談高劑量氧化鋅降低斷奶后仔豬腹瀉的作用機制

　

　　馮自科 馬學會 Hanne D. Poulsen

　　在現代養豬生產中，為發揮母豬最佳生產性能、減少仔豬疾病感染幾率并提高仔豬生產性能，常采用早期隔離斷奶（segregated early weaning，SEW）技術。早期斷奶仔豬的消化系統尚未發育完善，難以承受由液體母乳向谷物性固體飼料變換帶來的營養應激；仔豬與母畜驟然分離引起的心理應激；以及重新建群和等級地位確定過程中仔豬個體之間的爭斗引起的環境應激（Spencer等，1989）。營養、心理和環境三重應激不可避免地增加斷奶后仔豬對環境中潛在病原微生物的敏感性，導致斷奶后仔豬腹瀉（post weaning diarrhea，PWD）。斷奶后仔豬腹瀉往往伴隨仔豬生長的停滯，情況嚴重時產生僵豬，甚至造成仔豬死亡，對養豬生產造成重大經濟損失。

　　斷奶后仔豬腹瀉是仔豬生產中亟待解決的重大課題。國內外的科研人員通過各種途徑嘗試解決此問題，但迄今為止，無論是在理論上還是在實踐方面都沒有取得突破性進展。丹麥Poulsen（1989）首次報道，在斷奶仔豬的飼料中添加3 000 mg/kg氧化鋅可以降低斷奶后仔豬腹瀉發生率，改善仔豬的生產性能。因此，人們開始就高劑量氧化鋅對治療早期斷奶仔豬腹瀉開展了研究。

　　1 斷奶后仔豬腹瀉

　　1.1 生理性腹瀉

　　仔豬在幼齡斷奶期間，面臨來自營養、心理和環境3個方面的應激，其中營養應激最為嚴重，不僅造成了斷奶后短期內仔豬嚴重的營養不良，而且還會影響到仔豬的內分泌系統、免疫系統和行為狀態等，同時也會造成仔豬腸道酶系活性和吸收功能的降低。在應激狀態下，斷奶仔豬分泌過量的糖皮質激素，導致正常生理代謝紊亂，胃腸道粘膜功能降低，微生物區系發生變化，引起腹瀉。

　　1.2 病理性腹瀉

　　仔豬因腸道尚未建立穩定的微生態系統和免疫系統，自身抵抗力較低，對外界刺激敏感，易受各種病原微生物的侵襲而導致病理性腹瀉。其中，大腸桿菌和輪狀病毒是最常見的病原微生物，次者為沙門氏菌、志賀氏菌等。

　　1.3 過敏理論

　　仔豬斷奶后腹瀉的發生機制復雜，由Miller等（1984）提出的斷奶仔豬腹瀉“過敏理論”經過補充完善后已得到國內外共識。其作用模式為：過敏-腸道損傷-養分消化下降-腹瀉，最終導致病原菌的過量定植。抗原物質進入斷奶仔豬腸道引起免疫反應，仔豬腸道受損，絨毛縮短，隱窩增生，消化酶活性下降，腸道吸收功能降低，導致消化不良和腹瀉，腸道正常菌群發生很大變化，從而為某些致病性大腸桿菌的增殖、固著和毒素產生創造了條件。未被消化的蛋白質或未被吸收的氨基酸進入大腸后，會改變腸道內微生物菌群。腸道微生物以大腸桿菌等蛋白質水解菌為主，這些細菌能分解蛋白質，釋放出尸胺、腐胺、酪胺和組胺等毒素，這些毒素會刺激腸壁，引起腸損傷和消化功能紊亂。組胺進入血液后，會誘使腸道組織水腫，也會引起消化吸收功能紊亂，組胺過高會引起“組胺休克”，導致仔豬突然死亡（李德發，2003）。

　　2 高劑量氧化鋅作用機制

　　高劑量氧化鋅日糧對斷奶仔豬降低腹瀉的效果已經得到學者的公認，但對其作用機制目前還無統一結論，總結起來，對高劑量氧化鋅大體有3種認識：①對腸道微生物的殺滅作用；②對斷奶仔豬階段性鋅缺乏的改善；③不甚明晰的藥理學作用。

