鎂的生物功能和草食動(dòng)物鎂缺癥綜述

　　鎂是生物機(jī)體內(nèi)重要的陽(yáng)離子，是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外鈣、鉀、鈉平衡的重要離子。鎂參與了生物機(jī)體內(nèi)所有的能量代謝，尤其它是ATP酶所必需的輔助因子，能催化或激活300多種酶體系。缺鎂會(huì)導(dǎo)致一系列生理功能紊亂，如影響酶的代謝，改變細(xì)胞膜的通透性，加速鈉、鉀、鈣依賴泵能量的消耗，加快細(xì)胞內(nèi)鈣的貯存，導(dǎo)致細(xì)胞壞死等。自然界中鎂主要以碳酸鹽(菱鎂礦MgCO3和白云石MgCO3)、硅酸鹽(橄欖石(MgFe)2SiO4)、硫酸鹽(硫鎂釩MgSO4?H2O)和氯化物(光鹵石KCl?MgCl?6H2O)的形式存在，鎂礦種類超過(guò)200種。筆者從鎂的生物學(xué)功能及草食動(dòng)物鎂營(yíng)養(yǎng)缺乏等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)及相關(guān)研究有所裨益。
　　1鎂的生物學(xué)功能
　　1.1鎂參與多種酶的激活
　　Mg-ATP是蛋白激酶催化多種酶蛋白磷酸化的必需底物，能激活丙酮酸脫氫酶、己糖激酶、膽堿酯酶等，其涉及的生化反應(yīng)和生理功能廣泛。鎂參與有ATP以及葡萄糖無(wú)氧分解磷酸化反應(yīng)中差不多每一個(gè)步驟，參與三羧酸循環(huán)中氧化脫羧所需要的焦磷酸硫胺素的反應(yīng)，在活化氨基酸代謝中參與堿性磷酸酶、焦磷酸酶等的活動(dòng)。
　　1.2鎂與激素的相互調(diào)節(jié)
　　鎂能減少血漿中應(yīng)激類激素的產(chǎn)生，先后順序?yàn)閮翰璺影贰べ|(zhì)醇和醛固酮—睪丸激素和雌二醇，以降低機(jī)體對(duì)應(yīng)激的敏感性。鎂還可調(diào)控去甲腎上腺素激活的傳遞，并可能參與去甲腎上腺素的儲(chǔ)存和釋放。Kaemmerer
　　M等發(fā)現(xiàn)，臨屠宰前注射天門(mén)冬氨酸鎂可降低豬血中兒茶酚胺和皮質(zhì)醇的濃度。在應(yīng)激環(huán)境中使用葡萄糖酸鎂可顯著減少大鼠血清中的兒茶酚氨和皮質(zhì)醇的濃度。雌激素和孕激素對(duì)鎂平衡具有調(diào)節(jié)作用，雌激素可抑制甲狀旁腺激素(PTH)誘導(dǎo)骨鈣重吸收，導(dǎo)致血漿總鈣水平及PTH的分泌刺激減少。胰島素可提高細(xì)胞內(nèi)鎂的劑量、存在時(shí)間，并以受體依賴方式促進(jìn)鎂的吸收。胰高血糖素及血管緊張素可刺激近曲小管細(xì)胞以濃度依賴方式促進(jìn)鎂吸收。
　　1.3鎂抗氧化應(yīng)激作用
　　鎂通過(guò)影響調(diào)控細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)影響氧化還原信號(hào)傳導(dǎo)通路。補(bǔ)鎂能通過(guò)改善鈣超載間接減少氧自由基的產(chǎn)生，減輕膜脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。張瑩等試驗(yàn)表明，葡萄糖酸鎂對(duì)大鼠急性心肌缺血再灌注損傷有保護(hù)作用，其作用機(jī)制同增加NO濃度、減輕鈣超載和抗脂質(zhì)過(guò)氧化有關(guān)。