牛至精油膳食补充对生长羔羊胫骨质量与结构的促进作用研究

《Frontiers in Animal Science》：Short communication: dietary oregano essential oil supplementation promotes tibial bone mass and size but not density or strength in growing lambs

本研究发现，在生长羔羊日粮中添加0.5 g/kg牛至精油（OEO）76天，可显著提升胫骨重量（14.4%）、骨矿物质含量（BMC）（19.7%）、骨面积（12.2%）和骨体积（19.6%），但对骨矿物质密度（BMD）和断裂强度无显著影响。结果表明OEO主要通过促进骨量积累和结构扩张而非即时改善密度或力学性能来影响骨骼发育，为植物源性饲料添加剂在反刍动物骨骼健康领域的应用提供了新证据。

　　

1 引言

高效骨骼发育对生长羔羊的动物福利、结构健全性和生产力至关重要。健康的骨骼结构可降低运动障碍风险并提高胴体产量。现代营养策略不仅关注矿物质和蛋白质的供应，更强调添加可能影响骨代谢并支持整体健康的生物活性天然化合物。

牛至精油（OEO）源自牛至（Origanum vulgare L.），其生物活性主要归因于酚类单萜（如香芹酚和百里香酚）。这些化合物具有抗菌、抗炎、抗氧化和免疫调节特性，使其成为合成饲料添加剂的有吸引力的天然替代品。

香芹酚和百里香酚均与骨代谢相关。体外研究表明，香芹酚通过降低抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）活性和抑制RANKL诱导的破骨细胞形成（经由NF-κB、MAPK和Akt通路）来抑制破骨细胞生成。百里香酚同样可通过抑制破骨细胞分化和促炎细胞因子来减轻小鼠模型中的炎症性骨丢失。

除对骨骼的直接作用外，OEO还能调节瘤胃和肠道微生物群，增强营养吸收，并减少全身性炎症。这些因素可能间接支持骨骼发育。在反刍动物中，膳食补充可增加有益的纤维素分解菌，同时减少原生动物，提高发酵效率。Meta分析也报告了其可改善肠道绒毛高度、屏障功能并降低促炎细胞因子表达，从而共同增强营养利用和免疫恢复力。

在犊牛和羔羊中，OEO补充与改善生长性能、增加抗体滴度和提高饲料转化效率相关，这归因于其免疫支持和消化调节作用。虽然这些研究有力地支持了OEO的全身益处，但关于幼龄反刍动物直接骨骼相关结果（特别是胫骨矿化、结构形态和机械强度）的研究仍存在空白。

本研究假设膳食OEO补充可增强生长羔羊的胫骨质量和结构扩张，这可能先于骨密度和机械强度的可测量改善。因此，本研究的目标是：1）确定OEO补充是否会导致羔羊胫骨质量、矿物质含量和结构参数的显著增加；2）评估此类增加是否与反映功能性骨质量的胫骨机械强度和矿物质密度的改善相一致。这项初步研究提供了关于OEO对胫骨生长和质量影响的数据，为未来剂量反应和长期影响的研究奠定了基础。

2 材料与方法

2.1 动物、实验设计和日粮

研究在中国山东省菏泽市东明尚邦畜牧养殖专业合作社进行。所有实验程序均经吉林农业科技学院动物伦理与福利委员会审查批准（批准号2023001）。

12只3月龄杂交公羔（小尾寒羊×黑骨羊），平均活重30.8 ± 0.4 kg，随机分为两个日粮组（每组n = 6）：对照组（基础全混合日粮TMR）；OEO组（基础TMR补充0.5 g/kg OEO添加剂）。该添加剂含有3.6%香芹酚和0.13%百里香酚，购自广州美瑞泰科生物工程技术有限公司。日粮根据《肉羊饲养标准》配制并加工成颗粒。日粮组成（按饲喂状态）为：27%玉米、15%豆粕、30%花生蔓、14.4%小麦麸、10%羊草干草、2%麦麸、0.44%磷酸氢钙、0.4%石灰石、0.4%食盐和0.36%预混料；含有（按干物质%计）：12.3%灰分、15.1%粗蛋白、3.0%粗脂肪、37.3%中性洗涤纤维和18.3%酸性洗涤纤维。

