动物肠道微生态系统及益生菌的营养功能

动物肠道微生态系统及益生菌的营养功能 [2009-11-6] 动物肠道内存在着大量的微生物，每克肠道内容物中含超过100亿个细菌，它们大部分与机体细胞密切接触，交换能量物质，相互传递信息，对宿主有营养、免疫、刺激生长和生物颉颃等作用，在肠道系统中起重要作用。正常情况下，肠道内的正常微生物群在定性、定量和定位等方面保持平衡状态，形成微生态平衡。益生菌是一种含有活菌及成分和产物的微生物制剂，通过改善肠道微生态平衡促进动物机体健康。益生菌能合成维生素，形成具有抗菌作用的物质，也能加强肠道先天免疫系统。益生菌在肠道内能建立一个正常的共生菌群，防止潜在致病性病原微生物的侵袭。 1肠道微生态系统的概念 肠道原籍菌、外籍菌和其上皮细胞等生物成分与食源性非生物成分(未被消化的食物)及来自胃、肠、胰和肝的分泌物(如激素、酶、黏液和胆盐等)共同构成肠道微生态系统。 当动物处于健康状态时，其肠道内微生物按一定的种群比例定植在肠壁上，处于一种稳定的菌群平衡，它们对于宿主有益无害，是动物内环境中不可缺少的组成部分。 动物肠道内存在着约有30个属500多种微生物，可分为专性厌氧菌和梭状芽孢杆菌、兼性厌氧菌、肠道球菌和大肠杆菌等和需氧菌3部分。肠道中以厌氧菌组成为主，革兰阳性菌占主要部分，主要是乳酸菌(乳酸杆菌、链球菌和消化链球菌等)和双歧杆菌。在大量细菌共生的环境中，不同菌种间的颉颃作用，宿主与细菌间借助对营养物质的吸收和利用，在消化道内相互作用，维系着消化道微生物生态系统的平衡。乳酸杆菌作为一种重要的原籍菌，能通过与肠上皮而特异性的受体结合，有序地定植在肠上皮表，构成有层次的厌氧菌，与其他厌氧菌一起构成膜菌群。 2肠道微生态系统和益生菌的营养功能 2.1营养促进作用 正常菌群可产生分解糖、脂肪、蛋白质和纤维素等营养物质的消化酶，从而促进其分解为小分子物质，有利于机体吸收。微生态理论认为，宿主与正常微生物群间存在一种共生关系，这种关系的实质是营养关系，它在动物肠道中表现更为明显。反刍动物的瘤胃和马属动物的后肠都是这种营养关系的典型表现，猪和禽等单胃动物的肠道微生物群也一定程度上参与其营养过程。肠道微生态系统在动物营养中的作用，主要是参与并提供维生素的合成和消耗、蛋白质的合成及氮的代谢、多糖和粗纤维的分解与代谢及脂类的分解与代谢等。乳酸菌提高乳糖酶活性，缓解乳糖消化不良。反刍动物的瘤胃中，微生物不仅能分解饲料中的蛋白质，又能利用饲料中的氮源合成菌体蛋白即非蛋白氮，作为动物蛋白的供应源。益生菌可利用本身所特有的一些酶类(如半乳糖苷酶等)来补充宿主在消化酶上的不足，帮助分解消化道内未被充分水解吸收的营养物质，有利于宿主进一步吸收利用营养物质。有时还在营养物质不足的情况下，通过本身的优势生长竞争性地消耗一些潜在致病菌的营养素，这种现象是决定肠道菌群分布的重要因素。 2.2参与肠黏膜增生 动物出生时肠道是无菌的，肠道菌群开始定植是在出生后，菌群的发展和肠黏膜屏障的建立是一个渐进而互动的过程。肠道菌群是黏膜屏障的重要组成部分，其参与构成机械屏障、与黏膜共价结合、与机体产生的酶和活性肽及代谢产物共同组成化学屏障等。目前已证实，益生菌可促进肠上皮细胞增生。有试验表明，益生菌制剂可增加短链脂肪酸的产生和减少氨的释放。而短链脂肪酸是结肠黏膜的重要能源物质，能促进陷窝底部正常细胞增生。试验表明，给大鼠服用益生菌后，小肠内陷窝细胞增生率极显著高于对照组。乳酸杆菌可补充和恢复由于营养不良导致的肠黏膜屏障和黏膜免疫功能损害。 