有机铬的营养与生理作用研究进展_唐利华

有机铬的营养与生理作用研究进展

唐利华　方热军

＊

(湖南农业大学动物科技学院,长沙410128)

摘　要:铬是人和动物必需的微量元素之一,在机体许多生理机能中起着重要作用。本文主要对最近国内外有关有机铬对动物物质代谢、生殖和内分泌功能、免疫功能和抗热应激的影响及有机铬的添加效果和毒性等几个方面的相关研究进行综述,旨在为研究有机铬的营养作用提供参考。关键词:微量元素;铬;营养与生理功能

中图分类号:S816.7　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1006-267X(2010)05-1186-06

　　铬是人和动物必需的微量元素之一,有机铬以其低毒、高吸收和能提高动物生产成绩等作用而成为用于动物生产的唯一铬源。有机铬可通过维持机体正常的葡萄糖耐量、增强胰岛素的生理效应及影响相关代谢酶的活性等发挥其生理作用,影响动物机体内糖、脂肪、蛋白质等的代谢,改变动物机体物质代谢的沉积和利用方向,提高动物生产性能,改善胴体品质。

素的作用密切相关。乔伟研究发现在大鼠饲粮中补充小肽铬能提高胰岛素效率、促进糖代谢,并且发

现在促进葡萄糖吸收和代谢过程中可不依赖胰岛素而发挥作用;能通过上调胰岛素受体(IR)、GLUT4、糖原合成酶(GS)和解偶联蛋白3(UCP3)基因的表达,增强骨骼肌细胞对葡萄糖的摄取和转运,提高糖酵解和三羧酸循环及能量转运过程中关键酶的活性,促进葡萄糖的分解代谢与合成代谢,提高能量利用效率,提高大鼠生产性能。但Sano等[6]研究发现,在冷暴露绵羊饲粮中补充有机铬(高铬酵母)1mg/kg,对血液葡萄糖代谢和胰岛素活性无显著影响。

1.2　有机铬与动物脂肪代谢

有机铬与动物脂肪代谢关系密切,在这方面的研究较多,但铬对脂类代谢作用的机制还不是非常清楚,有待进一步深入研究。总结相关报道可以看出,铬可通过以下机制调节脂类代谢:1)铬通过增强胰岛素生理效应间接调节脂类代谢。2)铬通过影响脂类代谢关键酶———脂蛋白脂酶(LPL)、卵磷脂胆固醇酰基转移酶(LCAT)和肝内皮细胞脂酶(HEL)的活性来直接影响脂类代谢。生物有机体缺铬,胰岛素水平会明显增高,高胰岛素能增加肝脏低密度脂蛋白(LDL)的合成,控制血管壁脂质分解,同时缺铬还会降低肝脏对胆固醇的摄取能力,引起血脂升高。Yang等[7]研究发现,补充有机铬能显著降低糖尿病大鼠机体甘油三酯、胆固醇、低密度脂蛋白和瘦素水平(P<0.05),显著提高胰岛素和高密度

[5]

1　有机铬对动物物质代谢的影响

1.1　有机铬与动物糖代谢

铬是葡萄糖耐量因子(GIF)的重要组成部分,参与机体糖代谢,维持体内正常的葡萄糖耐量。铬不足会引起糖耐量异常,组织对胰岛素的敏感性降低,严重时会出现糖尿病。铬可以改善组织细胞膜对胰岛素的敏感性,从而加强胰岛素与细胞膜的结合,促进葡萄糖向细胞膜的输送和转运,保持血糖水平相对恒定。有研究表明,补充有机铬能通过激活胰岛素与细胞膜间的二硫键,增强胰岛素与特异性受体的结合力,从而增强胰岛素的敏感性,改善葡萄糖的耐量和肝糖原的合成,加快血液葡萄糖的清除率[1-2],降低血液葡萄糖水平[3]。Chen等[4]研究发现,补充铬(吡啶羧酸铬或三氯化铬)可以增强葡萄糖转运载体蛋白4(GLUT4)的作用,并刺激胰岛素增加葡萄糖的转运;在细胞水平或活体观察都发现,补充铬可提高血液葡萄糖耐量和降低胆固醇水平。因此,可以看出铬在葡萄糖代谢过程中,与加强胰岛

