鸡艾美耳球虫对肠道健康的影响及抗病营养疗法

介绍

球虫病是一种由艾美耳属原生动物引起的肠道疾病，影响多种动物物种，包括家禽。艾美耳球虫在肠上皮细胞中的繁殖会导致肠上皮细胞破坏和严重的组织损伤，从而对家禽的健康和福利状况产生负面影响 。尽管难以预测，但研究人员估计，家禽临床和亚临床球虫病引起的生产力损失，加上预防和治疗费用，每年给该行业造成的损失超过 20 亿美元 。

人们早就知道常量和微量矿物质会直接或间接影响家禽的胃肠健康、新陈代谢和生长性能。例如，铁和铜等微量矿物质可以充当促氧化剂，降低维生素和酶的稳定性并促进脂质氧化。

锌和铜被认为是抵抗感染、炎症和氧化应激的内源性机制的重要调节剂。与粗磨的 CuSO4相比，细磨的 CuSO4导致饲料中脂肪氧化速率增加。此外，Cu对大肠杆菌的抗菌作用肉鸡肠道中的其他病原体已被证实。然而，有明确的证据表明，细菌也会对矿物质产生耐药性，特别是对饲料中使用的锌和铜，因为它们具有抗菌特性。

一般来说，饮食中矿物质的化学形式，以及其他一些因素，例如饲料中矿物质的总浓度、颗粒大小、饲料加工、动物的品系和年龄，以及矿物质之间的潜在影响。已证明与其他膳食成分的相互作用会影响矿物质的利用率，从而影响动物的生理机能。此外，肠道感染期间动物体内矿物质的分布可能会发生变化，这可能是疾病过程中矿物质代谢变化的结果和/或仅仅是肠粘膜损伤和正常肠道完整性破坏引起的矿物质吸收率不同的结果。尽管有这个原因，但有理由认为，当肠道吸收能力因球虫病等肠道感染而受损时，可能需要更容易利用的矿物质来源。

微量矿物质补充剂对于家禽营养来说并不新鲜，但生产商现在正在以更高的水平喂养它们，以改善家禽的肠道健康。为此，饲料行业推出了多种产品，其中大多数采用锌、铜和/或锰配制而成，这也是家禽中研究最多的微量矿物质。尽管我们知道一些微量矿物质具有抗菌作用，但仍缺乏了解这些矿物质是否也对艾美耳球虫有直接作用，或只是间接通过其抗菌和免疫调节作用。

考虑到这一点，并考虑到消费者不断检查使用抗生素或其他传统分子来预防家禽肠道疾病，本研究的目的是回顾有关微量矿物质，特别是锌、铜和锰，可减轻肉鸡球虫病的负面影响。

胃肠道内矿物质的相互作用

当无机来源的矿物质被喂养并到达胃肠道 (GIT) 的上部时，它们往往会由于低 pH 值而分解并被吸收。然而，在较低的胃肠道中，较高的管腔 pH 值会增加矿物质阳离子和其他膳食成分之间的相互作用，导致形成不溶性复合物，而动物的利用率要低得多。

这些不溶性复合物最广为人知和研究的例子可能是植酸盐，它源自植酸及其 12 个反应位点（6 个强酸性、2 个弱酸性和 4 个极弱酸性）。当 pH 值升至 4 以上时，大量和微量矿物质阳离子，特别是 Ca、Zn 和 Cu，很容易与植酸结合，形成不溶性复合物，不仅降低矿物质的利用率，而且还会降低植酸酶的水解功能。

有机或螯合形式的微量矿物质可能比无机来源具有更高的生物利用度，主要是因为它们的吸收途径不同并且与其他膳食成分的相互作用较低。螯合矿物质是与有机物质（例如氨基酸、肽或多糖）结合的金属离子，可形成具有高生物利用度的稳定且可溶的分子。螯合矿物质比无机形式表现出更好的吸收性，因为通常矿物质是通过离子结合的有机配体的路径被吸收的，避免了与其他分子的相互作用。配体改善矿物利用的机制取决于配体与矿物结合的能力及其与其他配体竞争的能力，从而与矿物形成可溶性复合物。

GIT 内形成的矿物质阳离子-植酸盐复合物理论上解释了不同 pH 曲线的植酸酶来源之间观察到的功效差异，并且当今一代植酸酶的许多改进都发生了，因为这些曲线有利于在更酸性的条件下水解阳离子-植酸复合物更易溶解的 pH 值。然而，体外观察到的矿物阳离子结果的一致性并不总是能够转化为研究实验室内部和之间跨年龄和矿物来源的可预测和可量化的结果。

