氧化应激是由自由基(也称为活性氧/氮(RONS))的产生与减少活性氧/氮诱导的细胞损伤所需的抗氧化防御的可用性之间的不平衡引起的。

过去十年进行的研究清楚地表明，奶牛在产犊前后和出生的前几周经历OS。OS降低了免疫细胞的功能，增加了动物对疾病的易感性。在这篇文章中，我们将回顾我们的研究小组一直在研究过渡期奶牛和新生犊牛的OS特征，以及通过抗氧化剂补充来减轻其影响的策略。

氧化剂和抗氧化剂

氧化剂是能够氧化其他分子的物质。自由基是一种氧化剂，在外层电子层中有一个或多个未配对的电子，使它们具有高度的活性。ron是生物系统中最丰富的自由基，通常作为细胞代谢的副产物形成。RONS是细胞生理过程中必不可少的，在细胞信号的产生和免疫系统对病原体的破坏中起着关键作用。然而，当产生过量时，RONS会伤害细胞，导致细胞功能丧失和组织损伤。

为了防止由于RONS对细胞结构的破坏而损害生物功能，生物已经发展出复杂的抗氧化防御系统。抗氧化剂可分为三大类:酶抗氧化剂、非酶蛋白抗氧化剂和非酶低分子量抗氧化剂。其中，非酶抗氧化剂主要负责血浆的抗氧化能力。例如，脂溶性α-生育酚(维生素E)保护细胞膜免受脂质过氧化;抗坏血酸(维生素C)和β-胡萝卜素可以中和自由基，增强维生素e的抗氧化作用。铜、锰、硒、锌等微量元素可以直接或作为抗氧化酶的辅助因子保护机体免受ron的侵害。

氧化应激与氧化状态

这些术语在过去曾被交替使用。然而，我们现在知道，OS和氧化剂状态之间有明显的区别，应该加以考虑。氧化状态是指RONS的产生与总抗氧化能力之间的平衡，也称为还原-氧化(氧化还原)平衡。相反，OS是指氧化剂和抗氧化剂之间不平衡而导致的氧化损伤。OS包括细胞大分子的氧化修饰、细胞死亡以及结构性组织损伤(图1)。

据推测，氧化损伤是氧化平衡变化的结果。然而，并非所有氧化还原平衡的改变都会导致OS。ron是许多生理过程如细胞生长和增殖所必需的。因此，氧化状态的变化可能只是反映了氧化还原信号的变化，而与细胞或组织功能障碍无关。

OS和氧化剂状态之间的这种差异也会影响不同生物标记物提供的信息。在我们的小组中，我们已经验证了氧化剂状态指数(OSi;计算为RONS与总抗氧化能力之间的比率)来表征生物流体中的氧化还原状态，但测量氧化大分子来评估OS。例如，我们常规定量异前列腺素(通过细胞膜中的脂肪酸氧化形成的一类前列腺素样化合物)和高级氧化蛋白产物，分别评估对细胞脂质和蛋白质的氧化损伤。

氧化应激与过渡健康

奶牛在为泌乳做准备时要经历剧烈的生理变化。在过渡期奶牛，干物质摄入量减少，而哺乳期能量需求增加，导致能量不足。为了满足增加的能量需求，奶牛释放身体储备，主要来自脂肪组织。由于能量不足而增加的脂肪动员增加了一代的ron。RONS产量的增加，加上由于饲料摄入量的减少而导致的膳食抗氧化剂摄入量的减少，可导致促氧化的转变，最终导致OS。

氧化应激是宿主免疫和炎症反应功能失调的一个重要因素，可增加母牛对健康疾病的易感性。众所周知，OS会降低免疫细胞(如吞噬细胞或淋巴细胞)的功能，从而增加动物对传染病的易感性。此外，RONS可以激活巨噬细胞或树突状细胞等细胞的炎症反应。因此，OS也参与了在新鲜奶牛中常见的失调炎症反应。

此外，干燥期的OS也会对后代产生影响。我们的研究结果表明，在妊娠后期经历较大OS的奶牛所生的小牛在生命的第一个月表现出较弱的先天免疫反应(Ling等。DOI: 10.3168 / jds.2017 - 14038)。同样，我们最近表明，奶牛在妊娠最后几个月的抗氧化能力可能是初乳产量的限制因素(Rossi等人，DOI: 10.3168/ jdd .2022-22240)。目前正在进行补充试验，以进一步评估这些关联。

