《Journal of Dairy Science》：Effects of trace metal supplement form on production performance, antioxidant status, and mammary tissues during repeated intramammary challenges
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为解决乳腺炎（Mastitis）导致的牛奶成分改变及乳腺氧化损伤问题，本研究通过对比硫酸盐与蛋氨酸羟基类似物螯合态Zn、Cu、Mn，探讨了在无菌性乳腺炎模型下，不同微量元素补充形式对奶牛产奶性能、血液抗氧化能力（如血浆铁还原抗氧化能力 FRAP）及乳腺组织结构的影响。结果表明，螯合态微量元素有助于在乳腺炎期间更好地维持乳汁乳糖含量和抗氧化状态，为改善奶牛乳腺健康和牛奶品质提供了新思路。
乳腺炎是奶牛养殖业中最为普遍且代价高昂的疾病之一，它不仅造成巨大的经济损失，还严重影响牛奶的产量和品质。这种疾病的根源在于乳腺的炎症反应，其中，大量浸润的免疫细胞会释放活性氧物质（ROS），若机体自身的抗氧化防御系统“寡不敌众”，就会导致氧化应激，进而损伤负责分泌乳汁的乳腺上皮细胞。久而久之，这种损伤可能累积，健康的分泌组织被纤维化组织替代，奶牛的“产奶机器”效率便会大打折扣。为了对抗这种损伤，微量元素锌（Zn）、铜（Cu）和锰（Mn）扮演着关键角色，它们是多种抗氧化酶的重要辅因子，对维持免疫功能和上皮屏障的完整性至关重要。然而，一个常被忽视的问题是：我们给奶牛补充的这些微量元素，其“存在形式”是否会影响它们最终的效果？传统的补充形式主要是无机盐（如硫酸盐），它们在反刍动物的瘤胃中容易解离，并与日粮中的拮抗物结合，导致吸收率低下。而有机螯合态微量元素，如与蛋氨酸羟基类似物（Methionine hydroxy analog, 例如商品名Mintrex）结合的形态，被认为具有更高的生物利用率。但科学界对此的看法并不一致，有些研究认为有机形式能提升产奶量、降低体细胞数并增强抗氧化能力，另一些研究则未观察到显著益处。这种矛盾可能源于研究时长、奶牛生理状态以及是否处于疾病挑战等差异。那么，在持续存在的免疫挑战（如慢性乳腺炎）背景下，补充不同形式的微量元素究竟会产生何种差异？为了回答这个问题，由K.R. Montgomery等人领导的研究团队开展了一项精细的对照实验，其成果发表于乳业科学领域的权威期刊《Journal of Dairy Science》。
本研究主要采用了以下关键技术方法：研究选取了36头处于泌乳中期的经产荷斯坦奶牛，建立了慢性乳腺炎模型。该模型通过向奶牛后乳区重复灌注（每3天一次，持续2周）甲醛灭活的金黄色葡萄球菌（formalin-fixed Staph. aureus）来模拟持续的轻度临床乳腺炎。奶牛被随机分为三组：SULF-CON组（饲喂硫酸盐微量元素，灌注生理盐水）、SULF-CHAL组（饲喂硫酸盐微量元素，灌注灭活菌）和MTX-CHAL组（饲喂蛋氨酸羟基类似物螯合的Zn、Cu、Mn，灌注灭活菌）。研究期间，系统监测了奶牛的干物质采食量、产奶量、牛奶成分（包括乳糖、蛋白质和体细胞评分SCS）。在最后一次挑战期间，通过颈静脉采集系列血样，利用铁还原抗氧化能力（FRAP）测定法评估血浆总抗氧化能力。研究结束时，对部分奶牛进行了乳腺组织活检，对组织样本进行了苏木精-伊红染色以观察组织结构，并采用硫代巴比妥酸反应物（TBARS）测定法检测了组织中的脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量，以评估氧化损伤程度。
结果与讨论部分详细呈现了研究的发现：
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对挑战的响应：所有接受灭活菌灌注的奶牛在第二次或之后的挑战中都出现了乳腺炎的临床症状，如牛奶中出现絮状物或凝块，部分乳区出现红肿，这表明模型成功诱导了免疫反应。
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干物质采食量与生产响应：