收稿日期:2010-03-08

作者简介:唐利华(1986—),男,湖南永州人,硕士研究生,主要从事动物营养生理研究。E-mail:hntanglihua@yahoo.com.cn＊通讯作者:方热军,教授,博士生导师,E-mail:fangrj63@126.com

　5期唐利华等:有机铬的营养与生理作用研究进展

1187

脂蛋白水平(P<0.05)。王敏奇等[3]研究发现,纳

米铬能显著提高胴体瘦肉率、增加眼肌面积、降低脂肪率和背膘厚(P<0.05),显著降低甘油三酯和胆固醇含量(P<0.05),显著提高血清高密度脂蛋白、胰岛素样生长因子Ⅰ水平及脂肪酶活性(P<0.05);并发现吡啶羧酸铬对胴体脂肪率和眼肌面积也有显著影响(P<0.05)。Kim等[8]研究发现,在猪高脂饲粮中添加吡啶羧酸铬能减弱高脂饲粮对猪体脂沉积中的影响,这在去势公猪较母猪表现更加

[9]

明显。王丹莉等研究报道,饲粮中添加吡啶羧酸铬可以降低肉鸡腹脂和肝脂率,并与饲粮中添加吡啶羧酸铬水平成负相关。

家禽的脂肪沉积量取决于血浆甘油三酯的水[10]

平,而血浆甘油三酯的多少又取决于机体肝脏的合成。有研究发现,饲粮中添加有机铬能显著降低第7周后试验肉鸡血清和肝脏中甘油三酯水平及腹脂率,而对第3周末同样指标影响不显著[11-12]。因此,可以看出有机铬对脂肪代谢的影响除了与动物品种、铬的添加水平等有关外,还很可能与铬的添加期长短有关。1.3　有机铬与动物蛋白质代谢

尿酸是家禽体内蛋白质和氨基酸代谢的终产物和排泄形式,血清尿酸浓度可以在一定程度上反映机体蛋白质的代谢状况。蛋白质分解代谢增强时,

[13]

尿酸含量升高。吴永胜等研究发现,饲粮中添加铬-烟酸复合物能显著降低肉鸭血清尿素氮含量和

[14]

提高血清总蛋白含量(P<0.01)。黄所含研究报道,有机铬(酵母铬)能促进良凤肉鸡体组织利用氨基酸合成体蛋白质的效率,减少氨基酸代谢生成尿酸随尿液排出体外的数量。孙晓刚[15]研究报道,饲粮中添加有机铬(烟酸铬)虽然没有显著提高血清总蛋白质含量(P>0.05),但是显著降低了与氨基酸代谢相关的谷丙转氨酶(ALT/GPT)(P<0.05)和谷草转氨酶(AST/GOT)(P<0.01)的活性,减少了氮损失,在对肌肉脂肪含量影响不显著(P>0.05)的情况下,显著提高了肌肉蛋白质的含量(P<

[3]

0.05)。王敏奇等研究报道,纳米铬能显著降低猪血清尿素氮(P<0.05),提高血清总蛋白含量(P<0.05),从某种程度上说明了纳米铬对机体蛋白质合成的影响,与铬能促进肥育猪生长,改善胴体组成的效果相吻合。

1.65mg/kg的吡啶羧酸铬饲粮,可以显著缩短母猪返情间隔(P<0.05),提高窝产仔数(P<0.05)和增加仔猪初生窝重(P<0.05);并使断奶母猪返情前期的血糖和血清总脂降低(P<0.05),血清促黄体素(LH)升高(P<0.05),但对仔猪初生平均个体重无显著影响(P>0.05)。Real等研究发现,添加吡啶羧酸铬能显著提高初产仔猪数(P<0.01),提高存活率并能缩短断奶与返情间隔期(P<0.01)。梁学武等研究发现,奶牛饲粮添加适量酵母铬可显著降低热应激期奶牛血清游离三碘腺原氨酸(FT3)含量和FT3与游离甲状腺素(FT4)的比值(FT3/FT4)(P<0.01)。禽类与哺乳动物一样也存在下丘脑-垂体-性腺轴。石俭省等[19]研究报道,与对照组相比,饲粮中添加酵母铬可以显著提高蛋种鸡的产蛋率、受精率、孵化率和种蛋合格率(P<0.05)。

[18]

[17]

