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营养才是猪免疫力的物质基础和根本
  作者: 摘自:山东宝来利来生物工程公司网站 日期:2012-01-29  
    

    由于中国养猪方式的变迁,猪的饲养密度增加,猪的遗传潜力提高,猪的生存环境变劣,活猪的流通频繁,大量添加抗生素和药物等因素导致:一方面猪的免疫力下降,另一方面病原的毒力和变异增加。中国的养猪业面临日益严重的疫病挑战,疫病导致的损失日益增加。我们从来没有遇到如此严重的挑战。这种挑战看来不会消失,疫病会以不同的形式不断袭击我国的养猪业,令人防不胜防。我们该怎么办?靠更好的药?更好的疫苗?改善猪的生存环境?选育出抗病力的品种?都很重要,但我们绝不能忽视营养在免疫方面的意义,营养才是猪免疫力的物质基础。

    下面重点探讨疫病挑战对猪营养需要的影响,营养对猪免疫力的作用,为养猪同行在同疫病斗争中提供一些新思路。文中借鉴了大量其他动物(包括人)的研究成果,因为营养对免疫的作用具有普遍意义。

    1、疫病的挑战及动物的反应

    病原微生物与动物在漫长的进化过程中不断斗争和适应。动物在进化中发展出复杂的免疫系统,在面临疫病挑战时,能快速动员起来,将侵入的病原压制住直至消灭,动物在与疫病的战斗中存活下来。而简单的病原微生物在进化过程中也发展出一套对付动物的武器,并且可改变自己来突破动物的免疫防线,一部分动物在疫病的攻击下败下阵来。这种道高一尺,魔高一丈的斗争会继续下去。

    根据LcFloc’h等(2004)研究,疫病的挑战激活了动物的免疫系统,产生大量的细胞因子(例如白细胞介素)和化学因广。这些免疫因子共同作用于机体,产生一系列代谢上的变化,养分,特别是氨基酸优先供给与免疫反应有关的组织。在疫病挑战时,动物厌食现象非常明显,这种情况下肌肉降解成为氨基酸的重要来源。激活与免疫有关的代谢途径导致某些特别氨基酸的需要量改变。

    疫病挑战导致动物生长减慢甚至停止。Sandberg等(2007)认为,主要原因是病畜采食量的大幅降低,但疫病挑战导致动物维持需要(免疫需要也归于维持)的增加也是重要原因,这可通过pair-feeding试验旺明。不论是寄生虫,病菌还是病毒的感染,动物的维持营养需要均大幅增加。疫病挑战,可导致所有养分的维持需要大幅增加。依据感染的严重程度,疫病挑战增加的维持能量需要估计为5%~35%,增加的蛋白质需要估计为每kg体重0.57~1.2g(人),可见感染大幅增加蛋白质的需要。

    动物在疫病挑战以后,由于免疫系统的激活,机体合成大量细胞因子、化学因子、急性期蛋白质、免疫抗体等,代谢率明显增强,产热增加及体温升高,需要大量的养分。首先需要大量的氨基酸合成急性期蛋白质、抗体及其他活性物质,体蛋白质损失、氮排出量增加。在疫病挑战时,由于动物的食欲和采食量大幅减少,甚至绝食,氨基酸的供应主要来源于体蛋白的降解。在疫病挑战时动物代谢增强,必然增加维生素和微量元素的需要量。另一方面疫病挑战导致动物氧化应激,产生大量自由基,对抗氧化剂(VE,VC,Se等)消耗增加。

