水产动物应激自编

水产动物应激一、介绍应激是动物受到体内外环境改变的刺激后,机体自我调节达到新的动态平衡所产生的一系列非特异反应或称非特异反应的总合。应激反应是靠一般特异反应不能适应时出现的一种代偿性反应,它可以扩大机体的适应范围,是一种特殊合理的生理状态,应激反应时间过长,不论程度强弱都可以引起疾病或死亡。应激本身不是一种病,但却是一种或多种病的发生原因。依据应激的程度、持续时间不同,大致可分为慢性应激、急性应激、短性应激及长期应激。应激反应会抑制动物的免疫功能,经常处于应激状态的养殖动物生理功能紊乱,逐渐感染疾病。在水产养殖生产中许多难以治愈的顽固性疾病往往是长期处于应激反应的结果,如有的细菌性及病毒性病症几乎都与动物的应激反应有关联,所以,应激反应是水产养殖的大敌,在水产养殖中必须引起高度重视。凡能引起机体产生应激反应的刺激因素都称之为应激原。应激原根据其属性可分为机械性（如创伤）、物理性（如过冷、过热、噪音）、化学性（如毒物）、生物性（如急性感染）和心理性（如惊恐、忧伤、精神紧张）等等。运输应激是指动物机体在运输途中由于禁食或限饲、环境变化、颠簸、心理压力等因素的综合作用下，产生的适应性和防御性反应，是影响动物生产的重要因素之一。运输应激后，动物常表现为消瘦、惊恐不安、抗病能力下降，最终影响动物的生产性能、免疫水平及畜产品品质。动物的适应能力有个体和品种的差异。根据作用途径不同，运输应激的应激原主要分为躯体性应激原和心理性应激原两类。躯体性应激原包括运输途中动物的摩擦、损伤、疼痛、冷热、饥渴、疲劳等因素。心理性应激原主要表现为，由于对动物的捕抓（捉）、驱赶、装车（船）以及将动物集中在一个陌生环境中所产生的惊恐、惧怕等心理因素。当应激原作用于机体时，神经中枢和下丘脑兴奋，同时伴有一系列的神经、内分泌、代谢和血液形态学变化，以提高机体的适应性和抗应激能力，此时为警戒阶段，动物处于紧张兴奋状态，氧的消耗、分解代谢和产热量都大幅度增加，导致体重下降和体温升高。长途运输中，有些动物不能对应激产生适应，就会出现GAS（全身适应综合征），机体进入抵抗阶段。此时警戒反应显著减少，同时对应激原完备的抵抗力逐渐发展起来，机体竭力保持内环境的稳定，皮质酮分泌增加，对循环、消化、免疫和其他系统产生显著效应，以应对有害刺激。当机体仍无力战胜应激原的作用时，进入衰竭阶段，动物出现各种营养不良，新陈代谢出现不可逆变化，最终导致休克、消化溃疡和抗感染能力的下降。个别动物的防御功能被彻底击垮，造成死亡。衡量应激程度的重要客观指标有HSP70，血浆CA和血浆皮质醇等。大量的研究已证明应激时血浆皮质醇含量的持续升高与鱼体抗病能力降低、繁殖性能下降及生长发育缓慢都有密切的关系(Barton,1997;Tort,1998)。应激蛋白又称为热休克蛋白,是一切生物细胞(包括原核细胞及真核细胞)在受热、病原体、理化因素等应激原刺激后,发生热休克反应时所产生的一类在生物进化中最保守并由热休克基因所编码的伴随细胞蛋白。二、原理应激因子可引起鱼类交感神经的兴奋,血液中产生儿茶酚胺，肾上腺素和去甲肾上腺素浓度升高,进而血液中的皮质固醇激素(皮质醇、皮质酮、可的松、醛固酮、脱氧皮质酮等)增高。表现在鱼类行为异常,食欲下降,生长受抑制,生殖力降低,皮肤渗透性增强,对疾病的抵抗力下降等,甚至死亡。大量研究表明：免疫应激带来的影响主要包括，蛋白质降解加快、脂肪合成降低和动物机体免疫力下降等，而这些代谢变化主要是由细胞因子介导的。