饲用抗生素的研究与应用进展

饲用抗生素的研究与应用进展 饲用抗生素的研究与应用进展 郭福有,马杰 (广东省农业科学院畜牧研究所,广州510640) 摘要:从饲用抗生素的促生长作用机制及应用前景等方面,阐述了饲 用抗生素对动物的胃肠道微生物,免 疫调节,消化道组织结构及内分泌的影响作用机制;阐述了饲用抗生素提高畜牧业经济效益的同时,也给人类健 康和环境带来危害的两面性及其应用前景. 关键词:畜牧业;饲用抗生素;作用机制;应用前景 中图分类号:$816.73文献标识码:A文章编号:1001—0084(2007)17—0013—04 饲用抗生素是指添加在健康动物饲料中,以改 善动物营养状况和促生长为目的,具有抗菌活性的 微生物代谢产物.抗生素在饲料中以低剂量长期添 加,可促进动物生长,提高饲料利用率,降低死亡 率,从而提高生产性能.但目前人们逐步关注饲用 抗生素的耐药性,药物残留及其对人类健康的影 响,因此饲料工业发达的国家已经开始禁用抗生素 或将饲用抗生素与人用抗生素分开,再与兽药分 开,并筛选出肠道不易或不吸收的饲用抗生素,以 减少或避免药物残留.为全面,准确认识和应用饲 用抗生素,本文就饲用促生长抗生素的促生长作用 机制和应用前景进行综述. 1饲用抗生素对胃肠道微生物的影响 动物肠道中的天然菌群至少包括了400种不同 类型的细菌.既有利于宿主健康的有益菌,也有当 宿主抵抗力下降时大量繁殖,并使宿主致病的有害 菌.最近研究明,健康动物体内的菌群是相对稳 定的,但个体之间菌群的数量和种类有明显不同, 这可能影响了个体之间生长性能的差异. 大量的研究表明,抗生素可能通过抑制动物胃 肠道微生物以促进生长.对此假设最有力的证据就 是饲用抗生素对无菌动物不表现促生长作用,而给 无菌动物口服肠道正常菌群却抑制了其生长,在饲 喂青霉素之后抑生长作用消失.而且饲用抗生素对 胃肠道微生物数量越多的动物作用效果越明显.饲 收稿日期:2007—08—13 作者简介:郭福有(1972一),男,江西会昌人,硕士,主要研究 方向为畜禽营养与饲料加T. 用抗生素通过降低微生物的抑生长作用,提高了营 养成分的利用率及减少了胃肠道的维持损失,从而 促进动物的生长.饲用抗生素的促生长作用实际上 是允许生长作用. 1.1减少肠道微生物对营养的消耗 通常,动物肠道中寄居着大量的微生物,但大 肠(包括盲肠和结肠)是微生物栖居的主要部位,含 有大量的细菌和短链脂肪酸.小肠是营养成分吸收 的主要部位,肠道微生物与宿主的关系,在大肠以 协作为主,而在小肠则以竞争为主.冈此小肠也是 微生物对宿主生长发挥作用的主要部位,小肠微生 物与宿主竞争能量和氨基酸. 猪饲粮中6%的净能是小肠微生物所消耗掉 的.那些被小肠细菌降解的氨基酸不能为动物利 用,并产生有毒的代谢产物,如氨,尸胺,酚类和 吲哚.而且,小肠微生物利用葡萄糖产生的乳酸加 速了胃肠的蠕动,缩短了养分在胃肠道停留的时 间.大量研究表明,抗生素可提高饲料的表观代谢 能和氨基酸的利用率,抗生素抑制了小肠微生物的 生长和活性,减少了微生物对能量和养分的利用, 增多了宿主动物的可利用养分,从而促进了动物的 生长…. 1.2抑制肠道微生物产生有害代谢产物 1.2.1抑制酚与芳香族化合物产生 微生物在肠道内降解酪氨酸与色氨酸会生 成有毒的酚类与芳香族化合物,如苯酚,4一甲基 苯酚(p一甲酚),4一乙基苯酚,吲哚和3一甲基吲哚 (粪臭素)等,通过尿排出体外.Yokoyama等研 一 13一饲料博览2007年第l7期 究表明,断奶仔猪尿中的p一甲酚含量与体增重呈 负相关,相关系数r一0.73,这表明微生物降解产 生的P一甲酚可能抑制动物生长.但给断奶仔猪饲 喂抗生素可减少粪尿中的酚类与芳香族化合物,特 别是P一甲酚.抑制细菌产生酚类化合物可能是抗 生素促生长作用的一个潜在机制. 