反芻動物銅營養缺乏與代謝
一、摘要
銅(Cu)對許多生物系統自身功能的重要性已被熟知，在加拿大廣泛地區以及世界其他許多地方，銅的營養缺乏嚴重影響反芻動物生產。本文選擇對反芻動物銅營養缺乏的最近研究做一綜述，包括銅缺乏的生物化學、生理學以及銅代謝。由於在高鉬(Mo)和(或)高硫(S)的反芻獸放牧地區，廣泛發生缺銅現象，對干擾銅代謝的機制的研究就得到充分重視，同時也注視到了鉬酸鹽(molybdate)和硫化物(sulfide)(或硫酸鹽sulfate)以及硫鉬酸鹽(thiomolybdates)化合物對反芻動物的生理影響。強調指出，硫鉬酸鹽(TM)是導致銅缺乏的基本因素。TM導致缺銅表現在以下幾方面：1. 限制銅的吸收；2. 使銅與白蛋白結合，因此，妨礙了肝臟對銅的利用；3. 消耗肝中的銅；4. 改變和降低肝銅的來自其它組織的銅的利用形式；5. 增加膽汁中銅的排洩；6. 限制膽汁中銅的重吸收；7. 增加尿銅的排洩；8. 增加內源性銅的分泌。在病因學上，銅、硫和(或)鉬還被看著是導致腦脊髓灰質軟化(polioencephalomalcia)和皺胃潰瘍的因素，但其致病機理還不清楚。
二、引言
銅、鉬和硫對許多生物系統維持功能的需要方面已有資料證明，放牧動物銅缺乏和銅中毒在世界許多地方均有發生，這兩類綜合癥的產生不但依賴於飼料中銅的總含量，而且依賴於影響銅吸收和利用的其他因素。在這些因素中，飼料中鉬和硫的含量最為重要。放牧地和牧草中的銅、鉬及硫的含量隨植物種類、土壤條件、施肥變化而變化。反芻獸飼料中銅的含量常在4~10mg／kgDM之間變化，鉬的含量常為0~5mg／kgDM，總的無機硫和胺基酸硫含量為1~3g／kgDM。在飼料中如果遇到天然牧草的鉬和硫含量有一點小小的變化，反芻動物銅的吸收、分佈和排洩就可能發生巨大的改變，結果出現銅缺乏或銅中毒的綜合性臨床癥狀。
牛對由鉬引起的銅缺乏比綿羊更敏感，但綿羊對銅中毒更敏感。在世界許多地方銅缺乏對兩種動物都是一個嚴重問題。在北美、牛佔優勢的地方，銅缺乏比銅中毒更具有經濟意義。缺銅對家畜的影響，估計每年有1130萬個可見臨床癥狀病例(FAO／WHO,1970)，並且呈上升趨勢，這個數字是缺銅影響的最低估計，因為忽略了還給農民帶來經濟損失的亞臨床癥狀病例。儘管對銅缺乏有過廣泛的調查，但對於缺銅的產生和生物化學發病機制的相互關係之認識，僅僅在近幾年才開始。
銅缺乏的臨床表現非常明顯，譬如，在不列顛哥倫比亞(British Columbia)內地的高鉬草地放牧的牛，出現腹瀉、消瘦和被毛失去光澤，或在澳大利亞低銅牧區放牧的綿羊，其羊毛發生變化。缺銅還表現地方性運動失調癥(綿羊羔)、骨脆癥、心血管系統失調癥(牛)、貧血、生長緩慢和不育不孕(Howell,1979)。據報導，在聯合王國和新西蘭的馬鹿(red deer)和𠯿鹿(fallow deer)出現如象共濟運動失調的神經紊亂與銅缺乏有關，但關於銅在鹿體內的代謝知道甚少。由於缺銅的大多數臨床癥狀並不特異，還需進行生物化學和生理特徵的鑑別。
銅缺乏在反芻動物綿羊與牛之間(Agriculture Research Council, 1980)及綿羊與鹿之間(Freudenberger et al., 1987)都有不同。綿羊對銅的營養需要，存在種間和種內個體間差異。銅代謝與血銅、組織銅含量有關的遺傳變異，已有記載(Wiener, 1987)。在牛中，西門塔爾牛(Simmental)比其他牛種對缺銅更為敏感(Smart & Gudmundson, 1980)，大概是因為它們從膽汁中排洩的銅更多(Gooneratne et al., 1987a,1988)。
銅中毒一般表現在綿羊身上，因為它們不能從體內排洩多餘的銅(Gooneratne et al., 1985a)。綿羊銅中毒主要發生在澳大利亞、聯合王國、加拿大和斯堪的納維亞(Scandinavian)國家。儘管銅的含量在正常範圍內(5~10mg／kgDM)，但牧草類型和條件有助於動物體內銅的蓄積。富含三葉草(clover)(如地三葉草Trifolium subterranean)的牧草，其鉬的含量很少超過0.1~0.2mg／kg，這就是一個例子。在富含禾穀類(cereal)飼料中，銅、鉬、硫的平衡失調，其硫、鉬含量很低，這可能是舍飼綿羊慢性銅中毒敏感性的重要因素。儘管銅中毒對綿羊很常見，但對牛卻很罕見。然而，慢性銅中毒對山羊並不多見，一般在實驗條件下才能見到(Humphries et al., 1987)。動物銅中毒的病理機制最近有人做過闡述(Howell & Gooneratne, 1987)。
銅的生物學作用和代謝方面有過大量報導(Cousins, 1985；Mason, 1986；Bremner, 1987；Prohaska, 1988)。本文綜述的並非完全是對那些報導的重複，而更集中在反芻動物銅的營養缺乏的產生及缺銅的生物化學及生理學，鉬、硫及硫鉬酸鹽對銅代謝的影響以及穩定同位素技術應用在銅代謝研究方面的最新成就。
三、加拿大反芻動物銅的營養缺乏
據科技文獻記載，對加拿大家畜銅營養缺乏的最初報導者是Cunningham等(1953)，他描述了在Manitoba的Swan River Valley牛中因鉬引起的銅缺乏，觀察到牛嚴重腹瀉、消瘦、貧血、被毛失去光澤、嗜鹽，但對於常常會發生死亡的病例，每日用二克硫酸銅做成獸用頓服藥或舐鹽磚給牛投用，能避免死亡。最近，從全加拿大的肉品加工廠收集的715份牛肝臟標本分析結果表明，29％的牛有潛在的銅營養缺乏(低於10mg Cu／kg濕重)。
