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    全方位營養理論創始人Cliff Adams:畜禽腸道健康的影響因素

    日期:2020-09-24   來源:建明中國|0       舉報

    Dr. Clifford A. Adams

    ANOZENE Nutritional Sciences,

    比利時安特衛普

      畜禽腸道健康的影響因素

      ✔️維持良好的腸道健康將是減少抗生素使用的重要因素

      ✔️畜禽腸道健康帶來的經濟效益和動物福利,效果非常明顯

      腸道健康對于動物和人類的健康和福祉至關重要。生產性能下降、畜禽死亡率增加、動物福利減少,以及家禽和豬產品的污染風險增加,這些對家禽和養豬業來說,是特別重要的問題。因此,維持良好的腸道健康是現代動物生產中的主要挑戰。

      行業普遍認為,動物生產中使用的約70%-80%的治療性抗生素被用于治療腸道疾病。良好的腸道健康對動物可持續生產至關重要,它是決定動物性能的重要因素,包括生長性能、肉蛋奶產量和品質。腸道健康的主要組成內容是:有效的胃腸道結構和功能,營養,及健康和穩定的微生物群落(Celi等,2017)。

      此外,維持良好的腸道健康將是減少抗生素使用的重要因素。畜禽腸道健康帶來的經濟效益和動物福利,效果非常明顯。

      在養殖動物中,腸道的良好健康狀態對于采食量和營養物質的有效消化與吸收至關重要。這反過來將導致為人類生產低成本,安全和高質量的食物。

      腸道是動物體內表面積最大的器官組織,并且與環境持續相互作用。胃腸道健康由幾個因素決定:

      1.腸道結構:粘膜屏障功能,免疫系統,炎癥等

      2.營養:優質安全飼料,飼料成分,病原體,毒素

      3.微生物群:腸道中菌群平衡全方位營養理論創始人Cliff Adams:畜禽腸道健康的影響因素

     

      腸道粘膜屏障

     

      腸道細胞是身體防御飼料或水中致病生物和毒素的最后一條防線。飼料成分以及毒素和微生物經常有可能損害腸道結構。這將導致各種腸道疾病問題,例如仔豬腹瀉。在家禽中,球蟲病、壞死性腸炎和小腸炎及死亡綜合征是最為普遍的腸道疾病。總的來說,這些表現為家禽的營養物質的吸收不良,腹瀉和濕墊料,生長性能不好,以及死亡率增加。

      腸道粘膜屏障主要由結構屏障和化學屏障組成。結構屏障由上皮細胞和連接復合物形成——由緊密連接組成,其在營養物、電解質和水的吸收中起重要作用。

      上皮是單細胞層,其形成了腸道小腸和大腸(結腸)表面的里層,它由簡單的柱狀上皮細胞組成。它有兩個主要功能:吸收營養物質進入體內,限制病原體和毒素等有害物質的進入。腸道上皮形成的腸粘膜結構屏障的重要組分,是保護腸道健康的一部分。

      一個肉雞產氣莢膜梭菌引起的壞死性腸炎感染的試驗模型,說明了上皮的重要性。肉雞試驗組飼喂每噸飼料含有5mg嘔吐毒素的日糧,與普通日糧相比,試驗組更容易發生壞死性腸炎病變(Antonissen等,2014)。在這種情況下,嘔吐毒素通過破壞腸粘膜結構作為誘發因素,導致營養物質泄漏到腸腔中,并因此為產氣莢膜梭菌的廣泛增殖提供必要的生長基。

      化學屏障是粘液層,其覆蓋了腸道的整個腸腔表面。粘液層主要由大分子量的糖蛋白、粘蛋白組成。它特別富含氨基酸,蘇氨酸,絲氨酸和脯氨酸,碳水化合物部分由半乳糖、巖藻糖、N-乙酰葡糖胺,N-乙酰半乳糖胺和唾液酸構成(Lien等,2001)。在健康的動物中,粘液層處于動態平衡狀態。來自腸腔壁的粘液損失,會通過分布在上皮細胞中的稱為“杯狀細胞”的特化分化細胞來合成和分泌進行補償(Montagne等,2004)。

      粘液與碳酸氫鹽共同產生一層擴散的屏障,保護腸道的上皮免受在劇烈的消化過程和腐蝕性胃液的損傷影響,從而防止大分子化合物如蛋白酶到達上皮細胞。粘液可捕獲毒素和細菌,防止機體感染。它還在消化過程中,創建消化區,在消化過程中發揮重要作用。其中,消化酶被固定在上皮表面附近,防止它們利用蠕動快速通過腸道,并將它們置于更有利的消化位置(Lien等,2001)。

      如斷奶仔豬中經常看到的采食量減少可能會導致粘液產生的減少,這可能增加他們對腸道疾病的易感性。膳食纖維也對粘液的產生有影響,在喂食含有非可溶性纖維日糧的動物中,粘液分泌更多。用一些不溶性纖維充足的日糧,對于保持良好水平的粘液合成是至關重要的。這反過來會帶來動物良好的腸道健康。

