有機鉻的營養(yǎng)與生理作用研究進展

唐利華 方熱軍

（湖南農業(yè)大學動物科技學院,長沙 410128）

鉻是人和動物必需的微量元素之一,有機鉻以其低毒、高吸收和能提高動物生產成績等作用而成為用于動物生產的唯一鉻源。有機鉻可通過維持機體正常的葡萄糖耐量、增強胰島素的生理效應及影響相關代謝酶的活性等發(fā)揮其生理作用,影響動物機體內糖、脂肪、蛋白質等的代謝,改變動物機體物質代謝的沉積和利用方向,提高動物生產性能,改善胴體品質。

1 有機鉻對動物物質代謝的影響

1.1 有機鉻與動物糖代謝

鉻是葡萄糖耐量因子（GIF）的重要組成部分,參與機體糖代謝,維持體內正常的葡萄糖耐量。鉻不足會引起糖耐量異常,組織對胰島素的敏感性降低,嚴重時會出現糖尿病。鉻可以改善組織細胞膜對胰島素的敏感性,從而加強胰島素與細胞膜的結合,促進葡萄糖向細胞膜的輸送和轉運,保持血糖水平相對恒定。有研究表明,補充有機鉻能通過激活胰島素與細胞膜間的二硫鍵,增強胰島素與特異性受體的結合力,從而增強胰島素的敏感性,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]研究發(fā)現,補充鉻（吡啶羧酸鉻或三氯化鉻）可以增強葡萄糖轉運載體蛋白4（GLUT4）的作用,并刺激胰島素增加葡萄糖的轉運;在細胞水平或活體觀察都發(fā)現,補充鉻可提高血液葡萄糖耐量和降低膽固醇水平。因此,可以看出鉻在葡萄糖代謝過程中,與加強胰島素的作用密切相關。喬偉[5]研究發(fā)現在大鼠飼糧中補充小肽鉻能提高胰島素效率、促進糖代謝,并且發(fā)現在促進葡萄糖吸收和代謝過程中可不依賴胰島素而發(fā)揮作用;能通過上調胰島素受體（IR）、GLUT4、糖原合成酶（GS）和解偶聯蛋白3（UCP3）基因的表達,增強骨骼肌細胞對葡萄糖的攝取和轉運,提高糖酵解和三羧酸循環(huán)及能量轉運過程中關鍵酶的活性,促進葡萄糖的分解代謝與合成代謝,提高能量利用效率,提高大鼠生產性能。但Sano等[6]研究發(fā)現,在冷暴露綿羊飼糧中補充有機鉻（高鉻酵母）1 mg/kg,對血液葡萄糖代謝和胰島素活性無顯著影響。

1.2 有機鉻與動物脂肪代謝

有機鉻與動物脂肪代謝關系密切,在這方面的研究較多,但鉻對脂類代謝作用的機制還不是非常清楚,有待進一步深入研究?？偨Y相關報道可以看出,鉻可通過以下機制調節(jié)脂類代謝:1）鉻通過增強胰島素生理效應間接調節(jié)脂類代謝。2）鉻通過影響脂類代謝關鍵酶——脂蛋白脂酶（LPL）、卵磷脂膽固醇?；D移酶（LCAT）和肝內皮細胞脂酶（HEL）的活性來直接影響脂類代謝。生物有機體缺鉻,胰島素水平會明顯增高,高胰島素能增加肝臟低密度脂蛋白（LDL）的合成,控制血管壁脂質分解,同時缺鉻還會降低肝臟對膽固醇的攝取能力,引起血脂升高。Yang等[7]研究發(fā)現,補充有機鉻能顯著降低糖尿病大鼠機體甘油三酯、膽固醇、低密度脂蛋白和瘦素水平（P＜0.05）,顯著提高胰島素和高密度脂蛋白水平（P＜0.05）。王敏奇等[3]研究發(fā)現,納米鉻能顯著提高胴體瘦肉率、增加眼肌面積、降低脂肪率和背膘厚（P＜0.05）,顯著降低甘油三酯和膽固醇含量（P＜0.05）,顯著提高血清高密度脂蛋白、胰島素樣生長因子Ⅰ水平及脂肪酶活性（P＜0.05）;并發(fā)現吡啶羧酸鉻對胴體脂肪率和眼肌面積也有顯著影響（P＜0.05）。Kim等[8]研究發(fā)現,在豬高脂飼糧中添加吡啶羧酸鉻能減弱高脂飼糧對豬體脂沉積中的影響,這在去勢公豬較母豬表現更加明顯。王丹莉等[9]研究報道,飼糧中添加吡啶羧酸鉻可以降低肉雞腹脂和肝脂率,并與飼糧中添加吡啶羧酸鉻水平成負相關。