Miltimore等報導不列顛哥倫比亞的North Okanagan Valley地牛發生腹瀉、消瘦、生長緩慢和被毛失去光澤，注射銅能提高生長率，改善被毛色澤，而且更加健壯，但不能防治腹瀉。腹瀉與飼料中高鉬含量有關(含鉬7.9~15.4mg／kg)，而與銅含量無關(含銅7.7~11.8mg／kg)。在不列顛哥倫比亞南部中心發現的幾乎所有的土生牧草植物，其含銅量都低於10mg／kg，有13％的標本低於5mg／kg；大約19％的標本中，鉬的含量高於3mg／kg。Miltimore等報導，生長在全不列顛哥倫比亞的95％反芻動物飼料，含銅量都低於10mg／kg。這篇報導與不列顛哥倫比亞中區觀察到的銅鉬比(Cu：Mo)為1.1：4.7的全植物性禾穀類和北不列顛哥倫比亞中區的禾本科牧草及豆科植物牧草的含銅分析結果是一致的。低於2.0的銅鉬比，很可能是引起不列顛哥倫比亞牛銅缺乏的條件，並發現在全不列顛哥倫比亞所有反芻動物飼料中，有19％的銅鉬比低於2.0。Peterson 和Waldern(1977)對不列顛哥倫比亞Fraser Valley觀察結果，在青貯飼料中的銅鉬比是決定人工授精配種數的一個重要因素。
四、銅的體內平衡
(一)遺傳變異
對綿羊銅代謝的遺傳變異有所認識(Winter, 1987；Harrison et al., 1987)。Wooliams等(1982)報導，雜種得克薩斯蘇格蘭黑面羊(Blackface×Texel Scottish)羔羊，其肝中的含銅量是純種蘇格蘭黑面羊(Scottish Blackface)羔羊的兩倍(銅的吸收率為13.7％比5.6％)。這表明，由於某個品種對銅的吸收率不同，而不是由於被吸收銅的成份不同。在研究中測得蘇格蘭黑面羊和威爾士山地綿羊(Welsh Mountain)的銅吸收率分別是4.2％和7.3％(Wiener et al., 1978)，在飼料中含銅量低(Wiener et al., 1984a)而不是含銅量處於中等程度高時(Wiener et al., 1984b)對新生羔羊銅狀況的影響，母羊比公羊表現更為重要。據報導，綿羊的估計遺傳力是從0.2±0.08(SE)(Wooliams et al., 1984)到0.4±0.14(Wiener & Field, 1971)。對牛的銅吸收方面報導沒有遺傳差異，但Rowlands等(1983)和Wiener等(1980)分別報導了血漿銅濃度變異的估計遺傳力是0.44±0.17和0.65±0.35，其標準誤提供了種內加性遺傳變異的證據。在牛中，西門塔爾牛對銅的排洩比安格斯牛(Aberdeen Angus)明顯的更多，因此，對銅的需要量更大(Gooneratne et al., 1987a,1988)。
(二)吸收
大鼠對飼料中銅吸收的解剖學部位是胃、十二指腸、空腸、小段回腸(Allen & Solomons, 1984)對反芻動物的研究甚少。Grace(1975)用回流導管對綿羊進行研究發現，大腸是銅吸收唯一的有效部位。對屠宰牛的胃腸道實行連續分段進行淨增重和失重的測定，在省去飼料中補充的銅時，除了皺胃和瘤網胃外，整個消化道都能吸收銅(Ivan & Greive, 1976)。最近，用麻醉的綿羊的胃腸進行分段結紮研究表明，皺胃、小腸和結腸能吸收銅，而瘤胃、網胃和盲腸不吸收銅(Turner et al., 1987)。儘管牛和綿羊之間有所不同，在研究中所用技術也有一些差異，但總的表明，反芻動物的瘤胃、網胃不是銅吸收的重要部位，反芻動物的大腸對銅的吸收比單胃動物的大腸更有意義。
銅飽和技術已用於對某些反芻動物銅吸收的測定(Suttle, 1974a,1978)。最近，用穩定同位素65Cu技術已取得進展(Buckley et al., 1985a)。穩定同位素技術(stable isotopetechnique)所得的結果與飽和技術(repletion technique)所得的結果是一致的。通過哺乳期奶牛採食帶籽玉米青貯飼料測得銅的吸收率為6.9±1.0％(SE)；對哺乳母牛採食帶籽禾本科青貯飼料，測得銅的吸收率為8.9±0.9％(SE)和9.5±1.6％(SE)(Buckley et al., 1985a)。根據銅飽和研究結果，當鉬含量低於2mg／kg時，綿羊和牛對青貯飼料中銅的吸收為4.9±3.2％(SD)(COSAC／SARI,1982)。在相同條件下，禾穀類飼料中銅的吸收為9.1±0.97％(SD)(COSAC／SARI,1982)。通過穩定同位素對既攝取禾本科飼料又攝取青貯飼料的奶牛進行研究，所測出的對銅的吸收率為4.9~9.1％，這與對攝取玉米青貯飼料的母牛的研究結果是一致的，但可能低估了攝取禾本科青貯飼料的母牛對銅的吸收率。
反芻動物飼料中鉬和硫對銅吸收的數量上的影響，在綿羊身上進行過研究，對牛來說影響程度更小一些。儘管在鉬和硫的影響預測方程的表達方面有所進展，但又出現了相互作用和影響吸收的加性因素，其結果是，預測方程傾向於對範圍的限制，其校正係數可能需要是在單一品種條件下(COSAC／SARI,1982)。本文作者所研究的銅吸收預測方程，更適合於總體預測。然而，預測方程對於在地理區域、品種、條件的特殊校正方面，是適合的。如對加拿大草原肉牛中的成牛和犢牛的銅吸收以及採食牧草或基礎青貯飼料的奶牛的銅吸收預測。
