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“诗华诺倍威”推荐阅读【营养与饲料】浅谈饲料中高铜对猪的危害及防止添加高铜的措施

猪业科学2022-05-12 06:23:08


摘 要

前些年的研究发现,饲料中添加高剂量铜可以有效促进猪的生长性能,故越来越多的铜被加入到饲料中,导致猪只产生一系列的病理变化,高铜给养猪业带来巨大伤害。猪在日粮中对铜的需要量仅为5mg/kg,最高安全量为250mg/kg。该文旨在了解高铜的致病机理及防护措施,避免高铜的使用限制养猪业的发展。


关键词

养猪;高铜;机理;防护措施


1 铜的简介

铜是一种相对分子质量为64的过渡金属元素。畜禽日粮中对铜的营养需要量一般为5~10mg/kg,铜对动物有多种营养作用。铜作为动物机体不可缺少的微量元素,通常以硫酸铜的形式作为饲料添加剂,对机体的生理功能和生长发育起着十分重要的作用。


自从Baber 1955年首次提出在生长肥育猪中添加高于生理需要10倍的铜,可以改进猪的生长速度,提高其采食量和饲料利用率,很多生产部门开始超量的将铜添加到猪饲料当中,有的甚至加到400mg/kg的水平,但是猪的最高安全量仅为250mg/kg(NRC,1998)。


适量的铜可以促进动物生长,提高饲料利用率。然而,当机体摄入过量的铜,急性或慢性铜过量均会造成损伤,从而造成养殖业的巨大损失;同时,过量铜的添加会污染环境,沉积在周围的土壤,严重地破坏了生态,故降低高铜的使用已迫在眉睫,加快研究高铜的危害机理及防控措施是当下的热点。高铜的使用促进了猪的生长,提高了经济效益,但高铜的使用也对养猪业产生了很多的危害,故饲料高铜的使用应得到高度重视。


2 使用高铜给猪带来的危害

2.1 高铜的使用对猪肝脏的损害
铜在消化道各段都能被吸收,但主要吸收部位在小肠,以二价铜离子形式吸收。肝脏是铜代谢的主要器官,铜进入肝细胞先形成含铜巯基组氨酸三甲基内盐,然后转移到含铜酶中。大部分内源性的铜经胆汁由肠道排泄,这个过程过高剂量的铜将会对肝脏造成很大损害。


铜在猪体内利用率极低,大部分沉积在肝脏,清除速度很慢,高铜日粮可使猪肝铜含量显著增加。猪饲粮中添加铜100~125mg/kg时,肝铜含量升高2~3倍;添加铜250mg/kg时,肝铜含量升高约10倍,添加铜500mg/kg时,肝铜含量升高可达70倍。


据Gaetke等研究表明:当肝脏的铜含量达到一定水平时,会导致肝中铜的分布发生改变,铜在肝细胞线粒体及胞浆中积聚,多种酶的活性受到抑制,肝细胞发生变性,坏死,导致动物死亡。同时,有研究表明过量的铜会导致肝细胞周期停止,导致细胞死亡,严重影响肝功能。


高铜的使用引起肝脏中毒的主要症状为黄疸、食欲降低、干渴、呼吸加深加快、生长停滞等不良症状,其病理剖检可见肝脏肿大、质脆、呈现黄色、并且有出血点,严重抑制了猪的生长,降低了生产效益。这警示着我们不能为了提高猪的生产性能而提高铜的添加量,在实际生产中,我们必须要限制铜的使用,降低铜对猪的损害。


2.2 高铜的使用对猪肾脏的损害
肾脏是重要的排泄和代谢器官,也是重要的滤过器官,很多物质都会沉积在肾脏中,因而肾脏的功能正常是机体正常新陈代谢的保证。铜的排泄一部分是经由胆汁由粪便排出,另一部分随着血液经肾脏滤出,由尿液排出。


肾脏不仅是铜的排泄器官,也是储铜器官。王文龙等研究表明,随着日粮铜的含量提高,肾脏的含铜量也不断提高。动物长期饲喂高铜日粮会导致铜在组织器官大量蓄积,引起组织坏死、贫血、高铜血症,最终因为铜中毒而死亡。


过量的铜对动物的多个组织器官具有损害作用,肾脏是机体新陈代谢过程中所产生的各种代谢终产物和过剩物质的过滤器官,当机体摄入过多铜时,肾脏就会积聚大量的铜,引发不同程度的病理变化,从而影响肾脏的生理功能。


有研究指出,饲料中含有高剂量的铜引起雏鸡肾脏的病理损伤和抗氧化酶活性降低,导致肾脏功能受损。除此之外,大量饲喂高铜会导致畜禽机体细胞凋亡,细胞的凋亡增加是诱发机体发生肿瘤、自身免疫病的主要原因。


因而高铜的使用会使猪患肿瘤的几率大大提高,严重影响猪的生产性能,严重时致死。高铜对肾脏带来的负面影响不容忽视,我们必须要采取有效措施限制高铜的使用。


2.3 高铜对血液循环系统的损害
饲料高铜不仅对肝脏和肾脏有很大影响,高剂量的铜也会对多血液循环系统造成很大损伤。高浓度的铜会在血浆中与红细胞表面的蛋白质作用,使得红细胞膜变性、变脆和溶血。同时由于溶血时释放的某些因子和血液缺氧,导致血浆肌酸酐磷酸酶浓度升高,使骨骼肌受损。


