仔豬鐵的狀況及植酸酶過量對鐵生理的影響

武志鋒，王 磊

（1.酒泉市畜牧獸醫(yī)局，甘肅酒泉 735000；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，甘肅蘭州 730000）

鐵是一種重要的礦物質(zhì)，是血紅蛋白的組成部分，鐵還參與電子傳遞、氧化磷酸化，是核糖核酸還原酶的組成部分，參與細(xì)胞內(nèi)的DNA合成。人體60%以上的鐵是血紅蛋白的組成部分，在循環(huán)的紅細(xì)胞中，鐵含量不足或鐵吸收異常會導(dǎo)致缺鐵性貧血，其特點(diǎn)紅細(xì)胞數(shù)量不足、血紅蛋白含量低、食欲不振、嗜睡、呼吸加快和死亡率提高（Mateos等，2005）。在商業(yè)養(yǎng)豬生產(chǎn)系統(tǒng)中，剛斷奶仔豬無法接觸到土壤，而土壤是鐵的天然來源，因此，在生產(chǎn)后的頭幾天注射鐵是避免缺鐵的常見做法。但有研究報(bào)告表明，出生48 h內(nèi)單劑量的鐵不足以預(yù)防仔豬缺鐵和貧血（Perri等，2016）。因此母豬和仔豬的鐵生理、鐵狀況將有助于開發(fā)潛在的營養(yǎng)策略，從而將缺鐵性貧血的風(fēng)險降到最低。

1 鐵的生理學(xué)

日糧中的鐵（Fe3+）通過十二指腸膜結(jié)合鐵還原酶轉(zhuǎn)化為亞鐵（Fe2+），然后通過二價金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體（DMT1）被吸收，血紅素鐵通過血紅素載體蛋白1（HCP1）被吸收。以動物蛋白來源的血紅素鐵的生物學(xué)利用率常大于植物源飼料。被吸收的鐵要么儲存在腸上皮細(xì)胞胞漿中鐵蛋白分子內(nèi)（如血紅素鐵在血紅蛋白中），要么通過基底外側(cè)膜中的運(yùn)鐵蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)體進(jìn)入循環(huán)。鐵從腸細(xì)胞通過運(yùn)鐵素進(jìn)入循環(huán)受到鐵調(diào)素的嚴(yán)格調(diào)控，鐵調(diào)素是肝細(xì)胞在鐵水平升高時產(chǎn)生的一種調(diào)節(jié)激素，也是對血液中致病性脂多糖和促炎細(xì)胞因子IL-6增加的應(yīng)答反應(yīng)。鐵調(diào)素還可以阻止鐵從巨噬細(xì)胞中回收，從而減少進(jìn)入循環(huán)的鐵總量，是維持鐵穩(wěn)態(tài)的機(jī)制（Ganz，2013）。在鐵調(diào)素存在的情況下，鐵的運(yùn)輸被鐵卟啉的內(nèi)化和降解所阻斷。如果鐵含量過高，腸細(xì)胞中的鐵會在到達(dá)絨毛頂端時脫落。

鐵也是致病菌的關(guān)鍵礦物質(zhì)，因?yàn)榧?xì)菌DNA合成和抗氧化機(jī)制依賴于鐵氧化還原酶系統(tǒng)。病原菌的生長速度受鐵的有效性限制，由于這個原因，病原體已經(jīng)發(fā)展了利用血紅素鐵的能力，并產(chǎn)生對鐵有很強(qiáng)親和力的核團(tuán)，同時也有能力增加細(xì)菌細(xì)胞壁鐵結(jié)合蛋白的表達(dá)（Doherty，2007）。體外研究表明，隨著鐵的補(bǔ)充量增加，大腸桿菌增殖提高（Kortman等，2012）。因此，由于鐵在大腸桿菌增殖中發(fā)揮著重要作用，養(yǎng)豬業(yè)在斷奶后補(bǔ)充鐵方面一直比較謹(jǐn)慎，F(xiàn)lohr等（2006）報(bào)道結(jié)果顯示，鐵的適宜補(bǔ)充水平應(yīng)該在90～150 mg/kg，平均水平為103 mg/kg。因此，考慮到腸腔內(nèi)鐵有效性的利弊，了解鐵生理學(xué)對于制定相應(yīng)的營養(yǎng)策略對抗鐵中毒或缺鐵性貧血非常重要。

