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铬的生物学功能及其在奶牛生产中的应用

  作者: 来源: 日期:2004-08-25  

         铬(Cr)是一种过渡性金属元素,其化合价有二、三、六价。自从红铅矿与盐酸反应产物中提出三氧化二铬,并用木炭与铬酐共热得到金属铬粉以来的较长时间内,铬一直被视为有害元素,甚至是致癌物质。随着营养科学的发展,对铬在动物体内生理功能研究的不断深入,现已证实三价铬作为葡萄糖耐受因子的成分协同和增强胰岛素的作用,参与糖、脂类、蛋白质和核酸代谢,进而影响动物的生长、繁殖和胴体品质。因而,铬是动物必需的营养元素之一。

         1 铬在动植物体内的含量和分布 
         植物饲料中铬的含量为0.1-1.0mg/kg,禾谷类籽实、糠麸、块根(茎)饲料和啤酒酵母是动物天然有机铬的良好来源。但这些饲料中铬的含量受植物的种类、土壤、加工等因素的影响。动物体内存在的铬主要是毒性小的三价铬,含量为1-10 mg/kg,分布于肝、脾、肾、血液、皮肤、骨胳、睾丸、胸腺等细胞分化剧烈的组织中。家禽羽毛中含量相对较多,达0.23-0.44 mg/kg,而雏鸡机体中每千克含铬仅0.07-0.15 mg,猪骨中含铬为0.89 mg/kg。正常牛奶中含铬5-16礸/kg,初乳中含量约为常乳中的5倍。 
         2 铬的代谢和影响因素 
         2.1 铬的代谢:铬进入机体后经肠道吸收,在血液内与运送铁球蛋白结合后,运至肝脏及全身参与代谢;铬的排泄主要由尿中排出,少量经胆汁进入肠胃道随粪排出和从皮肤排出。铬的吸收与其价态及化学结合形式有关,无机铬较有机铬难吸收,葡萄糖耐受因子铬最易吸收,一般有机铬的吸收率为10-25%,无机铬的吸收率为1-3%。在无机铬所有价态中,六价铬最易吸收。进入组织的铬以不寻常的比例分布于亚细胞各组分中,其中49%的铬浓缩于核中,23%在上清液中,其余则等分布于线粒体中。

         2.2 影响因素:影响动物对铬代谢的因素较多。动物的年龄、血液及肠内的PH值,日粮的营养水平,肠内的微生物,环境应激和铬的来源,均影响铬的代谢。据报道,铬与其他矿物质的互作影响着铬的代谢,铁和名牌是由运铁蛋白运输,当铁过多时,铁与铬竞争性地与铁蛋白结合,而使体内铬的存留减少。草酸盐可加强铬的运输,植酸盐则使之减弱。锌与铬在小肠中具有相同代谢途径,它们中一种存在会抑制另一种的吸收,过量锌引起牛、羊贫血的群体中,用添加铬的日粮饲喂,则牛羊贫血现象消除。铬与矾也有颉颃作用,有人在鸡日粮中添加高剂量的矾,则导致鸡蛋哈夫单位降低,日粮中补加铬后,则未发现此现象。同时,环境应激也影响动物对铬的代谢。

        3 铬的缺乏症和毒性 
         据报道,实验动物缺铬时,表现为胆固醇或血糖相对升高,动脉粥样硬化,生长滞缓,寿命缩短。当用含铬少于5 mg/kg饲料喂鸡,鸡的羽毛大量脱落;用无铬日粮饲喂种公牛时,精液量大大降低,精子畸型显著提高;在低铬日粮喂兔试验中,母兔的产活仔率下降,并且母兔血液中GOT酶和GPT酶活性下降。这说明缺铬对肝功能有一定影响,铬是动物必需的营养元素之一。

        铬的毒性与其化学价态和用量相关,一般认为二价铬无毒,三价铬的毒性低于六价铬。据报道,当鸡日粮中添加重铬酸钾100 mg/kg干物质时,鸡的采食量和产蛋量下降;当添加量超过200 mg/kg时则大批死亡。在兔的日粮中添加氯化铬2000 mg/kg时,兔出现拒食,日增重下降,出现腹泻等病症。高剂量的铬会引起畜禽生产力下降的机理还不太清楚,可能是铬在动物机体蓄积所引起的后果。