此外,血液中的尿素和氨的浓度增加,ATP酶受到抑制,导致中枢神经系统受损。Brewer等研究发现饲料高铜导致产生的自由基可影响红细胞的流动性,进一步影响了红细胞的生存与生活时间。除此之外,高铜的使用会导致血清抗氧化性发生改变,据Brzyska等研究表明铜能够使氧化还原剂构象重排而使抗氧化剂活性受到抑制,导致抗氧化酶活性降低。


同时,高铜还对细胞膜造成一定的损伤,Labieniec等研究发现饲料添加高铜时,二价铜离子能与细胞膜的巯基集合而使细胞膜脂质过氧化,细胞膜的完整性受到破坏,细胞功能发生障碍。因此,在生产中铜一定要限量使用,不然会对猪等畜禽的血液循环系统造成严重损伤、生产性能下降等。


2.4 高铜会抑制其他营养素的吸收
高铜不仅会损害肝脏、肾脏及血液循环系统,还会抑制其他营养素的吸收,导致营养不良和增加饲料成本。铜与磷、铁、钴等矿物质元素有协同作用,但与钙、锌、硫等有颉颃作用。马发顺等研究表明过量使用铜元素会使Fe和Zn的吸收率降低。


由于铜主要是以二价离子的形式存在,而大部分矿物质也是以二价离子的形式存在,因而高铜的使用严重地抑制了其他矿物元素的吸收,导致机体矿物质元素缺乏,产生一系列缺乏症,严重降低了机体的生产性能和繁殖性能,降低生产效益。除了高铜会抑制矿物质元素的吸收外,对维生素的吸收也有很强的抑制作用,由于铜是二价离子,有很强的氧化性,可使饲料中不稳定的维生素如维生素A、维生素D、维生素E等发生氧化而降低营养价值和影响适口性。而高铜促进脂质过氧化 ,引起动脉粥样硬化。


另外,过剩的铜促进氧分子与有机物反应 , 生成自由基促进老化 , 故高铜可以影响血脂代谢。同时Dove等研究表明,高铜日粮会使天然生育酚的氧化速率大大提高 ,导致饲料中生育酚的水平大大减少,严重降低了猪的繁殖性能。高铜对维生素的氧化性导致机体对维生素的需要量大大增加,因而饲料中不得不增加更多的维生素,进而提高了生产成本,降低了生产效益。


2.5 高铜的使用对猪的其他危害
高铜的使用不仅对猪本身有很大危害,而且高铜的使用也会对猪场周围生态环境造成很大破坏。由于铜的吸收率较低,以仔猪为例,仔猪对铜的吸收率仅为5%~10%,且随年龄的增长而降低,大部分的铜会随着猪的粪便排出,污染环境的同时也造成了饲料资源的浪费。


大量的高铜被排出到土壤,导致土壤大量的铜蓄积,对土壤中的微生物等产生毒害作用,而且对土壤的肥力、植物的发育和营养元素的迁移起着重要的作用,而且过量的铜对微生物影响很大,显著降低了土壤中微生物的含量。同时,过量的铜还导致地区内植物的选择,能适应高铜的植物存在,而不适应的就被淘汰,从而引起某些物种的灭亡,最终使得植物群落简单,生态关系单一。 


3 高铜的危害机理的研究

3.1 高铜产生毒性作用
高铜的毒性作用直到最近才有比较清晰的认识。高铜的毒性作用主要体现在其大量的积累具有很强的刺激和腐蚀作用,会导致动物产生严重的胃肠炎。另外,铜是多亲和性毒物,很容易被吸收,吸收后可作用全身的系统,会严重影响肝脏、肾脏、血液等系统,造成一系列病理作用。


3.2 急性铜中毒
急性铜中毒是由于高剂量的铜加入到家畜的日粮,导致铜大量积累在体内,如消化系统,对胃肠道有很强的刺激作用和腐蚀作用,引起严重的胃肠炎。 


3.3 亚急性铜中毒
亚急性铜中毒是由于应用乙二胺四乙酸的含铜化合物预防和治疗家畜缺铜,由于注射剂量大导致病理变化,严重时会导致死亡。其中毒机理是由于非消化道供铜,血铜迅速升高所导致的。此类中毒病理症状主要为急性肝损害、肺和腹腔积液和消化道出血等病理变化。 


3.4 慢性铜中毒
慢性中毒是由于长期饲喂高铜日粮导致。由于铜进入体内的速度快,但消除速度慢,大量的铜被积累在肝脏和肾脏中。肝中积累的铜达到一定水平后,肝脏会将多余的铜释放入血液,引起大量溶血和黄疸等病理变化。


高铜中毒产生的溶血是由于铜能引起血红蛋白变性,损害红细胞膜,其机理是高铜抑制了6-磷酸葡萄糖脱氢酶以及谷胱甘肽脱氢酶活性,使红细胞脆性增加以及红细胞膜的形态受到破坏而产生血红蛋白尿和溶血性贫血。反过来溶血又加速了肝细胞坏死,导致红细胞发生急性溶血 , 释放更多的铜入血。


