丁酸钠对家禽肠道健康影响的研究进展

2020-09-28

赵怀宝

摘 要 :肠道健康是影响家禽生长性能的主要因素。在家禽养殖中,通常以肠道完整性来评价膳食补充剂对肠道健康的有效性。肠道完整性通过采用绒毛高度、绒毛高度与隐窝深度比值(绒隐比)或杯状细胞数量的方式来表达。膳食补充剂丁酸钠具有改善肠道健康的功能。日粮添加丁酸钠能增加肉鸡肠绒毛长度和宽度。丁酸钠在家禽肠道上皮细胞的发育过程中起重要作用,可以作为肠上皮细胞的能量来源,促进其分化和增殖,改善肠道屏障功能。此外,丁酸钠对沙门氏菌、产气荚膜梭菌和大肠杆菌等不耐酸菌有明显抑制作用。因此,丁酸钠被作为维持家禽胃肠道健康和提高生长性能的潜在替代品。文章综述近年来丁酸钠在家禽健康与营养方面的研究进展。


关键词 :家禽 ;丁酸钠 ;黏膜 ;肠道 ;抗菌活性


        家禽的生长和生产依赖于肠道对日粮的消化和吸收。健康的肠道对于获得最佳的饲料效率和生长率非常重要。大量研究已经证明,胃肠道健康对家禽机体健康和生产性能至关重要。如果肠道及其功能受损,其消化和吸收能力会显著下降。家禽的肠黏膜在宿主内组织和管腔内容物之间起着非常重要的屏障作用。肠上皮细胞、黏液层、微生物群和免疫细胞之间的动态平衡是影响肠黏膜功能的最主要因素。因此,在禁止使用抗生素的情况下,家禽饮食中使用膳食补充剂对促进肠道健康、改善禽类生长性能至关重要。丁酸钠是重要的一种膳食补充剂,其在降低肠道pH值、抑制有害微生物的定植和生长、刺激肠道上皮细胞的生长以及提高家禽生长性能等方面发挥着重要作用。


        在无抗日粮条件下,利用营养方法来改善家禽生长性能的研究越来越多。Shahir等研究显示,添加丁酸钠可提高肉鸡肠道健康水平。丁酸钠在家禽营养中的应用已被广泛接受,因为丁酸钠可以抑制病原体的繁殖,有助于提高蛋白质的消化能力。


      丁酸盐是结肠上皮细胞最重要的能量物质,能够调节胃肠道上皮细胞的分化和增殖,促进遗传紊乱细胞的凋亡。此外,它在调控肠道稳态方面具有广泛作用,包括改善肠道屏障功能。众所周知,抗菌剂(如丁酸钠)可以降低肠道致病菌的水平,进而降低导致肠道(绒毛和隐窝)形态改变的毒素水平。丁酸盐因在肠道组织和肠道健康中的积极作用而备受关注。通常,补充丁酸钠可增加隐窝深度和绒毛高度。整个生长期饲喂含丁酸钠的日粮对禽的生理指标和肠道健康具有积极作用。在家禽饮食中添加的补充剂能作为抗菌剂来使用,而且具有保护肠道健康的积极作用。文章主要综述丁酸钠通过改善肠道形态和肠道微生物系统在提高家禽肠道健康方面的可能性和潜在作用。