家禽的脂肪沉積量取決于血漿甘油三酯的水平[10],而血漿甘油三酯的多少又取決于機體肝臟的合成。有研究發(fā)現,飼糧中添加有機鉻能顯著降低第7周后試驗肉雞血清和肝臟中甘油三酯水平及腹脂率,而對第3周末同樣指標影響不顯著[11-12]。因此,可以看出有機鉻對脂肪代謝的影響除了與動物品種、鉻的添加水平等有關外,還很可能與鉻的添加期長短有關。

1.3 有機鉻與動物蛋白質代謝

尿酸是家禽體內蛋白質和氨基酸代謝的終產物和排泄形式,血清尿酸濃度可以在一定程度上反映機體蛋白質的代謝狀況。蛋白質分解代謝增強時,尿酸含量升高。吳永勝等[13]研究發(fā)現,飼糧中添加鉻-煙酸復合物能顯著降低肉鴨血清尿素氮含量和提高血清總蛋白含量（P＜0.01）。黃所含[14]研究報道,有機鉻（酵母鉻）能促進良鳳肉雞體組織利用氨基酸合成體蛋白質的效率,減少氨基酸代謝生成尿酸隨尿液排出體外的數量。孫曉剛[15]研究報道,飼糧中添加有機鉻（煙酸鉻）雖然沒有顯著提高血清總蛋白質含量（P＞0.05）,但是顯著降低了與氨基酸代謝相關的谷丙轉氨酶（ALT/GPT）（P＜0.05）和谷草轉氨酶（AST/GOT）（P＜0.01）的活性,減少了氮損失,在對肌肉脂肪含量影響不顯著（P＞0.05）的情況下,顯著提高了肌肉蛋白質的含量（P＜0.05）。王敏奇等[3]研究報道,納米鉻能顯著降低豬血清尿素氮（P＜0.05）,提高血清總蛋白含量（P＜0.05）,從某種程度上說明了納米鉻對機體蛋白質合成的影響,與鉻能促進肥育豬生長,改善胴體組成的效果相吻合。

2 有機鉻對生殖和內分泌功能的影響

杜立銀等[16]研究報道,給母豬飼喂添加1.65 mg/kg的吡啶羧酸鉻飼糧,可以顯著縮短母豬返情間隔（P＜0.05）,提高窩產仔數（P＜0.05）和增加仔豬初生窩重（P＜0.05）;并使斷奶母豬返情前期的血糖和血清總脂降低（P＜0.05）,血清促黃體素（LH）升高（P＜0.05）,但對仔豬初生平均個體重無顯著影響（P＞0.05）。Real等[17]研究發(fā)現,添加吡啶羧酸鉻能顯著提高初產仔豬數（P＜0.01）,提高存活率并能縮短斷奶與返情間隔期（P＜0.01）。梁學武等[18]研究發(fā)現,奶牛飼糧添加適量酵母鉻可顯著降低熱應激期奶牛血清游離三碘腺原氨酸（FT3）含量和FT3與游離甲狀腺素（FT4）的比值（FT3/FT4）（P＜0.01）。禽類與哺乳動物一樣也存在下丘腦-垂體-性腺軸。石儉省等[19]研究報道,與對照組相比,飼糧中添加酵母鉻可以顯著提高蛋種雞的產蛋率、受精率、孵化率和種蛋合格率（P＜0.05）。