　　2.1 對斷奶仔豬腸道微生物的殺滅作用

　　由于日糧中的高鋅可以表現出與抗生素相類似的促生長和抗腹瀉效果（Jensen，1998），所以有關斷奶仔豬日糧中2 500~3 000mg/kg氧化鋅的作用效果往往被歸結于高鋅對腸道微生物菌群的影響。然而到目前為止，尚無充分的數據和依據可以證明鋅在仔豬腸道中的抗菌效果。

　　Jensen-Waern等（1998）和Katouli等（1999）研究了在日糧中添加2 400~2 500mg/kg氧化鋅對35日齡斷奶仔豬腸道微生態的影響。研究發現，盡管高鋅日糧改善了斷奶仔豬的生產性能，但在4周的試驗期內沒有發現高鋅組與對照組斷奶仔豬糞便中產腸毒素大腸桿菌（E. coli）和腸道球菌（Enterococci）有何差異。同樣，Li等（2001）也未發現日糧中添加3 000mg/kg氧化鋅對3周齡仔豬斷奶后2~11d回腸和糞便中產腸毒素大腸桿菌（Enterobacteriaceae）、梭菌（Closteridia）和乳酸菌（Lactobacilli）的數量造成影響。然而，Katouli等（1999）研究表明，2 500mg/kg劑量的氧化鋅對維持腸道菌群平衡和保持大腸中菌落的密殖有一定益處。此外，一些研究發現，無論日糧中添加抗生素與否，高鋅均表現出相同的促生長效果（Mavromichalis等，2001；Hill等，2001）。

　　Zhang等（1995）用接種豬痢疾螺旋體（S. hyodysenteriae）的小鼠作為研究模型，發現日糧中添加6 000mg/kg鋅可以顯著降低豬痢疾螺旋體的排出率；同時，組織學檢查發現，與對照組相比，飼喂高鋅日糧顯著改善了小鼠的回腸損傷。盡管高鋅可以降低豬痢疾螺旋體的數量，但也發現如此高劑量的鋅（6 000mg/kg）對小鼠的生長造成了不良影響，這表明6 000mg/kg水平的鋅對小鼠是有害的（Zhang等，1995）。因此，Zhang等（1995）指出，問題的關鍵在于是否降低鋅的添加水平后仍然可以降低豬痢疾螺旋體的數量。Mores等（1998）進行了一個相似的試驗，給斷奶仔豬接種大腸桿菌，結果發現，飼喂2 400mg/kg鋅的斷奶仔豬并未表現腹瀉征兆；相反，未飼喂高鋅的仔豬卻發生嚴重的腹瀉。盡管如此，研究人員并沒有發現上述兩組斷奶仔豬糞便中的大腸桿菌（E. coli）在數量上存在差異。這一結果表明，高劑量的鋅可能增強仔豬腸道對病原微生物的抗性。Huang等（1999）研究了3 000mg/kg水平的日糧氧化鋅對腸系膜淋巴結（mesenteric lymph nodes，MLN）和循環系統（systemic circulation）中活菌數量的影響，結果發現，與對照組相比，飼喂高鋅的斷奶仔豬腸系膜淋巴結中的活菌數量顯著降低，但不同菌種之間的存活率沒有差異。由此可見，高劑量氧化鋅的抗腹瀉效果有可能是通過改善腸道粘膜的結構，或者改善腸道免疫系統的完整性實現的。

　　Roselli等（2003）的試驗在一定程度上驗證了上述假設，在這一試驗中，研究人員發現氧化鋅可以保護腸道細胞（Caco-2作為模型）因產內毒素型大腸桿菌（enterotoxigenic Escherichia coli，ETEC）感染而產生的損傷。研究人員分析認為，該作用并非源于氧化鋅的殺菌效果，因為在含有高劑量氧化鋅的細胞培養液中大腸桿菌的生長未受影響。鑒于高劑量的氧化鋅增加了培養細胞系的細胞緊密連接滲透性（tight junction permeability），研究人員認為氧化鋅對細胞的保護效果是通過抑制大腸桿菌的粘附、侵入等過程實現的。

　　綜上所述，高劑量氧化鋅改善了腸道生物學結構，抑制了病原微生物的粘附和侵入，從而表現出局部抑菌效果，提高斷奶仔豬對病原微生物的抗性。但值得注意的是，高鋅并不改變仔豬腸道和糞便中的病原菌數量，也并未證實鋅的抑菌效果或者對病原菌的這種抗性對仔豬斷奶后腹瀉構成顯著影響。