    现在基本清楚,在疫病挑战时,动物代谢增强,对养分的需要增加,动物的营养分配从生长转向免疫。动物的这些代谢反应是为了抗御疫病,尽可能存活下来,这是长期进化或自然选择的结果。但是,在人:工选择下,猪在疫病挑战时的代谢模式有一定的偏离自然选择的轨道。近年来猪的育种进展使得猪的生长潜力大幅提高,瘦肉生长速度大幅增加。这样的猪一旦受到感染,可利用养分的分配模式发生一定程度的改变:分配到免疫系统的养分减少,分配到生长的养分增加。在健康的条件下,这自然对提高生产性能有利(猪的选育是在非常健康条件下进行的),但在疫病挑战时,这样的猪免疫力较低,死亡率高于老品种(我国的地方猪生长缓慢,但抗病力远远高于现代外来猪)。持续地专注于提高生长性能的选择,在基因上改变了养分的分配,必定牺牲生长以外的功能。因此,饲养高生K潜力瘦肉型猪,必须提供高的营养水平,特别在疫病挑战时保证营养的供应才能有足够的养分用于免疫,猪才能战胜疫病。

    虽然动物遭受疫病挑战营养的需要增加,但令人难以理解的是,动物的反应正相反,采食量降低。其中的机理可能还得从进化的角度理解。这种反应必定有进化基础,是编入动物的DNA遗传中的,在自然条闩:下也有利于动物的生存。在进化中、自然界的猪生病后获得营养的机会极小,而免疫需要的营养很高,唯一可靠的营养来源就是体储备,大量动员体储备就成为生病动物的必然。这可能由一系列神经、内分泌,活性物顺分泌导致的代谢改变引起。如皮质激素上升,胰高血糖素升高,儿茶酚胺激素水平上升,胰岛素水平下降。动物耗氧增加,糖原分解增强,线粒体氧化代谢产生大量ATP,可能反馈抑制了动物的食欲。这还是假设,需要研究证实。在饲养条件下,即使发病,我们需要尽可能多让猪从饲料获得足够养分(设法让猪采食),特别是免疫所需要的养分,保证充分的养分用于免疫,尽量减少分解体组织,体组织一旦耗竭,死亡是必然的结局。

    疫病挑战导致动物生长降低甚至停止,这种采食和生长的下降不是病原本身对动物的伤害造成的,而是动物对疫病挑战的免疫反应造成的。免疫系统激活产生的一系列代谢变化和大吐产生的炎性细胞因子在消灭病原的过程中也对动物的生产性能造成严重损伤。不仅病原,其他激活免疫反应的,如疫苗接种,也在一定程度上降低动物的生长性能。虽然动物的免疫反应是动物保持健康(或存活)的必须,但动物为此也付出了采食和生长下降的代价。免疫系统有时可能反应过度,特别是在遭遇病毒感染后,产生过量的炎性细胞因子,损伤动物自身组织。免疫反应失控,严重时导致动物死亡。例如导致SARS病人死亡主要是免疫反应过度,这时适当抑制一下免疫反应反而让病人有机会活下来。看来免疫是一把双刃剑。

    2、疫病挑战下动物的营养

    现行的猪的营养需要和饲养标准均是以健康猪为基础制定的。但在疫病挑战时,猪的营养分配和代谢完全改变,免疫所需的养分与生长所需养分完全不同。根据Sandberg等(2007)研究,疫病挑战下合成大量的急性期蛋白和免疫球蛋白,其氨基酸组成不同于体组织。主要是苯丙氨酸、酪氨酸,色氨酸,苏氨酸、缬氨酸比例远远高于猪体组织。如果在疫病应激下,猪依赖动员体组织满足免疫的氨基酸需要,显然这些氨基酸可能成为限制性氨基酸。

    Bhargava(1970)用新城疫对肉鸡的攻毒试验表明,日粮苏氨酸增加到0.6%以上,鸡的增重不再增加,但苏氨酸水平继续提高到1.0%,抗新城疫抗体滴度直线升高(由212提高到223)。缬氨酸的情况也十分相似。显然苏氨酸和缬氨酸是免疫反应的限制性氨基酸。对仔猪的研究显示,免疫应激时,缺乏色氨酸造成的氮负平衡最严重,说明疫病挑战导致猪的色氨酸需要大幅增加。色氨酸需要量的增加一方面被用于合成急性期蛋白,另一方面色氨酸的降解也增加。