2 鐵狀態(tài)和鐵缺乏

仔豬滿足鐵的需求主要通過4種方式：自身的鐵儲備；從母豬乳汁中獲取鐵；補(bǔ)充口服或注射鐵。

2.1 鐵儲存 母豬的鐵含量決定仔豬出生時的鐵儲量。缺鐵主要發(fā)生在年齡較大胎次的母豬，因?yàn)樘ゴ未笈c體內(nèi)鐵儲量減少有關(guān)。母豬的鐵儲備在第3胎逐漸下降，之后一直保持低水平。Gannon等（2011）研究指出，大約2.5%的3胎以上的母豬血紅蛋白水平低于100 g/L，這是貧血的臨床閾值。近年來，高產(chǎn)母豬在商品豬群中所占比例的增加趨勢，是影響母豬鐵儲量的又一風(fēng)險因素。Richards（1999）用非高產(chǎn)母豬證明第一胎杜洛克母豬依靠其肝臟鐵儲備來滿足懷孕80 d快速生長的胎兒的需求。在哺乳期，鐵的流失大，這進(jìn)一步減少母豬鐵的儲備。在高產(chǎn)母豬（13.8～15.6）中，隨著胎次的增加，血紅蛋白的平均水平從117 g/L線性下降到108 g/L（Auvigne等，2010），可見母豬無法在胎次間補(bǔ)充足夠的鐵。仔豬出生時鐵含量一般為50 mg，快速生長的仔豬每天需要8～16 mg的鐵，因此，其出生時儲備的鐵將在3～5 d內(nèi)耗盡，這就說明仔豬出生后48 h內(nèi)補(bǔ)鐵的重要性。因此，任何能提高老齡母豬鐵含量的營養(yǎng)策略都可能有利于提高新生仔豬的鐵含量。

2.2 乳中鐵狀況 在仔豬中，豬乳中鐵含量低、腸細(xì)胞中鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白發(fā)育不全以及由于肌肉快速生長而對鐵的需求高，這三者的結(jié)合往往導(dǎo)致鐵缺乏。從妊娠晚期到哺乳期，飼喂3000 mg/kg氨基酸螯合鐵的母豬乳中鐵含量最高時分別為1.4 mg/L和2.6 mg/L。由于仔豬出生后母乳攝入量少，通過母豬提高的鐵是不能滿足快速增長的小豬血容量和紅細(xì)胞數(shù)量的增加，因?yàn)樽胸i每天平均需要12 mg的鐵來維持足夠的血紅蛋白水平（Wilcock和Walk，2016）。豬出生6周內(nèi)增加體重的10倍左右，是牛、羊、狗和貓生長速度的1～5倍。此外，鐵轉(zhuǎn)運(yùn)體DMT1 mRNA直到27 d時才開始在小腸上部受到轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，說明在這之前鐵吸收功能不全。Close（2005）研究表明，如果考慮到飼料攝入量和代謝體重的差異，在當(dāng)前推薦的采食量情況下，第3胎母豬的鐵攝入量比第一胎母豬低23%，這可能在一定程度上解釋了為什么仔豬貧血可能與胎齡較大的母豬有關(guān)；此外，由于胎齡較大的母豬鐵儲備狀態(tài)較低，導(dǎo)致新生仔豬鐵儲備狀態(tài)較差。

2.3 通過口服或注射補(bǔ)鐵 由于土壤中含鐵，因此通過土壤獲得鐵的途徑，對口服鐵的需求就不那么明顯了。Payne（2009）比較了出生48 h內(nèi)仔豬通過口服補(bǔ)鐵，斷奶時血紅蛋白和紅細(xì)胞壓積的含量與通過從土壤中獲得鐵源，斷奶時血紅蛋白和紅細(xì)胞壓積的含量無顯著差異，說明在戶外飼養(yǎng)的豬進(jìn)入環(huán)境接觸土壤的機(jī)會足以滿足豬鐵的需求。但其也發(fā)現(xiàn)在相同豬場，隨著母豬胎次的增加，戶外飼養(yǎng)的豬血紅蛋白和紅細(xì)胞壓積顯著高于口服補(bǔ)鐵的仔豬。

