鱼类肝胰脏综合征的病因分析?为什么危害如此严重?

彭开松
安徽农业大学水生健康与渔药创制室
安徽省水产产业技术体系健康养殖研究室
农业部养殖病害专家委员会成员

一、引起本病的可能原因

养殖鱼类脂肪肝综合征在国内已见大量报道,但多数是临床病例报告,并且对病因的描述多基于推测,缺乏系统的试验性验证;而国外学者则多数通过试验性研究观察到了脂肪肝或肝细胞脂肪变性。现有文献表明,鱼类脂肪肝的病因要比以前水产科技工作者所能想象的要复杂的多。其主要病因如下:

1. 营养性病因
(1)营养素失衡和抗脂肪肝物质的缺乏
营养素失衡和抗脂肪肝物质的缺乏是造成营养性脂肪肝的主要原因。
1)饲料蛋白/能量比(protein/energy ratio,P/E)不合理、能量过剩,高脂、高糖以及养殖期间过量投喂都会造成甘油三酯合成量超过机体需要量而沉积在肝脏形成脂肪肝。
① 脂肪 饵料脂肪对养殖鱼类脂肪肝形成的影响,主要来源于两个方面:一是日粮中脂肪绝对量过高;其次是脂肪来源,特别是不饱和脂肪酸的含量和组成失调。
日粮脂肪水平过高,会引起肝脏肝,在杂交条文鲈(Morone chrysop×M.saxatilis)(Gatlin,etal.,2000)、黑线鳕(Melanogrammusaeglefinus)(Nanton,etal.,2003)、大西洋鳕鱼(Gadus morhua)、军曹鱼(Liu,etal.,2005)、尼罗罗非鱼(Wille,etal.,2002)、奥尼罗非鱼(甘晖等,2009)、鲈(杜震宇等,2002)、舌齿鲈(Spisni,etal.,1998)、红姑鱼(冯健等,2005)等鱼类均得到证实。
N-3和n-6不饱和脂肪酸缺乏或不平衡可使鱼肝细胞膜对脂肪的交换能力减弱,脂肪在肝脏中的沉积速度加快,肝脂含量升高,继而诱发脂肪肝病变,在大西洋鲑、虹鳟(Caballero,et al.,2002)、红鲈(Sander lucioperca)(Kowalskaet al. 2010)均可观察到。
② 碳水化合物 鱼类对碳水化合物的利用能力比陆生动物差,特别是肉食性鱼类,主要以蛋白质和脂肪作为能量来源。碳水化合物含量和来源均会影响鱼类肝脏脂肪的积累(Davies,et al.,2001)。碳水化合物摄入量不足,则饲料蛋白质利用率下降;但长期摄入过量碳水化合物,糖类则经过一系列转化会导致脂肪在肝脏和肠系膜大量沉积,发生脂肪肝,这在大口黑鲈(Micropterus salmoides)(谭肖英等,2005)等鱼类均得到证实。脂肪肝发生与提供碳水化合物的谷物种类有关,如小麦淀粉和玉米淀粉比水稻淀粉更容易造成草鱼肝胰脏脂肪沉积(田丽霞等,2002)。
③ 蛋白质 饵料中蛋白质含量过高或过低均会引起肝细胞脂肪变性。团头鲂日粮蛋白含量从35%降低到31%能降低肝脂质浓度(Abdel-Warith,et al.,2011)。光倒刺鲃(Spinibarbus hollandi)饵料蛋白水平与肝体指数、肝脂肪沉积呈现负相关(Yang,et al.,2003)。
在蛋白质含量固定的情况下,如果用植物蛋白代替动物蛋白可能会导致鱼肝细胞脂肪变性和坏死发生,在塞内加尔鳎(Solea senegalensis)得到证据(Valente,et al.,2011)
④ 抗脂肪肝物质的缺乏 目前,鱼类中发现的抗脂肪肝因子非常多,包括蛋氨酸、胆碱、L-肉碱、甜菜碱、磷脂、肌醇、牛磺酸、磷等,这些物质的缺乏均会引起脂肪肝(NRC,2011)。