同样，影响体内磷消化率或 PP 水解所需的矿物质膳食浓度阈值可能存在。例如，一项火鸡家禽研究的结果显示，饲喂高达 161 毫克/千克的日粮锌，回肠磷消化率或 PP 水解率没有差异（Applegate 等人，未发表的结果）。因此，对 P 消化率或 PP 水解产生持续负面影响所需的日粮 Cu 和 Zn 浓度可能高于实际家禽日粮中使用的浓度。除了对磷消化率的影响外，罗切尔等人观察到，补充铜增加了饲喂低氨基酸浓度的禽类的总氨基酸的表观回肠消化率，但降低了饲喂高氨基酸浓度的禽类的总氨基酸消化率。此外，这些作者观察到，感染艾美耳球虫并补充铜的鸡有机物消化率降低。

钙 虽然一方面与单个植酸盐分子形成较弱的复合物，但由于饮食中的大量使用，可能会导致更多并发症 。一些人通过在含 0.7% Ca 的肉鸡日粮中添加 EDTA（一种更强的 Ca 螯合剂（相对于植酸盐））证明了 Ca 对 PP 消化率的影响。当用这种日粮饲喂肉鸡时，PP 消化率与在短期实验中饲喂不含添加钙 (0.21% Ca) 的日粮时所观察到的相似。因此，在实际的肉鸡日粮中，Ca 的存在会抑制 0.03–0.13% 日粮植酸 P 的水解。

锌

锌是一种微量矿物质，在肠道疾病造成的损伤恢复过程中具有重要作用。多年来，人们已经认识到动物饮食中锌的重要性，并且传统上使用氧化物和硫酸盐等无机来源来补充鸡饮食，使其浓度高于 NRC推荐浓度。锌营养已成为一个活跃的研究领域，主要是肉鸡。充足的锌摄入和吸收对于许多代谢和生物功能至关重要，包括生长、繁殖、肉质和针对病原体挑战的免疫反应。

正如多年来不同出版物所表明的那样，锌在动物体内的分布在感染期间往往会发生变化。例如，博尔托鲁齐等人观察到，在用巨型艾美耳球虫攻击后 7 天，血清中的 Zn 浓度下降，而肝脏中的 Zn 浓度升高。此外，与未补充的禽类相比，补充了 90 mg/kg ZnSO4 的禽类血清中的锌浓度略有增加。事实上，当补充锌增加至 85-90 毫克/公斤饮食时，生长抑制的严重程度已被观察到减轻。然而，必须考虑到，需要更准确地描述肠道损伤（例如球虫病）期间体内锌的分布。

研究表明锌对生长性能和抗氧化系统有影响；免疫防御和炎症 、肠道通透性和肠道微生物群 。此外，与无机锌相比，有机锌可诱导抗炎调节剂 A20 更高的表达，下调包括 NF-kB p65 在内的炎症诱导剂的表达，并促进 MUC2 和 IgA 的产生 。表观遗传机制在不改变 DNA 序列的情况下改变基因表达，并且可以解释锌对细胞的影响。有机锌促进 A20 的较高表达很可能是由于降低 DNA 甲基化的表观遗传效应 。

铜

家禽业长期以来一直使用预防性浓度的日粮铜，因为它能够提高饲料转化率。Mehring 等人最早报道了添加铜具有促进生长作用（而不是提高饲料效率）的效果。这些作者发现，当家禽补充铜达到有毒水平（500 ppm）时，饲料效率得到提高，这表明其效果与抗生素相似。此外，在青霉素和链霉素的研究中，Weeks 和 Sullivan指出铜与这些抗生素联合使用并没有额外的好处。

几个变量可能会巩固我们对铜的来源和/或形式如何影响肠道微生物群的了解。例如，庞等人报道称，用饲喂 CuSO 4的饲料量增加（至 250 mg/kg）的禽类回肠食糜接种的培养基中，大肠杆菌的经典平板计数呈线性减少，但不受三碱式氯化铜 (TBCC) 补充的影响至 250 毫克/公斤。相反，Klasing 和 Nazipipour 观察到，对添加到回肠内容物中的大肠杆菌的抑菌活性增加，这些大肠杆菌是从饲喂 150 mg/kg TBCC 饮食的禽类中收集的，但对饲喂 150 mg/kg CuSO 4的禽类的抑菌活性没有增加。有趣的是，他们的报告将铜来源之间观察到的差异与其化学来源的铜溶解度和可萃取性联系起来。值得注意的是，当饲喂CuSO 4时，与饲喂TBCC的鸡相比，十二指肠腔可溶性Cu和上皮金属硫蛋白增加。沿着整个小肠，TBCC 产生更多的亚乙基双羟基苯基甘氨酸（EHPG；一种强络合剂）可提取的铜，从而表明整个胃肠道的生物利用度得到改善。