鎂可通過(guò)以下4種途徑起到脂質(zhì)過(guò)氧化作用：影響細(xì)胞膜的功能;對(duì)體內(nèi)抗氧化物質(zhì)的影響;作為鈣的拮抗劑減少由于細(xì)胞內(nèi)鈣超載而導(dǎo)致氧化自由基的產(chǎn)生;維持線粒體的完整性而影響自由基的產(chǎn)生。呂曉華等利用免疫組織化學(xué)技術(shù)研究鎂對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中氧化還原相關(guān)基因表達(dá)的影響，結(jié)果顯示，Mg2+抑制H2O2誘導(dǎo)的c-fos，c-jun，p52和ref-1等氧化還原相關(guān)基因的表達(dá)，從轉(zhuǎn)錄水平揭示鎂的抗氧化作用機(jī)制。
　　1.4鎂對(duì)脂質(zhì)代謝的影響
　　血清鎂可通過(guò)清除脂肪而顯著降低血漿脂肪的含量;鎂可與外周循環(huán)中的脂肪酸螯合形成皂化物從而將脂肪從血中清除到糞便中排出;高血鎂有抑制胰島素分泌和葡萄糖轉(zhuǎn)化成脂肪的功能，從而減少脂肪沉積。呂曉華等利用人靜脈內(nèi)皮細(xì)胞研究Mg2+對(duì)細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化和抗氧化酶的影響，結(jié)果表明，Mg2+對(duì)H2O2誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化有明顯的抑制作用，基礎(chǔ)狀態(tài)下Mg2+能增強(qiáng)EC-SOD的活性，并能逆轉(zhuǎn)H2O2對(duì)EC-SOD的滅活。
　　1.5鎂與細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、細(xì)胞代謝
　　鎂參與細(xì)胞增殖、分化和凋亡過(guò)程的調(diào)控，這種調(diào)控主要是通過(guò)動(dòng)員細(xì)胞內(nèi)鎂池中的鎂離子來(lái)實(shí)現(xiàn)。據(jù)推測(cè)，Mg2+是動(dòng)物細(xì)胞新陳代謝和生長(zhǎng)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵控制因子，經(jīng)歷調(diào)亡的細(xì)胞中，胞內(nèi)游離Mg2+水平增加，先于DNA裂解和磷脂酰絲氨酸，對(duì)鎂離子的限制會(huì)導(dǎo)致人白血病HL-60細(xì)胞分化。據(jù)賀欣等報(bào)道，葡萄糖酸鎂在心肌缺血再灌注損傷中具有抗細(xì)胞凋亡的作用，其作用機(jī)制可能與拮抗鈣超載、抗氧自由基等作用有關(guān)。彭克軍等研究表明，冬門(mén)氨酸鉀鎂復(fù)合鹽溶液對(duì)線粒體功能、細(xì)胞的能量代謝、肝細(xì)胞的氨代謝、細(xì)胞膜的離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能都有影響，對(duì)細(xì)胞顯示出有益的保護(hù)作用。門(mén)冬氨酸鉀鎂溶液顯著增強(qiáng)了SDH和CCD這2種線粒體呼吸酶的活性，從而促進(jìn)ATP的生成。采用原位末端標(biāo)記法(TUNEL)、流式細(xì)胞儀和熒光顯微鏡等方法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，鎂可誘發(fā)時(shí)間依賴性的凋亡發(fā)生，且可被抗氧化的Vc所抑制。
　　1.6鎂與神經(jīng)肌肉功能