儘管銅和硫是反芻動物銅吸收最重要的拮抗物，而其他元素也很重要，由於土壤污染，草本植物中鐵(Fe)的含量在秋季有所增加，反芻動物通過鐵成分對銅吸收的相反影響，現在得到了確認(Humphries et al., 1983)。飼料中高鋅(Zn)含量能減少動物銅的吸收和貯藏而導致缺銅，其機制總的是由於將銅限制在腸黏膜細胞的金屬硫因(metallothionein, MT)〔變型性巰基組氨酸三甲(基)內鹽〕中，隨後帶銅的金屬硫因的腸黏膜細胞就脫落到腸腔中，這樣來減少銅的吸收(Hall et al., 1979)。最近，通過綿羊小腸段外翻研究結果表明，鋅卻會抑制Cu-64的吸收，其結果與金屬硫因(MT)作為載體在腸黏膜細胞吸收銅後的運行機制是一致的(Turner et al., 1987)。其它幾種礦物質如鎘(Cd)、硒(Se)、鉛(Pb)、鑠(Ni)與銅可能存在相互影響，但互相之間的關係很複雜，且了解甚少(Gawthorne, 1987)。儘管日糧中含硒充足，對銅的代謝沒什麼影響(Buckley et al., 1986)，但通過注射硒表現出能增加肝銅的蓄留(Hussein et al., 1985)。
(三)運輸與貯藏
從胃腸道進入到血液中的銅，與白蛋白結合形成一種在分類學上新的蛋白質，叫做"運銅蛋白"(transcuprein)(Weiss & Linder,1985)。即使血漿中白蛋白濃度大大地超過了運銅蛋白濃度，銅對運銅蛋白的親和力(affinity)也遠比白蛋白強，其結果有約三分之一的高銅(二價銅)離子進入到血漿中與運銅蛋白結合，與白蛋白和運銅蛋白結合的銅，在肝臟中迅速分解(Weiss & Linder, 1985)。
肝臟作為機體銅貯藏的主要器官和銅代謝的關鍵器官，已經認識。在肝臟內，銅分佈在肝臟實質細胞的線粒體、微粒體、細胞核、溶𠕇體和可溶性成分中，其比例隨年齡、品種和動物銅的狀況不同而不同(Gooneratne et al., 1979,1987c)。
蛋白質金屬硫因(MT)可能在肝臟中暫時性貯藏並對肝中的銅起解毒作用(Bremner, 1987)。在某些種類動物(但不是綿羊)中，當銅過量時就貯藏在肝中溶𠕇體內(Mehra & Bremner, 1984)。反芻動物中，肝臟內金屬硫因的含量是體現肝對鋅的容納能力，而銅又有從蛋白質中分解鋅的能力(Bremner, 1980)。血漿銅藍蛋白(Cerulopasmin)(還知道有亞鐵氧化𠕇Ferroxidase)在肝中合成，並分泌到血液中(Frieden, 1980)。血液中的血漿銅藍蛋白的半衰期隨動物種不同而有異，估計在綿羊為70小時，在牛為37小時，在大鼠為12小時。組織是大鼠銅的唯一來源而不是肝、腎(Weiss & Linder, 1985)。哺乳期奶牛中研究後發現，24％的奶銅直接從飼料中取得，而不是從血漿銅藍蛋白中結合的銅取得(Buckley et al., 1985a)。試驗表明，作為銅的運輸形式的血漿銅藍蛋白的意義也隨品種不同而不同。
(四)排洩
銅的吸收率在糞中能夠表現出來，大部份銅不能被吸收利用而通過膽汁分泌排洩出去，銅的體內平衡是通過這種途徑初步獲得，但關於反芻動物膽汁銅的排洩機制知道得很少，最近Gooneratne等(1989c,d)提出了綿羊膽汁銅排洩的三條途徑：通過膽汁運輸(transbiliary)，肝細胞轉運(transhepatocellular)和肝細胞溶解(hepatolysosomal)。所有這些途徑中，肝細胞溶解在數量上被看成是最重要的(Kressner et al., 1984 Gross et al., 1989)。尿中也排洩少量的銅，通過汗腺、唾液和腸分泌排洩銅的情況尚不清楚，用67Cu研究表明，至少對綿羊腸內的內源性銅排洩能夠確定(Gooneratne, 1989c,d)。
(五)母體─胎兒的銅代謝
銅對胎兒發育的基本必要性已經明確，銅代謝的主要變化發生在妊娠期的母體內，其全部目的是通過增加銅的吸收來保存銅量，防止胎兒死亡，通過分泌途徑來適應胎兒高銅量的需要。胎兒極為有效地從母體吸取營養，在指數比率上，胎兒銅的貯存和日增長及最後肝銅含量都較高，這些都與母體肝銅密切相關。
綿羊胎兒肝銅的正常含量，在出生時佔總銅含量的50％。牛胎兒肝銅含量取決於母體肝銅含量和妊娠的時期：胎兒肝銅含量(mg／kg DM)＝217.5＋0.023〔胎兒日齡(d)〕×母體肝銅含量(mg／kg DM)(Gooneratne & Christensen, 1989)。在懷孕期間，綿羊和牛胎兒肝銅含量逐漸增加，而母體肝銅含量逐漸減少。這就表明，須通過母體補充銅的需要量，尤其銅的每日需要量增加大約在維持量基礎上的70％(ARC,1980)。儘管許多研究者推荐日糧含銅量10mg／kgDM為合適，但對Saskatchewan的牛觀察表明，妊娠期間飼料中銅的含量需要增加到25mg／kg DM，如果動物飲用了含高硫的水，有時需增加到50mg／kg DM(Gooneratne, 1986)。
給予妊娠海福特牛(Hereford)含高硫(0.35％)低銅(5mg／kg)飼料，引起嚴重缺銅，而出生牛犢體重輕，血漿銅含量、銅藍蛋白水平、肝銅貯藏量都低，"可動員"(mobilizable)的肝銅蛋白、金屬硫因(MT)低得幾乎檢測不出(Gooneratne et al., 1986a,1987c)。這些結果表明，增加飼料中硫的補充量，對銅的利用有明顯的不利影響，從而通過妊娠母牛繼發對胎兒生長發育不利的影響。
