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全方位营养理论创始人Cliff Adams:畜禽肠道健康的影响因素

日期:2020-09-24   来源:建明中国       内容举报

Dr. Clifford A. Adams

ANOZENE Nutritional Sciences,

比利时安特卫普

  畜禽肠道健康的影响因素

  ✔️维持良好的肠道健康将是减少抗生素使用的重要因素

  ✔️畜禽肠道健康带来的经济效益和动物福利,效果非常明显

  肠道健康对于动物和人类的健康和福祉至关重要。生产性能下降、畜禽死亡率增加、动物福利减少,以及家禽和猪产品的污染风险增加,这些对家禽和养猪业来说,是特别重要的问题。因此,维持良好的肠道健康是现代动物生产中的主要挑战。

  行业普遍认为,动物生产中使用的约70%-80%的治疗性抗生素被用于治疗肠道疾病。良好的肠道健康对动物可持续生产至关重要,它是决定动物性能的重要因素,包括生长性能、肉蛋奶产量和品质。肠道健康的主要组成内容是:有效的胃肠道结构和功能,营养,及健康和稳定的微生物群落(Celi等,2017)。

  此外,维持良好的肠道健康将是减少抗生素使用的重要因素。畜禽肠道健康带来的经济效益和动物福利,效果非常明显。

  在养殖动物中,肠道的良好健康状态对于采食量和营养物质的有效消化与吸收至关重要。这反过来将导致为人类生产低成本,安全和高质量的食物。

  肠道是动物体内表面积最大的器官组织,并且与环境持续相互作用。胃肠道健康由几个因素决定:

  1.肠道结构:粘膜屏障功能,免疫系统,炎症等

  2.营养:优质安全饲料,饲料成分,病原体,毒素

  3.微生物群:肠道中菌群平衡全方位营养理论创始人Cliff Adams:畜禽肠道健康的影响因素

 

  肠道粘膜屏障

 

  肠道细胞是身体防御饲料或水中致病生物和毒素的最后一条防线。饲料成分以及毒素和微生物经常有可能损害肠道结构。这将导致各种肠道疾病问题,例如仔猪腹泻。在家禽中,球虫病、坏死性肠炎和小肠炎及死亡综合征是最为普遍的肠道疾病。总的来说,这些表现为家禽的营养物质的吸收不良,腹泻和湿垫料,生长性能不好,以及死亡率增加。

  肠道粘膜屏障主要由结构屏障和化学屏障组成。结构屏障由上皮细胞和连接复合物形成——由紧密连接组成,其在营养物、电解质和水的吸收中起重要作用。

  上皮是单细胞层,其形成了肠道小肠和大肠(结肠)表面的里层,它由简单的柱状上皮细胞组成。它有两个主要功能:吸收营养物质进入体内,限制病原体和毒素等有害物质的进入。肠道上皮形成的肠粘膜结构屏障的重要组分,是保护肠道健康的一部分。

  一个肉鸡产气荚膜梭菌引起的坏死性肠炎感染的试验模型,说明了上皮的重要性。肉鸡试验组饲喂每吨饲料含有5mg呕吐毒素的日粮,与普通日粮相比,试验组更容易发生坏死性肠炎病变(Antonissen等,2014)。在这种情况下,呕吐毒素通过破坏肠粘膜结构作为诱发因素,导致营养物质泄漏到肠腔中,并因此为产气荚膜梭菌的广泛增殖提供必要的生长基。

  化学屏障是粘液层,其覆盖了肠道的整个肠腔表面。粘液层主要由大分子量的糖蛋白、粘蛋白组成。它特别富含氨基酸,苏氨酸,丝氨酸和脯氨酸,碳水化合物部分由半乳糖、岩藻糖、N-乙酰葡糖胺,N-乙酰半乳糖胺和唾液酸构成(Lien等,2001)。在健康的动物中,粘液层处于动态平衡状态。来自肠腔壁的粘液损失,会通过分布在上皮细胞中的称为“杯状细胞”的特化分化细胞来合成和分泌进行补偿(Montagne等,2004)。

  粘液与碳酸氢盐共同产生一层扩散的屏障,保护肠道的上皮免受在剧烈的消化过程和腐蚀性胃液的损伤影响,从而防止大分子化合物如蛋白酶到达上皮细胞。粘液可捕获毒素和细菌,防止机体感染。它还在消化过程中,创建消化区,在消化过程中发挥重要作用。其中,消化酶被固定在上皮表面附近,防止它们利用蠕动快速通过肠道,并将它们置于更有利的消化位置(Lien等,2001)。

  如断奶仔猪中经常看到的采食量减少可能会导致粘液产生的减少,这可能增加他们对肠道疾病的易感性。膳食纤维也对粘液的产生有影响,在喂食含有非可溶性纤维日粮的动物中,粘液分泌更多。用一些不溶性纤维充足的日粮,对于保持良好水平的粘液合成是至关重要的。这反过来会带来动物良好的肠道健康。

