纳米氧化锌对断奶仔猪肠道健康的作用

陈 慧， 李青芝， 肖 蔹， 陈家文

(1. 四川省南充市农业农村局，四川 南充 637000； 2. 四川省农业科学院水产研究所，四川 成都 611731)

仔猪在断奶时由于受到心理、营养和环境等多重应激因素的影响，常发生食欲不振、消化不良、腹泻等现象，严重影响生长发育甚至死亡，导致养殖效益降低。锌是动物体必需的微量元素，在饲料中添加一定剂量的锌可以缓解仔猪断奶时产生腹泻，促进仔猪生长，改善饲料利用率。由于普通的饲料级氧化锌吸收率低，大量未被吸收的锌随粪便排出体外，造成锌的浪费和一定程度的环境污染。我国农业农村部在《饲料添加剂安全使用规范》(2017修订版)中将断奶后前2周仔猪配合饲料中氧化锌的最高添加量限定为1 600 mg/kg(以锌计)，包括美国、欧盟等许多国家和地区也限定了仔猪饲料锌的添加量[1]。纳米氧化锌是利用纳米技术生产的1种粒径介于1～100 nm的无机锌产品，具有用量少、活性高、效果明显等优点，能有效缓解仔猪断奶应激，促进动物健康生长，降低残留锌对环境造成的污染[2]。现将其生物学作用及对断奶仔猪肠道健康的作用介绍如下。

1 纳米氧化锌的生物学作用

锌参与许多蛋白质和酶的组成，约有1 000种蛋白质的组成成分中含有锌。锌通过组成酶的结构和激发酶的活性影响动物体的物质代谢和能量代谢，关系着动物体内200多种酶的活性，其中碱性磷酸酶、碳酸酐酶、乳酸脱氢酶、超氧化物歧化酶、DNA聚合酶等对动物尤为重要[3]。锌可以通过参与DNA、RNA和蛋白质的合成，从而参与细胞的增殖和生长，进而影响动物的生长[4]。纳米氧化锌是1种纳米形态的氧化锌，随着粒径减小，能够增加与肠道绒毛接触的面积及作用位点，提高吸收利用率[5]。纳米氧化锌具有屏蔽红外线、紫外线功能，并能与细菌、病毒内的有机物发生反应，杀死大多数的病菌和病毒[6]。研究表明，纳米氧化锌与传统氧化锌相比具有吸收快、生物利用率高、抗氧化性强等特点，可提高仔猪生长性能，降低腹泻率，改善仔猪生长发育[7，8]。

2 纳米氧化锌的吸收和排泄

锌的主要吸收部位为小肠，而纳米微粒具有高表面效应和小分子效应，氧化锌通过纳米技术加工后粒径减小(40～80 nm)，氧化锌分子表面的锌原子数量大量增加，增大了微粒在肠壁中的接触面积，提高了其与生物膜的黏着性，延长了接触时间，从而提高仔猪对锌的消化吸收效率。研究表明，粒径小于300 nm 可直接进入血液循环，小于100 nm 能直接进入骨髓[9]。因此纳米氧化锌微粒通过胃肠道黏膜时，可以不经过离子交换而直接渗透吸收，吸收速度和生物利用率显著提高。马恒东等[10]采用翻转肠囊法研究了仔猪小肠对纳米氧化锌的吸收，结果发现纳米氧化锌的吸收速率显著高于饲料级硫酸锌和普通氧化锌。研究发现，纳米氧化锌微粒的物理尺寸越小，促生长效应越好，50 nm以下的纳米氧化锌可显著提高仔猪生产成绩[11]。口服的纳米氧化锌微粒大部分被胃肠道派伊尔氏斑(Peyer’s Patches)的M细胞和肠上皮细胞吸收，另外通过细胞旁路途径或者小肠黏膜细胞的胞饮作用也可被吸收[12]。给断奶仔猪使用高剂量锌必须考虑2个方面的问题：一是被吸收进入体内的过量锌元素可能会残留在仔猪组织器官中，直接影响组织器官的功能以及肉产品的安全性；二是未被消化吸收的锌排出动物体外会造成严重的环境污染。研究发现，由于肠道和肝脏金属硫蛋白的调节作用，高剂量的氧化锌并不会使肝脏、肾脏、肌肉锌浓度增加，短期添加也不会对心脏、肝脏产生功能性损害[13]。通过粪便排出的氧化锌对环境污染存在潜在的影响，而且无机锌在土壤中富集力很强，只有很少部分被农作物利用，长期可能带来锌毒污染的危险[14]。

3 纳米氧化锌对仔猪肠道健康的作用

3.1 仔猪断奶腹泻的产生机制目前Miller B G等[15]提出的断奶仔猪腹泻过敏理论是被国内外认同的仔猪断奶后发生腹泻的机制，即“过敏—肠道损伤—养分消化率下降—腹泻”，最终导致病原菌过量定殖的过程。抗原物质进入断奶仔猪肠道引起免疫反应，使仔猪肠道受损，导致绒毛高度变短，隐窝增生，各种消化酶活性显著降低，营养物质在肠道中的吸收率下降，从而导致消化不良和腹泻，肠道正常菌群也随之发生变化，致病性大肠杆菌大量增殖、固着和产生毒素[16]。小肠中未被消化的蛋白质和氨基酸进入大肠后，改变肠道内微生物菌群，使肠道微生物变为以大肠杆菌等蛋白质水解菌为主，这些细菌通过分解蛋白质，释放出尸胺、腐胺、酪胺和组胺等毒素，刺激肠壁，从而引起肠损伤和消化功能紊乱[17]。