4 饲料中高铜危害的防治措施

4.1 加强立法和完善相关法律监督
我国的《饲料卫生标准》未对饲料中添加铜作出明确限量规定、科学规定,以致于部分饲料生产厂家为了追求自身利益不断提高铜在饲料中的添加量,并且部分养殖户认为猪粪便变黑才是好饲料,两者相互促进,无形地提高了饲料中铜的添加量。鉴于此,相关法律部门应当明确规定饲料中铜的最高添加量,并且完善质量监督体系,从严监督铜的使用。此外,应对企业实施HACCP质量监控体系,确保饲料的安全生产,严格把好饲料中铜添加量。


4.2 选用高效铜源
传统的铜添加剂主要是硫酸铜等无机铜,其生物学利用率低,容易积聚在机体体内,造成病理变化或生产性能的降低,影响生产效益。由于目前饲料高铜产生的危害严重影响了养殖户的经济效益,因而我们必须要寻求高生物学利用率、吸收率高的可替代品。已有研究发现了新的有机铜源,相对于传统的无机铜源其有着很高的生物学活性、消化利用率显著高于无机铜源,这在一定程度上缓解了饲料无机高铜添加的危害。


新发现的有机铜源有氨基酸鳌合铜和酵母铜,氨基酸鳌合铜如赖氨酸铜、柠檬酸铜等极易被动物机体消化吸收、稳定性好、抗干扰、毒性小、可以减轻环境污染等优势,赢得了市场的青睐。方热军等研究表明,纳米铜、载铜纳米蒙脱石与高剂量的硫酸铜相比具有优势效应。因而,有机铜源是传统无机铜添加剂最好的替代品,具有很大的开发价值。


4.3 应用植酸酶和生物修复技术
植酸酶由于其有很强的凝结作用,植酸盐中的磷可以与饲料中的矿物质结合形成螯合物,可提高矿物质的利用率。在目前高铜的使用环境下,饲料中添加植酸酶是缓解高铜危害的不二良方,由于其可和饲料中的铜结合形成螯合物,从而提高了铜的利用率,减少了铜的排泄量,同时也降低了高铜的使用带来的危害。


Sebastian等测定了微生物植酸酶(600U/kg) 对肉仔鸡玉米豆粕中铜的利用率,结果显示,添加植酸酶的组使铜沉积率提高了19.3%。大量的铜排出容易对土壤环境造成严重破坏,导致土壤板结。因而有研究发现,在高铜环境种植一些植物可以缓解环境中大量的铜。


这类植物有富集和积累铜的能力,在适宜的时期收割其富集的器官或植物体,不仅可以有效去除环境中铜的污染,增加土壤有机质和土壤肥力,使土壤保持结构和提高微生物的活性,同时还可以将富集的铜重新利用。这类植物有唇形科、菊科等植物,既缓解了高铜的危害,又节约了资源,是当下研究的热点。


4.4 科学合理的设计配方
铜有促生长作用,但是在低于中毒剂量(250mg/kg)的前提下,高铜在生长肥育猪阶段的促生长作用已经不明显,故在生长肥育阶段应该在饲料配方适当降低铜的含量,降低高铜带来的危害。


同时,铜是金属二价离子,与其他矿物质有很强的颉颃作用,如锌、钙、硫等矿物质,高铜的使用会明显增加这类矿物质的需要量,故在配制日粮时应考虑适当提高这类矿物质的添加量。有研究表明,在小鼠饮水中加入6.5mg/kg硫酸锌,发现小鼠脑组织中的铜含量显著降低(P<0.05),表明锌可以用来治疗铜中毒。


此外,由于铜有较强的氧化性,很容易使不稳定的脂肪氧化酸败,也会破坏维生素,尤其是生育酚,应在生产中注意使用脂肪和维生素时要与铜分别预混。


5 结语

综上所述,不管是从提高经济效益和降低生产成本考虑,还是从保护生态环境和畜牧业的可持续发展的角度出发,饲料中添加高铜是不合理的,更不应该长期大量的使用,不仅对畜禽本身造成危害,使生产效益下降,同时也使得畜禽周围的生态环境遭到破坏。因此,我们必须意识到高铜带来的危害,相关执法部门应该加强立法,加强对饲料企业的监督和完善相关质量检测体系,用法律的手段从源头上减少高铜的使用。

同时,畜牧科研工作者应着力于开发新的铜源来替代传统的铜,比如氨基酸鳌合铜、酵母铜等;运用生物技术原理来降低铜的危害,如在饲料中添加植酸酶,在畜禽生长环境种植可富集铜的植物;同时科学合理的设计配方,设计时考虑各营养素的相互作用、不同的生长阶段,从而设计合理的配方。总之,我们要重视可持续发展,重视长远的生态效益,走生态养殖道路。



本文选自《猪业科学》2017年第11期“营养与饲料”栏目:P94-96(版权归《猪业科学》所有,如转载,请注明出处)。


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