氧化应激预测疾病的生物标志物

OS和氧化状态的生物标记物已被提出作为过渡牛疾病的潜在预测因子。然而，目前还没有建立OS生物标记物的参考区间和分界点来识别患有OS的个体奶牛，或预测疾病事件的可能性或在牛群水平上的生产结果受损。因此，这些生物标志物在该领域的应用仍然有限。

然而，最近的一项研究表明，与非酯化脂肪酸(NEFA)、β -羟基丁酸盐(BHB)和钙等常见代谢生物标志物相比，氧化状态的生物标志物在预测新鲜奶牛干燥时的疾病方面具有更大的能力。因此，在牛群监测协议中包括OS的生物标记物，有可能使处于危险中的奶牛/群体更早地检测到，并更好地为营养管理策略提供信息，如抗氧化剂补充。

在美国农业部的竞争性资助下，我们的团队目前正在研究OS标记的准确性，以预测奶牛在干旱期早期罹患新鲜疾病的风险。目前农场用于畜群监测的血液生物标志物(如NEFA或BHB)仅能在产犊前后几天内进行分析时预测疾病风险，因此无法用于实施纠正策略，以预防受影响群体的早期泌乳疾病。我们的目标是首次建立奶牛OS标志物的关键分界点，以便制定干燥期监测方案，以便有足够时间确定有发展过渡疾病风险的奶牛，以实施纠正措施。

我们的初步数据显示了有希望的结果。与那些表现出健康转变的奶牛相比，在哺乳早期经历子宫炎的奶牛在产犊前4周，一种异前列腺素的浓度增加了(图3)。作为本项目的一部分，我们还将研究在近距离阶段可以实施哪些营养干预措施，以改善高危奶牛的OS，避免新鲜奶牛问题的发展。

氧化状态和断奶前疾病

出生后，小牛犊开始呼吸时，第一次暴露在富氧环境中，导致RONS的产生增加。犊牛出生后不久和摄入初乳之前，血液中的RONS浓度比母体高30%。我们自己的研究结果也表明，犊牛比围产期的牛经历更大的氧化还原失衡。因此，OS可能在新生儿犊牛健康中起着非常重要的作用;事实上，OS与腹泻和肺炎等重要的小牛疾病有关。

另一个需要考虑的关键因素是OS在新生犊牛免疫反应调节中的作用。根据对人类的研究，新生牛犊bob体育登录所经历的氧化状态与它们细胞因子(免疫细胞产生的信号)特征的差异有关。我们进一步评估了体外OS对新生儿犊牛淋巴细胞的影响，免疫细胞负责疫苗接种的成功。我们的研究结果表明，OS降低了这些免疫细胞在刺激下激活、合成抗体以及释放细胞因子与其他免疫细胞通信的能力(Cuervo等人，DOI: 10.3390/antiox10020255)。这些都是对抗病原体或对疫苗做出反应的关键功能。因此，断奶前的OS是幼犊表现出的功能失调免疫反应的一个促成因素。

抗氧化剂和小牛健康

对于过渡奶牛，有几种策略可以降低新生犊牛OS的风险。

产妇补充:

在人类中，长期以来一直建议孕妇在妊娠期间补充抗氧化维生素和矿物质以降低分娩时的OS。一些对牛的研究也表明，在干期补充抗氧化剂可以提高新生牛犊的抗氧化能力。然而，各种因素限制了牛的这种传递途径:(1)反刍动物胎盘的性质限制了可以传递给胎儿的抗氧化剂的类型，(2)干奶牛通常已经补充了相当数量的某些抗氧化剂(例如，硒接近美国法定上限0.3 ppm)，以预防过渡疾病，(3)过量补充抗氧化剂会对奶牛的健康产生下游影响，并与人类的死产有关。因此，补充干奶牛以增加犊牛的抗氧化剂库可能不是一种有效的策略。

初乳补充:

除免疫球蛋白外，初乳还富含其他有益物质，如免疫细胞、生长因子、细胞因子等。鉴于初乳是小牛出生后的第一顿饭，其抗氧化成分对抵消出生相关的OS很重要。然而，与正常牛奶相比，初乳含有相同数量的氧化剂，但抗氧化剂较少，后者的浓度从第一次初乳开始逐渐增加。因此，初乳为小牛提供抗氧化剂，但也是一种促氧化剂的来源。然而，新生犊牛似乎能够有效地对抗出生相关的OS，犊牛显示出氧化状态生物标志物的逐渐减少。然而，据我们所知，没有研究比较了出生后不久摄入初乳的犊牛和延迟摄入初乳的犊牛之间的氧化还原平衡。因此，尚不清楚出生后OS的逐渐下降是由于抗氧化剂通过初乳的转移，还是由于小牛体内抗氧化途径的激活，还是两者兼有。

此外，初乳的氧化还原平衡似乎在免疫球蛋白吸收中发挥作用。初乳中添加硒可增加免疫球蛋白的吸收，且初乳氧化还原特征与犊牛血清免疫球蛋白浓度显著相关。然而，这些研究都没有证明可能涉及哪些机制，因此需要进一步的研究。bob体育登录密歇根州立bob体育登录大学的一些研究也调查了用抗氧化剂和脂肪酸补充初乳的影响。然而，尽管初步结果显示对犊牛氧化还原状态有积极影响，但这些影响并不能反映犊牛健康状况的改善。

犊牛补充:

增加犊牛抗氧化潜能的其他方法是肠外或饮食中给药维生素和微量元素。这是许多农场在生命最初几天的例行管理实践。已经证实，给乳牛补充维生素可以提高它们的生产性能、新陈代谢和免疫系统。一些研究表明，在断奶前疾病的发病率降低，一些归因于抗氧化剂的增强免疫功能。在出生后3天和30天，肠外补充微量矿物质(锌、硒、锰和铜)可增加中性粒细胞(免疫细胞)的功能。我们的研究小组最近证明，在新生牛犊出生后的第一个月，通过鼻分泌物中抗原特异性免疫球蛋白A抗体浓度评估，肠道外抗氧化剂补充剂与鼻内病毒疫苗同时使用可导致对疫苗的反应增加(图4;Nayak等，DOI: 10.3390/antiox10121979)。

关于补充抗氧化剂的注意事项

维生素和某些微量矿物质已被证明可以通过直接的抗氧化作用和增强免疫反应，有效地对抗OS和乳腺炎或子宫炎等疾病的严重程度。大多数既定的营养需求传统上侧重于预防缺乏情况，这些需求不同于最佳免疫功能的需求。事实上，现在有证据表明，略高于报告要求的补充可以改善动物健康状况和生产性能，以及奶和肉的质量。

另一方面，一些研究报告了过量补充抗氧化剂的负面影响，如乳腺炎病例增加，甚至小牛中毒。到目前为止，还不清楚到什么程度的抗氧化剂补充剂就不再有益，并开始与有害后果有关。因此，除非有强有力的科学证据支持以更高的比例加入抗氧化补充剂，否则只能在略高于当前建议的水平上实施。我们的团队目前正在进行一项实地试验，以调查犊牛补充抗氧化剂的动态，为生产商提供基于证据的建议。

氧化还原平衡对奶牛和犊牛的几个生物过程至关重要。然而，当促氧化剂的产生与动物的抗氧化能力之间存在不平衡时，OS就会发生，这与免疫和代谢功能障碍有关。然而，抗氧化疗法可以预防OS疾病，在奶牛场中，有几种抗氧化剂的输送方法被常规使用。优化免疫功能的抗氧化剂补充水平通常高于通过传统方法确定的营养需求。然而，过量的抗氧化剂补充会对动物健康产生负面影响。因此，我们需要更好地理解抗氧化网络的调节，并建立OS生物标志物浓度的关键临界值，以便能够就补充水平和时间提供循证指导，从而有效改善动物的健康状况。

这项工作得到了竞争基金的支持。由美国农业部国家食品和农业研究所、密歇根动物农业联盟和密歇根动物健康基金会提供的2018-67015-28302和2022-67015-36350。bob体育合法吗作者希望承认已故教授Lorraine M. Sordillo对牛氧化还原生物学领域的许多贡献。