3.2 纳米氧化锌对仔猪肠道形态的作用锌是肠道上皮细胞增殖发育所必需的微量元素，能改善肠道形态，增加蛋白质合成，并有利于肠道细胞的增殖。Carlson M S等[18]研究指出，由于氧化锌生物利用率低且本身具有收敛和弱抗菌作用，添加药理水平的锌(ZnO 3 000 mg/kg)可直接作用于肠道，改变肠道形态。其他系列研究结果发现，纳米氧化锌可使28和35日龄仔猪的绒毛高度、隐窝深度以及绒毛高度/隐窝深度显著增加，表明纳米氧化锌能保护肠黏膜屏障，降低受损程度，且添加小剂量的纳米氧化锌对肠黏膜形态就有良好的改善作用，从而提高锌的利用率，降低锌的浪费，减少高锌添加造成的环境污染[19，20]。方洛云等[21]研究表明，纳米氧化锌可使仔猪十二指肠中的绒毛高度增加41.23%，黏膜层厚度增加26.46%。分析原因：一方面可能是纳米氧化锌表现出强大的杀菌作用(对金黄色葡萄球菌的灭杀率约为98%，对大肠杆菌的灭杀率约为99%)，有助于维持肠道微生物区系的稳定；另一方面可能是纳米氧化锌能够修复肠道黏膜的损失，减少细胞液渗出，促进肠道平滑肌收缩和电解质重吸收以及肠道上皮细胞的发育和增殖。

3.3 纳米氧化锌对仔猪肠道微生物的作用Jensen-Waern M等[22]研究指出，氧化锌可改变肠道微生物菌群，降低大肠杆菌的稳定性和区系多样性，抑制大肠杆菌的呼吸链，从而降低仔猪的腹泻率。游兆彤等[23]通过在基础日粮中分别添加高剂量氧化锌和低剂量纳米氧化锌饲喂“杜长大”三元杂交断奶仔猪，结果添加纳米氧化锌组小肠和结肠内容物中的大肠杆菌和梭菌数量显著降低，而高剂量氧化锌组仅结肠内容物中的梭菌数量降低，小肠和结肠内容物中大肠杆菌的数量没有显著变化，这表明纳米氧化锌比普通氧化锌的抗菌能力更强。王之盛等[24]在研究不同粒度纳米氧化锌对仔猪生理效应的影响时发现，纳米氧化锌的物理尺寸越小，对仔猪的促生长效应越好，粒径为20 nm的氧化锌能显著降低粪便中大肠杆菌的数量，极显著降低仔猪腹泻率，且大肠杆菌数量和腹泻率随着纳米氧化锌添加剂量的增加分别呈显著和极显著降低。Barreto M S R等[25]研究指出，在仔猪日粮中加入粒径为17 nm的氧化锌对仔猪肠道内的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有良好抑菌活性。

3.4 纳米氧化锌对仔猪肠黏膜的作用胡泉舟等[26]研究表明，人和哺乳动物小肠黏膜上层绒毛中的二胺氧化酶(DAO)是1种具有高度活性的细胞内酶，其活性与黏膜细胞的核酸和蛋白合成密切相关；D-乳酸是胃肠道固有细菌的代谢终产物，哺乳动物既不产生D-乳酸，也不具备将其快速代谢分解的酶系统。因此，血浆中DAO活性和D-乳酸含量的高低可以反映肠黏膜的完整性及损伤程度，是监测肠道屏障功能的重要指标。血液中DAO活性和D-乳酸含量升高则表明断奶应激使仔猪的肠黏膜屏障受损，肠道通透性增加。胡彩虹等[19]研究显示，添加纳米氧化锌能抑制断奶应激造成的仔猪肠黏膜通透性增加，进而保护肠黏膜屏障。另有研究表明，纳米氧化锌能显著降低仔猪肠道通透性，有利于修复肠道物理屏障的完整性，从而有效恢复前肠段和后肠段组织中由断奶应激造成的肠道黏膜屏障功能受损[27]。纳米氧化锌对仔猪肠黏膜屏障具有更强的保护作用，在于其纳米形式更有助于肠道细胞的增殖和肠黏膜的修复，缓解断奶应激对仔猪肠黏膜屏障的损伤。

4 小结

仔猪断奶应激会损伤肠黏膜结构和屏障功能，而纳米氧化锌的特殊生理作用对断奶仔猪的肠道健康有着显著的改善作用，因此在断奶仔猪日粮中添加一定剂量的纳米氧化锌有助于降低腹泻率。在今后的研究中还需要进一步深入探究纳米氧化锌对肠黏膜结构和屏障功能的作用机理，及其在肠道中的吸收利用率，确定纳米氧化锌的最适添加量，在解决断奶仔猪腹泻问题的同时，减少饲料中锌制剂的大量添加及对环境产生的污染。