  增加粘蛋白合成的日粮策略可能有益于防止病原体侵袭,对于保护和维持肠道结构的完整性将非常有意义。然而,增加的粘蛋白合成也会增加对氨基酸特别是苏氨酸和能量的维持需求。这会降低这些营养素在动物生长和实际生产中的有效性。

  在动物健康方面,粘液层和肠道中细菌之间的相互作用是非常重要的。许多共生菌和致病菌粘都会附于粘液层中的碳水化合物里。共生菌的定植会影响致病菌的繁殖。这是粘液层对致病菌的定植抗性作用,也是一种保健效果。

  免疫系统和炎症

  肠道功能的另一个领域,还包括其作为免疫系统的主要部位——肠相关淋巴组织(GALT)的状况有关。肠淋巴组织比全身免疫反应具有更复杂的功能,在处理动物体内不断面临的病原体方面非常有效,同时激活和维持免疫因子,并提高共生菌的免疫耐受。这就需要有效的肠道免疫系统,来让动物更迅速应对环境的挑战。

  免疫系统的一个重要的特征是,先天免疫系统会对各种致病菌挑战,产生产生炎症反应。处理肠道炎症是一种特别微妙的平衡,因为正常的生理炎症,即为共生肠道微生物的耐受性与对病原体入侵的反应性之间的平衡。当这种平衡被打破时,就可能发生急性炎症反应,称为病理性炎症,这种情况下导致动物生长速度减慢。因此,维持正常的生理炎症和限制其他炎症的诱发,是肠道健康的重要内容之一。

  现代动物生产的一些特征,例如采食过多和营养过剩,都是会诱发动物换上慢性炎症的诱发因素。这些可以通过最小营养日粮控制,包括使用酶,霉菌毒素吸附剂和抗氧化剂(Kogut等,2018)来解决。

  早期断奶应激也会导致用大肠杆菌攻击仔猪的肠道粘膜,致使仔猪的先天免疫应答降低。这种关键免疫功能的破坏,将导致动物肠道屏障的严重损伤(McLamb等,2013)。

  免疫抑制是动物面临的另一个挑战。人们普遍认为一些霉菌毒素可引起免疫抑制。饲料中霉菌毒素的存在,会抑制有效的免疫反应,使动物更容易受到病原体的感染(Murugesan等,2015)。

  营养

  饲料的使用是生活中的一个悖论。很明显,饲料对于维持动物的生命和生长至关重要;但是饲料也是向动物输送毒素和致病微生物的主要途径。因此饲料原料和成品饲料在高质量的营养成分,并且没有致病微生物和毒素污染是极其重要的。

  饲料中的有害成分,来源广泛,且化学成分各异。其包括霉菌和霉菌的二次产物,真菌毒素,细菌污染,有些植物种子,有毒化合物,重金属,二噁英和农药等环境化学污染物。饲料中的脂肪必须稳定且不会被氧化。

  饲料中这些有害物质的存在,必然会对肠道健康产生负面影响。肉鸡饲料中大量的小麦、大麦和黑麦会因存在各种非淀粉多糖(β-葡聚糖和木聚糖)而导致湿垫料问题,这些非淀粉多糖也会引起肉鸡的消化不良。如今,通过使用诸如各种β-葡聚糖酶和木聚糖酶的复合酶,已经在很大程度上解决了这个问题。

  大豆含有大量强效胰蛋白酶抑制剂。因此,在生产过程中加热或烘烤豆粕,会使胰蛋白酶抑制剂变性。这是一个微妙的过程,因为不充分的烘烤会在产品中留下活性胰蛋白酶抑制剂,而过度烘烤会降低豆粕的蛋白质消化率。

  使用劣质或氧化的脂肪会导致动物肠道健康问题。脂肪和油的质量在生产高质量饲料时非常重要。

  来自饲料的摄入营养素对动物肠道的发育和功能发挥,也起着重要作用。饲料成分的营养成分会影响消化系统的发育和功能,其中包括了免疫系统和微生物群(Fouhse等,2016)。

  某些营养素如各种脂肪酸、氨基酸、噬菌体、益生元和益生菌,可对动物的肠道健康产生有益作用,并可减轻肠道病原体引起的损害。这将减少使药物来控制肠道感染。

  此外,良好的肠道健康一般会提高动物的生产性能,提高机体免疫,因此肠道的营养素添加,可以作为替代抗生素的策略的一部分。

  微生物

  微生物群在肠道健康中具有一些重要功能(Shang等,2018)。它可以通过附着在上皮壁中的粘液层,形成肠道保护屏障。许多共生菌和致病菌粘附于粘液层中的复合碳水化合物里。其中共生细菌的定植,会防止病原体的扩展繁殖。这是肠道粘液层的定植抗性或保健作用。