动物机体发生免疫应激时，细胞因子的含量明显升高。机理是初级应激反应是以儿茶酚胺和皮质类激素释放为主的神经内分泌反应。当鱼类感知到一个存在或潜在的应激源时,中枢神经系统便激发并启动交感一嗜铬组织轴和下丘脑一垂体一肾间组织轴(hypothalamic-pituitary-interrenalaxis,HPIaxis)两条反应通路来加以应对。交感神经纤维促使位于鱼体头肾部位的嗜铬组织(肾上腺髓质类似物)的嗜络细胞释放以肾上腺素为主的儿茶酚胺(包括肾上腺素和去甲肾上腺素)(WendelaarBonga1997)。与此同时,HPI轴中的下丘脑释放CRH(促肾上腺皮质激素释放激素),CRH刺激垂体前叶释放ACTH(促肾上腺皮质激素),ACTH进而刺激位于头肾后主静脉及其分支附近的肾间细胞(肾上腺皮质类似物)分泌皮质醇激素。由于嗜铬组织受交感神经节前纤维直接支配,所以儿茶酚胺的释放和其在血液中的浓度升高比皮质醇激素更快(感知应激后的1-3分钟,甚至更快),这也使得测定正常状态下鱼体皮质醇水平比儿茶酚胺水平相对容易(Barton2002;Iwamaetal2004)。次级应激反应是由初级应激反应引起的,以包括呼吸系统、心血管系统、能量代谢、水盐平衡及免疫等生理和行为变化为特征的适应性反应;第三级应激反应则是以生长速率、抗病能力、繁殖能力等整体变化为主的表现在动物个体或群体水平上的反应。当应激时间过长,强度过大时,控制应激反应的高级植物神经中枢发生兴奋,儿茶酚胺浓度成倍增加(第一环节),继而腺普环化酶系统激活,Ca2+大量进入细胞内(第二环节);激活脂类三联效应(第三环节);引起溶酶体膜损伤,释放出蛋白水解酶(第四环节);使质膜和负责钙转运的内质网膜破坏,阳离子泵功能障碍,质膜的钙通透性增加,胞浆内钙离子过多(第五环节);Ca2+一方面可激活脂类三联效应,加重损伤的恶性循环,另一方面,过多Ca2+具有独立的损伤细胞作用(第六环节),类脂过氧化的自由基产物使核DNA分子发生断裂,导致细胞死亡(第七环节)。慢性应激通过延长对下丘脑-垂体-肾间组织轴(HPI)的激活,在某种程度上对鱼类的生长产生了抑制影响。应激状态下,鱼类体内肾上腺素和皮质醇(酮)大量分泌,使机体分解代谢加强,合成代谢减弱。这一方面导致某些营养物质的耗竭,另一方面又使某些营养物质合成受阻,从而使生长缓慢甚至停滞。应激引起的养殖鱼类生长速率下降与应激状态下机体代谢改变密切相关。注射或投喂试验证明,外源皮质醇能显著提高鱼体糖异生作用中的关键酶类活性,加速组织蛋白和脂肪的分解。皮质醇还可通过减少摄食和降低消化吸收效率影响鱼体生长(BartontaL,1987)。最新的研究表明,应激可能通过改变肠道豁附菌群的组成和数量,以及增加肠道上皮细胞间隙的通透性,来增加机体对病原菌的易感性(olsenetal.,2005)。三、症状鱼类的行为应激反应主要表现在警觉性增加、活动加强、运动增加、呼吸加快(鳃骨活动增加)、顶流逆进和群体活动明显,常保持在一起,跃跃欲试,躁动不安,争向水面活动,翻滚弹跳,进而表现惊恐逃避、躲窜,无休止的游泳。这些是第一阶段的行为应激反应,经过一定时期后,鱼类进入第二阶段的行为应激状态,出现活动减少,游动缓慢,群体聚集势头降低,单独游动至水面不吃食、虚弱、无精打采(精神沉郁)、轻微浮头,逐渐发展至严重浮头,体色变深,衰竭,肚腹朝上,时沉时浮或沉入水底,侧睡不动,接近死亡。