2. 非营养性因素
(1)微生物及其产物
医学和兽医学的大量研究认为,肠源性内毒素可能是脂肪肝的病因之一(Farrell,etal.,2006)。肝脏是清除肠源性细菌及其内毒素脂多糖(LPS)的重要场所。肠源性内毒素和脂肪肝之间又会互为因果,加重彼此症状,最终形成一种恶性循环。
一方面,由于肝细胞膜上有内毒素及脂多糖(LPS)类脂A的受体,所以内毒素可与其受体结合直接作用于肝细胞引起肝脏损害,包括肝细胞的脂肪变性。内毒素不仅对肝细胞有直接的损伤作用,而且可通过激活库普弗细胞(KC)释放一系列生物活性物质,以及可能促进肝脏中NK细胞减少,导致促炎和抗炎免疫反应失衡,引起肝脏损害,从而加重内毒素的危害。
另一方面,肝细胞发生脂肪变性后,胆汁分泌减少、肝脏巨噬细胞吞噬功能下降,导致肠道细菌异常增殖和经过肝门静脉移位到肝脏的数量增加;同时脂肪肝时,内毒素对肝脏的损害主要通过激活KC,释放一系列生物活性物质引起肝脏炎症和纤维化。
目前,已在很多微生物引起的临床病例或攻毒试验中观察到鱼类肝细胞的脂肪变性,这些微生物不仅限于革兰氏阴性菌,还包括革兰氏阳性菌和病毒。国内学者在以下疾病中观察到肝脏脂肪变性,大菱鲆迟钝爱德华氏菌感染(秦蕾等,2009)、大黄鱼溃疡病(病原为溶藻弧菌)(戴瑜来等,2010)、乌鳢腐皮病(病原为嗜水气单胞菌)(舒新华等,1999)、卵形鲳鲹美人鱼弧菌与创伤弧菌感染(赵典惠等,2007)、虹鳟链球菌病(牛鲁祺等,1991)、罗非鱼无乳链球菌感染(张新艳等,2008),军曹鱼淋巴囊肿病(常藕琴等,2006)。
(2)影响脂肪代谢的化学物或药物
虽然已有文献报道多种药物引起人、小鼠等高等哺乳动物肝细胞发生脂肪变性,如四环素、肾上腺皮质激素等。但药物引起鱼类脂肪肝的报道还很少。鲤喹乙醇急性中毒、蓄积性中毒、慢性中毒均可引起肝细胞脂肪变性(汪开毓等,2004)。
(3)卤代烷烃和卤代芳香烃
卤代烷烃的代表物四氯化碳,是最早被关注的肝脏直接毒物,研究的也最充分,人和其它哺乳动物对四氯化碳高度敏感;鸡等鸟类和鱼类可以耐受哺乳类毒性剂量的10~15倍。由于养殖水体有机物浓度一般较高,常用卤素类消毒剂(氯制剂、溴制剂、碘制剂)容易与有机物形成卤代脂肪烃和卤代芳香烃,并可能在鱼体组织中富集。卤代脂肪烃和卤代芳香烃可引起肝细胞脂肪变性。四氯化碳致虹鳟肝脂肪变性(Krasnov,et al.,2005)。高氯酸钠致黑花鳉(Poecilia sphenops)肝细胞脂肪变性(Burcu,et al.,2009)。多氯联苯和氯丹污染引起匙吻鲟肝脏脂肪变性(Gundersen,et al.,2000)。多环芳烃致副眉鲽肝细胞脂肪变性(Landahl,et al.,1990)。六六六致斑马鱼脂肪肝(Braunbeck,et al.,1990)。二噁英(Dioxin)在致肝细胞脂肪变性上具有卤代芳香烃的特性。
(4)铁盐和铜盐及其它重金属污染物