所有羔羊饲养在带漏缝地板的室内栏舍中，自由饮水。环境温度和通风符合福利标准。动物自由采食，每日06:30和18:00饲喂两次。

试验持续92天，包括16天适应期和76天饲养试验期，在春季进行。试验结束时，所有羔羊被屠宰。

2.2 样品采集与测量

羔羊禁食16小时，禁水2小时后，通过颈静脉放血进行人道屠宰。屠宰后立即取出右胫骨，仔细去除所有附着肌肉、脂肪和结缔组织。每根骨头用浸有生理盐水的纱布包裹冲洗以去除残留血液，然后用吸水纸短暂吸干。使用分析天平称重清洁的新鲜胫骨，记录湿重。将骨头放在平坦表面上，使用毫米精度的软尺测量从胫骨平台近端到内踝远端的距离，作为胫骨长度。

使用双能X射线吸收测定法（DXA）骨密度仪测定骨矿物质密度（BMD）和骨矿物质含量（BMC）。扫描前，清洁的胫骨用盐水浸湿的纱布包裹以保持湿润。将每根骨头内侧朝上放置在DXA扫描床上，使用小动物模式进行扫描。DXA软件自动计算每根胫骨的BMD（g/cm2）和BMC（g）。

使用微型计算机断层扫描（micro-CT）评估骨面积和骨体积。清洁的胫骨用石蜡膜包裹以防止水分流失，并置于扫描管中。在10–20 μm体素分辨率下进行扫描，使用CTAn软件进行三维重建和分析，计算骨横截面积（cm2）和总骨体积（cm3）。

使用电子万能试验机通过三点弯曲方案测量胫骨强度。将新鲜胫骨水平放置在两个支座上，跨度相当于胫骨长度的40%–50%。以2 mm/min的恒定加载速率向骨杆中点施加向下的力，直至发生骨折。失效点记录的最大载荷（kN）定义为胫骨的断裂强度。

2.3 统计分析

使用Student t检验（SPSS 26.0）分析数据。通过Shapiro–Wilk和Levene检验确认正态性和方差齐性。结果以平均值±标准误表示，P < 0.05认为差异显著。

3 结果

与对照组相比，膳食补充OEO与生长羔羊若干胫骨特征的改善相关。胫骨重量从118.97 g显著增加至136.13 g（P = 0.034），BMC从11.28 g增加至13.50 g（P = 0.010）。同样，OEO补充显著增加了骨面积（增加12.2%，P = 0.023）和骨体积（增加19.6%，P = 0.010）。相比之下，胫骨长度、BMD和胫骨强度在数值上随OEO补充有所增加，但未达到统计学显著性（P > 0.05）。

4 讨论

本研究探讨了膳食OEO对生长羔羊胫骨发育和力学特性的影响。研究结果表明，为期76天的短期OEO补充主要刺激了骨量积累和结构扩张，而密度和机械强度的变化不显著。这种模式表明OEO可能最初影响骨建模和矿物质沉积，但需要更长期的研究来确定功能特性是否会随后受到影响。

观察到的胫骨重量、骨矿物质含量、骨面积和骨体积的增加表明OEO促进了骨骼生长和矿物质沉积。OEO富含酚类单萜（特别是香芹酚和百里香酚），这些化合物具有抗菌、抗炎和抗氧化特性。它们已被证明直接影响骨代谢。例如，香芹酚通过抑制NF-κB通路和诱导成熟破骨细胞凋亡来抑制破骨细胞生成，从而减少骨吸收。类似地，百里香酚通过抑制破骨细胞分化和促炎细胞因子来减轻小鼠模型中的炎症性骨丢失。这些机制可能促成了本研究中观察到的骨量增加，因为减少骨吸收允许保留更多的骨组织。

除了对骨细胞的直接作用，OEO还可能通过影响肠道健康和营养吸收间接增强骨骼健康。OEO补充调节瘤胃和肠道微生物群，增加有益的纤维素分解菌并提高发酵效率，从而增强反刍动物的营养利用。一项Meta分析表明，OEO（尤其是微胶囊形式）可改善绵羊的肠道绒毛高度、屏障完整性并降低促炎细胞因子表达。增强关键矿物质（如钙和磷）的吸收可能支持骨矿物质沉积，有助于本研究中观察到的骨矿物质含量和骨体积的显著增加。