母體大約10mg／kg的肝銅含量足能提供給新生犢牛高於300mg／kg DM的臨界值的肝銅貯備(Gooneratne, 1986)。然而，為了維持妊娠期牛的正常血銅濃度和依賴銅而發揮作用的正常功能，其肝銅含量需要高於25mg／kg DM作為維持含量。在Saskatchewan的肉類加工廠測定肝銅超過25mg／kg DM的母體內胎兒的肝銅含量比肝銅低於25mg／kg DM的母體內胎兒的肝銅含量更高(P＜0.05)(Gooneratne & Christensen, 1989)。
由於加拿大西部一些省區牛的缺銅癥病例相當普遍，對供給妊娠母牛足夠的銅營養以保證胎兒正常發育出生的需銅量極為重要，肝銅的貯藏以滿足胎兒產後早期營養需要是必要的，因為牛奶含銅量低。此外，高鉬飼料產生高鉬牛奶，而降低母牛奶產量又降低犢牛增重。
綿羊胎兒肝銅貯存不像牛那麼明顯，這大概是此品種先天性營養缺乏綜合癥的發生率較高的原因之一。在第一個三月，第二個三月和第三個二月期間，綿羊胎兒貯存銅的總比率分別為15,85和186μg／d，在預產羔前八週和四週，易感母羊銅的含量在220mg，對防制先天性缺銅病有效。在出生後第一週，給綿羊羔羊投入硫酸銅(Allen, 1987)和在5~10日齡皮下注射5mg銅的蛋氨酸鹽絡合物(methionate complex)，能緩解缺銅癥。
五、硫和鉬對銅代謝的影響
一般說來，尤其是反芻動物，硫的化合物使鉬中毒加劇，對銅吸收還表現出獨立的，消極的影響。Suttle和Peter(1985)觀察，綿羊瘤胃中的硫化物和血漿銅濃度之間呈負相關。硫化銅與某些其它過度元素硫化物相比，其溶解度積(solubility product)較低。過度元素硫化物，包括硫化鐵，在瘤胃中的形成和在皺胃中低pH值條件下的離解減少銅的利用率，又有助於皺胃中硫化銅(Cus)的形成(Gawthorne, 1987)。最近的研究表明，硫和鐵對牛肝銅含量有相對獨立的影響，因為將補充的硫撤除，並不減輕由鐵引起的缺銅癥的嚴重程度(Humphries et al., 1985)。製成單一粉狀的銅比在半連續日糧中的利用率更高，這可能是由於顆粒性銅的流動與進入皺胃的可溶性硫化物間有一個時間滯差，或製成單一粉狀後，在瘤胃中與硫化物結合所需的時間更久(Suttle & Peter, 1985)。Ivan(1988)報導，綿羊瘤胃中原生蟲(protozoa)的缺乏，增加了銅的利用率，可能是因為減少了飼料中蛋白質對S2-的降解。夏季草地放牧動物的血漿銅濃度比在草木茂盛的春季草地放牧的動物血漿銅濃度更高，這表明在乾燥牧草和乾草中的蛋白質可溶性更低，就導致S2-的產生更低，其結果，飼料中銅的利用率就更高。
瘤胃中鉬和硫間的化學上的相互影響，在反芻動物缺銅的產生上，產生了關鍵性的作用，確切的機制和參與這種相互影響的硫和鉬的形還不完全清楚。瘤胃中的微生物減少了將飼料中主要的有機和無機硫化物形成的S2-。S2-形成對Mo-Cu拮抗作用的結果直到Dick等提出了硫鉬酸鹽在瘤胃中自動形成，這才得到認識，硫鉬酸鹽在瘤胃中與銅發生反應，形成難溶解的硫鉬酸銅(Cu-TM)絡合物，大多數絡合物不能被吸收。由於瘤胃中絡合物在導致銅缺乏中所引起的作用，在許多研究中已得到證實。長時間的靜脈注射硫鉬酸鹽所引起的綜合癥狀與給綿羊含過量的鉬和硫的飼料時所觀察到的癥狀相類似。儘管三硫鉬酸鹽(TM3)和四硫鉬酸鹽(TM4)對腸中銅的抑制作用最大，而Mason等(1982)和Price等(1987)提出，對吸收後的銅代謝影響可能是二硫鉬酸鹽(TM2)和TM3。然而，Osman(1988)研究表明，可能還包括TM4。
本文綜述的硫鉬酸鹽與銅相互影響的四個方面：(1)在限制銅吸收方面對瘤胃和腸發生的影響；(2)血銅成份改變；(3)組織中"可用性"銅的改變；(4)通過膽汁、尿和內源性分泌增加銅的排洩。
(一)瘤胃和腸的影響
銅、鉬、硫之間相互影響的主要部位是消化道，這通過在消化道的不同部位投入鉬化合物得到證實。Mason等報導，當通過十二指腸給予99Mo，銅的吸收受飼料低硫影響只暫時的減弱。Suttle發現，從富含硫的飼料中吸收銅和鉬，直接通過皺胃時要比通過飼料採食給予鉬時吸收率更高。由此表明，為了與硫發生相互作用，鉬必須通過瘤胃，才減弱鉬本身的吸收和銅的吸收。所以，抑制銅吸收的最初反應定位，與Dick等的硫鉬酸鹽假說是一致的，鉬酸鹽在富含S2-的瘤胃環境中轉變成一系列硫鉬酸鹽化合物，包括MoO3S2-(TM1)，MoO2S22-(TM2)，MoOS32-(TM3)和MoS42-(TM4)。用TM4和鉬酸銨(ammonium molybdate)進行體外人工條件下的研究結果，支持了這一假說(Gawthorne et al., 1985)。間接指出，相對於瘤胃中的S2-來說，TM3和TM4的產生與飼料中攝取的可分解硫的潛在來源有直接關係。
Gawthorne等(1985)提出，游離的硫鉬酸鹽在瘤胃中是暫時的中間產物，它們通過由細菌、原生蟲和部分消化了的植物原料組成瘤胃內容物的固態有機相聯合在一起，來發揮作用，形成新的龐大的螯合物，這種螯合物對銅具有強有力的親和性，甚至在酸性條件下都不釋放銅，這就未必可能像從腸中吸收的那種螯合物。所以，降低了動物對銅的利用率。實際上，鉬和硫對草本植物中銅吸收的影響，取決於飼料的消耗率和所含的化學成份。
(二)血漿銅成份的改變