1.2.2抑制氨的产生 氨是氨基酸经微生物的脱氨基作用和脲酶水解 尿素而产生的一种有毒物质.研究表明,微生物产 生的脲酶及由此导致的高浓度氨无论是在体内还是 在环境中均对动物的生长有抑制作用.而无菌动物 不水解尿素.饲用抗生素可以显着降低动物血液中 氨和胺的浓度.减少肠道微生物产生的氨可能是饲 用抗生素促生长作用的主要机制. 1.2.3抑制胆汁酸的生物转化 微生物通过对胆汁脱羟基使其转化为其他物 质,不利于胆汁酸盐的形成,而胆汁酸盐的主要作 用为乳化脂肪颗粒及增强脂肪酶的活性.因此,微 生物对胆汁酸的生物转化不仅抑制了宿主动物对脂 肪的吸收,而且产生了一些抑制动物生长的有毒降 解物.胆汁酸在无菌动物体内不发生脱羟基反应, 这说明肠道微生物可能引起胆汁酸的生物转化.但 胆汁酸的生物转化产物抑制动物生长的机理尚需进 一 步研究. 1.3抑制肠道有益微生物作用 小肠微生物中的革兰阳性菌(包括作为有益微 生物添加的乳酸杆菌和粪肠球菌等)可竞争性地排 斥致病菌,从而促进动物生长,减少腹泻.而有研 究表明,小肠微生物与宿主动物竞争养分,产生抑 制生长的有毒产物及导致机体的免疫反应,抑制了 宿主动物的生长.为此,人们对抗生素与乳酸杆菌 等有益微生物的关系进行了大量的研究.大部分的 研究认为,抗生素降低了肠道乳酸杆菌等有益菌的 数量.Gaskins等…认为,有益微生物在致病菌存 在或有优势时可促进动物的生长,而在肠道菌群正 常或已使用抗生素时则无效或反而抑制动物生长. 对猪的研究证明了这一点,单独饲喂乳酸杆菌可提 高日增重,但单独使用抗生素日增重更高,而在使 用抗生素的基础上,再添加乳酸杆菌反而降低了日 增重.这说明动物在已具备抗病屏障之后,所谓的 有益微生物便失去了其益处,反而抑制了动物的生 长. 饲料博览2007牟第l7期 Gaskins等…根据以往对饲用抗生素,胃肠道 微生物和动物生长关系研究的结果,指出抗生素促 进动物生长的机制可能是:动物小肠中定植了一定 数量的微生物,这些微生物尽管不一定有致病性, 却能直接或间接抑制动物的生长,而抗生素能抑制 或清除胃肠道微生物,以降低或消除其生长抑制作 用,从而使动物生产性能得到正常的发挥. 有必要说明的是,由于以往对胃肠道微生物的 研究方法为传统的微生物学方法,只有10%,50% 的胃肠道微生物能够在培养基上定植生长,这仅仅 是胃肠道微生物的一部分.由此得出的试验数据和 结论需进一步研究和论证.分子生物学技术的迅速 发展为胃肠道微生态研究提供了全新的方法,可以 对胃肠道微生态系统及抗生素对胃肠道微生物的影 响重新评价.例如利用既包含高度固定区域也有一 定可变区域的16SrRNA分子,不但可以鉴定昆合 菌群中细菌的种类,也可确定不同种类细菌之间系 统发育的关系.因此,借助新型分子生物学技术, 在不久的将来,有望得知胃肠道细菌的分类,空间 分布,代谢特点及小肠微生物产生的有毒产物抑制 动物生长的机制. 2饲用抗生素的免疫调节作用 比较无菌动物和常规动物发现,无菌动物的淋 巴组织发育缓慢,淋巴细胞数量少,抗体浓度低. 肠道微生物可促进肠黏膜细胞的分化.胃肠道微生 物可引起机体的免疫反应.McCracken等【1通过无 菌动物对微生物免疫反应程度的强弱,将微生物分 为强免疫原性,中免疫原性和弱或无免疫原性三 类. 研究发现,免疫反应降低了动物的采食量,增 加了机体的维持需要,并加快了机体蛋白质的降 解,从而抑制动物的生长.对于抗生素是促进还是 抑制机体的免疫机能,报道不太一致.Glick研究 认为,抗生素可以降低切除法氏囊鸡的死亡率并提 高其增重,抗生素可促进法氏囊的发育.而Naqi 报道,抗生素的促生长作用与免疫系统无关. Roura等【1的研究使抗生素与免疫机能关系取得了 突破性进展.