母猪肢蹄病表现为猪步态和站立姿势异常，难以支撑身体，导致母猪繁殖性能下降被淘汰。在养猪发达的国家，种猪年率一般为30%~40%，其中近三分之一的母猪因为猪蹄或腿部问题被淘汰[1-2]，给养猪业带来巨大的经济损失。母猪肢蹄疾病初期表现为动物蹄甲轻微开裂，一般为蹄底部和蹄冠部的横向或纵向开裂，使真皮层受损，不及时处理会使创面扩张、出血，继而感染病原菌产生炎症，最终导致母猪淘汰[3]。母猪肢蹄病的发生与品种、环境、年龄、营养等多因素相关。高度选育的外来瘦肉型品种生长速度快、肢蹄较为纤细，更易发生此病[4]。集约化猪场母猪饲养在限位栏内，运动不足和光照缺乏对母猪肢蹄健康造成影响[5]。母猪之间打架、漏粪地板缝隙过宽和地板湿滑等原因也会造成意外损伤蹄部，引起蹄裂。但是，动物机体上皮细胞生长代谢过程中必需的各种元素在机体代谢池中储备不足是猪肢蹄病发生的最根本的原因[3]。文章就微量元素对母猪肢蹄疾病的影响进行探讨，为母猪肢蹄病的防治提供参考。1母猪肢蹄病的营养性原因饲料中矿物元素的分配比例不均衡，会增加母猪肢蹄病的发生概率。钙磷比例失衡会导致母猪骨骼中钙元素缺乏，容易造成蹄壳角质严重软化，甚至变形[6]。母猪对饲料中微量元素锌的吸收降低或饲料中锌元素的添加剂量减少，使母猪体内的微量元素不能满足其所处特殊生理阶段的需求，容易造成蹄甲损伤开裂或蹄趾侧裂[7]；缺硒容易引起母猪蹄变形、脱毛、关节炎等；缺锰容易导致蹄部关节处肿大异常、肢蹄横裂，引起运动失调；缺锌容易造成蹄底裂或侧裂（竖裂）；慢性氟中毒和重金属镉中毒也会引起蹄裂[8]。长期饲喂单一的玉米-豆粕型日粮，过少饲喂富含生物素的饲料以及饲料加工处理过程中生物素损失，使体内缺乏生物素，蹄部角质蛋白合成受阻，不能维持蹄的角质层强度和硬度，导致母猪蹄裂[4]。2微量元素的吸收利用饲料中微量元素的类型包括无机和有机两种。其中，无机微量元素的利用率很低；有机微量元素中氨基酸螯合微量元素的利用率较高，动物的吸收率也高，且比无机盐更加稳定。有机微量元素络（螯）合物在动物体内作用机制的研究尚处于探讨阶段。李素芬等[9]提到，有机微量元素络（螯）合物在动物体内吸收机理的假说有两种。一种假说认为，络（螯）合强度适宜的有机微量元素进入动物体胃肠消化道后直接抵达小肠刷状缘上皮细胞吸收位点，水解成有机配位体和游离的金属离子，金属离子再以离子形式吸收入血。对比无机微量元素，有机微量元素络（螯）合物在消化道内可以避免肠腔中植酸、草酸等拮抗因子与微量元素结合成不溶性物质或吸附微量元素，随着pH值的升高，锌被困在不溶性OH-沉淀物中不能被机体吸收[10]。因此，摄入同等剂量的有机微量元素可以增加进入动物体内的微量元素含量。另一种假说认为，金属氨基酸络（螯）合物可以通过特定的氨基酸通道以类似于二肽的形式在肠道上皮细胞完整吸收进入机体循环[11]。王小龙等[12]认为，有机微量元素五元环或六元环螯合物中心的金属能够通过小肠绒毛刷状缘肽转运蛋白，通过氨基酸或者肽的形式直接被吸收。传统无机微量元素不稳定，易游离出金属离子。金属离子在肠腔内相互拮抗且受日粮高钙拮抗，易与大分子物质结合形成不溶性物质，发生氧化还原反应，导致进入细胞内的微量元素大大减少。而羟基蛋氨酸螯合微量元素结构稳定，以共价键与氨基酸配体络（螯）合，相比传统无机微量元素，能够有效避免与植酸（草酸、可溶性纤维）等结合形成不溶物排出体外，使更多的微量元素到达肠黏膜上皮细胞吸收位点，提高吸收效率。