有机铁或铁作为有机分子的组成时,是没有肝毒性的,但三价铁和二价铁离子有肝毒性,可以通过形成自由基和脂质过氧化破坏肝细胞膜而导致肝坏死或脂肪变性。铜中毒类似铁。由于硫酸铜和硫酸亚铁是水产养殖中最常用的药物,而二者在水环境中不能被分解代谢,而生物半衰期比较长,势必通过直接的鳃吸收或经过食物链进入养殖动物体内,产生危害。罗非鱼饲料高铜(2g/kg料)(Helland,et al.,2006)和欧洲鳗鲡在高铜(0.12mg/L)水体(梅景良等,2007)均可致脂肪肝。
汞污染引起斑点海鲑的肝细胞脂肪变性(Adams,et al.,2010)。汞和砷中毒引起欧洲海鳗和黑腹玫瑰鱼脂肪肝(Corsi,et al.,2010)。草鱼镉中毒引起肝脏细胞脂肪变性(冯健等,2004)。慢性硒中毒引起脂肪肝。砷的急性或慢性中毒引起脂肪肝。
(5)亚硝酸盐和亚硝胺
高血氨伴发脂肪肝在人和小鼠上有充分证据。养殖水体氨氮、亚硝酸盐超标、溶解氧低,一方面会引起鱼类代谢废物排泄困难,另一方面会因缺氧而出现酸性代谢产物,引起鱼类肝细胞发生脂肪变性(Baldisserotto,et al.,2008)。
氨氮或亚硝酸盐超标是许多养殖水体最常见的问题。亚硝酸盐可以经鳃、皮肤或消化道途径进入鱼体对鱼产生危害。亚硝酸盐在微酸性环境(如胃)中,与食物中的烷胺发生反应产生亚硝胺类化合物。水中氨氮(Ammonia)(0.1mg/L)造成草鱼肝明显损伤。二乙基亚硝胺致青鳉肝细胞脂肪变性(Braunbeck,et al.,1992)。
(6)农药
我国农药使用效率评估认为,约有60-70%的农药进入土壤和水域,因此其对水生动物的危害一直是水生态毒理学的关注热点。
阳离子类化合物(Cationic surfactants)、氨基甲酸酯类Carbamate)、除虫菊酯类(Pyrethrum esters)杀虫剂在人和啮齿类等哺乳动物实验证明,上述几类杀虫剂能造成肝脂肪变性等肝损伤。敌百虫引起鲫肝细胞凋亡,引起细鳞肥脂鲤(Piaractus mesopotamicus,Holmberg,1887)肝细胞坏死(Mataqueiro,et al.,2009)。
硫丹致大西洋鲑肝细胞脂肪变性(Krovel,et al.,2010)。硫代乙酰胺是一种典型的间接肝毒物,使用非常广泛可引起斑马鱼脂肪肝(Amali,et al.,2006)。除草剂西玛津引起鲤肝脂肪变性(Oropesa,et al.,2009)。杀虫剂中的助剂,如苯的肝损伤作用被认为值得怀疑,但二甲苯在实验动物证明引起轻微脂肪变性。
(7)燃油或原油污染物
海洋中油轮的漏油或海上油井的泄油事件,以及内陆水域的原油或燃油意外污染事件越来越多。这些污染的原油和燃油对养殖水产动物的危害最近也受到关注,燃油致非洲鲇鱼肝细胞脂肪变性(Gabriel,et al.,2007)、原油致粉大马哈鱼苗肝脂肪变性(Brand,etal.,2001)。
(8)蓝藻毒素
MC-RR/LR致罗非鱼肝细胞脂肪变性(Atencio,etal.,2008),鲤鱼暴露到蓝藻提取物引起肝脂肪变性(Palikova,etal.,2004)。
(9)新型材料
纳米材料是近年发展非常迅速的新型材料,不仅有环境释放、而且还有专用于水体净化的纳米材料。纳米碳管(Smith,et al.,2007)和纳米二氧化钛(Federici,et al.,2007)均可致虹鳟肝细胞脂肪变性。


