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锌对仔猪健康的作用

     “锌是一种微量元素,对断奶仔猪而言,锌参与的生物学功能比其他任何微量矿物质元素要多。”这是美国著名科学家GretchenHill博士刊登在最新一期《动物科学》杂志的一篇学术论文中所说的第一句话。事实上,锌是幼龄仔猪健康和成长所必需的矿物质营养元素,且得到了欧盟承认,允许在猪饲料日粮中添加多达150mg/kg。

     锌有时又被称为生长促进剂,一些学者尝试诋毁此种说法,但在欧盟委员会2003年的一篇报告中显示,在锌添加量达到250mg/kg时,生产性能未显示出显著的差异。添加锌可改善仔猪生产性能的情况仅在仔猪断奶后观测到。

1治疗作用

     添加(2500mg/kg锌,3100mg/kg氧化锌)氧化锌对断奶仔猪腹泻和偶尔出现的水肿病分别具有预防和治疗作用,这两种疾病都与感染大肠杆菌有关。通过预防断奶后的腹泻甚至是死亡使疾病得到控制,从而可极大地促进仔猪生长,并能提高饲料转化效率。

     这是目前一个有激烈争议的领域,因为一些欧盟成员国允许其使用,而另一些则禁止使用,因为后者担心环境受到污染和锌在土壤中长期积累及其可能会流入水中。

     因此,在不允许用氧化锌治疗仔猪腹泻的地方,抗生素通常被用来控制断奶仔猪的大肠杆菌感染。最近这些抗生素,如粘菌素,已经因耐药性问题而登上了报刊的头条,因为这些抗生素正成为人类医学中控制革兰氏阴性菌感染的最后手段,这些细菌对氟喹诺酮类、头孢菌素类和碳青霉烯类抗生素也产生了新的耐药性。

2断奶后腹泻

     当仔猪断奶时,其生理状态会发生重大变化,通常会导致生长缓慢、频繁发生腹泻和偶尔的死亡。断奶时,仔猪离开了作为主食的母乳,而母乳含有能抵抗环境中各种微生物的保护性抗体。它们采食教槽料,但是基本上以固体饲料为主,这是它们必须适应的。仔猪还可能会被转群、接种疫苗及与其他窝的仔猪进行混群,进而开始争斗,以建立进食的群体社会等级。它们失去了母猪的安慰,而且很可能将要进入一个新的采用漏缝地板的平板式猪栏;它们不得不自己找食,适应由碗式饮水器到乳头式饮水器转换的饮水方式。还好环境温度仍保持较高水平,而且波动不大,从而能帮助它们应付这些变化。整体来说,为适应新环境,仔猪会产生很大的应激;如果在21日龄断奶,它们在断奶5d后通常会开始腹泻,且体况的损失或生长抑制将会持续到大约35日龄。

     氧化锌(图1)最早在猪上使用是在20世纪90年代,仅用作药物并不能解决问题,因为管理的改进和营养都扮演着重要角色。将氧化锌加入离乳前后的仔猪饲料中,出现了惊人的效果,仔猪的腹泻问题得到了解决。
   
     自从采用4周断奶的方法以来,断奶仔猪腹泻的严重程度也在降低,且7d后仔猪恢复健康并继续生长,不同于采用3周断奶的14d的情况。采用垫料断奶也能解决很多问题,因为它能够减少一定数量的环境和温度控制应激(图2)。

     从那时起,英国大多数断奶饲料均添加氧化锌,如果日粮不经意地漏添了氧化锌,腹泻和死亡率会迅速上升。从兽医的角度来看,这在我们控制断奶后腹泻上产生了巨大的差异,因为断奶后腹泻非常复杂且涉及许多因素。它还有助于减少抗生素的使用。

3氧化锌的作用机理

     长期以来,氧化锌被认为具有抗菌作用,尤其是对大肠杆菌的作用。丹麦的研究表明,其在体外具有抗菌活性(Aarestrup和Hasman,2004),但他们不得不将氯化锌溶解在酸中,并把pH值下降到5.5才能溶解。它确实有抗大肠杆菌、各种沙门氏菌、金黄色葡萄球菌的作用,并且对肠球菌具有更为复杂的作用。因此,人们可能会认为它在酸性环境中会起作用,尤其是在胃中,且可以阻止细菌进入肠道(图3)。然而,Hojberg等(2005)比较了高剂量(2500mg/kg)的锌对猪肠道菌群的作用,发现饲喂含2500mg/kg锌的日粮,的确可提高胃内容物的pH值,并且回肠和盲肠的pH值也显著升高,但结肠内的不提高。胃中大肠杆菌显著增加(而不是杀死它们),并且在盲肠和结肠中也是如此。同样地,它还增加了肠道中的肠球菌种类,但显著减少了乳酸杆菌,意味着减少了可预防腹泻的有益菌(表1)。
    
     其他研究(Roselli等,2003)显示,氧化锌能够降低肠毒型大肠杆菌(ETEC)K88(F4)菌株的细菌粘附性,并通过防止细胞间紧密连接的通透性来增加和调节细胞因子基因的表达,特别是增加炎症性细胞因子和减少抗炎因子的表达来阻止细菌入侵。正如先前所推测,氧化锌的作用模式可能不是直接的抗菌作用。

