陳 輝
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128)
淺談飼料中高銅對(duì)豬的危害及防止添加高銅的措施
陳 輝
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128)
前些年的研究發(fā)現(xiàn),飼料中添加高劑量銅可以有效促進(jìn)豬的生長(zhǎng)性能,故越來(lái)越多的銅被加入到飼料中,導(dǎo)致豬只產(chǎn)生一系列的病理變化,高銅給養(yǎng)豬業(yè)帶來(lái)巨大傷害。豬在日糧中對(duì)銅的需要量?jī)H為5 mg/kg,最高安全量為250 mg/kg。該文旨在了解高銅的致病機(jī)理及防護(hù)措施,避免高銅的使用限制養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展。
養(yǎng)豬;高銅;機(jī)理;防護(hù)措施
銅是一種相對(duì)分子質(zhì)量為64的過(guò)渡金屬元素。畜禽日糧中對(duì)銅的營(yíng)養(yǎng)需要量一般為5~10 mg/kg,銅對(duì)動(dòng)物有多種營(yíng)養(yǎng)作用[1]。銅作為動(dòng)物機(jī)體不可缺少的微量元素,通常以硫酸銅的形式作為飼料添加劑,對(duì)機(jī)體的生理功能和生長(zhǎng)發(fā)育起著十分重要的作用。自從Baber 1955年首次提出在生長(zhǎng)肥育豬中添加高于生理需要10倍的銅,可以改進(jìn)豬的生長(zhǎng)速度,提高其采食量和飼料利用率[2],很多生產(chǎn)部門(mén)開(kāi)始超量的將銅添加到豬飼料當(dāng)中,有的甚至加到400 mg/kg的水平,但是豬的最高安全量?jī)H為 250 mg/kg(NRC,1998)。適量的銅可以促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng),提高飼料利用率。然而,當(dāng)機(jī)體攝入過(guò)量的銅,急性或慢性銅過(guò)量均會(huì)造成損傷[3],從而造成養(yǎng)殖業(yè)的巨大損失;同時(shí),過(guò)量銅的添加會(huì)污染環(huán)境,沉積在周圍的土壤,嚴(yán)重地破壞了生態(tài),故降低高銅的使用已迫在眉睫,加快研究高銅的危害機(jī)理及防控措施是當(dāng)下的熱點(diǎn)。高銅的使用促進(jìn)了豬的生長(zhǎng),提高了經(jīng)濟(jì)效益,但高銅的使用也對(duì)養(yǎng)豬業(yè)產(chǎn)生了很多的危害,故飼料高銅的使用應(yīng)得到高度重視。
銅在消化道各段都能被吸收,但主要吸收部位在小腸,以二價(jià)銅離子形式吸收。肝臟是銅代謝的主要器官,銅進(jìn)入肝細(xì)胞先形成含銅巰基組氨酸三甲基內(nèi)鹽,然后轉(zhuǎn)移到含銅酶中[4]。大部分內(nèi)源性的銅經(jīng)膽汁由腸道排泄,這個(gè)過(guò)程過(guò)高劑量的銅將會(huì)對(duì)肝臟造成很大損害。銅在豬體內(nèi)利用率極低,大部分沉積在肝臟,清除速度很慢,高銅日糧可使豬肝銅含量顯著增加。豬飼糧中添加銅100~125 mg/kg時(shí),肝銅含量升高2~3倍;添加銅250 mg/kg時(shí),肝銅含量升高約10倍,添加銅500 mg/kg時(shí),肝銅含量升高可達(dá)70倍。據(jù)Gaetke等研究表明:當(dāng)肝臟的銅含量達(dá)到一定水平時(shí),會(huì)導(dǎo)致肝中銅的分布發(fā)生改變,銅在肝細(xì)胞線粒體及胞漿中積聚,多種酶的活性受到抑制,肝細(xì)胞發(fā)生變性,壞死,導(dǎo)致動(dòng)物死亡[5]。同時(shí),有研究表明過(guò)量的銅會(huì)導(dǎo)致肝細(xì)胞周期停止,導(dǎo)致細(xì)胞死亡[6],嚴(yán)重影響肝功能。高銅的使用引起肝臟中毒的主要癥狀為黃疸、食欲降低、干渴、呼吸加深加快、生長(zhǎng)停滯等不良癥狀,其病理剖檢可見(jiàn)肝臟腫大、質(zhì)脆、呈現(xiàn)黃色、并且有出血點(diǎn),嚴(yán)重抑制了豬的生長(zhǎng),降低了生產(chǎn)效益。這警示著我們不能為了提高豬的生產(chǎn)性能而提高銅的添加量,在實(shí)際生產(chǎn)中,我們必須要限制銅的使用,降低銅對(duì)豬的損害。
