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微量元素间的协同与拮抗作用

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-08-21  浏览次数:114
核心提示:动物体对食物中微量元素的摄入、消化和吸收与多种因素有关,其中最主要的是饲粮中微量元素的含量、种类组成及元素间的协同与拮抗作用。同时,微量元素具有不稳定和易结合的特点,因此发生相互作用的可能性要比其他物质大很多。
      动物体对食物中微量元素的摄入、消化和吸收与多种因素有关,其中最主要的是饲粮中微量元素的含量、种类组成及元素间的协同与拮抗作用。同时,微量元素具有不稳定和易结合的特点,因此发生相互作用的可能性要比其他物质大很多。元素间的相互作用影响加入到饲粮中的微量元素的使用效价,这些作用可发生在饲料中,在消化道组织和组织细胞代谢过程中。因此,对微量元素间的协同拮抗作用进行充分分析,才能制定出更为合理、利用效果更好的微量元素配比。
一、协同与拮抗作用的定义
      协同作用:是依赖于某些元素的作用而加强另一元素的生物学功能, 或使该元素的有效水平增加。例如与造血有关的微量元素有铜、铁、钴、锰等多个元素, 它们分别作用于造血的不同环节, 相互配合, 共同完成造血功能。
      拮抗作用:是指在动物消化道中,元素之间互相抑制其吸收作用;对各自在动物体内的生理生化功能,互相产生相反的影响。拮抗作用多表现为单方面的,但也可以是双方面的。
二、协同作用的分类
1、微量元素在消化道内的协同作用:
(1)元素间的直接协同作用,吸收水平决定于食糜和饲料中各元素的比例。如日粮中钙与磷、钠与氯、锌与钼的协同作用等。
(2)通过肠壁中磷酸化过程的中间产物和消化酶的作用发生间接协同作用。如磷、锌、钴等,可以调节肠壁内的磷酸化过程,影响某些消化酶的活性从而影响饲料中元素的释放以及其他元 素在消化道内的吸收。碘和硒的互作也是表现为相关酶、激素的影响。
(3)微量元素与反刍动物前胃及肠道内微生物区系之间的相互作用,促使其生长和活动发生间接的协同作用。如钴在刺激微生物生长的同时,能使生物合成过程增强。
2、微量元素在组织细胞水平代谢上的协同作用:
(1)在结构形成过程中直接的协同作用,在动物骨骼组织的重要成分羟基磷灰石(用于骨组织修复)的形成过程中,Fe和Cu协同参与血红蛋白的合成;在肝脏RNA分子构型中,Mn和Zn的相互作用。
(2)同时参与酶活性中心的元素(黄嘌呤和醛氧化酶中的Fe和Mo,细胞色素氧化酶中的Cu和Fe)。
(3)在酶系的激活和合成强化过程中需要微量元素参与合成过程。
(三)、拮抗作用的分类
1、微量元素在消化道内的拮抗作用
(1)元素间发生简单的化学反应。 例如日粮内镁过多,在消化道内可形成磷酸镁,从而阻碍磷的吸收。硫与铜可发生作用产生硫化铜,降低铜的吸收利用率。
(2)被胶体颗粒吸附。 例如铁与锰可固定于非溶性的镁盐或铝盐表面,从而使铁与锰在消化道的吸收减少。
(3)离子在肠壁上竞争载体。例如铜与锌等的竞争性拮抗作用。
2、微量元素在组织和细胞代谢过程中的拮抗作用
(1)简单无机离子与络合无机离子直接相互拮抗。例如铜与钼的关系,提高一元素在日粮中的含量,就会引起另一元素在组织中含量的下降。
(2)离子间共同竞争酶系统的活性中心,产生拮抗作用。例如,在碱性磷酸酶的金属酶络合物中,镁离子与锰离子的竞争。
(3)血液中多种元素与同一载体结合产生的拮抗作用。例如,铁和锌可竞争性地与血浆中转铁蛋白结合。
三、微量元素间的相互作用
1、铜
铜与锌