他们的研究发现,饲喂青霉素和链霉 素可以明显降低肉仔鸡血浆中白细胞介素一l的水 平,并明显提高体增重和饲料利用率,抗生素对肉 仔鸡的促生长效果与血浆中白细胞介素一l的水平 呈负相关;随后的研究,给肉仔鸡注射沙门氏杆菌 —— 14—— 脂多糖后,肝脏,脾脏和小肠的相对重量明显增 加,生长也明显受到抑制,然而,在饲料中添加土 霉素后,症状得到明显改善;并首次提出抗生素的 促生长作用与其抑制胃肠道微生物引起的免疫反应 有关.不同抗生素均可抑制机体的免疫反应【s刮. 对于饲用抗生素,动物免疫系统和肠道微生物的关 系,佟建明等『51指出,其为三元平衡关系,此三元 平衡影响着抗生素是否具有促生长作用.三者关系 的建立过程可分为两个时期:一是反应期,在这个 时期,新生的动物受环境中微生物及其他抗原的刺 激,机体的免疫系统开始产生免疫反应,抗生素一 方面抑制微生物,另一方面抑制机体的免疫系统, 形成免疫屏障,降低机体的免疫反应,此时,饲用 抗生素对动物产生较明显的促生长作用;二是平衡 期,这个时期肠道微生物达到正常情况下的最高水 平,抗生素与动物免疫系统的联合作用使肠道微生 物的数量和免疫反应水平不再增加,此时,饲用抗 生素对动物不产生相对明显的促生长作用.由此分 析,如在平衡期撤除抗生素,则肠道微生物的数量 和免疫反应水平增加,动物生长可能减慢.因此, 抗生素对动物仍然有一定的促生长作用. 3饲用抗生素对消化道组织结构的影响 研究发现,无菌动物和常规动物最明显的区别 就是无菌动物小肠绒毛比较规则,细长,肠壁固有 层较薄,并且黏膜细胞更新速度较慢.研究表明, 抗生素可使常规鸡肠壁变薄,重量减轻,小肠绒毛 变长,给饲抗生素的鸡,肠道缩短,且肠重与抗 生素水平之间存在负相关.姚浪群等…研究表明, 在仔猪饲粮中添加9Omg?kg的安普霉素可显着 减轻小肠相对重量17.7%,缩短小肠相对长度 13.7%,并使小肠绒毛排列规则,高度增加,绒毛 高度/隐窝深度的比值增大,相应地,日增重提高 19.1%,24.6%,改善饲料利用率7.7%,8.5%.研究 结果表明,抗生素可促进营养吸收从而促进动物的 生长.因此.抗生素可通过改变消化道结构,使肠 壁变薄,肠重减轻,小肠绒毛变长等,一方面促进 养分的吸收,另一方面降低动物的维持需要,从而 提高了营养成分的利用率,达到促进动物生长的目 的. 4饲用抗生素对内分泌的影响 姚浪群等对安普霉素与内分泌的关系研究发 现,抗生素可促进断奶仔猪与生长有关的内分泌活 动,提高内源激素(生长激素,胰岛素和甲状腺素 T)的水平,从而促进肌肉蛋白质的沉积;并提出, 安普霉素由于不易吸收,可能是通过刺激分布在肠 黏膜上皮细胞问的弥散神经内分泌细胞而发挥其内 分泌调节作用.也有学者分析,抗生素的内分泌调 节作用,可能是因抗生素减少了外来抗原的刺激, 降低了动物免疫系统的激活程度,从而减少了某些 生长抑制因子浓度或活性,最终导致促进分解代谢 物质释放量的减少或合成激素活性的提高.但是. 由于抗生素对内分泌调节的研究较少,抗生素通过 何种作用机制影响机体内分泌系统,特别是抗生素 直接或间接作用于消化道细胞的机理,尚需进一步 研究. 5饲用抗生素的应用前景 鉴于饲用抗生素可能对人类健康与环境造成的 危害,有些国家,特别是经济发达国家已经或准备 禁用饲用促生长抗生素.瑞典早在1986年就开始 禁用,丹麦于1998年全面禁用,欧盟也提出于 2006年全面禁用饲用促生长抗生素.受欧盟国家 禁用饲用抗生素的影响,美国FDA,疾病控制和 预防中心,农业部协作成立了美国的抗生素耐药性 检控体系,负责监控抗生素的耐药性,一旦发现耐 药I生的产生,即通过相应的法律禁用该抗生素.我 国也非常重视抗生素的安全性问,近年来,把畜 牧业工作的重点转移到畜产品的安全上来,通过制 定和完善相应的法规和标准来保证安全畜产品的生 产.