铜的吸收主要发生在鸡的十二指肠中。因此，预计十二指肠肠上皮的任何损伤都会损害铜的吸收并降低其组织浓度。然而，Giraldo 和 Southern发现，由艾美耳球虫感染引起的十二指肠球虫病会增加肝脏铜浓度。这种反应可能与球虫病引起的肠道 pH 值通常降低有关，至少在疾病的急性期，这将有利于矿物质在肠腔中的溶解度并提高其吸收率。

奇怪的是，血液和肝脏中的铜浓度与血浆铜蓝蛋白浓度呈正相关 ，铜蓝蛋白是急性期蛋白家族的一种多铜酶，可保护细胞免受氧化应激引起的损伤 。因此，球虫病期间观察到的肝脏铜浓度增加可能是与较低水平的细胞诱导凋亡相关的重要防御机制。Acetoze 等人已经假设了这一点。

虽然我们知道一些常量和微量矿物质来源的解离阳离子与植酸盐等分子高度反应，但家禽业在日粮中添加的铜和锌的预防浓度远远超出了预防缺乏症状的浓度。从历史上看，高浓度的铜最初被“吹捧”为具有预防作物真菌病的功效。事实上，实地研究表明它确实有一些优点，但在实验条件下诱导作物真菌病的再现性却没有取得令人满意的结果。事实上，每千克日粮中添加高达 250 毫克铜会导致砂囊内壁侵蚀加剧 ，并导致雏鸡盲肠“正常发酵受到抑制”。这一观察结果已在体外厌氧消化中得到证实。特别是，由于微生物活性的降低，挥发性脂肪酸的产生可以被显着抑制。

锰

当丙酮酸羧化酶被发现是一种锰金属蛋白时，Mn 在中间能量代谢中的特定生化作用得到了证实。通过丙酮酸羧化酶的活性，锰是正常脂质和碳水化合物代谢所必需的。据报道，缺乏锰的大鼠和豚鼠会出现脂质和碳水化合物代谢缺陷，低锰饮食可以减少猪的脂肪沉积。

Mn 的第二个功能已被确定为超氧化物歧化酶 (SOD) 的成员。这种酶需要额外的保护，以防止与某些感染的炎症反应相关的氧化应激。缺锰会降低 MnSOD 活性，并增加高饮食水平的多不饱和脂肪酸 (PUFA) 造成的过氧化损伤。

通过激活糖基转移酶来合成粘多糖也需要锰。在缺乏锰的动物中，糖基转移酶活性受损会减少糖胺聚糖和寡糖侧链的合成。缺乏锰的雏鸡胫骨生长板软骨中的蛋白多糖比富含锰的雏鸡少，并且单体的碳水化合物组成发生了变化。在蛋鸡中，产蛋量低于正常水平和蛋壳形成不良可能是由于粘多糖合成受损所致。

相反，过量的锰可能会在线粒体中积聚，扰乱氧化磷酸化并增加活性氧（ROS）的产生。Jankowski 等人证实了这一推理。然而，无论锰来源如何，饲料中锰浓度的降低都会降低细胞凋亡的水平。

锰被描述为一种与更好的免疫力或支持免疫力的功能相关的微量矿物质。据报道，在连续两项研究中，肉鸡在受到E. acervulina攻击后第 6 天，锰吸收量分别减少了 23% 和 34%；然而，与未感染的对照鸡相比，在攻击后第 10 天，锰吸收有所增加，然后恢复到与未攻击鸡一样的正常水平。由于锰在粘多糖生产中的作用，锰在肠道挑战期间是有益的。

布林·朱尼尔等人表明，与饲喂无机锰的禽类相比，饲喂有机锰的禽类对肠炎沙门氏菌疫苗有更有效的反应。与 Mn 有关的生长性能没有影响可能是由于基础饮食中有足够的锰来支持生长，和/或免疫刺激不足以说明锰的缺乏。因此，有必要了解当鸡面临更强的挑战时，例如暴露于艾美耳球虫和产气荚膜梭菌时，锰的使用动态，以及如何操纵肠道免疫系统。

结论

多项研究表明，补充超出肉鸡常规建议水平的微量矿物质可能会抵消肠道疾病对禽类生长性能和肠道健康的负面影响。然而，在饮食中使用高浓度的微量矿物质时，应注意尽量减少环境污染、微生物耐药性、砂囊侵蚀和其他问题。虽然矿物质在这些反应中使用的一些途径已经确定，但大多数时候其作用机制尚不清楚。矿物质之间以及与饮食中其他成分发生反应的高度倾向性无疑使研究其各自的影响变得困难。

致谢本文原作者：克里斯蒂亚诺·博尔托鲁齐，布鲁诺·塞尔帕·维埃拉和托德·杰伊·阿普尔盖特