通過硫鉬酸鹽表明了對系統影響相當重要，其表現在，硫鉬酸鹽的產生超過了所需硫鉬酸鹽的量時，使腸中不溶性絡合物的形成過程達到飽和程度的時間加快。在反芻動物中，高鉬飼料最終是減少肝銅，並產生缺銅的臨床癥狀，常常還可見到血漿銅濃度有暫時的增加，所增加的血漿銅與產生的血漿銅的成份有關，用5％的三氯乙酸(trichloroacetic acid)進行血漿蛋白沉澱，這種銅不能析出在上清液中。Bremner報導，這種化合物的產生，與同時存在的高的鉬和硫的攝取量有關，如果攝取鉬或硫的其中任何一種的量低，這種現象就不存在。硫鉬酸鹽靜脈注射或十二指腸投藥，會產生明顯的效果，並立即增加血漿銅，其中大部份血漿銅不溶於三氯乙酸，就表明了血漿中不溶於三氯乙酸的銅存在，反映出銅的牢固結合形式(所以在代謝上不能利用)，這種形式的銅不能被紅細胞吸收利用。根據硫鉬酸鹽的這種特殊作用，可用於治療和預防綿羊的銅中毒(Gooneratne et al., 1981a；Humphries et al., 1986)。由於硫鉬酸鹽在酸中分解出S2-，而硫化銅在低pH值環境中是不溶的。所以，不溶於三氯乙酸沉澱物中的銅的形式可能就是CuS(Mason,1986)。
從瘤胃中吸收的硫鉬酸鹽化合物與白蛋白中的銅進行可逆性結合，銅─白蛋白絡合物是相當穩定的，不易被水解。牛(Hynes et al., 1984)和綿羊(Mason et al., 1982)的TM3都是可逆性結合於血漿白蛋白中。結合在牛血漿白蛋白的單一位置與氮末端的銅結合部位不同(Woods & Mason, 1987)，硫鉬酸鹽結合部位的親合力(但不是指部位的數量)，隨銅存在的增加而增加，其結果，血中就出現銅─硫銅酸鹽─蛋白質(Cu-TM-protein)形式。此外，TM3的結合，又增加了白蛋白對銅的親和力，其最終結果，延遲了銅轉運血管外的空隙和組織(包括肝臟)的過程。在TM的代謝中，可能存在種間差異，鹿血漿中的銅表現出比綿羊血漿中的銅受TM的影響更小，這似乎是與從瘤胃中吸收TM3和TM4更少有關(Osman, 1988)。
體外試驗結果，TM廣泛抑制含銅𠕇，通過所有形式的TM尤其TM4抑制血漿酮藍蛋白的二胺氧化𠕇(diamine oxidase)的活性。在體內試驗中，要在鉬和硫引起的缺銅癥的生物化學發病機理方面，確定血漿銅藍蛋白抑制的作用就很困難，因為血漿中存在高濃度(200~300mg／L)的血漿銅藍蛋白，並且要證實血漿銅藍蛋白抑制的臨床意義，需要TM保持持續的藥效水平。此外，TM優先與白蛋白結合而不是與血漿銅藍蛋白結合(Hynes et al., 1984)。因此，需要給予綿羊長時間大量的TM，血漿銅藍蛋白的活性才有明顯的減弱(Gooneratne, 1981b)。Chidambarem等報導，在體外試驗中，甚至1~5μm的TM4濃度，都會強烈地抑制其它種類含銅𠕇的活性，如細胞包素氧化𠕇(cytochrome oxidase)，過氧化物歧化𠕇(superoxide dismutase)和酪氨酸𠕇(tyrosinase)，正如象對血漿銅藍蛋白的抑制，在體內對其它含銅𠕇的抑制情況尚不清楚。
(三)組織影響
1. 對肝的影響
給綿羊飼餵低水平銅的飼料，或給予含高鉬、硫的飼料(Allen & Gawthorne.1986)，或靜脈注射TM4，肝臟含銅量迅速下降。基於這個結果，Gooneratne等進行靜脈注射TM4，作為控制綿羊的中毒有一定效果。相反，如果綿羊的基礎維持日糧含銅量高，就給予高鉬和高硫或TM4，肝臟中銅和鉬的含量就明顯增加。同時肝中過氧化物歧化𠕇、細胞色素氧化𠕇的活性就大大減弱(Allen & Gawthorne, 1986)。從而提出，大量增加肝銅，對於肝的正常代謝是無效的。Kelleher和Ivan(1986)展示的證據，TM改變肝銅的亞細胞水平的分佈，用35S標記，給牛靜脈注射TM3時，在所有的肝亞細胞成份中都有放射性分佈。儘管有五種35S成份，可通過液相色譜法(liquid chromatography)來鑑別，但祇有在空臟中的高分子質量物質洗脫的35S才與銅有關(Wang et al., 1987)。被TM結合的肝銅，在血漿中表現出可逆性。鑒於以上的討論結果，提出肝中TM的存在，通過產生新的銅配位體(ligands)或蛋白質，和通過改變不同的銅成份之間的平衡，或在其它方面的分佈模式的改變，來改變銅的代謝(Gawthorne, 1985)。還有人報導了給大鼠(Gawthorne, 1985；Wang & Mason, 1988)和牛(Wang et al., 1987)用TM治療後，銅從肝的金屬硫因(MT)中消失。根據Gawthorne(1985)試驗，TM4是通過從金屬硫因中"拆卸"銅而起作用。
2. 對腎的影響
綿羊腎銅的蓄積，要麼是因為補充了過量的鉬和硫飼料，要麼是靜脈注射了TM4(Gooneratne et al., 1985b,1989a)。給予TM的綿羊腎中，其含銅量的程度和比率取決於以下幾個因素：銅的吸收，肝銅的含量和TM劑量。因此，在給綿羊口服大劑量銅和靜脈注射TM4後，在其腎中能發現最高的含銅量(還有鉬)(Gooneratne et al., 1989a)。可能作為銅和鉬(其原子比，Cu：Mo＝2.1：1)的一種解毒方式，主要在腎小管細胞的溶𠕇體中蓄積。通過靜脈注射TM4處理，既不影響腎組織的結構，又不影響腎的功能。用葡聚糖凝膠G-75色譜法(Sephadex G-75 Chromatography)對靜脈注射TM4處理的綿羊腎細胞質液測定結果，在金屬硫因(MT)中的銅有明顯的減少，高分子質量中的銅相對的增加，大多數的銅不溶於三氯乙酸(Gooneratne et al., 1989b)。從TM4處理的大鼠腎看出，在色譜圖(chromatograms)中，相應的銅的曲線有所遷移。腎中銅及銅蛋白質的結合與這些元素和血漿白蛋白的結合相似，白蛋白可能是將銅和TM運輸到腎並在此蓄積的一種運載工具，因為在腎小管細胞中，被改變的白蛋白分子發生慢慢降解(Gaethorne, 1987)。