3 有機鉻對免疫功能和抗熱應激的影響

鉻具有參與多種細胞免疫的調節(jié)作用,但其根本機制還不清楚,可能與其影響胰島素功能和皮質醇產量有關[20]。有研究證實,淋巴細胞表面具有胰島素受體,胰島素能增加牛淋巴細胞增殖反應,促進淋巴細胞活性[21-22]。皮質醇是具有抑制機體生長和免疫功能的一種類固醇激素,可抑制葡萄糖氧化,使糖的利用率降低,使機體的免疫系統受到抑制。禹愛兵等[23]研究發(fā)現,在奶牛泌乳期飼糧中添加有機鉻（吡啶羧酸鉻或賴氨酸鉻）能降低血清中皮質醇濃度,提高球蛋白的水平,增強機體免疫力。Kim等[24]研究發(fā)現,高濃度吡啶羧酸能夠抑制人腎上腺皮質細胞合成皮質醇和脫氫表雄酮硫酸酯（DHEAS）。Besong等[25]報道,鉻和胰島素、皮質醇可能通過互作來增加奶牛外周血液淋巴細胞（PBL）的轉化反應。van de Ligt等[26]研究發(fā)現,在母豬飼糧中添加有機鉻對母豬體液免疫影響較小,但能顯著增加乳汁中免疫球蛋白的含量,增加仔豬抵抗力。Lien等[27]研究發(fā)現,在斷奶仔豬飼糧中添加200μg/kg丙酸鉻提高了仔豬血清抗體滴度（P＜0.05）,在大腸桿菌脂多糖應激后提高了血清白細胞和免疫球蛋白含量（P＜0.05）。

張敏紅等[28]研究總結:在高溫環(huán)境中給豬補有機鉻,可使豬的血漿皮質醇和血清尿素氮水平不因高溫應激而顯著上升（P＜0.05）,血漿總蛋白含量不因高溫應激而顯著下降（P＜0.05）,從而起到緩解高溫應激的作用;同時,補鉻能使豬血漿鉻含量不因高溫應激而下降,尿鉻排出量不表現出“先高后低”的現象,彌補了機體因高溫應激而動員參與代謝的鉻量,使機體鉻量充足,提高在高溫環(huán)境下豬的生產性能。咼于明等[29]研究認為,補鉻能提高血清甘油三酯含量,能將高溫導致的脂肪酸動員引向甘油三酯合成方向,而非β-氧化途徑供能,從而減少高溫應激下的體內產熱。王剛等[30]研究發(fā)現,添加有機鉻（吡啶羧酸鉻）能顯著增加熱應激下肉仔雞血清甘油三酯的含量（P＜0.05）,并發(fā)現有機鉻能改善熱應激下肉仔雞的日增重（P＜0.05）,以2.0mg/kg加鉻量效果最佳。但Kim等[31]研究發(fā)現,在熱應激環(huán)境下仔豬的生產性能降低,皮質醇水平下降,補充有機鉻沒能緩解這種狀況。

4 添加有機鉻的效果和毒性

4.1 添加有機鉻的效果

動物飼糧添加有機鉻的效果還存在異議,特別在補充有機鉻對改善胴體品質和提高生產性能方面。在國內,吳永勝等[13]研究發(fā)現,飼糧中添加鉻-煙酸復合物200μm/kg不僅可促進肉鴨體重和日增重（P＜0.01）、降低料重比（P＜0.01）,而且能顯著提高肉鴨瘦肉率和胴體粗蛋白質含量（P＜0.05）,顯著降低肉鴨皮脂率和胴體粗脂肪含量（P＜0.05）,提高肉鴨屠宰性能,改善胴體品質（P＜0.05）;黃所含[14]研究報道,添加酵母鉻可以加快生長肥育豬生長速度,提高平均日增重,改善了飼料利用率,但沒有達到顯著性差異（P＞0.05）;胡忠澤等[32]研究表明,在肉雞日糧中添加不同水平的有機鉻對肉雞生產性能無顯著影響（P＞0.05）,但添加煙酸鉻可明顯改善胴體品質,顯著提高胸肌率（P＜0.05）、降低腹脂率（P＜0.01）;張彩虹等[33]研究結果表明,飼糧中添加不同水平的酵母鉻對熱應激肉雞的屠宰率、半凈膛率、全凈膛率均未產生顯著影響（P＞0.05）,但3.0m g/kg鉻組腹脂率較對照組顯著降低（P＜0.05）。在國外,Jackson等[34]研究發(fā)現,在豬飼糧中補充有機鉻能顯著降低背膘厚和腹脂的碘值（P＜0.05）,增加肌肉重量（P＜0.05）;也有許多研究發(fā)現,在飼糧中補充有機鉻對動物生產性能、胴體品質的某些方面有正面影響,如胴體長和肌肉的大理石紋、含水量和pH等,但對動物總體生產性能和胴體品質無顯著影響（P＞0.05）[35-39]。