      增加粘蛋白合成的日糧策略可能有益于防止病原體侵襲,對于保護和維持腸道結構的完整性將非常有意義。然而,增加的粘蛋白合成也會增加對氨基酸特別是蘇氨酸和能量的維持需求。這會降低這些營養素在動物生長和實際生產中的有效性。

      在動物健康方面,粘液層和腸道中細菌之間的相互作用是非常重要的。許多共生菌和致病菌粘都會附于粘液層中的碳水化合物里。共生菌的定植會影響致病菌的繁殖。這是粘液層對致病菌的定植抗性作用,也是一種保健效果。

      免疫系統和炎癥

      腸道功能的另一個領域,還包括其作為免疫系統的主要部位——腸相關淋巴組織(GALT)的狀況有關。腸淋巴組織比全身免疫反應具有更復雜的功能,在處理動物體內不斷面臨的病原體方面非常有效,同時激活和維持免疫因子,并提高共生菌的免疫耐受。這就需要有效的腸道免疫系統,來讓動物更迅速應對環境的挑戰。

      免疫系統的一個重要的特征是,先天免疫系統會對各種致病菌挑戰,產生產生炎癥反應。處理腸道炎癥是一種特別微妙的平衡,因為正常的生理炎癥,即為共生腸道微生物的耐受性與對病原體入侵的反應性之間的平衡。當這種平衡被打破時,就可能發生急性炎癥反應,稱為病理性炎癥,這種情況下導致動物生長速度減慢。因此,維持正常的生理炎癥和限制其他炎癥的誘發,是腸道健康的重要內容之一。

      現代動物生產的一些特征,例如采食過多和營養過剩,都是會誘發動物換上慢性炎癥的誘發因素。這些可以通過最小營養日糧控制,包括使用酶,霉菌毒素吸附劑和抗氧化劑(Kogut等,2018)來解決。

      早期斷奶應激也會導致用大腸桿菌攻擊仔豬的腸道粘膜,致使仔豬的先天免疫應答降低。這種關鍵免疫功能的破壞,將導致動物腸道屏障的嚴重損傷(McLamb等,2013)。

      免疫抑制是動物面臨的另一個挑戰。人們普遍認為一些霉菌毒素可引起免疫抑制。飼料中霉菌毒素的存在,會抑制有效的免疫反應,使動物更容易受到病原體的感染(Murugesan等,2015)。

      營養

      飼料的使用是生活中的一個悖論。很明顯,飼料對于維持動物的生命和生長至關重要;但是飼料也是向動物輸送毒素和致病微生物的主要途徑。因此飼料原料和成品飼料在高質量的營養成分,并且沒有致病微生物和毒素污染是極其重要的。

      飼料中的有害成分,來源廣泛,且化學成分各異。其包括霉菌和霉菌的二次產物,真菌毒素,細菌污染,有些植物種子,有毒化合物,重金屬,二噁英和農藥等環境化學污染物。飼料中的脂肪必須穩定且不會被氧化。

      飼料中這些有害物質的存在,必然會對腸道健康產生負面影響。肉雞飼料中大量的小麥、大麥和黑麥會因存在各種非淀粉多糖(β-葡聚糖和木聚糖)而導致濕墊料問題,這些非淀粉多糖也會引起肉雞的消化不良。如今,通過使用諸如各種β-葡聚糖酶和木聚糖酶的復合酶,已經在很大程度上解決了這個問題。

      大豆含有大量強效胰蛋白酶抑制劑。因此,在生產過程中加熱或烘烤豆粕,會使胰蛋白酶抑制劑變性。這是一個微妙的過程,因為不充分的烘烤會在產品中留下活性胰蛋白酶抑制劑,而過度烘烤會降低豆粕的蛋白質消化率。

      使用劣質或氧化的脂肪會導致動物腸道健康問題。脂肪和油的質量在生產高質量飼料時非常重要。

      來自飼料的攝入營養素對動物腸道的發育和功能發揮,也起著重要作用。飼料成分的營養成分會影響消化系統的發育和功能,其中包括了免疫系統和微生物群(Fouhse等,2016)。

      某些營養素如各種脂肪酸、氨基酸、噬菌體、益生元和益生菌,可對動物的腸道健康產生有益作用,并可減輕腸道病原體引起的損害。這將減少使藥物來控制腸道感染。

      此外,良好的腸道健康一般會提高動物的生產性能,提高機體免疫,因此腸道的營養素添加,可以作為替代抗生素的策略的一部分。

      微生物

      微生物群在腸道健康中具有一些重要功能(Shang等,2018)。它可以通過附著在上皮壁中的粘液層,形成腸道保護屏障。許多共生菌和致病菌粘附于粘液層中的復合碳水化合物里。其中共生細菌的定植,會防止病原體的擴展繁殖。這是腸道粘液層的定植抗性或保健作用。

      微生物群中的細菌會產生多種不同的化合物,包括維生素(維生素K和B族維生素),揮發性脂肪酸(乙酸、丁酸和丙酸),有機酸(乳酸)和抗菌化合物(細菌素)。微生物群為動物提供了保護和營養。