3. 骨骼系統的影響
有報導，飼餵過量鉬和硫的牛與綿羊，其長骨要發生變化，給大鼠TM4(含Mo 6~20mg／kg DM)的飼料，會引起骨骼畸形。股骨、脛骨、腓骨和頭骨畸形，並伴隨長骨生長極嚴重的變化，這包括軟骨發育異常和骨生長緩慢及停止。這些損害與查(豌)豆中毒性骨病(osteolathyrism)相似，提出TM通過限制與賴氨酸氧化𠕇產生的交叉鍵來起作用。用TM4對豬進行的研究表明，關節和𢃼的生長板軟骨兩者的鈣化都受到影響，這是由於蛋白多糖(proteoglycans)的生物合成發生紊亂。
4. 對腸的影響
給綿羊大劑量靜脈注射TM，會發生嚴重腹瀉。給大鼠連續兩週注射TM4，表現出十二指腸細胞和空腸的粘膜細胞的線粒體畸形增加，盲腸和結腸粘膜壞死，並出現下垂蛋白(apoptosis)，腸上皮細胞的細胞色素氧化𠕇活性被降低，這表明了通過對銅的影響對這些細胞本身產生妨礙。由於S2可能是從TM分解而成，就通過S2直接抑制細胞色素氧化𠕇。最近有人報導，通過腸腔給大鼠投入TM3，表現銅從金屬硫因中消失，在腸細胞質液中，發生銅與高分子質量蛋白質結合的改變(Wang & Mason, 1988)。
(四)對排洩的影響
1. 膽汁
儘管在所有種類動物，膽汁被看成是銅排洩的主要途徑，但對反芻動物的試驗，通過這種途徑長時間來證實銅的排洩方面的報導僅僅只有幾篇。Gooneratne等報導，給綿羊靜脈注射TM能減少肝銅水平，並增加糞尿中的銅排洩，但從糞中排洩的銅可能來源於膽汁、唾液、胃液和腸液，或飼料中未吸收的銅。給綿羊靜脈注射TM4，能引起膽銅(和鉬)分泌急劇增加。67Cu和(99Mo)TM4的排洩方式揭示了膽銅排洩的增加，主要是來源於肝臟，但有一小部份可能是直接從血漿中的Cu-TM絡合物中轉化而來(Gooneratne et al,. 1989c,d)。Kressner等(1984)提出，血漿中的標記運行，經過肝動脈進入到肝間三聯附近(vicinity of the portal triad)的膽小管。因為當給綿羊靜脈注射67Cu或(99Mo)TM4時，膽汁中Cu與67Cu的排洩方式相似，膽汁銅排洩途徑(膽汁轉運，肝細胞轉運，肝細胞溶解)與注射TM4或標記67Cu後相同(Gooneratne et al., 1989c)。然而，在銅從長期貯藏的部位動用出來時，膽汁轉運途徑和肝細胞溶解途徑仍在活動，而肝細胞轉運途徑就停止(Gooneratne et al., 1989d)。儘管對長期貯藏部位的銅有明顯的影響，TM4也優先動用短期肝銅貯藏部位的銅。葡聚糖凝膠G-75凝膠過濾(sephadex G-75 gel filtration)揭示，膽銅(和鉬)在注入TM4後優先結合成大分子形式(Gooneratne, 1989e)，這種銅的一部份是不溶於三氯乙酸。這些結果表明，膽銅對於給予了TM的動物來說，可能是不可利用的。給予牛高鉬、硫飼料和靜脈注射TM還觀察到，膽銅以及與不溶於三氯乙酸有關的部份銅有所增加(Gooneratne, 1987a)。
2. 糞便
給予綿羊TM3，能增加糞銅排洩，而這個研究還不能確定是來自膽銅或是來自胃腸道分泌(Mason, 1988)。Gooneratne等(1989c,d)發現，給予TM4能增加糞銅排洩，這其中除了膽銅分泌增加外，要麼是來自唾液，要麼就是來自胃腸道的內源性分泌。
3. 尿
有報導，給綿羊飼餵補充鉬和硫的飼料(Marcilese et al., 1970)或給綿羊(Gooneratne et al., 1989c,d)和牛(Gooneratne et al., 1987a)靜脈注射TM4，能增加尿銅排洩，其結果與給綿羊(Mason et al., 1988)靜脈注射TM3的結果相似。
六、缺銅的生物化學及生理學
儘管缺銅在臨床癥狀上的病因學常常很複雜，而特殊𠕇的影響也還不夠清楚，但至少能肯定含銅𠕇在缺銅的生理表現上起了重要作用。
缺銅性貧血與缺鐵性貧血相仿，一般認為如像血漿銅藍蛋白活性低的結果，是由於鐵的動員和運輸發生紊亂引起的。在缺銅動物中，鐵的轉運減弱和貧血產生之前，血漿銅藍蛋白的活性大大降低。缺銅可能減少線粒體與鐵蛋白的結合，降低還原型輔𠕇Ⅰ脫氫𠕇(NADH dehydrogenase)的活性，或甚至減少亞鐵螯合𠕇(ferrochelatase)的活性(Williams et al., 1985)。最近研究顯示，缺銅會減少海恩茨氏體(Heinz body)(在紅細胞內由毒物引起的圓形體)的形成。因此，放牧性缺銅羔羊的貧血，可能部份是由於溶血所致。最近其他的研究提出，缺銅由於減弱了脾的膜細胞骨架的識別能力，就改變了紅細胞的物理性質，降低了紅細胞的耐受性。缺銅減少了過氧化物歧化𠕇，紅細胞生存時間的縮短，也就是由於過氧化物陰離子的進入破壞了過氧化作用。
有報導，缺銅動物的免疫力比銅充足動物的免疫力更弱，缺銅使羊和牛的白細胞功能有所減弱，並伴隨著低活性的過氧化物歧化𠕇。通過用過量的鉬或鐵引起缺銅的牛，其中性白細胞功能減弱最為明顯，這與含低銅飼料導致的缺銅相比較而言。這個發現有著現實意義，因為在Manittoba和British Columbia的某些牛缺銅病例，是由於過量的鉬引起的。缺銅會降低抗感染能力的證據是在實驗條件下所觀察到的，是Woolliams等為了改善放牧地，從遺傳學上選育綿羊時所觀察到的結果。Korte和Prohaska(1987)提出，缺銅動物的脾之淋巴細胞膜缺乏一種特殊的多滛，可能相當於Melcher和Uhr所鑑定出的如同在老鼠的B─細胞表面的相應於IgM重鏈。
