARAN K，GEIBEL R，et al. Calcium-sensing receptor abrogates secretagogue- induced increases in intestinal net fluid secretion by enhancing cyclic nucleotide destruction[J].Proc Natl Acad Sci USA，2006，103：9390–9397.

    [10] RAO M C，GUANDALINI S，SMITH P L，et al. Mode of action of heat-stable Escherichia coli enterotoxin. Tissue and subcellular specificities and role of cyclic GMP[J].Biochim Biophys Acta，1980，632：35-46.

    [11] HECHT G，HODGES K，GILL R K，et al. Differential regulation of Na+/H+ exchange isoform activities by enteropathogenic E. coli in human intestinal epithelial cells[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2004，287：370-378.

    [12] WAPNIR R A，TEICHBERG S. Regulation mechanisms of intestinal secretion：implications in nutrient absorption[J].J Nutr Biochem，2002，13：190-199.

    [13] BERKES J，VISWANATHAN V K，SAVKOVIC S D，et al. Intestinal epithelial responses to enteric pathogens：effects on the tight junction barrier， ion transport，and inflammation[J].Gut，2003，52：439-451.

    [14] Morris A P，Scott J K，Ball J M，et al. NSP4 elicits age-dependent diarrhea and Ca2+ mediated I- influx into intestinal crypts of CF mice[J]. Am J Physiol，1999，277：431-444.

    [15] SEO N S，ZENGC Q，HYSER J M，et al. Integrins α1β1 and α2β1 are receptors for the rotavirus enterotoxin[J].Proc Natl Acad Sci USA，2008，105：8811-8818.

    [16] HALAIHEL N，LI？魪VIN V，BALL J M，et al. Direct inhibitory effect of rotavirus NSP4 （114-135） peptide on the Na+-Dglucose symporter of rabbit intestinal brush border membrane[J].J Virol，2000，74：9464-9470.

    [17] PAYNE D C，VINJ？魪 J，SZILAGYI P G，et al. Norovirus and medically attended gastroenteritis in，U. S children[J].N Engl J Med，2013，368：1121-1130.

    [18] RUFO P A，LIN P W，ANDRADE A，et al. Diarrhea-associated HIV-1 APIs potentiate muscarinic activation of Cl- secretion by T84 cells via prolongation of cytosolic Ca2+ signaling[J].Am J Physiol Cell Physiol，2004，286：998-1008.

    [19] GAREAU M G，BARRETT K E. Fluid and electrolyte secretion in the inflamed gut：novel targets for treatment of inflammation-induced diarrhea[J].Curr Opin Pharmacol，2013，13：895-899.

    [20] GELBMANN C M，SCHTEINGART C D，THOMPSON S M，et al. Mast cells and histamine contribute to bile acid-stimulated secretion in the mouse colon[J].J Clin Invest，1995，95：2831-2839.

    [21] VICTORA C G，BRYCE J，FONTAINE O，et al.Reducing deaths from diarrhoea through oral rehydration therapy[J].Bull World Health Organ，2000，78：1246-1255.

    [22] MICHELL A R.Why has oral rehydration for calves and children diverged：direct vs. indirect criteria of efficacy[J].Res Vet Sci，2005，79：177-181.

    [23] MICHELL A R，BROOKS H W，WHITE D G，et al.The comparative effectiveness of three commercial oral solutions in correcting fluid，electrolyte and acid-base disturbances caused by calf diarrhoea[J].Br Vet J，1992，148：507-522.

    [24] SMITH G W.Treatment of calf diarrhea：Oral fluid therapy[J].Vet Clin N Am：Food Anim Pract，2009，25：55-72.

    [25] AVERY M E，SNYDER J D. Oral therapy for acute diarrhea. The underused simple solution[J].N Engl J Med，1990，323：891-894.

    [26] DEMIGNE C，REMESY C，CHARTIER F，et al.Effect of acetate or chloride anions on intestinal absorption of water and solutes in the calf[J].Am J Vet Res，1981，42：1356-1359.

    [27] LORENZ I. Influence of D-lactate on metabolic acidosis and on prognosis in neonatal calves with diarrhoea[J].J Vet Med A Physiol Pathol Clin Med，2004，51：425-428.

    [28] BLEUL U，SCHWANTAG S，STOCKER H，et al. Floppy kid syndrome caused by D-lactic acidosis in goat kids[J].J Vet Int Med，2006，20：1003-1008.

    [29] DESJEUX J F，TANNENBAUM C，TAI Y H，et al. Effects of sugars and amino acids on sodium movement across small intestine[J].Am J Dis Child，1977，131：331-340.

    [30] BACHMANN L，HOMEIER T，ARLT S，et al.Influence of different oral rehydration solutions on abomasal conditions and the acid-base status of suckling calves[J].J Dairy Sci，2009， 92：1649-1659.

    [31] RADOSTITS O M，RHODES C S，MITCHELL M E，et al.A clinical evaluation of antimicrobial agents and temporary starvation in the treatment of acute undifferentiated diarrhea in newborn calves[J].Can Vet J，1975，16：219-227.

    [32] GARTHWAITE B D，DRACKLEY J K，MCCOY G C，et al.Whole milk and oral rehydration solution for calves with diarrhea of spontaneous origin[J].J Dairy Sci，1994，77：835-843.

    [33] HEATH S E，NAYLOR J M，GUEDO B L，et al.The effects of feeding milk to diarrheic calves supplemented with oral electrolytes[J].Can J Vet Res，1989，53：477-485.

    [34] MATEU E，MARTIN M. Why is anti-microbial resistance a veterinary problem as well[J].J Vet Med B Infect Dis Vet Public Health，2001，48：569-581.

    [35] CONSTABLE P D. Antimicrobial use in the treatment of calf diarrhea[J].J Vet Int Med，2004，18：8-17.

    [36] PHILIPP H，SCHMIDT H，D？譈RING F，et al.Efficacy of meloxicam （Metacam） as adjunct to a basic therapy for the treatment of diarrhea in calves[J].Acta Vet Scand，2003，44：1.