鲤鱼在氨应激下聚集到水底可能是一个正常的恐惧反应,而在遭遇高浓度氨应激的情况下又慢慢游到水面,则可能是由于鳃的损伤引起了呼吸功能障碍,或是由于鳃片粘聚在一起而致使气体交换困难的结果。四、原因(1)自然因素:主要是水产养殖动物生活的水质环境条件,有溶解氧、pH值、氨氮、亚硝酸盐、硫化氢，盐度及水温的急剧变化等。(2)人为因素:放养密度，管理不当，包括人工投饵(饵料选择、投喂数量、质量及方法)、施肥、水质调控等缺乏科学性等。还有捕捞、运输过程中的剧烈运动和机械性损伤。矿物质添加不平衡使鱼体在生长过程中发生生理平衡失调,特别是酸碱平衡、水代谢的失调,鱼体组织、器官的发育及生长失调,某些结构性物质的合成受阻,使鱼体出现生理性水肿,表面上鱼体生长较肥,其实是细胞外液的增多,体内潴留,腹腔积水；鱼体胶原、透明质酸的合成受阻血管弹性减弱,通透性增大,某些部位微血管破裂,造成出血症状。温度急剧变化是诱导水产动物产生氧化应激的主要原因之一。根据热力学原理，环境温度升高能刺激所有生命活动中的营养代谢过程。水体温度升高可增加水产动物体内氧的消耗，增加自由基产生并导致氧化应激。潜在的氧化还原应激是由于有高含量的多聚不饱和脂肪酸(PUFA)产生,为了补偿代谢应激造成的影响,南极鱼比温水鱼有更高的抗氧化水平。(3)生物因素:是指来自水产养殖动物的某些敌害生物,如水鸟、凶猛鱼类、水生昆虫、水螅、以及水生杂藻类都会直接或间接造成水产养殖动物产生应激反应。五、措施目前,有关预防和缓解鱼类应激反应的措施,主要包括苗种培育和改良、药物缓解、改善养殖环境、科学管理与规范化操作等四个方面。1、药物缓解：（1）中草药：研究表明,中草药含有生物碱、多糖、阜昔、葱类、挥发油、有机酸等多种免疫活性物质,这些物质通过不同的作用方式在提高机体免疫力、抗病、诱食、镇静等方面发挥重要作用(Linetal2006)。水产养殖中常用的中草药有黄连、黄芪、黄芩、黄柏、蒲公英、大黄，板蓝根、地丁、甘草、大蒜、苦楝、苦参、川芎、红花、柴胡、白芍、生地、党参、槟榔、金银花、五味子等。具有促进抗体生成的功效,如洋金花、千金藤、红花、川芎、大蒜、猪苓、黄连、黄芩、鱼腥草、白花蛇舌草等；诱生干扰素和促进产生免疫球蛋白的中草药,有刺五加、黄芪、龙胆草、瓜蒌皮、石斛、丝瓜等。（2）麻醉剂：目前,水产常用麻醉药物主要有吸入型麻醉剂如MS-222、丁香紛、苯唑卡因、2-苯氧乙醇、美托眯酯等,其中以MS-222的应用最为广泛;注射型麻醉剂有克他命、异丙粉等,主要用于大型鱼类的麻醉(Murray2002)。（3）添加剂：活性多糖（黄芪多糖、酵母细胞壁、香菇多糖、刺五加、Vc）、葡萄糖、维生素、电解质矿物元素类(碳酸氢钠、氯化钠、氯化钾、氯化铵、有机镁、硒、锌、铬)及氨基酸(赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸、牛磺酸、谷氨酰氨等)。酪氨酸为NE合成的前体,服用酪氨酸能够减轻应激引起的脑中NE下降和改善行为迟钝。还有谷氨酰胺、牛初乳、L-肉碱、牛乳铁蛋白。以上列举的抗应激药物种类繁多，其发挥抗应激的作用机理也各有不同，概括起来，主要有三个方面：①调节中枢神经系统，起安定镇静、降低应激敏感性作用(值得关注的是牛磺酸和γ-氨基丁酸，能抑制性调节中枢神经系统神经元的活动，具有安定、镇静、抗惊厥的作用，因此可以降低机体对应激的反应性，起预防应激的作用)；②抗氧化、清除活性氧自由基、调节由应激导致的自由基代谢紊乱(是许多抗应激剂发挥作用的主要方式，其中值得关注的有牛磺酸、α-硫辛酸、虾青素等)；③调节机体各种物质代谢，调节由应激导致的机体代谢异常。