腎臟是重要的排泄和代謝器官,也是重要的濾過(guò)器官,很多物質(zhì)都會(huì)沉積在腎臟中,因而腎臟的功能正常是機(jī)體正常新陳代謝的保證。銅的排泄一部分是經(jīng)由膽汁由糞便排出,另一部分隨著血液經(jīng)腎臟濾出,由尿液排出[7],腎臟不僅是銅的排泄器官,也是儲(chǔ)銅器官。王文龍等研究表明,隨著日糧銅的含量提高,腎臟的含銅量也不斷提高[8]。動(dòng)物長(zhǎng)期飼喂高銅日糧會(huì)導(dǎo)致銅在組織器官大量蓄積,引起組織壞死、貧血、高銅血癥,最終因?yàn)殂~中毒而死亡。過(guò)量的銅對(duì)動(dòng)物的多個(gè)組織器官具有損害作用[9],腎臟是機(jī)體新陳代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的各種代謝終產(chǎn)物和過(guò)剩物質(zhì)的過(guò)濾器官,當(dāng)機(jī)體攝入過(guò)多銅時(shí),腎臟就會(huì)積聚大量的銅,引發(fā)不同程度的病理變化,從而影響腎臟的生理功能。有研究指出,飼料中含有高劑量的銅引起雛雞腎臟的病理?yè)p傷和抗氧化酶活性降低,導(dǎo)致腎臟功能受損[10]。除此之外,大量飼喂高銅會(huì)導(dǎo)致畜禽機(jī)體細(xì)胞凋亡,細(xì)胞的凋亡增加是誘發(fā)機(jī)體發(fā)生腫瘤、自身免疫病的主要原因[11]。因而高銅的使用會(huì)使豬患腫瘤的幾率大大提高,嚴(yán)重影響豬的生產(chǎn)性能,嚴(yán)重時(shí)致死。高銅對(duì)腎臟帶來(lái)的負(fù)面影響不容忽視,我們必須要采取有效措施限制高銅的使用。
飼料高銅不僅對(duì)肝臟和腎臟有很大影響,高劑量的銅也會(huì)對(duì)多血液循環(huán)系統(tǒng)造成很大損傷。高濃度的銅會(huì)在血漿中與紅細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)作用,使得紅細(xì)胞膜變性、變脆和溶血。同時(shí)由于溶血時(shí)釋放的某些因子和血液缺氧,導(dǎo)致血漿肌酸酐磷酸酶濃度升高,使骨骼肌受損。此外,血液中的尿素和氨的濃度增加,ATP酶受到抑制,導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損。Brewer等研究發(fā)現(xiàn)飼料高銅導(dǎo)致產(chǎn)生的自由基可影響紅細(xì)胞的流動(dòng)性,進(jìn)一步影響了紅細(xì)胞的生存與生活時(shí)間[12]。除此之外,高銅的使用會(huì)導(dǎo)致血清抗氧化性發(fā)生改變,據(jù)Brzyska等研究表明銅能夠使氧化還原劑構(gòu)象重排而使抗氧化劑活性受到抑制,導(dǎo)致抗氧化酶活性降低[13]。同時(shí),高銅還對(duì)細(xì)胞膜造成一定的損傷,Labieniec等研究發(fā)現(xiàn)飼料添加高銅時(shí),二價(jià)銅離子能與細(xì)胞膜的巰基集合而使細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化,細(xì)胞膜的完整性受到破壞,細(xì)胞功能發(fā)生障礙[14]。因此,在生產(chǎn)中銅一定要限量使用,不然會(huì)對(duì)豬等畜禽的血液循環(huán)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p傷、生產(chǎn)性能下降等。