鱼类肝胰脏综合征为什么危害如此严重?

肝或胰的实质细胞、间质细胞、游走细胞等的变性和坏死,会导致肝、胰相关功能下降、甚至丧失。这种功能的丧失,必然会导致一系列的连锁反应,这是鱼类肝胰腺综合征危害广泛而严重的基础和机制。对这些机制的理解,有利于提高产业界对本病的重视,找到更好的防控本病的方法。

一、肝脏与解毒

鱼类每天都会以饵料和水为载体,经消化道和鳃,吸收各种有毒物质。这些有毒物质主要由肝细胞来解毒或转化。肝是最重要的解毒细胞,也是毒物的重点攻击对象。肝细胞的变性和坏死会导致肝功能下降,连锁引起解毒功能减低或丧失,鱼类对各种毒物敏感性增强,容易发生各类中毒性疾病。这会让患脂肪肝的鱼对各种化学性应激更加敏感!
肝脏病变会引起血浆白蛋白合成减少。各种进入血液的毒物,首先会和白蛋白结合,形成结合态毒物,这种结合态毒物,失去生物活性。血浆白蛋白含量降低,会降低机体血浆对毒物的容量,机体更容易中毒。

二、肝胰腺与消化

肝细胞分泌胆汁:(1)脂肪和脂溶性物质消化,主要是胆汁盐(胆汁酸+牛磺酸,结合而成)。(2)肝胰腺混合在一起的鱼类,胆汁中少量混有胰腺分离的所有酶。(3)胆汁激活胰脂肪酶。(4)胆汁为胰液发挥消化作用,创造条件。
胰腺实质细胞:分泌可分解蛋白质、糖类、脂肪和核酸等的各类消化酶。
肝和胰的实质细胞的变性、坏死,直接导致上述参与消化的物质,分泌减少,引起鱼类消化机能下降,食欲下降、饵料消化补充、饵料系数增加。

三、肝与血液

(一)肝功能异常与贫血
鱼类患肝胰腺综合征时,会出现贫血症状(鳃苍白、剖检血量减少或几乎无血)。
胚胎期肝有造血功能;成体肝不直接造血,但参与造血调节、且有潜在造血功能。所有血细胞的祖先,造血干细胞的分化和生长,都需要干细胞因子(SCF)。SCF主要由肝细胞产生。红细胞增值所需的红细胞生成素(EPO),主要由肾脏合成,但少部分由肝脏合成。因此,肝细胞病变引起的肝功能下降,必然会导致红细胞生成减少,导致贫血。贫血会进一步加剧身体各器官组织和细胞的缺血缺氧,引起机体广泛性损伤,甚至引起死亡。
此外,红细胞也可以参与免疫应答。
(二)肝功能异常与水盐代谢紊乱(表现为腹水)
鱼类患肝胰腺综合征时,会出现腹水症状。
白蛋白(albumin,ALB)几乎均由肝脏实质细胞合成,是血清中的主要蛋白质成分。白蛋白是维持血液中胶体渗透压的主要力量。白蛋白合成减少,血液中含量降低,血液处于低渗状态,血管外的体液不能顺利回流入血管,会导致体液在体腔内蓄积,形成腹水。
(三)肝功能异常与酸碱平衡紊乱
白蛋白形成的缓冲对,是维持血液酸碱平衡的重要力量。 贫血引起的缺血缺氧,会导致机体酸中毒。而血浆白蛋白减少,会导致机体无法维持原有的酸碱平衡稳定能力,这会加剧酸中毒发生。
(四)肝功能异常与出血
  参与凝血的多种凝血因子由肝脏合成。肝细胞的变性坏死,会导致这些凝血因子合成减少,导致机体血液凝固不良、凝血时间延长和容易出血。

四、肝与机体免疫

(一)胆汁分泌减少与肠屏障功能弱化
鱼类患肝胰腺综合征时,肝脏分泌胆汁减少;同时,胆汁淤积在胆囊内。这样肠道内胆汁浓度会下降,导致其对经肠道感染的鱼类病原菌杀灭或抑制能力下降,增加了病原菌经肠道感染的可能性。
(二)补体合成减少与血清杀菌功能下降
许多重要的补体成分由肝脏合成。鱼类患肝胰腺综合征时,肝脏合成补体蛋白减少,会导致血清杀菌功能下降,机体对细菌抵抗能力下降。
(三)干细胞因子合成减少与免疫功能全面崩溃
前面已经明确干细胞因子是所有血细胞(包括各种免疫细胞)的祖先细胞(干细胞)分化的细胞因子。干细胞因子合成减少,不仅会引起红细胞生产障碍;而且会引起所有免疫细胞的生成障碍,导致机体免疫功能崩溃和抗感染能力丧失。
(四)肝区免疫细胞与抗感染能力下降
  肝脏中除了肝细胞外,还有巨噬细胞、树突状细胞、淋巴细胞等。这些细胞会参与对内毒素、免疫复合物、病原体的清除。鱼类患肝胰腺综合征时,鱼类肝脏免疫机能会下降,导致经消化道入肝的病原不能被及时清除,而进入血液造成系统性全身感染。
五、胰岛素分泌减少与肝细胞再生障碍
胰岛素是促进肝细胞生长发育的重要激素。肝胰腺综合征发生时,胰腺实质细胞变性坏死,会导致胰岛素分泌减少,不仅降低三大营养物质代谢障碍;而且导致肝细胞再生障碍。
总之,从以上分析可以初步得知,患肝胰腺综合征的鱼,不仅消化、代谢、循环、造血等功能紊乱和降低,而且屏障完整性和免疫机能也被破坏,这都会导致机体机能紊乱和抗感染能力丧失。

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