尽管骨量参数有显著改善，但骨矿物质密度和断裂强度未发生显著变化。骨矿物质密度定义为每单位面积的矿物质含量（g/cm2），反映了骨骼内矿物质的浓度。骨矿物质密度缺乏显著变化表明骨骼大小（面积和体积）的增加与矿物质含量的增加成比例，导致密度相似。这与之前的研究结果一致，该研究报道在蛋鸡日粮中添加香芹酚和百里香酚改善了胫骨力学特性而未显著改变骨灰分含量，表明主要影响的是结构建模而非矿物密度。

断裂强度是骨骼机械完整性的度量，取决于骨组织的数量和质量，包括其矿物质含量、胶原基质和微结构。本研究中断裂强度未显著增加可能归因于补充时间较短（76天），这可能不足以诱导骨质量的显著变化。这一观点得到其他研究的支持，这些研究表明骨骼强度的改善通常需要更长期的干预以允许重塑过程发生。此外，本研究中使用的特定OEO剂量（0.5 g/kg）可能不是优化机械性能的最佳剂量，因为其他研究中较高剂量显示出不同的效果。例如，有研究报道在羔羊中使用较高浓度的OEO（高达1200 mg/kg）会对生长性能产生负面影响，可能是由于抑制了瘤胃发酵，这突出了剂量优化的重要性。

本研究结果与先前证明OEO及其成分在各种动物模型中对骨骼健康具有积极作用的研究一致。在生长兔中，日粮添加0.2%牛至提取物增加了骨重量（尤其是股骨），优于维生素E补充。类似地，研究发现香芹酚或百里香酚与肉桂醛的组合改善了产蛋高峰期后蛋鸡的胫骨力学特性，这与减少炎症介导的骨吸收相关。在低钙摄入量的大鼠中，补充百里香（含百里香酚）通过调节骨矿物质含量和组织形态计量参数改善了骨质疏松症。这些研究共同表明，OEO及其生物活性成分具有跨物种增强骨骼发育的广泛潜力，可能通过减少骨吸收和改善营养吸收实现。OEO的抗炎特性可能进一步促进其骨保护作用。已知慢性炎症会刺激破骨细胞活性并抑制成骨细胞功能，导致骨丢失。通过抑制脂多糖诱导的NF-κB活化并减少巨噬细胞中的促炎细胞因子，OEO可能为骨形成创造更有利的环境。尽管本研究未测量炎症标志物，但OEO既定的抗炎作用表明该机制可能在观察到的结果中发挥作用。

这项初步研究中观察到的骨量和结构参数的增加表明了OEO作为小反刍动物生产系统中天然饲料添加剂的潜力。增强的骨骼发育可通过降低运动障碍风险和增加机械健全性来改善动物福利，这对接近上市体重的羔羊至关重要。此外，OEO的使用符合畜牧业生产中对无抗生素和可持续营养策略日益增长的需求。与合成添加剂不同，OEO提供了一种无残留、副作用更少的替代方案，使其成为在保持消费者安全的同时提高生产力的有吸引力的选择。

解释我们的结果时应考虑几个局限性。小样本量（每组n = 6）可能限制了检测骨矿物质密度和断裂强度显著差异的统计功效。此外，研究在杂交品种（小尾寒羊×黑骨羊）上进行，结果可能无法推广到其他品种或生产系统。76天的饲养期虽然足以观察骨量的变化，但可能不足以检测骨质量的改善，因为这涉及较慢的重塑过程。未来的研究应侧重于更大的样本量和更长的补充期，以确定骨量的初始增益是否会转化为骨密度和机械强度的改善。还需要进行剂量反应研究，以确定在最大化骨骼健康益处的同时不负面影响生长性能（如一些使用较高剂量的研究中所观察到的）的最佳OEO浓度。此外，研究OEO对骨代谢影响的分子机制（如骨转换标志物的变化或成骨细胞和破骨细胞中的基因表达）可提供对其作用模式的更深入理解。探索OEO与其他植物源性添加剂的协同效应（如在蛋鸡中所证明的）也可能增强其在反刍动物中的功效。

总之，我们的研究提供了初步证据，表明在生长羔羊日粮中添加0.5 g/kg OEO与更大的胫骨重量、骨矿物质含量、骨面积和骨体积相关，这可能是通过对骨细胞的直接作用以及通过改善肠道健康和减少炎症的间接作用实现的。这些发现支持了OEO作为一种天然、可持续饲料添加剂的潜力，可改善小反刍动物的骨骼健康，从而有助于提高动物福利和生产力。需要进一步研究以优化给药方案，并阐明OEO在反刍动物生产系统中对骨骼发育的长期影响和机制。