2.3对致病菌的竞争排斥 益生菌可间接或直接排斥有害菌在肠道内的繁殖和生存，调整肠道内菌群失调，保持肠 道菌群正常，使肠道处于最佳的生理状态。添加复合益生菌可大大降低早期断奶仔猪腹泻的发病率。乳酸杆菌是肠道菌群中重要的原籍菌，其能通过与肠上皮表面特异性的受体结合，有序的在肠上皮表面定植，从而构成厌氧菌菌膜，与其他厌氧菌共同形成膜菌群。这就可阻止有害病原菌的黏附和侵入，起到占位性保护作用，同时它们产生的有机酸和过氧化氢等其他物质使此屏障效应得到更大的发挥。 2.4免疫赋活作用 肠道内的正常菌群能刺激动物机体免疫机能的成熟。通常认为，肠道产生免疫作用主要依赖于原籍菌群，肠道菌群是肠黏膜屏障的重要组成部分，细菌及其裂解产物可激活淋巴细胞和促进淋巴细胞因子分泌，增强免疫系统对恶变细胞的识别能力和抗感染能力的作用。益生菌自身能产生谷胱甘肽和锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)。小鼠服双歧杆菌后，血清中SOD活性显著升高，同时丙二醛(MDA)浓度显著下降。双歧杆菌能刺激免疫细胞分泌IL-1(白细胞介素-1)和IL-6(白细胞介素-6)，同时IL-1有促进T辅助细胞分泌IL-2和B淋巴细胞分泌抗体，也能增强NK细胞(自然杀伤细胞)的杀伤功能。在体内，嗜酸乳酸杆菌在斑疹伤寒菌的刺激下产生S-IgA的水平会升高4倍以上。利用干酪乳杆菌对于急性轮状病毒感染的腹泻患者进行治疗，结果发现，治疗组的IgA(免疫球蛋白A)分泌量明显增加。微生态菌群促进家禽非特异性防御增强，也有利于对特异性抗原产生特异性抗体，使特异性免疫力同时得以增强。益生菌还能促进机体免疫器官的生长发育和成熟，并增加T、B淋巴细胞的数和胸腺淋巴细胞免疫球蛋白含量。在肉仔鸡饲料中添加乳酸杆菌、芽孢杆菌和酵母菌等微生物，结果表明，其能明显刺激胸腺、脾和法氏囊的发育，并能显著增强机体的细胞免疫和体液免疫功能。 2.5生物夺氧作用 生物夺氧学说是利用无毒无害的安全需氧微生物暂时在肠道内定植，使局部环境氧分子浓度降低，氧化还原电位下降，造成适合正常肠道优势菌群一有益厌氧菌生长的微环境， 促进双歧杆菌等厌氧菌的生长，最终恢复正常的微生态平衡。多数病原微生物属于需氧菌或兼性厌氧菌，当动物肠道内微生态失调，局部氧分子浓度升高时，有利于病原微生物的生长和繁殖。使用益生菌制剂可培养耗氧微生物，降低局部氧分子浓度，抑制病原菌生长，扶植厌氧微生物，并提高其定植能力，进而恢复其微生态平衡，从而达到预防和治疗疾病的目的。 2.6生物颉颃作用 致病微生物是黏着于宿主细胞表面的糖蛋白或糖脂质糖链而构成感染的，肠道内的原籍菌能抑制其他外来微生物在肠道内的定植或增殖，此称为“竞争排斥作用”或“定植抗力”。这种定植抗力的产生是因为体内微生物与致病菌竞争肠道上皮的吸收位点而产生的。专性厌氧菌主要是益生菌，是构成定植抗力的主要力量，被称为定植抗力因子。乳酸菌和双歧杆菌通过脂壁磷酸黏附于肠上皮细胞表面，与其他厌氧菌一起共同占据肠黏膜表面，形成一层菌膜屏障，能产生细胞外糖苷酶，降解上皮细胞上作为潜在致病菌及内毒素结合受体的复杂多糖，竞争性地抑制肠道内源性及外源性潜在致病菌对肠上皮细胞的黏附及定植，促使它们离开感染的肠道，从而起到定植颉颃作用。 3小结 肠道中各种细菌的种类、数量和定居部位是相对稳定的。成年动物肠道内微生物按一定比例定植在肠壁上，处于一种稳定的菌群平衡中。肠道微生态平衡对于动物的生命活动至关重要，益生菌无毒副作用，无耐药性，能调整肠道菌群的平衡，进而抵抗病原体，预防二重感染，提高机体免疫力与抗病力。