　　2.2 斷奶仔豬臨界鋅缺乏的改善

　　斷奶應激往往造成仔豬采食量降低，生長性能下降以及腹瀉發生率提高（Pluske等，1997），而在日糧中添加高劑量氧化鋅可以增加仔豬斷奶后的采食量和日增重以及降低腹瀉等（Poulsen，1989；Poulsen，1995）。聯想到鋅缺乏的臨床癥狀：食欲降低、生長低下、腹瀉（McClain等，1985），一些科研人員提出一種假說，即斷奶仔豬日糧中的高鋅所表現的效果是改善機體鋅狀況的結果。顯然，斷奶階段仔豬的采食量降低（Pluske等，1997），谷物日糧和無機鋅中鋅的利用率降低（Poulsen和Larsen，1995），再加上仔豬體內的鋅儲備較低，這些因素綜合在一起極易導致仔豬斷奶后鋅的缺乏。

　　有研究表明，斷奶后飼喂非高鋅日糧的仔豬可能會出現鋅缺乏。這是因為仔豬哺乳后期，每頭仔豬對乳汁的攝入量是1 100g/d（Theil，2002；Auldist等，2000），母豬乳汁中鋅的含量為6mg/kg（Poulsen，1993）；斷奶后仔豬采食量為50g/d（McCracken等，1999），非高鋅日糧含有50mg/kg植物源的鋅以及100mg/kg外源添加的鋅（氧化鋅）。鋅（氧化鋅形式）的生物學利用率大約為20％（Poulsen和Larsen，1995），植物源鋅的生物學利用率也約為20％（Poulsen和Larsen，1995），母乳中鋅的生物學利用率估計為73％（就目前資料而言，母乳鋅的利用率尚未明確）。對采食牛奶產品的仔豬進行的研究結果表明，斷奶仔豬對牛奶鋅的生物學利用率是73％（Atkinson等，1993；Bobilya等，1991）。所以，斷奶前仔豬鋅的日攝入量為：1.1 kg（母乳）/d×6mg/kg=6.6mg/d；斷奶后仔豬鋅的日攝入量為：0.05kg（日糧）/d×150mg/kg=7.5mg/d。這表明，仔豬斷奶前與斷奶后攝入大體相同的鋅。然而，考慮到斷奶前與斷奶后攝入鋅來源的不同，鋅利用的情況差異很大（斷奶前仔豬鋅的利用情況：6.6mg/d×0.73=4.8mg/d；斷奶后仔豬鋅的利用情況：7.5mg/d×0.20=1.5mg/d）。

　　通過計算，我們可以清楚看到，仔豬斷奶后可利用鋅遠遠低于斷奶前。斷奶后攝入的可利用鋅約為斷奶前的30％，可以推算出斷奶后仔豬日糧中需要添加450mg/kg的氧化鋅才能滿足其需要。事實上，由于谷物中的鋅利用率被高估，以及豬乳中的鋅利用率被低估，這一差異或許更大。鑒于物種之間的差異，豬乳中的鋅源較牛奶中的鋅源更易于被仔豬消化吸收，因此，豬乳中鋅的利用率要高于73％。此外，測定氧化鋅形式鋅利用率的試驗所用的豬的體重多為35~45kg（Poulsen和Larsen，1995），由于斷奶仔豬的消化系統尚未發育完善，同時又要采食與母乳完全迥異的日糧，其對氧化鋅源鋅的利用率估計低于20％。如果將豬母乳中鋅的利用率設定為80％，日糧中氧化鋅的利用率設定為10％，那么斷奶前仔豬攝入的可利用鋅為斷奶后的7倍。為保持與斷奶前仔豬相同的可利用鋅的攝入量，需要在斷奶仔豬日糧中提供1 000mg/kg的鋅源。

　　鑒于仔豬斷奶后較斷奶前攝入較少的可利用鋅，因此，可以推斷出仔豬斷奶后會出現鋅缺乏或者臨界缺乏。然而，需要指出的一點是斷奶前和斷奶后鋅營養的需要并未準確界定。NRC（1998）認為仔豬對鋅的需要量為100mg/kg或50mg/d。但是，當仔豬每天只是采食50g左右的日糧時，100mg/kg的鋅濃度每天只能提供5mg的鋅。這樣，如果根據NRC（1998）推薦，即提供斷奶仔豬每天50mg的可利用鋅，則需要提供1 000mg/kg日糧鋅，這一點與上面公式推算出來的一致。但實際上，斷奶仔豬準確的鋅需要量尚未確定。此外，確定鋅的需要量必須考慮飼料原料中以及不同有機鋅源和無機鋅源中鋅的利用率情況。對于斷奶初期的仔豬，這一利用率可能很低。