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三组奶牛的干物质采食量和体重没有显著差异。
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体细胞评分：在挑战期间，SULF-CHAL和MTX-CHAL组的牛奶SCS均显著高于SULF-CON对照组，但两种微量元素形式（硫酸盐与螯合物）之间的SCS没有差异。
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产奶量：在整个研究期间，三组奶牛的产奶量均未表现出统计学上的显著差异。作者分析认为，这可能是由于个体差异较大，且本研究未采用“分乳区”对照模型，削弱了检测差异的能力。
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乳糖含量：挑战期间，SULF-CHAL和MTX-CHAL组的牛奶乳糖含量均显著低于SULF-CON组。但在最后一次挑战后，MTX-CHAL组的乳糖含量(4.83% ± 0.03%)呈现出一个有趣的中间状态：虽略低于SULF-CON组(4.91% ± 0.04%)，但显著高于SULF-CHAL组(4.76% ± 0.032%)。这表明螯合态微量元素可能有助于在慢性乳腺炎期间更好地维持乳腺上皮屏障的完整性。
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蛋白质含量：牛奶的总蛋白质含量在各组间无显著差异。
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抗氧化状态：
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在最后一次挑战期间，SULF-CHAL组的血浆FRAP值显著低于SULF-CON组，而MTX-CHAL组的FRAP值处于两者之间，与任何一组均无显著差异。这一结果提示，饲喂螯合态微量元素的奶牛可能比饲喂硫酸盐的奶牛更能维持其抗氧化状态，但个体差异可能掩盖了统计显著性。
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乳腺组织响应：
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各组乳腺组织的MDA浓度（脂质过氧化标志物）无显著差异，这可能与使用的免疫刺激剂（灭活菌）强度较弱，或TBARS测定法本身特异性不足有关。
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组织学观察显示，MTX-CHAL和SULF-CHAL组的乳腺组织均出现白细胞浸润和乳汁凝结区域，与SULF-CON组相比有明显炎症迹象，但两种微量元素形式处理的组织在结构上未见明显差异。
研究结论与意义方面，本文的发现部分支持了研究假设。尽管重复的灭活菌灌注显著提高了体细胞评分并降低了乳糖含量，证实了其对乳腺上皮屏障功能的损害，但并未导致产奶量的显著下降，也未在组织水平检测到明显的脂质过氧化。这可能与挑战强度、个体差异以及检测方法的灵敏度有关。然而，本研究最关键的发现在于微量元素补充形式的差异效应：与补充硫酸盐的挑战组奶牛相比，补充蛋氨酸羟基类似物螯合态Zn、Cu、Mn的挑战组奶牛，其乳汁乳糖含量的下降幅度更小，并且血浆抗氧化能力（FRAP值）呈现出更好的维持趋势。这些结果表明，在慢性乳腺炎的压力下，有机螯合态的微量元素可能比传统的无机硫酸盐形式能更有效地支持乳腺上皮屏障的完整性和机体的抗氧化防御体系。这一发现具有重要的实践意义，它为奶牛养殖中通过营养策略（即优化微量元素补充形式）来缓解乳腺炎导致的牛奶品质下降和潜在生产损失提供了新的科学依据。当然，作者也指出了本研究的局限性，例如未能诱导出显著的产奶量差异，且未涉及对活病原体的清除能力评估。未来的研究可以探索更强或更长时间的免疫挑战模型，并进一步阐明有机微量元素如何通过影响免疫细胞功能来促进疾病康复。总之，这项研究深化了我们对微量元素营养与乳腺健康之间复杂关系的理解，提示在奶牛日粮中采用生物利用率更高的微量元素形式，或许是应对乳腺炎这一顽疾的一种有价值的辅助管理策略。