高銅不僅會(huì)損害肝臟、腎臟及血液循環(huán)系統(tǒng),還會(huì)抑制其他營(yíng)養(yǎng)素的吸收,導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)不良和增加飼料成本。銅與磷、鐵、鈷等礦物質(zhì)元素有協(xié)同作用,但與鈣、鋅、硫等有頡頏作用。馬發(fā)順等研究表明過(guò)量使用銅元素會(huì)使Fe和Zn的吸收率降低[15]。由于銅主要是以二價(jià)離子的形式存在,而大部分礦物質(zhì)也是以二價(jià)離子的形式存在,因而高銅的使用嚴(yán)重地抑制了其他礦物元素的吸收,導(dǎo)致機(jī)體礦物質(zhì)元素缺乏,產(chǎn)生一系列缺乏癥,嚴(yán)重降低了機(jī)體的生產(chǎn)性能和繁殖性能,降低生產(chǎn)效益。除了高銅會(huì)抑制礦物質(zhì)元素的吸收外,對(duì)維生素的吸收也有很強(qiáng)的抑制作用,由于銅是二價(jià)離子,有很強(qiáng)的氧化性,可使飼料中不穩(wěn)定的維生素如維生素A、維生素D、維生素E等發(fā)生氧化而降低營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和影響適口性。而高銅促進(jìn)脂質(zhì)過(guò)氧化,引起動(dòng)脈粥樣硬化。另外,過(guò)剩的銅促進(jìn)氧分子與有機(jī)物反應(yīng),生成自由基促進(jìn)老化,故高銅可以影響血脂代謝[16]。同時(shí)Dove等研究表明,高銅日糧會(huì)使天然生育酚的氧化速率大大提高[17],導(dǎo)致飼料中生育酚的水平大大減少,嚴(yán)重降低了豬的繁殖性能。高銅對(duì)維生素的氧化性導(dǎo)致機(jī)體對(duì)維生素的需要量大大增加,因而飼料中不得不增加更多的維生素,進(jìn)而提高了生產(chǎn)成本,降低了生產(chǎn)效益。
高銅的使用不僅對(duì)豬本身有很大危害,而且高銅的使用也會(huì)對(duì)豬場(chǎng)周圍生態(tài)環(huán)境造成很大破壞。由于銅的吸收率較低,以仔豬為例,仔豬對(duì)銅的吸收率僅為5%~10%,且隨年齡的增長(zhǎng)而降低,大部分的銅會(huì)隨著豬的糞便排出,污染環(huán)境的同時(shí)也造成了飼料資源的浪費(fèi)。大量的高銅被排出到土壤,導(dǎo)致土壤大量的銅蓄積,對(duì)土壤中的微生物等產(chǎn)生毒害作用,而且對(duì)土壤的肥力、植物的發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)元素的遷移起著重要的作用,而且過(guò)量的銅對(duì)微生物影響很大,顯著降低了土壤中微生物的含量[18]。同時(shí),過(guò)量的銅還導(dǎo)致地區(qū)內(nèi)植物的選擇,能適應(yīng)高銅的植物存在,而不適應(yīng)的就被淘汰,從而引起某些物種的滅亡,最終使得植物群落簡(jiǎn)單,生態(tài)關(guān)系單一。
高銅的毒性作用直到最近才有比較清晰的認(rèn)識(shí)。高銅的毒性作用主要體現(xiàn)在其大量的積累具有很強(qiáng)的刺激和腐蝕作用,會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物產(chǎn)生嚴(yán)重的胃腸炎。另外,銅是多親和性毒物,很容易被吸收,吸收后可作用全身的系統(tǒng),會(huì)嚴(yán)重影響肝臟、腎臟、血液等系統(tǒng),造成一系列病理作用。
急性銅中毒是由于高劑量的銅加入到家畜的日糧,導(dǎo)致銅大量積累在體內(nèi),如消化系統(tǒng),對(duì)胃腸道有很強(qiáng)的刺激作用和腐蝕作用,引起嚴(yán)重的胃腸炎。