3　有机铬对免疫功能和抗热应激的影响

铬具有参与多种细胞免疫的调节作用,但其根本机制还不清楚,可能与其影响胰岛素功能和皮质醇产量有关[20]。有研究证实,淋巴细胞表面具有胰岛素受体,胰岛素能增加牛淋巴细胞增殖反应,促进淋巴细胞活性[21-22]。皮质醇是具有抑制机体生长和免疫功能的一种类固醇激素,可抑制葡萄糖氧化,使糖的利用率降低,使机体的免疫系统受到抑制。禹爱兵等[23]研究发现,在奶牛泌乳期饲粮中添加有机铬(吡啶羧酸铬或赖氨酸铬)能降低血清中皮质醇浓度,提高球蛋白的水平,增强机体免疫力。Kim等[24]研究发现,高浓度吡啶羧酸能够抑制人肾上腺皮质细胞合成皮质醇和脱氢表雄酮硫酸酯(DHEA-S)。Besong等报道,铬和胰岛素、皮质醇可能通过互作来增加奶牛外周血液淋巴细胞(PBL)的转化反应。vandeLigt等

[26]

[25]

研究发现,在母猪饲粮中添

加有机铬对母猪体液免疫影响较小,但能显著增加乳汁中免疫球蛋白的含量,增加仔猪抵抗力。Lien等研究发现,在断奶仔猪饲粮中添加200μg/kg丙酸铬提高了仔猪血清抗体滴度(P<0.05),在大肠杆菌脂多糖应激后提高了血清白细胞和免疫球蛋白含量(P<0.05)。

张敏红等[28]研究总结:在高温环境中给猪补有机铬,可使猪的血浆皮质醇和血清尿素氮水平不因高温应激而显著上升(P<0.05),血浆总蛋白含量不因高温应激而显著下降(P<0.05),从而起到缓[27]

2　有机铬对生殖和内分泌功能的影响

杜立银等[16]研究报道,给母猪饲喂添加1188

动　物　营　养　学　报22卷　

解高温应激的作用;同时,补铬能使猪血浆铬含量不因高温应激而下降,尿铬排出量不表现出“先高后低”的现象,弥补了机体因高温应激而动员参与代谢的铬量,使机体铬量充足,提高在高温环境下猪的生产性能。呙于明等[29]研究认为,补铬能提高血清甘油三酯含量,能将高温导致的脂肪酸动员引向甘油三酯合成方向,而非β-氧化途径供能,从而减少高温应激下的体内产热。王刚等[30]研究发现,添加有机铬(吡啶羧酸铬)能显著增加热应激下肉仔鸡血清甘油三酯的含量(P<0.05),并发现有机铬能改善热应激下肉仔鸡的日增重(P<0.05),以2.0mg/kg加铬量效果最佳。但Kim等[31]研究发现,在热应激环境下仔猪的生产性能降低,皮质醇水平下降,补充有机铬没能缓解这种状况。

4.2　添加有机铬的毒性

自1995年首次报道吡啶羧酸铬的危害性以来,有机铬的安全性问题成为了人们关注的热点,现有

对有机铬的毒性研究的结论不尽一致,但大体认为有机铬对于动物生产是安全的。Bagchi等研究发现,30～50mg/mL的吡啶羧酸铬或烟酸铬可造成巨噬细胞J774A.1的DNA损伤,但其影响没有达到显著性水平(P>0.05)。Whittaker等对小鼠淋巴细胞进行的吡啶羧酸铬毒理试验,结果发现,不管是否添加小鼠肝脏S9代谢激活物,吡啶羧酸铬均能显著诱导淋巴细胞基因突变(P<0.05)。

但另有许多研究未发现吡啶羧酸铬等有机铬源存在明显危害性,这可能与有机铬的添加量、使用方式和研究方法等因素有关。郭亮等研究给仔猪[健康的瘦肉型杜×长×大三元杂交公猪,(15.0±1.0)kg]静脉注射800μgCr/d剂量范围内的吡啶羧酸铬14d,结果显示,尽管吡啶羧酸铬在肝组织的蓄积量随静脉注射吡啶羧酸铬水平的增加而升高,但是仔猪肝脏抗氧化酶活性未发生显著变化(P>0.05),肝细胞DNA未受到氧化损伤。Lindemann等研究发现,在繁殖母猪饲粮中添加1mg/kg有机铬后,尽管显著增加了肾上腺、肾脏和肝脏的铬含量(P<0.05),但是对繁殖母猪没有负面影响。Lin-demann等[44]通过研究高水平(5mg/kg)短期(75d)添加4种有机铬源———吡啶羧酸铬、丙酸铬、蛋氨酸铬和酵母铬对猪[(48.1±0.9)kg杂种猪]组织沉积的影响,来探讨4种铬源的生物学活性及安全性,结果表明,缺乏铬会引起生产性能、胴体品质及生理生化指标的负面影响,在正常的使用范围内4种有机铬非常安全。