脂酶可通过促进鱼体粘液分泌,增强体表修复能力,显著缓解水产动物在拉网及长途运输中的应激反应。经验证,添加脂酶可在拉网后2～3小时内消除鱼类的涩鳞、出血、发红等应激症状,确保了鱼的商品价值。碳酸氢钠可提高机体的脂肪酶活性,促进脂肪的代谢和吸收,有效预防脂肪肝、脂肪泻,对水产动物免疫力的提高也有积极作用。包膜维生素C+肝康+NaHCO3+脂酶在维护机体肝脏健康方面具有明显作用,可显著提高鱼类的耐长途运输能力,且混合物中的各个成分在多个方面均出现了协同作用,使其应用效果要显著优于单独添加时的效果,说明多因子的共同作用在提高动物综合健康水平方面具有单因子所不能比拟的优势。在饲料中添加维生素E可明显降低血清中皮质醇的含量。杨建梅等报道饲料中添加ArA能够改变因为各种应激而引起的皮质醇反应，从而间接调控机体的吞噬作用和酶活性，增强机体的抗应激能力。腐植酸是天然的绿色动物饲料添加剂。它是动、植物的残骸经过微生物的分解和转化,以及地球化学的一系列过程造成和积累起来的一类大小不同、结构组成不一的羧基芳香酸等组成的大分子化合物,主要由核、桥键与活性基团组成。其在动物体内具有提高免疫功能,促进动物生长、抗炎、抗溃疡、促进肠道微生态平衡,抗环境污染应激等功效。中国科学院海洋生物研究所(1997)在对虾育苗水池中添加10mL/m3的腐植酸,可解除重金属Cu、Zn对对虾的毒害,从而提高对虾受精卵孵化率50.3%和幼虾成活率64.1%。张长舒等(1999)在气温39e环境中,给草鱼精饲料中添加腐植酸,试验结果表明,试验组鱼的成活率较对照组提高27.5%,而且鱼的肠炎、烂鳃病分别降低90.4%、89.7%。甲壳素是甲壳质和几丁聚糖的俗称。几丁聚糖是自然界中唯一带正电荷的可食性动物纤维。医学科学界将其誉为继糖、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质(无机盐)之后人体必须的第六生命要素。俄国专家从海洋甲壳类动物中提取几丁聚糖,这种活性物质可以提高水生动物生产性能,并可作为饲料粘结剂。据称,几丁聚糖可提高鱼虾抵抗污水的应激能力,并能减少动物机体中的有害物质,增加肉中营养物质。糖萜素是从山茶科植物中提取的天然生物活性物质,可增强养殖动物免疫力与抗氧化力,提高生产性能,改善动物产品品质,并有很强的抗应激作用,是一种绿色饲料添加剂。据詹勇等(2003)报导,糖萜素饲料添加剂所含的三萜类生物活性物质具有解热、消炎作用,可减弱应激对机体的危害,降低机体对应激的敏感性,解除应激产生的免疫抑制。徐仲辉(1999)在罗非鱼饲料中添加200mg/kg的糖萜素,在气温39℃环境中,试验组鱼因高温引起的死亡率比对照组降低67.3%。洪华其等(2000)、杨晓玲(2000)研究表明,在被工业废水污染过的水域中养鱼,如在鱼的饲料中添加糖萜素和Vc,可明显提高鱼的成活率,降低死亡率。大蒜素是从蒜的球形鳞茎中提取的挥发性油状物,是二烯丙基三硫化物、二烯丙基二硫化物以及甲基烯丙基二硫化物等的混合物。大蒜素具有强烈的大蒜气味,对动物具有较强的诱食作用,可以增加动物的采食量,促进机体消化,提高生长发育,同时大蒜素还可提高细胞免疫、体液免疫和非特异性免疫力,对多种致病菌,如大肠杆菌、痢疾球菌、肺炎球菌、葡萄球菌、炭疽杆菌、链球菌、伤寒杆菌、副伤寒杆菌、霍乱杆菌、白喉杆菌等有显著的抑制和杀灭作用。