生產(chǎn)上補(bǔ)鐵的方法是在仔豬出生后48 h內(nèi)注射200 mg優(yōu)選鐵糖酐鐵，這可以改善仔豬的鐵狀態(tài)，這一劑量的鐵可以顯著增加鐵調(diào)素的mRNA表達(dá)，鐵調(diào)素阻止鐵通過運(yùn)鐵素進(jìn)入血液循環(huán)，從而降低鐵的生物利用度（劉欣等，2011；Lipinski等，2010）。此外，高鐵水平會增加仔豬氧化應(yīng)激，在這方面仔豬出生2～3 d大劑量注射鐵顯著增加血漿鐵調(diào)素水平，而出生后3 d或10～14 d小劑量（37.5～40 mg鐵）可以使血紅蛋白水平超過100 mg/L，而運(yùn)鐵素的表達(dá)上調(diào)、鐵調(diào)素合成收到一致（Strarzynski等，2013）。雖然有上述相關(guān)研究數(shù)據(jù)可以支持口服和注射補(bǔ)鐵這兩種措施，但考慮到實(shí)際生產(chǎn)過程中的勞動力方面，注射補(bǔ)鐵還是常用方法。

2.4 仔豬貧血程度 通常在分娩后立即注射鐵，豬的貧血水平最低。但Perri等（2016）對20個商業(yè)農(nóng)場斷奶和斷奶后21 d豬的鐵狀況進(jìn)行調(diào)查，所有仔豬在出生48 h內(nèi)均接受注射200 mg鐵注射，在每個農(nóng)場內(nèi)選擇20窩仔豬，并在斷奶前2 d標(biāo)記、稱重和測量血液指標(biāo)，同樣豬在斷奶后21 d的血樣用于鐵狀態(tài)測量，血紅蛋白為主要測量指標(biāo)，分類如下：貧血＜90 g/L，90 g/L＜鐵缺乏＜110 g/L，正常＞110 g/L，這項(xiàng)研究結(jié)果表明，34.8%和61.7%的小豬在斷奶鐵不足或貧血。

2.5 鐵缺乏對生長性能的影響 Morrel等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，與接受鐵注射的仔豬相比，出生時不注射鐵的仔豬在21 d時體重減輕17%，出生時沒有注射200 mg鐵的仔豬體重比注射鐵的仔豬輕15%。在斷奶后3周內(nèi)，平均每天的增重與血液中的血紅蛋白、紅細(xì)胞和紅細(xì)胞壓積含量呈正相關(guān)，通過回歸分析得出結(jié)論，在斷奶后3周內(nèi)，10 g血紅蛋白/L血當(dāng)量導(dǎo)致每日體重增加17.2 g（Bhattarai和 Nielsen，2015）。前面描述的這些特殊的研究表明，室內(nèi)圈養(yǎng)豬鐵缺乏較為常見，但可以通過相應(yīng)的策略使其最小化：通過多次注射少量右旋糖酐鐵來保持鐵的吸收、運(yùn)輸能力；增加早期斷奶豬飼料中的鐵含量（趙冬琴等，2019）。

3 影響鐵缺乏的日糧因素

影響母豬和仔豬飼糧中鐵生物利用率的因素很多。葉酸和維生素B12是紅細(xì)胞生成所必需的，但其在妊娠期間的身體儲備顯著下降。配方中需要注意其他礦物過量時對鐵吸收的拮抗作用。在豬飼料中，由于毒性和與環(huán)境污染有關(guān)的問題，大多數(shù)礦物元素的添加量都有限制。但使用藥物水平的鋅來控制斷奶后仔豬腹瀉是常見的一種營養(yǎng)策略，但鐵的生物利用率會受到負(fù)面影響。Perri等（2016）數(shù)據(jù)顯示，飼喂高鋅日糧（2000～3000 mg/kg）的保育豬貧血概率高于飼喂低鋅日糧的仔豬。這一發(fā)現(xiàn)說明，在為斷奶仔豬制定日糧時，需注意不同礦物質(zhì)之間的拮抗關(guān)系對提高鐵生物利用率的重要性。