         4 铬的生物学效价 
         铬的来源分有机铬和无机铬。目前常用的无机铬有Crd3·6H2O、 Cr(SO4)3、Cr(NO3)3等;有机铬包括酵母铬和螯合铬。不同的铬源对不同品种动物的生物学效价可能不一致。据报道,动物对有机铬的吸收率为10-25%,而对无机铬的吸收率为1%-3%。在有机铬中,螯合铬比酵母铬在降低畜禽发病率方面更有效。

          5 铬的生物学功能 
          5.1 参与葡萄糖和脂类的代谢,促进动物的生长发育。铬的基本生理功能之一是作为葡萄糖耐受因子(GTF)不可缺乏的成分。目前虽然对GTF的详细结构尚不完全清楚,可能会有烟酸、谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸和三价铬。但已证实GTF复合物具有促进胰岛素与细胞受体结合,加强胰岛素的活动和作用,以刺激组织对葡萄糖的摄取,解除葡萄糖耐受性障碍,促进体脂的贮存,抑制贮存脂肪的水解,使血中游离脂肪酸减少,降低血液中的胆固醇,使高密度脂蛋白含量升高。当动物患铬缺乏症时,通常先表现为不耐受葡萄糖,即外周组织对胰岛素的敏感性下降,接着葡萄糖代谢、脂肪合成和糖元形成紊乱,血中游离脂肪酸增加,胆固醇含量也随之增加。另外,铬具有与镁协同和加强活化葡萄糖磷酸变位酶,促进糖类的转化作用。

       5.2 参与蛋白质和核酸的合成:铬在蛋白质和核酸代谢中也发挥着作用,铬是维持核酸结构必需的营养物质,RNA对热变性的稳定表明铬在维持蛋白质三级结构中起着作用;铬在细胞核中的积累似乎表明三价铬可改变基因的功能。另据试验,采食蛋白质不足的大鼠对把某些氨基酸组合到心脏蛋白质中的能力降低,补充铬则可使其他组合作用得到显著的改变。

         6 铬在奶牛生产中的应用效果 由于铬参与糖类、脂类、蛋白质和核酸的代谢过程和具有抗应激和提高免疫力的作用,因而对促进奶牛生产性能的发挥有明显的作用。据报道,初产奶牛日粮中补加0.5mg/kg的螯合铬,可提高产奶量7-13%(Subiyatno等;Burton,1994;Yang,1996)。Besong等(1996)也报道,对初产牛补铬,可增加采食量和产奶量;同时可分别提高乳脂、乳糖及乳总固开物12.9%、16.5% 和14.9%(Subiyatno等,1993)。补铬提高初产奶牛产奶量的因素,主要与糖异生作用增强有关(Yang等,1996);Subiyatno等(1996)对初产奶牛所进行的葡萄糖耐量试验及丙酸注谢试验,均证实这一作用。

        对于经产奶牛,补铬对其产奶性能无明显影响,但对减少亚临床酮症的发生(Yang等,1996),脂肪肝的发生(Mowat,1997)和胎衣不下(Villalobos等,1997)有明显作用。原因可能与奶牛β-羟丁酸水平降低或血清皮质醇含量降低有关。

         7 结语 
        从铬被确定为动物必需的营养元素以来,铬对动物的营养研究取得了较大的进展。既确定了典型日粮中不能满足动物对铬的需要量,又肯定了铬对动物的生产性能和胴体品质有良好作用。但在生产中如何科学应用不有些问题需进一步研究,如影响动物对铬需要量的因素、铬的营养作用机理、不同铬源的生物学效价等了解较少。因此,今后需要进一步探讨两大问题,一是铬的营养作用机理及与其他营养物质的关系,二是确定家畜不同生理阶段对不同铬源的需要量。

                 

 
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