    3、营养与免疫力

    营养作为猪和其他动物免疫的物质基础。其实所有的营养都是免疫所必需的,一旦成为限制,就会抑制免疫功能。当动物遭受疫病挑战时,最最限制的养分是我们关注的重点。

    3.1能量

    能量的严重缺乏影响动物的免疫力。给8周龄小鼠足够的蛋白质,但降低能量摄入37%,52周后发现:与能量摄人充分的小鼠比,能量缺乏小鼠脾脏的重量降低83%,白血球的数量由8000降低到不足1000/mm3,脾树状细胞减少80%,可见能量缺乏严重降低了免疫组织。与能量充足的小鼠比,能量缺乏的小鼠在接种肝炎疫苗后,抗体的滴度降低94%,细胞免疫力降低70%(Niiya,等2007)。看来,在能量严重缺乏的动物其免疫器官和免疫力明显降低,一旦遭遇疫病挑战,动物的预后不良。对于现代瘦肉型猪的饲养,在生长阶段提供充分的能量,可保证猪保持较高的免疫力。如果在遇到养猪低潮,或猪场出现经济困境,降低猪的饲料供给,一旦遭遇疫病来袭,后果很可能是灾难性的。

    3.2蛋白质和氨基酸

    蛋白质和氨基酸对于猪的免疫力非常重要,氨基酸是合成抗体、淋巴细胞、细胞因子、急性期蛋白等等的基本原料:某些氨基酸是体内抗氧化体系重要组成部分。现代猪瘦肉生长潜力非常高,高度选育的猪的代谢特征是可利用氨基酸较多分配给肌肉的生长,较少的分配给免疫器官和组织。所以一旦蛋白质和氨基酸缺乏,就会牺牲猪的免疫力,而不是仅仅牺牲猪的生产性能。最近引进的猪种,瘦肉的生长潜力非常高。这些高生长潜力的猪需要较高的日粮蛋白质和氨基酸供应。这些猪在我国条件较差的猪场饲养,疫病的压力很大,健康水平明显降低。疫病的挑战导致高生长潜力的猪生长性能大幅降低,这是我国的普遍现象。但这种高瘦肉生长潜力猪由于疫病挑战导致的生长低下不同于生长潜力很低的地方猪种的生长低下。高瘦肉生长潜力猪即使由于疫病挑战而生长降低,我们也不应降低日粮蛋白质和氨基酸水平。如果认为其生长速度低就降低日粮蛋白质和氨基酸水平,结果是猪的健康状况和免疫力更加恶化,死亡增加。

    有研究证明,色氨酸对猪的淋巴细胞和巨噬细胞活力非常重要(Kim等2006)。精氨酸促进猪小肠黏膜的完整性,提高猪的免疫力。根据Kim等的研究,妊娠母猪日粮添加1%精氨酸,在暴发血痢后全部康复,而没有添加精氨酸的妊娠母猪全部死亡,充分说明精氨酸对于血痢免疫的作用。

    免疫需要较高水平的苏氨酸和色氨酸,苏氨酸增加动物免疫球蛋白水平。

    胱氨酸为体内重要抗氧化体系的成分,而抗氧化—氧化的平衡对于保持动物免疫力、同时保护自身组织免受自由基的伤害非常重要。体内抗氧化体系还与VE、VC、晒等有关。

    妊娠期母猪蛋白质缺乏,影响胎儿免疫器官的发育,降低仔猪胸腺和脾脏淋巴细胞的增值,降低脾脏NK细胞活力。妊娠期蛋白质缺乏还改变仔猪下丘脑—垂体—肾上腺轴,仔猪的基础肾上腺皮质激素水平升高,免疫力低下,仔猪的死亡率增加。尤其在母猪妊娠后期,保证蛋白质和氨基酸的供应至关重要。

    3.3维生素

    维生素对于猪的免疫力十分重要。水溶性维生素多是代谢酶的成分,在动物代谢强的情况下消耗和需要量增加。前面讲到动物在疫病挑战时代谢明显增强,这必然增加水溶性维生素的需要。