有報導，在草場放牧引起銅缺乏的反芻動物，其關節腫大，骨脆性增加，長骨骨幹中的密質骨受損，結果增加自發生骨折的發生率。自發性的損害表現在成骨細胞的功能欠缺，如骨的沉積作用不足，但成骨細胞的活性表現正常。成骨細胞的功能是產生膠原和富含糖蛋白的基質，組成，修復有機骨基質。賴胺酸氧化𠕇是一種重要的含銅𠕇，在交叉合成組織蛋白中起作用。缺銅閹牛，其項韌帶的活動性減弱，缺銅牛的顯著特徵，由於代償性肥大使𢃼軟骨增厚，這是因為骨中膠原成熟的不足。在同樣低銅狀態下的牛，因鉬引起的缺銅在骨骼變化上比因鐵引起的缺銅，其表現更為嚴重。
酪胺酸𠕇(EC1,14,18,1)是含銅多酚氧化𠕇(polyphenol oxidase)，參與生成黑色素(pigment melanin)和多巴胺(dopamine)，這是一種合成去甲腎上線素的中間產物。由鉬引起的牛的缺銅會產生被毛褪色，而由鐵引起的缺銅被毛不褪色，即或是兩類缺銅的嚴重程度相同也是如此(Phillippo, 1987a)。酪胺酸𠕇的活性上，對TM特別敏感(Payter,1987)。
在齧齒動物的試驗中，銅狀況的改變，與碳水化合物、脂肪酸、膽固醇、尿酸和前列腺素及促性腺激素釋放激素代謝的紊亂都有密切關係，這些影響還未對反芻動物進行研究。然而，Sinnett-Smith和Woolliams(1987)報導，補充銅能增加皮下脂肪組織中的脂肪成分，這與Fields(1983)用銅處理大鼠能增加其脂肪合成的發現是一致的。
奶牛的銅反應性不孕也有報導，Phillippo等(1982a,b,1985,1987b)發現，缺銅牛的受精力，只有在由於鉬攝入過量引起的缺銅才可能降低，由於鉬的存在，而不是在低銅狀態下表現出初情期延遲，受胎率下降，發情活動混亂。相比之下，補充鉬會導致母綿羊初情期年齡提前，公綿羊的陰囊周緣增大(Robinson & Blair, 1987)，參與的機制尚不清楚，但對牛補充鉬，明顯表現出黃體化激素釋放的減少(Phillippo, 1987b)。
儘管在補充銅後能改善低血銅牛的生長率方面有大量報導，但如果是因攝入高鉬引起的缺銅，牛表現生長停滯，Phillippo(1987a)推斷，鉬對牛的生長、毛質量和色澤的影響與對肝臟和血漿銅含量的影響是相對獨力的，即使觀察到成年綿羊的生長停滯，但在羔羊中常常見不到這種情況。對綿羊的生長影響更小，這與綿羊和牛對飼料中鉬含量增加的敏感性不同密切相關。
對反芻動物做為宿主銅的狀況給胃腸道寄生蟲的影響，還了解不多，但在先天性低銅狀態的綿羊品種中寄生的奧斯特他(𠋥)線蟲(Osteragia spp.)的長度顯得更長一些(Jones, 1985)，而Hucker和Yony(1986)觀察結果，缺銅動物的線蟲感染在嚴重程度上沒有增加。在另一方面，胃腸道線蟲表現出會誘發綿羊的銅缺乏，或對存在銅缺乏的綿羊表現出缺銅加重，認為這是由於皺胃中的pH值增加而降低了飼料攝取和減少了銅的利用率或銅的吸收(Bang, 1989)。
七、銅和硫對腦脊髓灰質軟化的作用
腦脊髓灰質軟化(PEM)是一種反芻動物急性葡糖代謝紊亂疾病。其臨床特徵是：視覺喪失，精神沈鬱，共濟運動失調。給牛集中飼餵精料後可以遇到PEM，對PEM中維生素B1的作用研究表明，單純的維生素B1缺乏，會引起PEM，通過硫胺𠕇(thiaminase)作用產生的類似物會阻礙丙酮酸鹽(pyruvate)的氧化作用。飼料中補充TM還會導致閹牛維生素B1缺乏。研究者們推測，通過高硫飼料引起瘤胃低的pH值環境，致使瘤胃內細菌發生酸性猝衰(acidshock)，結果導致細菌細胞表面結合的硫胺𠕇Ⅰ(thiaminase Ⅰ)的釋放，銅與B1在水中結合形成絡合物。Ellerson和Hilker(1985)提出，這種生物之間的相互關係在大鼠中也存在，但表現極其複雜。給圍欄飼養的牛飼餵用二氧化硫處理過的高濕度的大麥，會發生PEM(Gibson et al., 1988)。最近的田間試驗顯示，給牛飼餵低銅和(或)高硫飼料，其血中維生B1含量較低，並死於PEM(Gooneratne et al., 1989f)。如果這些動物未急性發病，通過單純補充銅而不給予維生素B1，這些動物會痊癒，並提高血中維生素B1的水平。作者在對銅代謝的一個試驗中觀察到，給牛飼餵含硫0.5％和銅5mg／kg DM的飼料時，有2／8的試驗牛發生PEM。這兩組動物血中維生素B1濃度分別為14.7μg／L和23.5μg／L，基於田間試驗，40μg／L的血液維生素B1濃度，被認為是臨界濃度。
上述結果指出，PEM是牛攝食了高硫飼料引起的，硫引起PEM的機制可能包括銅、硫和維生素B1三方面的相互作用。綿羊飼料中含過量的硫，會降低維生素B1，導致神經生理異常，如傳導性減弱和(或)經腦幹聽神經應激反射(brain-stem auditory evoke response, BAER)技術測定出的聽覺神經通路的神經纖維興奮性降低(Olkowski et al.,1989a)。在BAER記錄中顯示異常的原因與耳蝸神經核和外側丘係區(the cochlear nuclei and lateral lemniscus)的病理組織學損害有關。餵予綿羊含高硫飼料，但不補充維生素B1，與涉及硫的缺銅無關的免疫功能還受到損害(Olkowski eta et al., 1989b)。此外，缺銅會加劇與硫有關的牛維生素B1缺乏(Gooneratne, 1989f)。筆者認為，在加拿大大草原的許多牧場裡，飲用了從深層輸來的含高硫水的牛群，應補充予銅，有時飼料含銅量可高達50mg／kg DM，用來防制潛在的維生素B1和銅缺乏。研究還表明，維生素B1在銅的內環境穩定方面尤其是在過量攝入銅時起著重要作用。攝入過量銅的綿羊，其維生素B1所起的作用表現在，通過尿和膽汁增加銅的排洩。