  微生物群中的细菌会产生多种不同的化合物,包括维生素(维生素K和B族维生素),挥发性脂肪酸(乙酸、丁酸和丙酸),有机酸(乳酸)和抗菌化合物(细菌素)。微生物群为动物提供了保护和营养。

  挥发性脂肪酸和乳酸也具有高效的抗菌活性,特别是对抗革兰氏阴性病原体如大肠杆菌和沙门氏菌非常有效。因此,在大肠中如果拥有产生这些酸良好环境,可能在保持动物健康具有优势。

  由微生物群产生的几种代谢物,也会刺激胃肠道中的神经内分泌细胞,因此,微生物群对肠道功能的内分泌调节中起着重要作用。

  肠道微生物群可以促进饲料的最佳消化和吸收,调节能量代谢,预防粘膜感染,调节免疫系统,助于调节宿主体内菌群平衡。

  反之,如果微生物群失衡,就会出现生态失调的情况。微生物群中的生态失调,会导致细菌病原体,如猪禽中的沙门氏菌和家禽中的弯曲杆菌的生长,导致人类食品的污染。在家禽中,菌群失调也表现出肠屏障渗漏和肠道炎症。自2006年欧盟禁止动物饲料中的促生长用抗生素(AGP)以来,这些问题已成为变得更为显著。

  仔猪断奶后腹泻,也是菌群失调的另一个重要例子,目前有很多营养策略来解决这种菌群失调,用以提高仔猪断奶后的生长性能。包括使用低蛋白日粮,使用益生元、益生菌和有机酸等,这些对肠道健康都具有积极影响(Heo等人,2013)。

  微生物群也具有潜在的健康风险。因为它含有抗生素耐药性基因,例如,在使用药物和不使用药物的猪群里,发现了许多抗生素的耐药性基因(ARG)(Looft等,2014),包括检测到213种不同的耐药性基因。

  在所有物种中都发现了抗生素耐药性基因。在一项关于肉鸡微生物群的研究中,发现了针对杆菌肽、四环素和万古霉素的抗生素耐药性基因(Sergeant等,2014)。在肉牛中,发现了约204种与抗生素耐药性相关的基因(Auffret等,2017)。

  调节好微生物群另一个挑战是减少因耐药性所致的动物发病率。在喂养牧草或精饲料的肉牛中,两组都有抗生素耐药性基因(Auffret等,2017)。然而,这些基因的多样性和丰富性,在饲料饲养的动物中,比在放牧喂养的动物中更高。这表明营养策略可能是一种减少AGR丰度的潜在方法。

  动物的营养是控制微生物群组成和代谢活动的重要因素(Bauer等,2006)。因为细菌物种的底物偏好和生长要求不同,因此底物的化学组成和结构,在很大程度上决定了微生物群中细菌群落分布。因此,微生物群的性质和代谢功能,很大程度上受到饲料复杂成分的影响。

  可发酵的碳水化合物最有可能起到促进有益菌增殖的作用。碳水化合物发酵产生了挥发性脂肪酸(Fouhse等,2016),起到促进动物健康的作用。另一方面,蛋白质的发酵也通常与潜在病原体繁殖相关,导致产生包括氨和胺等有害物质。

  在现代动物生产中,饲料会根据动物的需要进行配置。同理,现在微生物群也需要根据其特性进行营养的配置管理,因为这是对维持动物健康和避免宿主发生基本最重要的方法。因此,我们未来的研究需要针对微生物群和靶宿主,设计合适的饲养策略(Adams和Gutierrez,2018),需要设计营养策略,为机体提供营养,同时为微生物群提供足够的营养。

  结论

  在动物生长和发育的所有阶段,最佳功能的肠道状态对于动物的整体代谢、生理学、疾病状态和表现显然是重要的。最近肠道健康的内容,引起了很多关注。有益微生物群和紧密肠道屏障的适当平衡,保护了动物免受病原体和毒素的侵害。

  此外,世界范围内减少动物生产中抗生素使用的趋势,也将人们的注意力集中在了肠道健康的管理上。需要正常、稳定和多样化的微生物群,以及完整且有效的肠道屏障,以维持食品动物最佳的肠道健康和功能。

  现在需要将现代营养用于饲养微生物群以及动物宿主。

  作者简介

全方位营养理论创始人Cliff Adams:畜禽肠道健康的影响因素

Dr. Clifford Adams

全方位营养理论创始人

  Dr. Clifford博士是全球著名的动物营养学家,全方位营养理论的创始人。

  现在他是ANOZENE ASSOCIATES动物营养顾问公司总监,负责研究和撰写人类和动物营养策略,尤其包括比利时的动物营养与健康。1982年至2007年,他在建明工作,担任建明欧洲的营养服务总监。

  2001年他提出了营养素和营养调节素的概念,总结出全方位营养理念,出版了业界著名的三本书:

  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).

 

  其中第二本为《全方位营养》、第三本《动物健康营养指南》已经由中国农业出版社出版了中文版。

 

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