1  丁酸钠及其在消化道中的作用

      丁酸钠(C4H7NaO2),短链脂肪酸的一种,对分子、细胞和组织水平均有重要影响。众所周知,丁酸对肠道具有积极作用。一般来说,盐比游离酸的优势在于气味小、呈固体、挥发性较低,使得在饲料生产过程更容易被使用。通常丁酸钠被用作机体补充丁酸的来源。研究证实,丁酸盐在促进肠上皮细胞发育[和降低病原菌方面具有重要作用。关于丁酸钠改善家禽肠道健康的研究很多。当丁酸钠进入禽胃时,首先迅速解离出Na离子,由于胃酸pH值低,丁酸根则迅速转化为未离解形式的丁酸。丁酸具有很强的亲脂性可以扩散到整个细菌膜,表现出明显的抑菌能力。在家禽日粮中,添加丁酸可降低胃pH值,加速胃蛋白酶原转化为胃蛋白酶,从而提高蛋白质、氨基酸和矿物质等营养物质的吸收率。低pH值条件破坏病原菌与能量代谢消耗,细胞膜代谢降低,细胞液外流减少和营养物质利用被阻断有关。日粮添加丁酸钠的主要目的是通过降低致病菌水平来维持家禽肠道的健康。小肠对营养物质的消化和吸收起主要作用。盲肠是未吸收营养物质发酵和维持肠道菌群平衡的主要场所。研究表明,前期在小肠释放丁酸钠可提高营养物质的消化率,刺激绒毛发育 ;后期在盲肠内释放对肠道致病菌有抑制作用。Liu等研究指出,包膜产品摄入后释放,30 min至2.5 h是改善养分消化率和刺激小肠上皮细胞发育的适合时间 ;而2.5 h至4 h是这些产品的最佳释放范围,主要用后肠道菌群的控制。以游离盐形式添加,丁酸根很容易被上消化道(GIT)(嗉囔)吸收利用,而在到达后肠时,需要分子状态的丁酸才能发挥其抗菌作用。禽日粮中添加包被丁酸可防止沙门氏菌在盲肠中定植。为了保护丁酸钠在上消化道中不被吸收,通常采用植物脂肪等物质对其进行处理,以达到控制丁酸钠在GIT中的释放时间。当日粮中添加包埋形式(如包膜)的丁酸钠时,其功效得到明显提高。


2  丁酸钠对家禽肠道健康的影响

2.1 丁酸钠对肠道相对器官重量或长度的影响

      丁酸能够提高肠道重量。Eshak等研究发现,与对照组相比,饲喂含丁酸钠的日粮禽类肠道直径和长度显著增加。家禽日粮添加丁酸,整个消化道的重量和长度增加明显。丁酸钠能够增加21日龄和42日龄肉鸡整个肠段的重量和长度和21日龄肉鸡总GIT、十二指肠和空肠的相对重量。相反,在所有日龄段(14、28和42 d)十二指肠的相对长度均不受丁酸钠的影响。但是,在14 d时丁酸钠组肉鸡小肠和空肠的相对长度更大。也有报道发现,丁酸钠能引起小肠的长度和重量的增加。高水平的丁酸钠能够显著提高空肠和小肠的长度。Reilly等研究表明,丁酸钠能显著增加小肠的血流量,进而促进组织生长和氧合作用。

2.2 丁酸钠对肠道形态的影响

      营养物质的消化和吸收取决于肠绒毛。绒毛高度与营养物质接触面积相关。绒毛越高,绒毛功能越好,禽表现的生长性能就越好。大量研究表明,丁酸钠能显著提高十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度。绒毛高度和隐窝深度代表了营养物质的吸收能力,原则上小肠绒毛高度增加和隐窝深度降低是肠道健康的标志。日粮添加丁酸钠对肉鸡绒毛长度和宽度有明显影响。Mallo等研究发现,与对照组相比,第21 d,喂饲0.5和1 g/kg丁酸钠的肉鸡绒毛长度分别增加了55%和27%(P<0.001);第42 d,喂饲0.5和1 g/kg的肉鸡绒毛长度分别增加了39%和18%(P<0.001)。家禽日粮添加丁酸盐后,绒毛高度和隐窝深度有所改善。丁酸已被证明具有刺激肠绒毛生长的作用。丁酸可增加绒毛高度和吸收上皮细胞的表面积。绒毛表面积的显著增加可能与黏膜细胞增殖率的增加有关。丁酸钠能够改善肠道形态,在维持肠绒毛结构方面有积极作用,这可能与降低肠黏膜屏障的受损,维持肠上皮细胞完整性有关,而肠黏膜屏障能有效阻止肠腔内抗原进入血液循环。Sikandar等研究发现,丁酸钠处理组肉鸡空肠和十二指肠的组织形态学指标(绒毛高度和绒毛表面积)得到明显改善。Elnesr等研究表明,日粮中添加丁酸钠能显著促进日本鹌鹑肠绒毛的生长。丁酸钠能够刺激家禽肠上皮细胞的修复和促进肠黏膜的生长。Elnesr等研究表明,丁酸钠改善肠道状况可能与增加肠道血流量和刺激胃肠激素合成有关。此外,丁酸还可以增加促进肠细胞增殖的活性肽的分泌,进而促进受损黏膜的修复和提高绒毛的高度。

