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文献综述
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2007年4月7日出版

第一章:实验动物饲料标准化的重要性

(Importance of Standardization of Diets for Experimental Animals)
南通特洛菲饲料科技有限公司技术部 综述

【摘要】本章介绍饲料很多方面的变化往往在动物体内不同水平发挥影响,并可直接或间接影响着实验干预因素的作用。由于这些影响,饲料成品不仅在品质上应当稳定,而且在不同实验室之间应当尽可能地保持相似,为此,必须科学地分别制定每种动物在不同生长阶段、繁殖期、不同饲养环境下使用饲料的终端标准。制定终端标准不仅对企业或动物饲养单位的饲料生产提供指导和监督,最大程度地使各实验室和同一实验室不同研究阶段在同一个平台上开展研究,而且有利于在饲料使用过程中对实验动物的机能实行跟踪研究,为饲料标准的进一步优化提供依据。结论:实验动物饲料标准化是实验研究质量控制的关键环节之一;不同实验室之间或同一实验室不同研究阶段都应该使用符合标准、质量可靠和稳定性好的实验动物饲料。
【关键词】实验动物饲料;饲料标准化

一、营养素含量差异对实验的影响

研究已经表明,任何一种营养素(碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素)过量或不足均可对实验动物产生影响,这些影响往往是首先表现在代谢和基因水平的调节方面的变化(表6-1所示),然后才出现在机能的外部表现方面的变化。

表1-1 营养素缺乏或过载对转录因子活性的影响
营养素类型 营养素 转录因子
碳水化合物 葡萄糖 USFs,SREBPs, ChREBP
脂肪 脂肪酸 PPARs, SREBPs, LXR, HNF4, ChREBP
  胆固醇 SREBPs, LXRs, FXR
维生素 A RAR, RXR
  D VDR
  E PXR
宏量元素 Calcineurin/NF-ATs
微量元素 IRP1, IRP2
  MTF1

换句话说,单个营养素摄入量的过多或不足一般表现为隐蔽性的,除非对动物组织细胞进行针对性的测定才能发现,只有长期过载或不足后才有了外部表现,例如,能量(碳水化合、脂肪)摄入量过多引起的肥胖、铁缺乏引起的贫血,等等。因此,在饲料某种或几种营养素缺乏或过多的情况下,动物短期内可以没有外部表现,但内部已经发生了代谢、基因表达和某些调节机能的改变,显然,使用这些动物或其组织标本开展研究,所观察到的反应将会被增强或降低。更为严重的是这些影响可能导致研究结论的错误,怎么理解呢?如果研究的设计是基于正常动物的调节,但所使用动物的饲料是某种或某几种营养素缺乏(隐蔽期),此时研究人员一定会基于正常情况下的调节根据研究结果得出研究结论。

为了进一步对此说明,举两个具体的例子:第一个例子,如果研究者是观察正常生理情况下某种神经体液因素的调节,但研究者并不知道动物饲料实际上是铁不足或铁过载的,由于研究的结果实际上来自于一个铁过载或铁不足动物模型,也就是说,研究结论应该是基于这种病理模型,但不然,研究者却是基于正常生理的调节。第二个例子,如果研究者是希望观察动物离体组织细胞的某种基因的表达调节,假如这些标本来自于一个营养素代谢异常的动物,但研究者由于不关注动物(认为动物正常),只关注组织细胞的基因表达对实验干预(如药物)的反应,那么,研究结论发生错误将是必然。无论是何种情形,研究结论的错误不仅使研究失去意义,而且因为研究结论的不可重复性给进一步研究提供了错误的信息。

二、营养素之间含量比率对实验的影响

营养素之间含量的比率对实验动物的影响源于两个方面,一是通过饲料摄入量对多种营养素摄入量产生影响,另一个通过营养素与营养素之间的相互作用对动物产生影响。

(1)通过饲料摄入量对多种营养素摄入量产生影响。

动物对饲料摄入的首要目的是满足能量代谢的需要,即饲料学中常说的“因能而摄”。也就是说,动物的摄入量与饲料的能量密度密切相关。能量密度高,则摄入量减少,反之亦然。因此,饲料的能量密度的变化将导致其他多种营养素的摄入量发生改变。显然,如果两个单位或两个批次的饲料如果能量密度(总能)不同,尽管其他营养素含量都相同,那么,所喂养的动物在代谢、基因表达和生理机能将有明显不同,后果是实验结果将出现不同。

(2)通过营养素与营养素之间的相互作用对动物产生影响。

几年来的营养学研究已经表明,不同营养素之间既可以在肠道吸收水平发挥相互作用,也可以在机体内的代谢调节方面发挥广泛的相互作用。这些相互作用既可以发生在三大营养素之间、矿物质之间、维生素之间,也可以发生在上述三者之间。相互作用的形式包括拮抗作用、排斥作用、竞争作用。下面列举几例:

(3)在矿物质之间的相互作用

例如,高浓度的钙(Ca)、磷(P)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)、钴(Co)、镉(Cd)等可干扰铁的吸收。铁过多可抑制锌(Zn)、锰(Mn)、钴(Co)、铜(Cu)等的吸收。

(4)在维生素与矿物质之间的相互作用

例如,维生素C可增强铁吸收,维生素A可与铁形成复合物通过防止植酸盐、多酚等对铁吸收的抑制作用,从而促进铁的吸收。维生素A过多可导致肝脏铁转运障碍,而铁缺乏也可导致维生素A在肝脏释放障碍,使血清视黄醇浓度降低。

(5)在蛋白质与矿物质之间

例如,不同蛋白源都可影响铁的吸收和利用;小分子肽、糖、核酸等可以与多种矿物质形成配合物从而有利于这些矿物质的吸收。

(6)在脂肪与维生素之间

例如,脂肪有利于脂溶性维生素A、D、E、K的吸收,而维生素参与脂肪在体内代谢的多个环节。

上述营养素的相互作用说明,不同营养素之间的比率应当保持适当比率,而且不同产品之间或者同一产品不同批次之间,应当尽可能相同。如果这些比率如果发生改变,动物及其组织细胞的代谢网络将发生很大的差异,必然在某种程度上影响实验结果和研究结论。

三、营养素与干预因子的相互作用

实验研究中一般需要通过某种正、反两方面的干预来论证机体某个环节的调节。这个干预环节就成为实验的干预因子,而实验干预指的是干预的方法。以下几个代表性的举例说明营养素如何与干预因子相互作用。

例一:无论是在体还是离体研究中,通过刺激(兴奋)和阻滞某神经纤维观察所支配的组织细胞的机能变化,根据机能变化判断该神经纤维对靶组织的调节作用,其中,神经纤维的兴奋性就是实验干预因子。如果饲料钾(K+)的含量过高或过低,导致机体高钾或低钾,从而影响到神经组织的兴奋性,那么,刺激或阻滞的实验结果中必然包含了钾变化引起的作用。

例二:无论是在体还是离体研究中,通过刺激(兴奋)和阻滞某种受体或其亚型观察细胞的信号转导的变化,从而判断该受体或其亚型与细胞内信号转导之间功能的关联,其中,受体或其亚型就是实验干预因子。如果该受体或其亚型与某种营养素代谢有关,那么,饲料中该营养素含量较高或较低必然影响所观察的受体对干预(刺激或阻滞)的反应。

例三:无论是在体还是离体研究中,通过建立某种疾病(非营养性)的动物模型,观察某种药物的治疗作用及其与某个基因表达调控的关系,其中,药物是该疾病模型的干预因子。如果饲料中某种(甚至几种)营养素含量过高或过低,那么,所建立的疾病模型将成为非营养性疾病与营养代谢异常(或营养性疾病)共存的混合模型,体内或其组织细胞将表现为错综复杂的相互作用,根据其研究观察到的结果将难以说明药物是对疾病模型的作用还是对营养代谢异常的作用还是兼而有之。

从以上例子中可知,假如营养素的影响大于干预所引起的效应,那么,动物或组织细胞标本的反应将被增强或减弱,甚至被完全掩盖,出现假阴性结果;如果干预本身并不具有效应,那么,可因饲料的营养素的差异导致假阳性结果。如果两个实验室的实验结果不一致或截然相反,假如双方都没有关注所用的饲料的组成和品质,那么,出现彼此的否定或争论的真正原因谁也说不清楚。

四、植物源性非营养素对实验的影响

什么是植物源性非营养素?是指在饲料组成的植物性原料中所含有的对动物机体具有调节作用的生物活性物质,例如,植物中的类黄酮等植物雌激素、酚酸类化合物、类胡萝卜素、硫化物等一系列生物活性成分,这些成份的含量及其稳定性对实验动物以及实验干预因子可产生明显的影响。

(1)饲料中植物雌激素对实验动物的影响

是一类具有类似动物雌激素生物活性的植物成分的总称,植物雌激素存在于大豆(大豆异黄酮)等植物及其种籽,在肠道吸收进入动物体内或作用于离体的组织细胞可表现出弱的雌激素和抗雌激素活性的双相作用,从而干扰了雌雄生殖系统以及性激素代谢相关的器官组织细胞的代谢。