亞急性銅中毒是由于應(yīng)用乙二胺四乙酸的含銅化合物預(yù)防和治療家畜缺銅,由于注射劑量大導(dǎo)致病理變化,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡。其中毒機(jī)理是由于非消化道供銅,血銅迅速升高所導(dǎo)致的。此類中毒病理癥狀主要為急性肝損害、肺和腹腔積液和消化道出血等病理變化。
慢性中毒是由于長(zhǎng)期飼喂高銅日糧導(dǎo)致。由于銅進(jìn)入體內(nèi)的速度快,但消除速度慢,大量的銅被積累在肝臟和腎臟中。肝中積累的銅達(dá)到一定水平后,肝臟會(huì)將多余的銅釋放入血液,引起大量溶血和黃疸等病理變化。高銅中毒產(chǎn)生的溶血是由于銅能引起血紅蛋白變性,損害紅細(xì)胞膜,其機(jī)理是高銅抑制了6-磷酸葡萄糖脫氫酶以及谷胱甘肽脫氫酶活性,使紅細(xì)胞脆性增加以及紅細(xì)胞膜的形態(tài)受到破壞而產(chǎn)生血紅蛋白尿和溶血性貧血[19]。反過(guò)來(lái)溶血又加速了肝細(xì)胞壞死,導(dǎo)致紅細(xì)胞發(fā)生急性溶血,釋放更多的銅入血[20-21]。
我國(guó)的《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》未對(duì)飼料中添加銅作出明確限量規(guī)定、科學(xué)規(guī)定,以致于部分飼料生產(chǎn)廠家為了追求自身利益不斷提高銅在飼料中的添加量,并且部分養(yǎng)殖戶認(rèn)為豬糞便變黑才是好飼料,兩者相互促進(jìn),無(wú)形地提高了飼料中銅的添加量。鑒于此,相關(guān)法律部門(mén)應(yīng)當(dāng)明確規(guī)定飼料中銅的最高添加量,并且完善質(zhì)量監(jiān)督體系,從嚴(yán)監(jiān)督銅的使用。此外,應(yīng)對(duì)企業(yè)實(shí)施HACCP質(zhì)量監(jiān)控體系,確保飼料的安全生產(chǎn),嚴(yán)格把好飼料中銅添加量。
傳統(tǒng)的銅添加劑主要是硫酸銅等無(wú)機(jī)銅,其生物學(xué)利用率低,容易積聚在機(jī)體體內(nèi),造成病理變化或生產(chǎn)性能的降低,影響生產(chǎn)效益。由于目前飼料高銅產(chǎn)生的危害嚴(yán)重影響了養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)效益,因而我們必須要尋求高生物學(xué)利用率、吸收率高的可替代品。已有研究發(fā)現(xiàn)了新的有機(jī)銅源,相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)銅源其有著很高的生物學(xué)活性、消化利用率顯著高于無(wú)機(jī)銅源,這在一定程度上緩解了飼料無(wú)機(jī)高銅添加的危害。新發(fā)現(xiàn)的有機(jī)銅源有氨基酸鰲合銅和酵母銅,氨基酸鰲合銅如賴氨酸銅、檸檬酸銅等極易被動(dòng)物機(jī)體消化吸收、穩(wěn)定性好、抗干擾、毒性小、可以減輕環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì),贏得了市場(chǎng)的青睞。方熱軍等研究表明,納米銅、載銅納米蒙脫石與高劑量的硫酸銅相比具有優(yōu)勢(shì)效應(yīng)[22]。因而,有機(jī)銅源是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)銅添加劑最好的替代品,具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。