4.2 添加有機鉻的毒性

自1995年首次報道吡啶羧酸鉻的危害性以來,有機鉻的安全性問題成為了人們關注的熱點,現有對有機鉻的毒性研究的結論不盡一致,但大體認為有機鉻對于動物生產是安全的。Bagchi等[40]研究發(fā)現,30～50 mg/m L的吡啶羧酸鉻或煙酸鉻可造成巨噬細胞J774A.1的DNA損傷,但其影響沒有達到顯著性水平（P＞0.05）。W hittaker等[41]對小鼠淋巴細胞進行的吡啶羧酸鉻毒理試驗,結果發(fā)現,不管是否添加小鼠肝臟S9代謝激活物,吡啶羧酸鉻均能顯著誘導淋巴細胞基因突變（P＜0.05）。

但另有許多研究未發(fā)現吡啶羧酸鉻等有機鉻源存在明顯危害性,這可能與有機鉻的添加量、使用方式和研究方法等因素有關。郭亮等[42]研究給仔豬[健康的瘦肉型杜×長×大三元雜交公豬,（15.0±1.0）kg]靜脈注射800μg Cr/d劑量范圍內的吡啶羧酸鉻14 d,結果顯示,盡管吡啶羧酸鉻在肝組織的蓄積量隨靜脈注射吡啶羧酸鉻水平的增加而升高,但是仔豬肝臟抗氧化酶活性未發(fā)生顯著變化（P＞0.05）,肝細胞DNA未受到氧化損傷。Lindem ann等[43]研究發(fā)現,在繁殖母豬飼糧中添加1 mg/kg有機鉻后,盡管顯著增加了腎上腺、腎臟和肝臟的鉻含量（P＜0.05）,但是對繁殖母豬沒有負面影響。Lindem ann等[44]通過研究高水平（5 m g/kg）短期（75 d）添加4種有機鉻源——吡啶羧酸鉻、丙酸鉻、蛋氨酸鉻和酵母鉻對豬[（48.1±0.9）kg雜種豬]組織沉積的影響,來探討4種鉻源的生物學活性及安全性,結果表明,缺乏鉻會引起生產性能、胴體品質及生理生化指標的負面影響,在正常的使用范圍內4種有機鉻非常安全。

5 小 結

有機鉻對動物的營養(yǎng)作用效果還存在爭議,原因可能與動物種類、日齡、生長環(huán)境,有機鉻的添加方式、劑量、時間及研究者的研究目的等因素有關。盡管有報道表明有機鉻具有危害性,但在正常范圍內和按要求使用的情況下有機鉻的危害幾乎未見報道。從一系列的研究可以看出,有機鉻在動物生產中的確起到了非常重要的作用,其不僅能增加日增重,提高料重比,而且還能改善胴體品質等,特別是動物在應激狀態(tài)下提高其生產性能、提高飼料利用率、改善胴體品質效果更加明顯,但對有機鉻的添加效果目前還沒形成一致的認識。因此,更加深入全面地探討有機鉻的作用機制,研究不同有機鉻源對不同動物及其不同生長階段的影響及開發(fā)更加安全高效的有機鉻源產品是非常必要的。

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（編輯 何麗霞）