      铜与锌的吸收部位均在小肠,二者在肠粘膜或金属硫蛋白中可互相竞争结合部位,从而互相抑制吸收。当饲喂高水平的锌时,导致血清,肝中的铜水平下降,铜的吸收率降低,血浆铜蓝蛋白的活性降低,产生缺铜性贫血。铜和锌还能诱导肠粘膜合成一种金属硫蛋白,可与多个金属离子结合,且铜结合能力强于锌,因而铜与金属硫蛋白结合更稳定。这使得铜离子被束缚在肠道表面,阻断了其向细胞外的转运,最终随肠上皮细胞的脱落排入粪便中,也就阻止并降低了铜的吸收。有人发现,当Zn/Cu>10时,可引起营养障碍。当饲喂过量铜的时候,会抑制锌的摄取。当Cu/Zn>1时,也会导致营养障碍。例如,避免铜锌比例不平衡给奶牛造成的经济损失,建议Zn/Cu=4:1较为适宜。因此适当的铜锌比例才能权衡两者的吸收和利用。
铜与铁
      铜与铁的关系极为密切。铜作为造血反应的促媒,催化铁合成血红蛋白和红细胞的生成,促进铁的吸收,运送和利用。因为铁的吸收形式为Fe2+,运送过程中为 Fe3+,饲料中铁多为Fe3+,血浆铜蓝蛋白可催化Fe3+被还原为Fe2+。铜作为血浆铜蓝蛋白的组成成分,缺乏使得铜蓝蛋白不足,引起铁吸收和利用障碍。铜另外还可使无机铁转为有机铁 Fe2+。促进铁由贮存场所进人骨髓,加速血红蛋白及卟啉的合成,加快铁的利用。此外,在绵羊和牛体内添加铁盐能够抑制铜的代谢,将 Fe2O3加到绵羊日粮中,则抑制铜吸收。例如在受铜污染严重的地区,在畜禽日粮中补充硫酸亚铁有助于防止铜中毒现象的发生。富铁土壤可有类似作用。因此在可能缺铜的地区,不宜过多使用含铁的添加剂喂绵羊和牛。例如,奶牛摄入的铁铜比例以Fe/Cu=40:1较为合适。
      此外,日粮和饮水中铁的含量明显影响肝铜的含量,随着日粮铁含量的增加,肝铜贮量明显下降。犊牛采食含铁1400mg/kg的饲粮会耗尽肝脏中的铜贮量(Arc,1980),8周内饲粮含铁量由500mg/kg增加到800mg/kg时,肝脏铜贮量从134mg/kg急剧下降到16(Phillppo等,1987)。饲粮高铁和高硫之间还存在互作效应,当两者都存在时对铜吸收的抑制程度更大(Underword和Suttle,1999)。
铜与镉、汞、银
      镉、汞、银等重金属元素对铜具有较强的拮抗作用。镉能够抑制铜的吸收,当铜处于临界摄入量时,即使摄入的镉只有少量增加,也会对铜的代谢产生有害的影响。银和汞都能够对铜的吸收产生拮抗作用,但其作用不如镉显著。镉、锌等元素拮扰铜的原理是争夺蛋白质结合金属的位置。Starcher研究报道,在小鸡的十二指肠中曾找到一个独特的与金属结合的蛋白质,并证明它能和铜结合,还能和锌、镉结合。
铜与硫、钼
      饲粮中硫和钼的存在会降低铜的吸收。饲粮中的硫能在瘤胃中转化成硫化物,导致硫化铜沉淀的生成,阻碍铜的吸收利用(Bird,1970)。Allen和Gawthorne(1987)认为,硫和钼在瘤胃固相食糜中形成硫代钼酸盐,它与铜结合行程高度不溶解复合物,从而降低可吸收铜的供给量。这是在瘤胃中铜、硫和钼元素间发生的化学反应阻碍了铜的利用率,同时还可封闭肠道粘膜细胞对铜的吸收和利用。另有研究认为, 部分被机体吸收的硫化钼在血液中可与血浆白蛋白结合, 进而影响铜发挥正常的生物学功能,或是间接抑制了一些依赖于铜的酶活性。因此, 反刍动物日粮中铜钼比以 4:1 - 6:1为最好,且其中奶牛日粮中Cu/Mo=6:1为最佳。
      日粮粗饲料种类不同,硫和钼对铜的吸收率影响不同,青贮饲料中铜的利用率受钼水平的影响不大,受硫水平的影响较大;干草中钼的抑制作用相对较小,对新鲜饲草,无论饲粮硫和钼的浓度如何,可利用铜的百分比都比干草或青贮饲料低,增加硫和钼的百分含量会显著影响铜的可吸收性。
2、铁
铁与锌