因此,限制与饲用抗生素的使用是生产安 全畜产品的需要,也是保障人类健康与环境的需 要. 科学,客观地分析,目前全面禁用饲用抗生素 条件还不成熟. 首先,缺乏足够的科学根据证明规范使用饲用 抗生素危害了人类健康与环境的安全.对于抗生素 安全性的关键——耐药性问题,美国Kentucky大学 进行了长期的研究,研究证明,在使用了28年后 停用抗生素的最初几年,土霉素的耐药性从90%下 降为50%,但随后又升至70%,由此可见,完全 禁用抗生素并不能完全消除抗生素的耐药性.而 且,病原菌的耐药性在世界各地均有发现,并不仅 限于使用饲用抗生素的集约化畜禽养殖区;大量的 研究和临床也表明,病原菌的耐药性与人医上 抗生素的使用及滥用有关.就是欧盟亦未能提供令 一 l5一饲料博览2007年第l7期 人信服的禁用饲用抗生素的科学依据. 其次,禁用饲用抗生素会给畜牧业造成巨大的 损失.据保守估计,使用饲用抗生素的净收益为: 生长猪24.9元?头,,怀孕母猪59.1元?胎,,哺乳 母猪21.8元?胎,.禁用饲用抗生素后,瑞典50% 的猪场出现大面积的仔猪腹泻,仔猪死亡率急剧 上升,猪生长速度明显减慢,体重达到25,30至 少要推迟5-6天;丹麦仔猪死亡率也上升了30%, 仔猪日增重降低了19g,估计仔猪阶段经济损失 为4.2,8.3元?头,.而且统计表明,瑞典禁用饲用 抗生素l0年来,只是改变了抗生素的使用方式, 并没有减少抗生素的总用量;相反,禁用饲用抗生 素导致了大剂量氧化锌的使用,1992年瑞典高剂 量锌的用量不足60kg,1996年却增加至42.5吨, 对环境造成了严重的污染.Cromwellt1认为,禁用 饲用抗生素一方面使动物处于亚疾病状态,可能导 致畜产品的卫生问题;另一方面意味着氮,磷等营 养成分排出增加,污染了环境. 第三,目前的抗生素替代物,如饲用微生物, 功能性低聚糖,酸化剂,中草药及其提取物等,从 效果和经济上均无法取代饲用抗生素的位置.由抗 生素的作用机制可知,饲用微生物虽可竞争性排斥 病原菌,但也抑制了宿主动物的生长.中草药及其 提取物的安全性也受到质疑,近年来,中草药中毒 反应呈上升趋势,其毒副作用与作用机理各异, “天然的”并非安全的.更卫生的饲养条件可能减 少抗生素的使用,但生产实践表明,从效果和经济 上也无法替代饲用抗生素. 50多年的研究与应用证明,饲用抗生素提高 了动物的生长性能和繁殖性能,满足了人类对畜产 品的需求,提高了畜牧业的经济效益,也可能给人 类健康带来危害.因此,需要科学地认识和对待饲 用抗生素,抗生素作为一种客观事物,肯定存在其 两面性.要正视并重视抗生素的安全性问题,但也 不能因噎废食,盲目弃用抗生素,导致其他的危 害. 综合分析,既要加强饲用抗生素的作用机制, 药理,毒理及残留的研究,不断监测饲用抗生素的 耐药性和残留,以筛选和研制高效,安全的动物专 用抗生素,逐步淘汰人畜共用,易产生耐药性和残 留的抗生素品种;并建立畜产品中的药物残留监控 体系;也要进行饲用抗生素的使用对象,剂量,配 饲辫博览2007牟第17期 伍,休药期等应用技术研究,并通过法规,标准规 范饲料药物添加剂的使用,确保饲用抗生素的合理 使用,将抗生素可能产生的危害降到最低.使用安 全的饲用抗生素和安全地使用饲用抗生素,实现畜 牧业的健康发展,将是目前乃至未来相当一段时间 内畜牧业的发展趋势. 【参考文献】 [1]GaskinsHR,CollierCT’AndersonDB.Antbioticsasgrowthpro- motants:modeofactionIJ1.AnimalBiotechnology,2002,13(1): 29—42. 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