2.3 丁酸钠对肠道菌群的影响

      禽类的肠道既包含有益菌(如革兰氏阳性乳酸杆菌或双歧杆菌),也有潜在的致病菌(如大肠杆菌、梭菌或沙门氏菌),有益菌占细菌总数的85%以上。肠道有益菌和有害菌数量之间的平衡对宿主至关重要,鸡肠道健康的破坏往往由肠道菌群失衡引起的。肠道菌群平衡对于获得最大的生长性能和健康的肠道至关重要。肠道菌群平衡对鸡肠道内稳态和消化道正常功能(防御和消化)的发挥起着决定性的作用。一些膳食补充剂能够改变鸡肠道的微生物种群,促进有益菌的生长。丁酸钠通过控制病原菌的数量和诱导有益菌的生长发挥抗菌功能,在禽类肠道中发挥着重要作用。丁酸能够提高肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的数量。Makled等研究发现,日粮添加丁酸钠能减少第21 d肉鸡回肠大肠杆菌数量,增加回肠乳酸杆菌数量。丁酸盐对肠道内黏蛋白的分泌有直接影响,而黏蛋白对肠道病原体有杀灭作用(革兰氏阳性菌,如梭菌属 ;革兰氏阴性菌,如沙门氏菌属和大肠杆菌)。Timbermont等研究发现,丁酸钠具有控制坏死性肠炎的积极作用。日粮添加丁酸钠能够降低第27 d肉鸡肠炎沙门氏菌的感染。大量的体内、体外研究揭示了丁酸盐对家禽病原体(产气荚膜梭菌和鼠伤寒沙门氏菌)的抑制作用,并探讨其作为抗生素生长促进剂的替代品在家禽饲料中的应用。丁酸能减少细菌在肠壁上定植,降低致病微生物产生的毒素,进而减轻毒素对肠上皮细胞造成的损伤。在后肠道,丁酸盐能够激活上皮细胞中特定受体,降低具有侵袭上皮细胞功能基因的表达,进而清除有害菌的定植。Gantois等研究发现,丁酸盐能够下调沙门氏菌致病岛-1基因的表达,揭示了降低沙门氏菌肠上皮细胞侵袭的一种机制。此外,丁酸钠能够减少坏死性肠炎(NE)感染引起的肠道DNA断裂,改善肉鸡肠道微生物群落和多样性。一些研究也显示,丁酸盐能够促进宿主防御肽(HDPs)的合成,提高机体对肠炎沙门氏菌的抵抗力。HDPs是天然免疫的关键部分。因此,丁酸盐有助于家禽免疫系统,并表现出对某些肠道致病菌的抑制活性。

2.4 丁酸钠对营养物质消化率的影响

      丁酸可以提高难消化蛋白质回肠消化率。使用保护型丁酸盐能够增加苏氨酸、丝氨酸和脯氨酸的回肠消化率。研究表明,丁酸钠显著提高了第42 d肉鸡的回肠消化能。丁酸钠对营养物质消化率的积极作用。可能是由于营养素的消化和吸收得到了改善。这种改善作用认为与GIT健康状况良好或绒毛表面积增大、胰腺酶分泌增加以及对肠黏膜修复和抑菌能力增强有关。


3  结论

      在家禽养殖生产中,丁酸钠已经成为了改善肠道健康和替代饲用抗生素的潜在替代品。胃肠道健康对家禽的整体性能和健康有重要影响。丁酸钠能够改善肠道形态学以及微生物群落,并维持肠黏膜完整性。因此,丁酸钠可作为一种杀菌剂和促进肠上皮发育刺激剂在日粮中使用。


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