　　鎂在正常的神經(jīng)肌肉功能中有重要作用。有研究表明胞漿內(nèi)的Mg2+可以選擇性的增強(qiáng)Ca2+激活K+電流(IK，Ca)的活性，而對(duì)Ca2+激活Cl-電流(ICl，Ca)沒(méi)有影響。[Mg2+]低時(shí)，引起ICl，Ca增強(qiáng)及Kv抑制，從而使細(xì)胞膜去極化;相反，[Mg2+]高時(shí)，IK，Ca占優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致細(xì)胞膜超極化。Mg2+可能就是通過(guò)這種方式軟化血管、松弛肌肉。低鎂血癥時(shí)由于細(xì)胞過(guò)度興奮，會(huì)出現(xiàn)肌震顫、抽搐等癥狀。
　　1.7鎂對(duì)DNA的穩(wěn)定作用
　　Mg2+本身沒(méi)有損傷的DNA作用，相反Mg2+能顯著降低H2O2誘導(dǎo)的DNA斷裂損傷，表現(xiàn)為拖尾細(xì)胞率下降，拖尾細(xì)胞尾長(zhǎng)減少。提示Mg2+對(duì)H2O2誘導(dǎo)的氧化損傷有明顯的拮抗作用，可能大多數(shù)參與DNA修復(fù)的酶都是鎂依賴性的。Mg2+還能減少DNA復(fù)制錯(cuò)誤及刺激DNA修復(fù)。這可能是鎂拮抗DNA氧化損傷的原因之一。Mg2+與DNA結(jié)合可在局部降低負(fù)電荷的密度，改變DNA免受自由基損害的保護(hù)模式。
　　1.8鎂鈣拮抗作用
　　鎂是天然的鈣通道阻滯劑，主要通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)鈣濃度對(duì)心肌產(chǎn)生保護(hù)作用，其機(jī)制為：鎂可競(jìng)爭(zhēng)性抑制心Ca2+通道，阻止大量Ca2+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi);同時(shí)Mg2+可增加細(xì)胞膜、肌漿網(wǎng)Ca2+泵的活性，還可增加Ca2+排出或攝取;抑制Ca2+在線粒體的聚集，可促進(jìn)線粒體結(jié)構(gòu)完整和功能恢復(fù)，以保護(hù)ATP的合成能力，改善心肌收縮功能。
　　2反芻動(dòng)物鎂缺乏癥
　　2.1表現(xiàn)癥狀
　　反芻動(dòng)物鎂的缺乏常出現(xiàn)2種情況：一是犢牛長(zhǎng)期全部飼喂牛奶奶牛造成體內(nèi)鎂離子全部消耗，二是青草抽搐癥亦稱缺鎂癥或低血鎂。肉牛缺鎂癥較奶牛更為普遍，其癥狀主要表現(xiàn)在起初的食欲下降、行動(dòng)遲緩、嗜睡，隨之走步僵硬、步態(tài)搖晃、緊張易怒、肌肉顫抖，嚴(yán)重的造成癱瘓和痙攣，以至死亡。
　　2.2缺鎂對(duì)反芻動(dòng)物的影響
　　缺鎂可影響酶的代謝，改變細(xì)胞膜通透性，加速鈉、鉀、鈣依賴泵能量消耗，加快細(xì)胞內(nèi)鈣的貯存，增加兒茶酚胺與前列腺素樣物的合成，減少血流，導(dǎo)致細(xì)胞壞死等。鎂缺乏時(shí)細(xì)胞膜對(duì)胞液中鉀和鎂離子的通透性降低，而對(duì)鈉和鈣的通透性增加。鈉離子的提高導(dǎo)致線粒體中鈣的釋放，進(jìn)一步提高了胞液中的鈣離子濃度。
　　缺鎂時(shí)細(xì)胞膜上與鐵離子競(jìng)爭(zhēng)位點(diǎn)的鎂減少，導(dǎo)致細(xì)胞膜上的鐵離子集合位點(diǎn)增加，細(xì)胞膜上形成錯(cuò)位鐵;還可導(dǎo)致細(xì)胞溶血脆性升高，紅細(xì)胞破裂增多，細(xì)胞內(nèi)的二價(jià)鐵離子釋放到細(xì)胞外液中，進(jìn)一步催化血漿中自由基連鎖反應(yīng)。