[43]

[42]

[41][40]

4　添加有机铬的效果和毒性

4.1　添加有机铬的效果　

动物饲粮添加有机铬的效果还存在异议,特别在补充有机铬对改善胴体品质和提高生产性能方面。在国内,吴永胜等

[13]

研究发现,饲粮中添加

铬-烟酸复合物200μm/kg不仅可促进肉鸭体重和日增重(P<0.01)、降低料重比(P<0.01),而且能显著提高肉鸭瘦肉率和胴体粗蛋白质含量(P<0.05),显著降低肉鸭皮脂率和胴体粗脂肪含量(P<0.05),提高肉鸭屠宰性能,改善胴体品质(P<0.05);黄所含

[14]

研究报道,添加酵母铬可以加快生

长肥育猪生长速度,提高平均日增重,改善了饲料利用率,但没有达到显著性差异(P>0.05);胡忠泽等

[32]

研究表明,在肉鸡日粮中添加不同水平的有机

铬对肉鸡生产性能无显著影响(P>0.05),但添加烟酸铬可明显改善胴体品质,显著提高胸肌率(P<0.05)、降低腹脂率(P<0.01);张彩虹等

[33]

5　小　结

有机铬对动物的营养作用效果还存在争议,原

因可能与动物种类、日龄、生长环境,有机铬的添加方式、剂量、时间及研究者的研究目的等因素有关。尽管有报道表明有机铬具有危害性,但在正常范围内和按要求使用的情况下有机铬的危害几乎未见报道。从一系列的研究可以看出,有机铬在动物生产中的确起到了非常重要的作用,其不仅能增加日增重,提高料重比,而且还能改善胴体品质等,特别是动物在应激状态下提高其生产性能、提高饲料利用率、改善胴体品质效果更加明显,但对有机铬的添加效果目前还没形成一致的认识。因此,更加深入全研究结

果表明,饲粮中添加不同水平的酵母铬对热应激肉鸡的屠宰率、半净膛率、全净膛率均未产生显著影响(P>0.05),但3.0mg/kg铬组腹脂率较对照组显著降低(P<0.05)。在国外,Jackson等

[34]

研究发

现,在猪饲粮中补充有机铬能显著降低背膘厚和腹脂的碘值(P<0.05),增加肌肉重量(P<0.05);也有许多研究发现,在饲粮中补充有机铬对动物生产性能、胴体品质的某些方面有正面影响,如胴体长和肌肉的大理石纹、含水量和pH等,但对动物总体生

[35-39]产性能和胴体品质无显著影响(P>0.05)。

　5期唐利华等:有机铬的营养与生理作用研究进展

1189

面地探讨有机铬的作用机制,研究不同有机铬源对不同动物及其不同生长阶段的影响及开发更加安全高效的有机铬源产品是非常必要的。参考文献:

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　5期唐利华等:有机铬的营养与生理作用研究进展

1191

NutritionalandPhysiologicalEffectsofOrganicChromium

TANGLihua　FANGRejun

＊

(CollegeofAnimalScienceandTechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China)

Abstract:Chromiumisoneoftheessentialtraceelementsforbothhumanandanimalsanditplaysanimportantroleinmanyphysiologicalfunctionsinvivo.Thisarticlemainlyexpoundedtheeffectsoforganicchromiumonmaterialmetabolism,re-productionandendocrine,immunefunction,andanti-heatstressinanimals,aswellasitssupplementationeffectandtoxici-tyforthepurposeofstudyingthenutritionaleffectsoforganicchromiumforreferences.[ChineseJournalofAnimalNutri-tion,2010,22(5):1186-1191]

Keywords:traceelement;chromium;nutritionalandphysiologicalfunctions

＊Correspondingauthor,professor,E-mail:fangrj63@126.com(编辑　何丽霞)