4氧化锌的功效

     已完成的多项试验检测了氧化锌的功效以确定最佳添加比例。10项试验的结论显示了锌对仔猪平均日增重的剂量滴定效应。

     低剂量试实验的确表明锌不是一个生长促进剂,因为它并没有提高试验猪的生长速度;但是当饲料中锌的浓度提高到1500mg/kg时,对生长有明显的积极作用,用生长速率作为一个客观指标证实了其治疗效果。其作用的峰值似乎在锌的添加剂量为2500mg/kg时,此时平均生长速率可提高16%。

     一旦猪进入断奶后阶段,其生长改良速度往往会减缓,且有时与对照组相比在断奶后3~4周会呈负增长。建议添加期为断奶期间的两周,一些养猪场会适当延长添加时间,但4周之后锌的促生长作用已经失效。

5锌的毒性

     氧化锌的吸收率相对较低,约添加量的14%,因此大多部分锌(86%)会通过粪便排出。锌进入体内后主要分布在肝和肾,而肌肉和骨髂只有很低的水平;添加量高于1000mg/kg时血液水平将增加。吸入体内的锌会经由尿液排出0.25%,其余的则保留在体内。血液的锌浓度>3μg/mL会抑制生长,但是这通常是指其他锌盐,而不是氧化物。需要注意的是不要过量或过长时间饲喂锌化合物。  

6对环境的影响

     这是对氧化锌使用存在争议的主要方面,像英国、爱尔兰、西班牙、丹麦、美国等国家已批准氧化锌可用于治疗目的,近期比利时也批准了它的使用,前提是锌在其他猪饲料中的浓度减少。德国和荷兰禁止它在饲料中的使用,而法国依旧在审批中。

     锌是一种金属,且相对不溶于水,所以散播含氧化锌的粪便可能会引起锌在土壤中的沉积。一些可能会明显流失,尤其是在沙质酸性土壤中,因为酸性环境会增加锌的溶解度。欧洲食品安全局的一份报告(2012年)指出,有于陆地环境土壤中预测环境浓度(PredictedEvironmentalConcentrations,PECs),模拟了50年间的粪便散播状况,在开发的任何场景模型中均没有超出陆地物种的预期无影响浓度(PredictedNoEffectConcentrations,PNECs)。这并不适用于沙质酸性土壤和水质,它们的PNECs可能会超过10年。

     然而,出人意料的是,仅在断奶期使用2500mg/kg的锌,可以使种猪场/肥育猪场的锌排泄量增加大约70%,因此必须考虑粪便的处理办法。而有趣的是,丹麦发现猪粪便中的含锌量不超过人类排泄物中的水平,因此允许使用。

7抗药性问题

     氧化锌具有抗菌效果的这一推测已导致许多关于耐药性的攻击。其中有一份相关报告是锌与丹麦耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)CC398的关系(Aarestrup等,2010)。他们发现,在携带mecA基因的丹麦MRSA菌株中,有74%的菌株也耐锌,而甲氧西林敏感株(MSSA)则没有表现出耐锌性。他们认为,锌化合物可能部分与MRSA克隆株的出现有关。所有的MRSA和MSSA分离株会耐四环素,43%的菌株则耐红霉素。由于氧化锌的溶解性差和在肠道中对细菌缺乏影响力,在鼻子中会达到充足的浓度来产生影响似乎是不太可能。氧化锌在英国的使用了已超过20年,而MRSA并没出现进化。Moodley等(2011)也表明,czrC基因(编码耐镉和耐锌的基因)存在于SCCmec元素中,但四环素抗性基因[tet(K)和tet(M)]存在于移动遗传元件上,可能是质粒。这两种化合物似乎会增加鼻中MRSA的数量,但是向其他猪的传播不受用锌或四环素对日粮处理的影响。

     在2013年的一篇德国论文中,Bednorz等证明与对照组相比,饲喂氧化锌的试验猪具有较高的多重抗药性大肠杆菌发病率。

     其相对数量很小(2%),且并没有报道在统计学上是否存在显著性。大肠杆菌对阿莫西林、四环素类和甲氧苄啶/sulphas具有耐药性。在加拿大,一项基于36家猪场的范围广泛的研究(Medardus等,2014年)指出,对阿莫西林、氯霉素、链霉素、磺胺类和四环素有多重耐药性基因的沙门氏菌菌种,与其他多耐药性基因相比更有可能携带耐锌基因。

     返回上文,如果耐药性真的是一个重大问题,为什么氧化锌在20年后仍在使用?此外,如果把四环素和其他抗菌性药物放入肠道环境中,在一两天之内仍将会快速地产生广泛的耐药性,在用四环素类时很可能有80%~100%的耐药性。

8结论

     毫无疑问,争论还会继续下去。然而,在仔猪断奶前后的饲料中添加氧化锌在至少过去的20年中改善了猪的健康,极大地提高了动物的福利,结果是提高了猪的生长效率。氧化锌不应该归入生长促进剂,而应是一种能够有效防止腹泻和断奶后肠道紊乱的治疗剂。我们仍然不太清楚它的作用机理,其对环境的影响仍然是一个问题,但是谨慎小心使用,无论锌在粪便中的浓度还是在砂质酸性土壤中的流失都是可以得到控制和避免的。

     锌作为一种耐药性或多重耐药性的选择器是一个非常有趣的话题,但相对于直接使用抗生素且尤其是那些对人类越来越重要的抗生素,如多粘菌素,不利的风险似乎很小。每一个欧盟成员国将不得不制定出自己的风险/收益策略。数十亿通过饲料摄入氧化锌以预防断奶后腹泻的断奶猪已经获得了巨大的益处和较小的风险。

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