    脂溶性维生素VA主要与保持细胞膜结构和功能的完整有关。膜结构的完整是免疫发挥作用的基础。因此,VA对于免疫非常重要。VE是十分强大的自由基清除剂,是体内抗氧化体系的重要一环。VE主要存在于线粒体中,因为线粒体进行的氧化反应不断产生自由基,在疫病挑战时自由基的产生突然大增,自山基对动物组织膜结构的活性成分有强大损伤作用,线粒体中亢足的VE可随时清除产生的自由基。VE、VC、B-胡萝卜素可增强细胞和体液免疫。当动物同时缺乏VE、VC、晒,动物的免疫力明显降低,在此情况下,某些平时无害的病毒也可致病,某些致病力很弱的病原也可致死亡。

    体内充分的抗氧化储备是免疫力的保证。抗氧化储备可由于饲料中含高水平的铁。铜、多不饱和脂肪酸、棉酚、酸败的油脂,以及疫病挑战而大量消耗,在此情况下有必要提高VE的水平。

    3.4微量元素

    许多微量元素也是代谢酶的成分,在代谢增强时需要量增加。硒是动物抗氧化体系的重要成分,缺硒动物的免疫力明显降低。缺硒时,病毒的毒力增强,致病力增加。据认为也与硒的抗氧化机制有关。锌对于动物的免疫十分重要。锌参与动物黏膜免疫、细胞免疫,锌在白血球中含量非常高,锌在疫病挑战时需要量增加,缺锌导致动物免疫抑制(T细胞和B细胞免疫抑制)。其他微量元素,铁、锰、铜、碘的缺乏也降低动物的免疫力。

    特别要关注铁的状况。铁在动物的生物氧化供能中处于关键地位,缺铁导致动物的免疫力降低已被无数研究证实。但我们也必须关注铁的另一面,铁过量导致不利后果。铁的过量之所以必须引起重视,是因为猪饲料有普遍超剂量添加铁的趋势。铁是一种十分活跃的过渡元素,铁的氧化性很强,过量的铁可导致动物氧化应激,降低抗氧化酶的水平,减少抗氧化储备,降低动物的免疫力。由于铁的反应性非常强,体内正常的铁均是与蛋白结合存在(如转铁蛋白),一旦铁没有完全被蛋白结合呈游离状态,铁离子可攻击细胞和活性分子,引起疾病。日粮添加过量的铁可导致体内铁的聚集,超过了铁结合蛋白的结合能力,就会导致严重不良后果。另一方面,铁对病菌的增值是致关重要的限制因子。在动物感染细菌病后,体内铁越多,细菌增值越快,特别是游离的铁大大加快细菌的增值,有机会战胜动物的免疫系统。所以,铁的超需要量添加可导致适得其反的不利后果。例如,豚鼠在感染E.Coli后,不加铁死亡率为10%,添加铁离子,死亡率增加到90%给感染的病人补充铁,导致预后不良,提高日粮铁水平,肠道病菌的毒力增强,当铁过量时,导致感染后毒血症:铁过量加快疫病的发展,铁过量增加疟疾病人病情,等等。

    其他的微量元素,例如锌和铜的超需要量添加同样导致动物的氧化应激,降低动物的免疫力,还污染环境。

    在猪处于疫病挑战时,适当提高微量元素的水平有利于提高猪的免疫力,降低猪的死亡损失。但微量元素不是多多益善,高铁。高铜、高锌日粮的长期不良后果不应低估。养猪者不要仅仅看短期的效果,而忽略了长期后果。

    4、小结

    总之,现代瘦肉型猪的高生长潜力牺牲了猪的抗病力,在我国当前疫病压力非常大的情况下,必须重视营养在保持指群高抗病力的作用;猪在感染疫病后,代谢发生了改变,某些养分成为限制性因素,对发病的猪补充这些养分有助于降低死亡损失;为了短期的效果而超需要量添加微量元素和药物,长期的结果适得其反。

 

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