      揮發性脂肪酸和乳酸也具有高效的抗菌活性,特別是對抗革蘭氏陰性病原體如大腸桿菌和沙門氏菌非常有效。因此,在大腸中如果擁有產生這些酸良好環境,可能在保持動物健康具有優勢。

      由微生物群產生的幾種代謝物,也會刺激胃腸道中的神經內分泌細胞,因此,微生物群對腸道功能的內分泌調節中起著重要作用。

      腸道微生物群可以促進飼料的最佳消化和吸收,調節能量代謝,預防粘膜感染,調節免疫系統,助于調節宿主體內菌群平衡。

      反之,如果微生物群失衡,就會出現生態失調的情況。微生物群中的生態失調,會導致細菌病原體,如豬禽中的沙門氏菌和家禽中的彎曲桿菌的生長,導致人類食品的污染。在家禽中,菌群失調也表現出腸屏障滲漏和腸道炎癥。自2006年歐盟禁止動物飼料中的促生長用抗生素(AGP)以來,這些問題已成為變得更為顯著。

      仔豬斷奶后腹瀉,也是菌群失調的另一個重要例子,目前有很多營養策略來解決這種菌群失調,用以提高仔豬斷奶后的生長性能。包括使用低蛋白日糧,使用益生元、益生菌和有機酸等,這些對腸道健康都具有積極影響(Heo等人,2013)。

      微生物群也具有潛在的健康風險。因為它含有抗生素耐藥性基因,例如,在使用藥物和不使用藥物的豬群里,發現了許多抗生素的耐藥性基因(ARG)(Looft等,2014),包括檢測到213種不同的耐藥性基因。

      在所有物種中都發現了抗生素耐藥性基因。在一項關于肉雞微生物群的研究中,發現了針對桿菌肽、四環素和萬古霉素的抗生素耐藥性基因(Sergeant等,2014)。在肉牛中,發現了約204種與抗生素耐藥性相關的基因(Auffret等,2017)。

      調節好微生物群另一個挑戰是減少因耐藥性所致的動物發病率。在喂養牧草或精飼料的肉牛中,兩組都有抗生素耐藥性基因(Auffret等,2017)。然而,這些基因的多樣性和豐富性,在飼料飼養的動物中,比在放牧喂養的動物中更高。這表明營養策略可能是一種減少AGR豐度的潛在方法。

      動物的營養是控制微生物群組成和代謝活動的重要因素(Bauer等,2006)。因為細菌物種的底物偏好和生長要求不同,因此底物的化學組成和結構,在很大程度上決定了微生物群中細菌群落分布。因此,微生物群的性質和代謝功能,很大程度上受到飼料復雜成分的影響。

      可發酵的碳水化合物最有可能起到促進有益菌增殖的作用。碳水化合物發酵產生了揮發性脂肪酸(Fouhse等,2016),起到促進動物健康的作用。另一方面,蛋白質的發酵也通常與潛在病原體繁殖相關,導致產生包括氨和胺等有害物質。

      在現代動物生產中,飼料會根據動物的需要進行配置。同理,現在微生物群也需要根據其特性進行營養的配置管理,因為這是對維持動物健康和避免宿主發生基本最重要的方法。因此,我們未來的研究需要針對微生物群和靶宿主,設計合適的飼養策略(Adams和Gutierrez,2018),需要設計營養策略,為機體提供營養,同時為微生物群提供足夠的營養。

      結論

      在動物生長和發育的所有階段,最佳功能的腸道狀態對于動物的整體代謝、生理學、疾病狀態和表現顯然是重要的。最近腸道健康的內容,引起了很多關注。有益微生物群和緊密腸道屏障的適當平衡,保護了動物免受病原體和毒素的侵害。

      此外,世界范圍內減少動物生產中抗生素使用的趨勢,也將人們的注意力集中在了腸道健康的管理上。需要正常、穩定和多樣化的微生物群,以及完整且有效的腸道屏障,以維持食品動物最佳的腸道健康和功能。

      現在需要將現代營養用于飼養微生物群以及動物宿主。

      作者簡介

     

    Dr. Clifford Adams

    全方位營養理論創始人

      Dr. Clifford博士是全球著名的動物營養學家,全方位營養理論的創始人。

      現在他是ANOZENE ASSOCIATES動物營養顧問公司總監,負責研究和撰寫人類和動物營養策略,尤其包括比利時的動物營養與健康。1982年至2007年,他在建明工作,擔任建明歐洲的營養服務總監。

      2001年他提出了營養素和營養調節素的概念,總結出全方位營養理念,出版了業界著名的三本書:

      NUTRICINES Food Components in Health andNutrition. (1999).

      TOTAL NUTRITION Feeding Animals forHealth and Growth. (2002).

      NUTRITION-BASED HEALTH Nutricines andNutrients, Health Maintenance and Disease Avoidance in Animals. (2007).

     

      其中第二本為《全方位營養》、第三本《動物健康營養指南》已經由中國農業出版社出版了中文版。

     

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