　　缺鎂影響動(dòng)物機(jī)體內(nèi)谷胱苷肽的合成，但同時(shí)提高了動(dòng)物對(duì)維生素E的需求量，體內(nèi)抗氧化物減少，并在一定程度上鎂與維生素E存在協(xié)同作用。
　　缺鎂時(shí)Na+-K+-ATP酶活性減低也會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)低鉀，發(fā)生心率失常，缺鎂本身可使心肌興奮性增高而易發(fā)生不同類型的心率紊亂。缺鎂可產(chǎn)生心肌代謝改變，容易發(fā)生心肌纖維壞死，并可能影響心肌收縮力，導(dǎo)致心排血量減少而加重心功能不足;缺鎂可引起動(dòng)物肌肉無(wú)法收縮，肌肉功能受到障礙。缺鎂可造成線粒體趨于膨大，并導(dǎo)致部分的氧化磷酸化解偶聯(lián)，從而使細(xì)胞內(nèi)維持鉀濃度所需的能量產(chǎn)生不足。缺鎂導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的鈉-鈣交換泵失效，導(dǎo)致血管收縮，引起高血壓。研究表明原發(fā)性高血壓患者普遍存在缺鎂。
　　鎂缺乏可以誘發(fā)和加重內(nèi)分泌代謝紊亂，如低血鈣、胰島素抵抗;增加糖尿病慢性并發(fā)癥發(fā)生率、血小板聚集功能障礙、影響PTH釋放及VD代謝等。鎂缺乏可通過(guò)多環(huán)節(jié)影響糖代謝，同樣也說(shuō)明鎂缺乏是糖尿病的病因和結(jié)果。鎂缺乏還可引起脂質(zhì)代謝異常。
　　鎂缺乏有時(shí)會(huì)產(chǎn)生致癌作用，致癌作用與氨基酸代謝和免疫系統(tǒng)有關(guān)。有研究已表明大鼠攝入鎂可誘導(dǎo)凋亡和自由基產(chǎn)生。其他研究表明，鎂缺乏的飲食可誘導(dǎo)大鼠血清腫瘤壞死因子α(TNF-α)的增加。
　　2.3產(chǎn)生原因
　　缺鎂癥的發(fā)生主要與飼草的礦物質(zhì)組成、土壤情況、施肥情況、飼草生長(zhǎng)季節(jié)、氣候溫度、動(dòng)物品種和年齡有關(guān)。旺盛嫩草的鈉含量低，不能滿足草食動(dòng)物對(duì)鈉的需求，從而導(dǎo)致了醛固酮的生成增加，并伴隨出現(xiàn)唾液中鈉濃度的降低和鉀濃度的補(bǔ)償性增高，后者起了加重通過(guò)飲食大量攝入鉀對(duì)抑制鎂吸收的作用。Gueux
　　E發(fā)現(xiàn)：由于細(xì)胞膜脂類的過(guò)氧化導(dǎo)致神經(jīng)肌肉鎂水平降低;牛鎂缺乏時(shí)血清、大腦脊髓液和尿中鎂水平降低;有些鎂缺乏動(dòng)物，體內(nèi)肝臟的氧化磷酸化反應(yīng)減少，很多組織中硫胺素降低，血壓和體溫均降低;急性鎂缺乏癥將伴隨高鈣的發(fā)生。
　　2.4鎂缺乏癥的治療
　　鈣、鎂制劑同時(shí)應(yīng)用對(duì)動(dòng)物低血鎂搐搦具有良好的治療效果。臨床上常用硼葡萄糖酸鈣250g、硫酸鎂50g、加蒸餾水1000mL制成注射液對(duì)動(dòng)物進(jìn)行靜脈或皮下注射，也可做腹腔注射。當(dāng)鎂缺乏動(dòng)物興奮不安、狂燥時(shí)，可先應(yīng)用鎮(zhèn)靜藥物如氯丙嗪等，使動(dòng)物安靜后再應(yīng)用其他藥物進(jìn)行治療。有報(bào)道表明在使用以上治療措施3d后，繼續(xù)在綿羊食用的草料中拌入0.5%的碳酸鎂，可使本病不再?gòu)?fù)發(fā)。