由于柠檬酸形成能量的途径比葡萄糖短,在应激状态下可用于ATP的紧急合成,能提高机体的非特异性抵抗力,增强抗应激能力。皂甙可加强动物网状内皮系统吞噬功能,促进抗体生成和淋巴细胞转化等。目前研究较多的有人参皂甙、黄芪皂甙等,它们都有促进抗体的生成并促进抗体与抗原反应的作用。任维美(2002)在平均体重19g的鲤鱼饲料中分别投喂皂角甙150、300mg/kg8周,结果添加皂角甙150mg/kg饲料的鱼增重显著高于对照组和添加300mg/kg饲料组。而且投饵试验第4周时,投喂含皂角甙150mg/kg饲料,鱼的饲料转换率和代谢生长率均高于对照组,此后差异变小。有机酸(柠檬酸、苹果酸、腐植酸、甜菜碱等)是广泛存在于中草药中活性物质,可与金属离子或生物碱结合形成盐。甘草酸、绿原酸等能够改善鱼类肝脏功能;增强其解毒与免疫能力,降低饲料中各种毒副作用对肝脏的损伤。另外,随着饲料中甘草酸添加量的增加,与鱼类免疫机能密切相关的溶菌酶活性、补体价、巨噬细胞的吞噬率及凝结抗体价等指标均有不同程度的提高。2、科学管理与规范化操作：一般的，应该避免重复的捕鱼，让鱼在捕捞和运输后有一个恢复阶段。鱼对急性捕网、手抓和运输的最初生理反应的恢复在6小时到1天的时间。可是，如果多种应激因子持续作用，但并没有致死，鱼生理的恢复可能会是10天到2个星期。在生产操作中为减少鲟鱼的应激反应，必须采用正规的操作方法，鲟鱼在运输前7d应投喂多维、免疫多糖等提高鱼体免疫力，运输前要停食1-2d，并进行密集锻炼2-3次，提高鲟鱼耐密集、耐低氧的能力，转运鱼必须要做到带水操作，密切注意两地之间的水温差，温差不得超过2℃，水温过大要进行调温处理。在高温期间或水质环境差时禁止进行拉网、捕捞、运输操作。高水温时应激导致较高的死亡率。一方面,由于应激时皮质醇上升的幅度和持续时间与水温呈正相关;另一方面,由于应激时机体对溶氧的需求增加,而水温高时水体溶氧量减少。所以,生产中应尽量避免在高温期对养殖鱼类进行操作,应激性操作之前应停食2-3天以减少应激期间的氧消耗。应激导致淡水鱼血浆氯离子和钠离子的大量减少。运输时若在水中加入适量的氯化钠可提高鱼体的存活率。六、应激对肠道的影响动物的肠道具有双重功能，除了能消化吸收营养物质外，还可以作为一种屏障阻止病原菌和毒素进入机体。肠道屏障是机体和外部环境之间最大的接触面，在人类其表面积有300～400㎡。肠道屏障包括物理屏障、化学屏障、免疫屏障和微生物屏障。物理屏障由一层柱状上皮细胞组成，它形成了肠腔和内环境之间的第一道防线。在这些细胞中，80％以上是肠道上皮细胞，其余的是内分泌细胞、杯状细胞和潘氏细胞。上皮细胞之间是细胞间的连接复合物，包括紧密连接、桥粒和间隙连接，这些连接复合物允许液体、电解质和小分子物质通过，阻止大分子物质通过。其中，紧密连接对控制细胞之间的渗透起着最基本、最主要的作用。化学屏障主要是覆盖在肠道上皮细胞上的黏液层，黏液层主要由黏蛋白组成，它是一种高度糖基化的蛋白质，且含有抗菌肽，能阻止细菌和上皮层相接触，是一个动态的防御屏障。免疫屏障的第一道防御功能是分泌免疫球蛋A（IgA），它能与抗原结合，IgA抗原复合物会与IgA受体结合，然后抗原就会被转移到黏膜固有层并递呈给树突状细胞，从而引发一系列的免疫反应。微生物屏障能影响上皮细胞的代谢、增殖和生存。肠道共生菌通过竞争性地黏附在上皮表面而