3微量元素对母猪肢蹄病的作用机制3.1微量元素参与酶的调节与激活作用锌是动物体中含量仅次于铁的过渡金属离子[13]，对动物机体的生长、发育和繁殖必不可少。锌是机体生命活动中300多种酶不可缺少的辅助因子，参与组成功能蛋白，对体内的重要生化反应进行调节控制[14]。在动物体内通过激活或调控酶的活性来控制许多细胞过程，有些细胞过程与肢蹄健康相关，如：DNA合成、生长发育、细胞膜的稳定性、骨形成和伤口愈合[15-16]。细胞中许多酶的活性受动物体内锌元素含量的影响。锌是蹄角质角化过程中最为关键的矿物元素之一[17]。锌主要通过催化、调节和结构功能3个方面影响肢蹄角质形成。催化功能主要对酶的活性中心产生作用。这些酶以锌依赖性酶（例如DNA聚合酶、碱性磷酸酶、碳酸酐酶、铜锌超氧化物歧化酶、醇脱氢酶）为主。对DNA和RNA聚合酶的合成作用至关重要，动物缺锌会导致软骨细胞、成骨细胞和成纤维细胞分化发生明显变化，影响骨的成熟[18]。锌依赖性酶可以提高角质化细胞分化过程中的活性，支持角蛋白的角质化形成[19]。锌的结构功能主要与机体内的锌指蛋白（依赖锌的DNA结构域）有关，蛋白-蛋白的相互作用过程中会影响对基因的转录和表达、细胞的增殖和分化等[20]。锌离子的存在是锌指蛋白结构稳定和发挥调控作用的关键[20]。低锌也可能阻碍锌指蛋白结构域的形成，干扰角质层细胞中角蛋白丝的形成，影响角质生成必需的二硫键的形成，表现症状为皮肤不完全角化症。锌的调节功能主要是对蛋白激酶C（钙依赖型酶）起作用，锌与其他蛋白激酶协作磷酸化糖原合成酶，抑制葡萄糖聚合酶的活性。Cen等[21]研究表明，锌缺乏或低锌都可能诱导大鼠的成骨细胞凋亡，降低蛋白激酶C的活性。锌可以调节细胞信号的识别、甲状腺激素的浓度和铜锌超氧化物歧化酶的活性[22]。锰是多种酶的激活因子，是镶嵌在胶原蛋白和弹性蛋白中的糖蛋白基质以及核蛋白分子中的糖基质发育的必需元素。锰可以影响动物体的软骨和胶原质的合成，通过激活碱性磷酸酶（AKP）调节软骨和骨骼基质中黏多糖的合成[23]。锰可以激活多糖聚合酶和糖基转移酶（GlcAT-I），GlcAT-I可以催化合成糖链与蛋白共价连接的硫酸软骨素，维持适当的骨骼柔韧性和骨生长。缺锰会导致动物软骨内骨化，表现为软骨营养缺乏。锰是锰超氧化物歧化酶（Mn-SOD）的组成成分，可以清除自由基，防止细胞膜氧化受损。日粮中铜元素含量不足对蹄部结构的完整性有较大影响。铜作为体内多种酶（铜锌超氧化物歧化酶、血浆铜蓝蛋白、细胞色素氧化酶等）的组分[24]，可以激活或调节铜的活性。细胞色素氧化酶活性可以影响线粒体内有氧呼吸过程中的电子传递和氧化磷酸化，使角质化细胞分化过程中得不到足够的能量，影响角质化进程。赖氨酰氧化酶可以连接胶原蛋白及其配体结合，增强皮肤弹性。硒的生物学功能以硒代半胱氨酸与硒蛋白结合发挥作用，硒代半胱氨酸是谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性中心。GSH-Px可以清除体内过氧化氢和脂质过氧化物，维持细胞膜的完整性[25]。唐彩琰[19]研究表明，与维生素E协同作用的硒主要通过避免细胞内和细胞外膜结构中的脂质被氧化，保护细胞间的黏合物质（ICS），维持细胞完整性。在饲料中补充硒源，可以提高动物血清中硒含量和GSH-Px活性，减弱脂质过氧化作用，从而降低骨骼中软骨细胞膜的硬度，缓解形变[26]。3.2微量元素参与角蛋白和胶原蛋白的形成宋志红[27]研究表明，猪蹄甲上皮细胞的角化过程受多种生物活性分子和激素的调控，包括维生素、矿物质和微量元素等。