(2)饲料中多酚类化合物对实验动物的影响

可与多种矿物质如铁(Fe)、铜(Cu)等金属物质发生螯合反应,抑制肠道的吸收,如果使用含多酚量高的饲料,在饲料中矿物质含量相同的情况下,动物可能出现这些微量元素吸收不足的情况。

(3)饲料中草酸、植酸对实验动物的影响

可降低矿物质(如铁离子)的溶解性从而抑制肠道的吸收。

(4)饲料中类胡萝卜素、硫化物对实验动物的影响

类胡萝卜素、硫化物都具有抗氧化作用,类胡萝卜素顾名思义具有类似胡萝卜素的生理作用。

显而易见,饲料中除了营养素成份之外,饲料含有大量的影响营养素吸收和代谢的因素,如果这些不加以控制,可导致动物代谢机能产生差异。

五、原料中药物或毒物对实验的影响

原料中影响动物机能的成份除了营养素、非营养素外,还包括原料中的天然毒物,外源性的毒物。

(1)饲料中天然毒物影响实验结果

包括光敏物质、硝酸盐及亚硝酸盐、植物毒素(棉籽饼粕里的棉酚、菜籽饼粕里的芥子苷)、动物性原料毒性(鱼粉加工过程中产生的肌胃糜烂素等有毒物质)、抗营养物质(酶抑制剂、植物性红细胞凝集素、植酸与植酸盐、草酸和草酸盐、大豆及其饼粕里的胰蛋白酶抑制因子)等,这些物质可被动物直接吸收进入体内对动物产生毒性作用。

(2)饲料中农药以及环境污染物等有毒有害物质对影响验结果

通过水体、土壤和空气而进人植物体中。其中,农药包括有机磷、有机氯、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类杀虫剂等,环境污染物包括铅、汞、镉、铬、砷等重金属毒物。原料中这些物质残留可以通过饲料积累在动物体内对动物机能产生影响。最近的研究表明,这些毒物在高剂量或累积后产生毒性,但低剂量还可产生homosis效应(兴奋或刺激效应)。

六、饲料形态、硬度对实验的影响

饲料的物理状态对动物的机能的影响不可忽视。根据饲料形态,可将饲料分为三类,即粉状饲料、颗粒饲料和液体饲料。

(1)粉状饲料影响实验动物

粉状饲料是原料混合后直接用于喂饲动物的饲料。饲料制作工艺简单,但是降低了咀嚼作用以及对动物胃肠的刺激作用,容易致龋并影响动物消化机能,因此,影响动物免疫机能并可导致胃溃疡或胃粘膜糜烂。

(2)颗粒饲料很重要

颗粒饲料是在粉状饲料经过加工制粒而成。具有密度大、体积小、适口性好的优点,如果硬度适当可避免了粉状饲料对动物胃肠消化不利的副作用,然而,过脆则不仅失去这方面的意义,而且因为浪费明显影响饲料摄入量判断的准确性,相反,颗粒硬度过硬使动物咀嚼困难甚至影响饲料摄入量。此外,由于制粒过程中可使部分维生素受到破坏已经矿物质污染,给饲料质量控制提高了难度,成为技术水平有限的生产单位所生产饲料的稳定性的瓶颈之一。

(3)液体饲料只是特殊情况下使用

目前主要应用于纯化饲料(Purified Diet)。液体饲料对动物机能的影响与粉状饲料相似。

事实上,在上世纪30~50年代口腔医学方面就已经开展了不少关于饲料物理形态和硬度对动物咀嚼和面部发育的研究。

七、饲料卫生状况对实验的影响

饲料卫生除了来自于原料中可能存在的有毒有害物质外,还包括原料及其存储、加工生产过程以及产品的运输和存储乃至于在喂饲动物时被寄生虫及虫卵、微生物如细菌和霉菌的污染。其中,最参见的细菌污染是沙门氏菌,霉菌最常见的是黄曲霉素。由于实验动物饲料中不允许加入防霉剂,因此,实验动物饲料比一般畜牧饲料更容易发生霉变。这些污染的后果是:

改变饲料品质:在这些微生物作用下,将饲料中的蛋白质分解为氨、硫化氢、硫醇、粪臭素等,脂肪分解产生酸、醛,导致营养素的含量发生改变,同时分解产物可对动物机体产生有害作用。

改变动物摄入量:通过分解营养素产生的异味损害了饲料的适口性,从而影响动物对饲料的摄入量。

破坏肠道微生态平衡:肠道微生态平衡是营养免疫的关键环节,微生物侵袭破坏该生理平衡必然双重影响肠道免疫和营养的机能。

改变机体的免疫机能:毫无疑问,微生物污染及其释放的毒素可直接或间接刺激动物免疫细胞,从而改变免疫机能和免疫反应性。



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