八、銅在皺胃變化中的作用
據報導，在Weatern Nebrask和Wyoming一些地區，在過去的十年間，牛的皺胃潰瘍伴隨皺胃鼓氣或新生犢牛突然死亡的發生率有所增加，統計分析顯示，在皺胃潰瘍和銅缺乏之間有極其顯著的相關關係，這表明了銅在這個綜合癥狀的發病機理上起作用。對缺銅影響的有關因素包括：(1)免疲抑制導致某些細菌如產氣莢膜桿菌(Clostriduim perfringens)的增殖。高水平硫的飼料，不但引起銅缺乏，而且還能引起瘤胃和腸滯緩，還增加某些細菌總數增殖的可能性。(2)異常的或阻抑彈性硬蛋白(elastin)和膠原(collagen)合成，導致血管系統的粘膜下組織的完整性受損。(3)細胞色素氧化𠕇及過氧化物歧化𠕇的活性降低，增加對腸上皮細胞的氧化破壞。有人提出了其可能的途徑和推測了這個病狀的發病機制(Gooneratne, 1987)，有趣的是注意到了硝酸鹽還原𠕇(nitrate reductase)是一種鉬素黃素蛋白(molybdeno-flavo protein)，高鉬水平飼料導致瘤胃內硝酸鹽濃度下降，而瘤胃內亞硝酸鹽和氨濃度升高，從而使瘤胃內pH值下降，對改變皺胃粘膜完整性的影響尚不清楚。
九、結論與展望
儘管在銅代謝方面的認識取得了一些進展，但還需要在亞細胞水平上對含銅𠕇的基本作用及影響銅利用率包括遺傳變異因素作進一步認識，對缺銅的早期病理學特徵作更清楚的描述。
銅的基本需要和用於銅代謝研究間的平衡需要詳細了解。目前，許多人面臨具有立桿見影而又受規模限制的短期開發研究項目的壓力，而這些研究已取得一些成效，但或許對改變銅代謝的病理反應的根本決定因素的認識，還需探索更可靠的依據。
在過去的十年間，最有趣的發現也許莫過於對金屬硫因(MT)以及更小程度上的血漿銅藍蛋白(Cp)、過氧化物歧化𠕇(SOD)和賴胺酸氧化𠕇這樣的含銅蛋白質的作用的確定。但對細胞內銅代謝的規律還需更確切地闡明，如此複雜的研究並非唾手可得，主要是由於不能利用具有足夠長半衰期的銅的放射性同位素。毫無疑問，穩定性同位素在此起作用，用穩定性同位素研究，能更準確地檢測含銅𠕇。還需在亞細胞水平，確定銅是如何轉運到依銅性𠕇的。
用半營養性日糧的鉬和硫含量進行大量試驗，從而尋找反芻動物對銅利用率的影響因素。有證據表明，鉬的抑制作用在高鉬含量時可能不是呈直線性的。甚至在中度含硫量也可能引起如像腦脊髓灰質軟化(PEM)的其它疾病。還認識到，鉬和硫對銅吸收的拮抗作用，相對半純日糧來說，在鮮草中的拮抗作用更大，在乾草中的拮抗作用更小。研究重新發現鐵作為銅的拮抗物，在飼料含鐵量超過500mg／kg對組織中銅含量以及依銅性𠕇活性的影響，與補充5mg／kg鉬引起的變化相同，但祇是病狀不像由鉬引起那樣。含高鐵飼料似乎不產生如像被毛顏色那樣典型的缺銅臨床癥狀，這種效應對反芻動物營養具有頭等的重要性，因為這種鐵水平在反芻動物飼料中的發現具有代表性，特別是在被泥土污染的情況下。
最近的研究顯示，銅能增強前列腺素E2(PGE2 )的活性，能刺激丘腦下部組織釋放促性腺激素釋放激素。而過量的鉬而不是鐵引起的缺銅，會降低牛的受精力(可能是通過黃體化激素的釋放來調節)，有關銅對牛繁殖和受精力的可能影響方面提出了許多問題。其它的基本微量元素如鋅還干擾銅代謝。關於反芻動物銅營養的認識方面，這些問題都不應被忽視。
此外，關於礦物質與維生素間的相互影響問題仍未解決，這些就給從事此領域的研究者提出了挑戰。已經揭示，含高硫飼料能引起反芻動物維生素B1缺乏(PEM)，補充銅能減輕這種癥狀。對多元的礦物質和維生素之間的相互影響的研究，能解決銅代謝認識方面的某些分歧，這是研究中最重要的方面。因為在現實生活情況下，家畜經常受到在礦物質和(或)維生素代謝方面的各種損害，現在用多道分光光度檢測儀(multi-channel spectrophtometric detectors)和計算機化數據檢測(computerized date acquisition)來進行這些研究，才是當前面臨的現實。
關於反芻動物種與種之間所推斷的論據，在目前還保留其合理性。一些綿羊的研究表明了吸收銅的遺傳因素，這可能與反芻動物硫化物代謝不同和(或)膽汁銅分泌的變化有關。
對海藻研究表明，TM對治療和預防銅過量綜合癥，包括人的威爾遜氏病(Wilson's disease)(進行性豆狀核變性)具有很大的潛力。特別是最近發現的，在測試的幾種銅螯合物中TM是通過膽汁大大地增加銅排洩的唯一動因。因此，在推荐以這種方式使用TM之前，需對TM之前，需對TM實施進一步深入研究，尤其對發育中的骨骼，造血系統，腸上皮細胞和胎兒的病理影響。
最後，儘管關於反芻動物和其它種類動物銅代謝的現有知識似乎已經不少，但尚未解決的問題還相當多。所以，對此領域的繼續深入研究無論怎麼要求都不過份。
(參考文獻二百二十一篇從略，本文業經原作者同意授權翻譯和發表，譯自"Canadian Journal of Animal Science",Vol. 69：819-845)
飼料營養雜誌(p.84∼99)─戴卓見．九五年第七期
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