到达上皮细胞的营养成分含量决定蹄甲质量，进而决定蹄甲功能的完整性。角质形成过程包括角质化细胞合成、聚集和角蛋白稳定。稳定的蛋白质复合物组成二硫键，交联形成角蛋白[19]。在不间断的细胞分化和更新过程中，细胞形态及排列发生变化，形成富含稳定角蛋白的角质层细胞。角质形成细胞结构的完整性有赖于角蛋白的存在，而锌对于角蛋白和角质素的合成必不可少。锌通过参与核酸及蛋白质的合成影响细胞分裂和再生，参与创伤愈合过程，与蛋白侧链形成稳定的复合物[28]。大鼠缺锌饮食后，其表皮角质蛋白异常。缺锌会引起细胞间黏附结构受损，导致表皮细胞变性。E-钙黏蛋白位于上皮组织，为细胞角蛋白提供锚定位点，可以调节组织内细胞黏附的强度，保持皮肤完整性[29]。胶原蛋白是细胞外基质和结缔组织（包括骨骼和软骨）的重要结构蛋白。缺乏锌会导致胶原蛋白和角蛋白合成受阻，造成骨骼异常。锌缺乏导致的胶原蛋白周转率下降，使组织强度降低，引发蹄壳开裂。茹选良等[30]研究表明，锌能够提高碱性磷酸酶（AKP）活性，促进骨骼中胶原蛋白的合成。AKP能够直接参与原始软骨细胞的分裂，对骨的钙化过程产生影响。缺铜使动物的铜依赖性氨基氧化酶的活性降低，影响铜参与催化细胞外基质中胶原细胞和弹性纤维的氨基酸残基的交联[31]，破坏骨胶原多肽的结合，造成胶原组织和弹性蛋白的合成产生障碍，引发骨质疏松。3.3微量元素防止细胞间脂质脂肪氧化生物膜中，磷脂的主要组分不饱和脂肪酸具有多个弱键或不饱和键，容易受到自由基的攻击，使碳链氧化、断裂及缩短，造成生物膜上的脂质过氧化损伤。降低细胞膜的流动性，增强细胞膜通透性，最终破坏膜的完整性和稳定性[32]。微量元素可以激活过氧化物酶来消除体内过氧化物自由基，防止脂肪氧化，保护角质化细胞间脂质，维持蹄甲的结构完整。正常生理状态下，动物体内自由基的动态平衡由两类抗氧化系统来调控，一类是抗氧化酶；另一类是非酶抗氧化物质[33]。微量元素主要是以酶的组分或激活剂的形式对抗氧化酶起作用[34]。铜、锌、锰是SOD的辅酶成分，SOD能够将体内代谢产生的自由基转化为毒性稍弱的过氧化氢（H2O2），H2O2穿出线粒体进入细胞质，被GSH-Px分解为水和氧气，保证细胞不受伤害。阻止羟自由基引发的一系列的链式反应[35]。动物体内缺乏锌会减少有活性的GSH-Px含量，导致脂质过氧化增多[36]。适量的铜在生物体内具有抗氧化作用，因为铜是铜蓝蛋白（CP）的必需组分。生物体补充铜，CP含量增加，将血液中Fe2+氧化为Fe3+，并防止金属离子催化H2O2生成羟自由基，起到中和自由基的作用[37]。反之，体内铜的缺乏会降低CP的含量[38]。何健[39]研究表明，母猪日粮中添加微量元素可以降低蹄趾内游离脂肪酸和硫代巴比妥酸值，降低脂质氧化酸败，保护蹄趾细胞间脂质，减少氧化，维持细胞完整性。3.4微量元素抑制炎症反应母猪肢蹄疾病是蹄部损伤穿透表皮的角质层部分（即未完全分化的角蛋白细胞）到达真皮部分，引起炎症反应[40]。机体受损伤的细胞显现变性、坏死，伤口愈合机制被激活，经过增殖和重塑进行快速的结构调整，实现机体自身内环境及内环境与外环境之间的新平衡。锌在动物体真皮和表皮组织的细胞内、外基质中主要以蛋白复合体的形式存在，是稳定细胞膜的必需辅助因子，在细胞分裂、迁移和细胞成熟过程中起重要作用[40]。母猪跛足造成免疫激活，免疫激活后，饲料里面营养物质优先供给免疫系统，没有足够的营养供给母猪繁殖，降低母猪繁殖性能。