　　小鼠空腸進行的體外試驗表明，在斷奶后一定階段鋅離子從粘膜端向漿膜端的轉運降低。Wapnir等（1985）的研究也表明，蛋白和能量缺乏可以削弱鋅在小鼠腸道粘膜的轉運和吸收。如果這樣的情況發生在剛剛斷奶的仔豬，此階段仔豬的采食量會非常低，發生鋅缺乏的可能性是存在的，而且，仔豬對鋅的需要量有可能在斷奶后增加。諸多研究證實，斷奶可以降低粘膜高度，增加隱窩深度（Hampson，1986），改變粘膜和胰腺的酶系活性（Owsley等，1986；Hedemann等，2003）。鋅是體內諸多酶的催化活性所必需的元素（Prasad等，1969；Bettger和O'Dell，1993），這些酶大多關系到細胞分化和增殖過程，故鋅對于具有較高周轉速度的小腸組織的生長是極為重要的（Park等，1985；Tamada等，1992）。因此，仔豬在剛斷奶后的一定階段需要高的鋅攝入量，以滿足腸道粘膜生長和功能維持的需要。

　　2.3 鋅的藥理學作用

　　鋅有可能影響或調節腸道的吸收和（或）分泌過程。Hoque等（2005）的研究結果表明，鋅可以抑制大鼠回腸cAMP依賴的、而非鈣離子依賴的氯離子的分泌，這一抑制作用是通過對回腸基底膜上的鉀離子通道的阻斷實現的。同樣，Klein等（2002）發現，鋅離子可以抑制N18TG2成神經細胞瘤細胞系中激素和弗司可林（forskolin，FSK）誘導的cAMP的產生，后者與腸道氯離子的分泌直接相關。

　　Roselli等（2003）以產腸毒素型埃希氏大腸桿菌（ETEC，K88株）所導致的受損Caco-2細胞系作為模型，研究了氧化鋅對受損細胞的保護作用。產腸毒素型埃希氏大腸桿菌可以粘附Caco-2細胞系細胞，繼而引發感染，破壞粘膜的完整性，導致炎性細胞因子--白細胞介素-8（interleukin-8，IL-8）、α-生化相關腫瘤基因（growth-related oncogene-α，α-GRO）、α-腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，α-TNF）的表達量提高，而抗炎性因子--β-生長轉化因子（transforming growth factor-β，β-TGF）表達量降低。研究結果表明，0.2mmol/l氧化鋅可以阻止粘膜完整性遭到破壞，而0.2mmol/l或1mmol/l氧化鋅可以抵消細菌感染所導致的細胞因子的過量表達。研究人員認為，氧化鋅對細胞的保護作用并不能歸結于抗菌活性，因為在培養液中加入氧化鋅后，產腸毒素型埃希氏大腸桿菌的生長并沒有抑制。氧化鋅對產腸毒素型埃希氏大腸桿菌感染的細胞的保護作用是通過抑制細菌在腸道粘膜的粘附，阻止上皮細胞滲透性的增加和調節細胞因子基因的表達而實現的。

　　綜上所述，通過對3種有關高劑量氧化鋅作用機制的假設，可以認為，高劑量氧化鋅對斷奶后仔豬的抗腹瀉作用可能歸功于鋅對腸道氯離子分泌活動的抑制以及氧化鋅對腸道結構和功能的改善，增加了對病原微生物的抗性。上述作用可能是基于鋅的藥理學作用，但也有一些理由認為，腸道抗性的增加是由于鋅臨界缺乏狀態改善了其生理效果。沒有試驗證實，當仔豬接受高劑量氧化鋅時，鋅的抗菌作用和斷奶仔豬生產性能改善之間存在明確關聯。總之，高劑量氧化鋅在斷奶后仔豬生產中的應用有待進一步研究。

　　（參考文獻43篇，刊略，需者可函索）

　　（編輯：高 雁，snowyan78@tom.com <mailto:snowyan78@tom.com>）

　　馮自科，農業部飼料工業中心，博士，100094，北京市海淀區圓明園西路2號。

　　馬學會，河北農業大學中獸醫學院。

　　Hanne D. Poulsen，Danish Institute of Agricultural Science，Senior Professor，Foulum，Denmark。