      铁与锌是动物体内含量较高的微量元素。两元素的拮抗在生物体中较易发生,锌竞争性地与血浆中转铁蛋白结合。Settlemire和Matrone的试验证明,高锌使肝脏转铁蛋白含量下降,说明高锌可干扰铁蛋白结合和释放铁。因此饲料中锌含量过高,可引发贫血、生长缓慢、抗病能力低下等一系列缺铁性病症;相反,饲料中铁含量过高,也会影响锌的吸收利用而引发畜禽缺锌。铁对锌的吸收、利用亦有抑制作用。食物中的无机铁与锌可相互抑制。有人观察显示,小剂量的锌能降低铁的吸收,但是有机铁与锌之间互不影响。当食物中铁锌比逐渐增高时(从 Fe/Zn=1∶1到3∶1),血浆锌的浓度逐渐下降,但当铁是以血红素形式加入时,即使 Fe/Zn为3∶1,也不影响锌的吸收,它们之间的相互作用可能与存在形式有关。铁对锌的吸收、利用的抑制,二价铁的作用大于三价铁。 Cox和Harris发现,高锌时铁蛋白和含铁血黄素的贮铁能力下降。
铁与锰
      铁与锰有相同的电子轨道、构型和配位数,它们既能相互干扰彼此在消化道的吸收过程,又能协助造血。给动物大量锰时,多数动物出现贫血,表现为血清和各脏器含铁量下降,血红蛋白形成延迟以及组织中锰浓度增高等,说明锰的大量供给则抑制铁的吸收和利用。缺铁可使锰吸收增加,但高铁则抑制锰的吸收和利用。
铁与镉
      镉影响铁代谢,从而引起血红蛋白合成不足,造成贫血 、骨代谢障碍甚至发生骨软症。
3、锌
锌与镉
      镉可在分子水平上与锌竞争,并可干扰抑制铜吸收。镉与锌属同价离子,在肠道吸收过程中存在强烈的竞争抑制作用,大量镉进入体内,抑制锌的吸收而使体内锌含量降低。当出现镉中毒症状时,给予一定浓度的锌后,可以抑制或减轻镉的毒性。
锌与锰
      Burch等人的试验表明,饲料缺锌时仔猪组织锰浓度显著低于加锌的对照组。在蛋鸡饲料中添加锌可提高蛋壳质量,改善免疫。但大多数的研究表明,锌只有和锰同时添加到蛋鸡日粮中才能有效(Holder,1978;Hunntley,1978)。也就是说蛋鸡日粮中锌和锰能协同提高蛋壳品质。Tahatapob(1985)对锰和锌的关系做了深入的研究,认为55-75mg/kg的锰和锌使蛋壳有较高的钙氮比,糖醛酸含量增加,从而改善蛋壳品质。而且在高钙饲料中添加有机锌和锰,其生物利用率高,可显著改善蛋壳质量,在夜间饲喂可帮助消化道持续释放钙,从而提高蛋壳质量。有试验证明,AA肉仔鸡日粮中,在锌元素水平一定的情况下,锰低于130mg/kg(不包括基础日粮中锰的含量)时,肉仔鸡的体重随锰水平梯度的增加而增加。
4、硒
硒与砷
      硒与砷处在周期表中同一周期的相邻位置。有关硒-砷相互作用的研究由来已久, 其中包括砷对硒毒性的拮抗,也包括硒对砷中毒的保护作用,还包含在某些特殊条件下表现出硒-砷协同作用。 说明随着砷、硒浓度的变化,硒与砷之间既可出现协同效应又可显示拮抗作用,特别是两种元素都处于毒性浓度范围内时,更加产生协同效应。
硒与镉
      牛与猪的镉中毒,常表现为硒缺乏症,补硒可预防该病的发生。
5、铬
铬与铁
      铬与铁有拮抗作用, 铬经肠道吸收后,进入血浆和蛋白质结合,才能将铬运输至肝脏及全身,如果血铁过多,蛋白质处于饱和状态,铬离子与蛋白质结合状态,铬离子与蛋白质结合部位,全部被铁离子占有,使铬离子无法与蛋白质结合,则铬离子的运输、代谢和利用也将发生困难,最后导致生理功能紊乱和病变。
总之,由于不同动物在不同生理阶段对不同种微量元素有不同的需求,而且不同种类微量元素的利用率和生物学效价不同,在实际生产中我们应重视微量元素之间的协同拮抗作用,避免因为而造成的微量元素的浪费和降低在动物机体中的使用效果。(来源:畜牧人网站) 
 


 
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