影響鐵生物利用度的另一個日糧因素是植酸鹽，植酸鹽是二價金屬離子的強(qiáng)螯合劑。傳統(tǒng)飼料配方中，仔豬飼料中含有高度可消化的動物蛋白源，如血粉、肉骨粉、魚粉和血漿，其中含有大量血紅素鐵，其生物利用度相對高于植物源飼料中的鐵。但由于動物源蛋白原料成本較高，具有生物安全風(fēng)險，實(shí)際生產(chǎn)中豬飼料配方中會使用更多的植物蛋白來源的原料，其鐵含量和利用率較低（陳建宇和王昕陟，2016）。隨著植物源蛋白原料添加量的增加，飼料中植酸鹽的含量增加，導(dǎo)致斷奶仔豬飼料中植酸鹽：鐵的比例增加。Wilcock和Walk（2016）發(fā)現(xiàn)，在商業(yè)仔豬飼料中含0.8%～0.9%的植酸鹽，可能會將鐵的吸收率限制在20%～30%。

4 植酸酶對仔豬和母豬鐵狀態(tài)的影響

根據(jù)鐵生物利用率與植酸鐵比的關(guān)系提出，過量植酸酶可通過降低植酸鹽的抗?fàn)I養(yǎng)作用而提高鐵生物利用率的假說。植酸酶超劑量添加是指在添加常規(guī)量的3～5倍來完全破壞肌醇六磷酸及其同分異構(gòu)體，因?yàn)樯倭康募〈剂姿峄蛲之悩?gòu)體表現(xiàn)出較高的抗?fàn)I養(yǎng)負(fù)面效應(yīng)，影響蛋白質(zhì)和二價金屬離子的生物利用率（Bedford和Walk，2016），通過大量斷奶仔豬研究結(jié)果表明，添加1500 FTU/kg改良大腸桿菌植酸酶使斷奶后21 d仔豬血紅蛋白水平呈指數(shù)級增加，這與回腸內(nèi)容物中植酸含量降低有關(guān)。

Laird等（2017）選擇兩個連續(xù)批次的豬進(jìn)行試驗(yàn)，兩批次的豬飼喂相同的日糧，添加植酸酶和未添加組對仔豬日增重、日采食量和飼料轉(zhuǎn)化率的影響無顯著差異，但在免疫性能和鐵儲備狀態(tài)上存在顯著差異。單獨(dú)補(bǔ)充150 mg/kg有機(jī)體比鐵含量為200 mg的日糧對鐵狀態(tài)無顯著影響，這可能與日糧植酸存在有關(guān)，從而降低鐵的生物學(xué)利用率。相比之下，在相同日糧處理?xiàng)l件下，超劑量添加植酸酶（2000 FTU/kg））可顯著提高仔豬日增重和日均采食量，降低糞便稀釋程度。其研究結(jié)果說明：（1）斷奶仔豬日糧中少量植酸鹽會顯著抑制仔豬生長潛力；（2）即使在日糧中添加符合鐵推薦量的螯合鐵也不能改善仔豬鐵的狀況（植酸鹽含量較高的情況）；（3）有機(jī)鐵和植酸酶聯(lián)合添加可以顯著改善斷奶后仔豬的生長性能，鐵的吸收率提高、植酸水平降低，植酸螯合鐵量下降。

5 結(jié)論

在商業(yè)養(yǎng)豬生產(chǎn)系統(tǒng)中，缺鐵和貧血的發(fā)生率很高。鐵穩(wěn)態(tài)是通過抑制鐵轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)來調(diào)控的，這是一個重要的過程，因?yàn)槟c道中鐵的增加或循環(huán)增加了病原體在腸道和血漿中的增殖，并伴有敗血癥。日糧因素會影響鐵的生物利用率：（1）鐵與其他二價金屬離子（鋅、銅和錳）競爭相同的腸上皮二價金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；（2）考慮飼料成本，植物源蛋白替代動物源蛋白，使日糧植酸水平高，提高植酸與鐵的結(jié)合，導(dǎo)致鐵利用率降低，因?yàn)榧词故菢O低水平的植酸鹽或其較低水平的異構(gòu)體也能顯著降低鐵的生物利用率；（3）日糧高劑量氧化鋅可以控制斷奶后仔豬腹瀉，但由于鋅和鐵之間存在拮抗作用，鐵的生物利用率顯著降低；（4）超劑量添加植酸酶可以顯著改善仔豬的鐵狀態(tài)，降低缺鐵對仔豬生長性能的影響。