植酸酶由于其有很強(qiáng)的凝結(jié)作用,植酸鹽中的磷可以與飼料中的礦物質(zhì)結(jié)合形成螯合物,可提高礦物質(zhì)的利用率。在目前高銅的使用環(huán)境下,飼料中添加植酸酶是緩解高銅危害的不二良方,由于其可和飼料中的銅結(jié)合形成螯合物,從而提高了銅的利用率,減少了銅的排泄量,同時(shí)也降低了高銅的使用帶來(lái)的危害。Sebastian等[23]測(cè)定了微生物植酸酶(600 U/kg)對(duì)肉仔雞玉米豆粕中銅的利用率,結(jié)果顯示,添加植酸酶的組使銅沉積率提高了19.3%。大量的銅排出容易對(duì)土壤環(huán)境造成嚴(yán)重破壞,導(dǎo)致土壤板結(jié)。因而有研究發(fā)現(xiàn),在高銅環(huán)境種植一些植物可以緩解環(huán)境中大量的銅。這類植物有富集和積累銅的能力,在適宜的時(shí)期收割其富集的器官或植物體,不僅可以有效去除環(huán)境中銅的污染,增加土壤有機(jī)質(zhì)和土壤肥力,使土壤保持結(jié)構(gòu)和提高微生物的活性,同時(shí)還可以將富集的銅重新利用。這類植物有唇形科、菊科等植物,既緩解了高銅的危害,又節(jié)約了資源,是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。
銅有促生長(zhǎng)作用,但是在低于中毒劑量(250 mg/kg)的前提下,高銅在生長(zhǎng)肥育豬階段的促生長(zhǎng)作用已經(jīng)不明顯,故在生長(zhǎng)肥育階段應(yīng)該在飼料配方適當(dāng)降低銅的含量,降低高銅帶來(lái)的危害。同時(shí),銅是金屬二價(jià)離子,與其他礦物質(zhì)有很強(qiáng)的頡頏作用,如鋅、鈣、硫等礦物質(zhì),高銅的使用會(huì)明顯增加這類礦物質(zhì)的需要量,故在配制日糧時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)提高這類礦物質(zhì)的添加量。有研究表明,在小鼠飲水中加入6.5 mg/kg硫酸鋅,發(fā)現(xiàn)小鼠腦組織中的銅含量顯著降低(P<0.05),表明鋅可以用來(lái)治療銅中毒[24]。此外,由于銅有較強(qiáng)的氧化性,很容易使不穩(wěn)定的脂肪氧化酸敗,也會(huì)破壞維生素,尤其是生育酚,應(yīng)在生產(chǎn)中注意使用脂肪和維生素時(shí)要與銅分別預(yù)混。
綜上所述,不管是從提高經(jīng)濟(jì)效益和降低生產(chǎn)成本考慮,還是從保護(hù)生態(tài)環(huán)境和畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā),飼料中添加高銅是不合理的,更不應(yīng)該長(zhǎng)期大量的使用,不僅對(duì)畜禽本身造成危害,使生產(chǎn)效益下降,同時(shí)也使得畜禽周圍的生態(tài)環(huán)境遭到破壞。因此,我們必須意識(shí)到高銅帶來(lái)的危害,相關(guān)執(zhí)法部門(mén)應(yīng)該加強(qiáng)立法,加強(qiáng)對(duì)飼料企業(yè)的監(jiān)督和完善相關(guān)質(zhì)量檢測(cè)體系,用法律的手段從源頭上減少高銅的使用。同時(shí),畜牧科研工作者應(yīng)著力于開(kāi)發(fā)新的銅源來(lái)替代傳統(tǒng)的銅,比如氨基酸鰲合銅、酵母銅等;運(yùn)用生物技術(shù)原理來(lái)降低銅的危害,如在飼料中添加植酸酶,在畜禽生長(zhǎng)環(huán)境種植可富集銅的植物;同時(shí)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)配方,設(shè)計(jì)時(shí)考慮各營(yíng)養(yǎng)素的相互作用、不同的生長(zhǎng)階段,從而設(shè)計(jì)合理的配方??傊?,我們要重視可持續(xù)發(fā)展,重視長(zhǎng)遠(yuǎn)的生態(tài)效益,走生態(tài)養(yǎng)殖道路。
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2017-07-26)