锌是完整胸腺所必需的微量元素，能够诱导B细胞分泌免疫球蛋白，具有抑制炎症和有害病菌的功能[41]。锌缺乏会降低巨噬细胞的吞噬作用。通过转运蛋白ZIP8可以增加进入巨噬细胞中的锌的量，抑制炎症信号激活酶的活性，对NF-κB信号通路进行负反馈调节，抑制炎症的进一步加重[42]。高金鑫等[43]研究表明，锌元素以锌指蛋白的形式降低炎症因子的表达水平，通过介导A20-NF-kB p65信号通路，减少TNF-α和IL-1β等炎症因子产生，抑制炎症反应，维持机体稳态。铜在机体免疫中具有重要作用，体内铜蓝蛋白的活性直接影响膜结构，导致组织细胞如免疫器官的实质细胞出现病变，T淋巴细胞功能缺陷。锰能够提高非特异性免疫中酶的活性，刺激免疫细胞的产生，增强细胞免疫作用。增加锰含量可以提高体内干扰素的含量，使巨噬细胞的吞噬作用增强，提高机体自身免疫作用[44]。4微量元素与肢蹄疾病的应用案例张昊等[45]研究表明，发生肢蹄疾病母猪蹄角质中Cu、Mn的含量极显著低于正常组；变形蹄母猪蹄角质中Fe含量显著低于正常蹄母猪，表明发生肢蹄疾病母猪蹄甲内微量元素存在明显不足。母猪变形蹄与正常蹄中微量元素的含量对比见表1[45]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2021.16.024.T001表1母猪变形蹄与正常蹄中微量元素的含量对比项目MnCuFeCot检验P0.01P0.01nsP0.05变形蹄母猪10.11±2.8528.87±8.11198.33±68.1080.50±23.96正常蹄母猪15.86±3.4337.33±10.23227.19±89.4296.15±27.24上述试验饲料中微量元素Cu、Fe、Mn的添加含量高于饲养标准，但肢蹄病母猪蹄甲中微量元素含量相比正常蹄母猪含量出现极显著或显著下降，说明微量元素到达体内的含量不能满足动物需求，微量元素的吸收代谢途径出现问题，或机体内代谢池中微量元素的储备能力下降。而且，微量元素在动物体内的吸收和代谢受稳态机制调控，超量或高剂量添加无机微量元素的方式并不能满足动物对微量元素的需求，反而影响动物对饲料中其他营养成分的吸收，产生氧化损伤[46]。因此，使用有机微量元素，例如羟基蛋氨酸螯合微量元素替代无机微量元素，以分子态形式通过主动转运的方式能更好地被动物体吸收利用。何博等[47]研究表明，在母猪日粮中添加有机微量元素可以提高母猪的股骨长度，显著提高胫骨长度和母猪骨密度，有利于促进骨骼沉积和发育，维护母猪肢蹄健康。Faba等[48]研究表明，使用有机微量元素可以使母猪跛足率降低14.8%，末重降低7.06 kg，日增重降低80 g。赵雪军等[24]研究表明，患有肢蹄病奶牛体内的微量元素含量不足限制角蛋白合成，降低蹄甲中角质的硬度和完整性。饲喂复合有机微量元素后，进入奶牛体内的微量元素含量增加，使奶牛蹄底部的角蛋白含量及蹄角质硬度增加，并显著减少奶牛关节损伤性疾病的发生。5展望微量元素通过对机体酶的调控和激活参与胶原蛋白的形成、保护细胞间脂质、抑制炎症反应、促进伤口愈合，对母猪肢蹄病的预防和修复起积极的作用。饲料原料中的无机微量元素的吸收利用率较低，有机微量元素优于无机微量元素。因此，合适的微量元素剂型能够使更多的微量元素被动物机体利用，对母猪肢蹄疾病产生积极的作用。但是，有机微量元素与日粮中其他营养成分在母猪肢蹄健康方面的互作效应以及微量元素在动物体内的作用机理等问题有待进一步研究。