消化道、微生物和動物健康

【編者按】2015年10月29日，由百奧明公司組織的“2015亞洲營養論壇（長沙站）”，在長沙隆華國際酒店隆重舉行。《國外畜牧學—豬與禽》第35卷（2015）第12期刊登了倫敦帝國學院食品營銷系榮譽教授及英國皇家農業大學客座教授David Hughes博士演講的《動物蛋白全球消費現狀及趨勢展望》和澳大利亞動物營養專家Tony Edwards先生演講的《最佳腸道健康是良好生產能的基礎》，本期將介紹另三位演講嘉賓的精彩內容。

今天我要講的是腸道微生物及其健康。

1 消化道的重要性

1.1 物理屏障

腸道被行業界認為是一個體外環境，因為腸道兩端是通向體外的。腸道上皮細胞只有3 μm～5 μm，這道屏障非常脆弱。腸道有三種結構：管狀、指狀、絨毛。正常情況下管狀結構大約可增加3倍吸收面積，絨毛可增加25倍吸收面積，微絨毛可增加60倍消化吸收面積。據估計，一個正常成年人的腸道消化面積約300 m2，相當于兩個籃球場和一個足球場。豬腸道相比人的要長一些，面積約400 m2，雞腸道面積約20 m2～30 m2，這表明腸道面積更大更有利于消化吸收。但有一個問題，腸道內和外只有一層3 μm～5 μm的細胞隔離。不要著急，進化是一個很強大的功能，通過進化給動物腸道配了許多輔助功能，保障這種整體健康。

1.2 營養物質消化和吸收的器官

首先，腸道上皮細胞是動物體內分泌速度最快的一類細胞。第二，黏膜屏障，在腸道上皮細胞上覆蓋一層厚厚的黏液，好處是隔離，隔離腸道中的微生物，跟腸道上皮細胞接觸起到潤滑作用，本身還可以給腸道微生物提供營養物質。其實黏液層分兩層，里面是濃稠黏液，上面是稀薄黏液，有益微生物主要在濃稠黏液這層，由黏液素等提供營養成分。

1.3 腸道是動物體內最大的免疫器官

腸道大約含機體65 %的免疫組織和免疫細胞，產生80 %左右的抗體。這是它的一個進化，因為很薄，本身很脆弱，一旦一些有害有毒的物質進入腸道，可以在最短時間內把危害物減到最小。腸道細胞下方是各種各樣的免疫細胞。如發現病毒或細菌，會產生一些抗體，T細胞變成TH2細胞，提前進行預防來保護身體健康。

1.4 腸道是第二大腦

為什么說它能夠思考呢？因為它有物理基礎，首先腸道中的神經元數量是動物體內最原始的神經元。很早就有關于腸道神經元的研究，并且大腦神經元跟腸道神經元在干細胞中的發育區位是一樣的，只是量變質不變。只不過大腦太強大，把它忽略了。通過腦傳遞信息交流，告訴大腦腸道發生了什么，如何進行防御，這就是我們平常說的條件反射。如吃或不吃是通過神經元收集的信息告訴大腦的行為。

五羥色胺多巴胺分泌過多會讓你感覺特別興奮。當你看到好吃的，該物質分泌的量就比較多。這種物質80 %產生于腸道，所以腸道一旦出現問題，人就會感覺不舒服。

1.5 內分泌器官和最大維持需要的器官

腸道是一個非常大的分泌器官，分泌一些消化類的物質，如酶、調節食欲的激素。分泌功能、免疫功能等導致腸道是體內最大的維持需要器官。一個動物的維持量占采食量的60 %。其中50 %提供給腸道，一旦腸道出現問題，動物的生長性能就會出現很大程度的損傷。

上皮細胞、免疫屏障、黏液層和微生物屏障共同維持著腸道的平衡。

2 腸道微生物與腸道功能

2.1 腸道微生物的分布

一個成年人大約有1 013個體細胞，腸道微生物數量為1 014個，如果一個正常人沒有微生物，體重將減 20 %～25 %。微生物可以給我們提供一些有益物質。想想看，一個體細胞外包圍著10個微生物，你還能說這個微生物跟我們的生活和生活質量沒有關系嗎？從數量這塊就告訴我們不可能。通過生物探針檢測發現，豬和雞的腸道微生物數量將近500種。

圖2是在雞上做的試驗，左上角布滿了密密麻麻的桿狀微生物，會對飼料的消化產生極大影響。左下角這張說明微生物之間是能夠進行信息交流。

2.2 基因的互相影響

動物機體中微生物細胞數是動物體細胞數的10倍，但能夠提供100倍基因庫。微生物提供這么大的基因庫是否會對動物的進化和潛在性能產生影響？最近十幾年中在很多人都在思考這個問題。動物體內有兩套基因，一套在細胞核中，一套在線粒體中。線粒體是給細胞提供能量非常重要的器官。線粒體的密碼子跟正常哺乳動物的密碼子完全不一樣，而與器官微生物一致。很多人猜測線粒體原來有可能是細胞，然后通過長期的進化在特殊時間整合到細胞，變成細胞器官。據一項調查發現線粒體的密碼子隨母親傳遞給后代，而不隨父親傳遞。

2.3 微生物與營養物質的消化吸收

圖3是在食道中采集食物的圖片，發現剛吃進去的食物表面布滿了微生物，說明微生物對食物和飼料等有很大影響。

在1996年發現腸道微生物的代謝產物會直接影響宿主的腸道功能。

2.4 微生物與能量平衡

把胖老鼠體內微生物取出來喂給瘦老鼠，發現瘦老鼠也變胖，這說明胖老鼠體內的這些微生物更善于消化吸收飼料中的營養物質，且存儲能量（表1）。

能量代謝與微生物息息相關，直接影響動物體內脂肪的沉積代謝。

2.5 微生物與免疫功能

腸道微生物可促進免疫系統的發育，其比例對免疫系統具有極大的相關性。

現在很多人都有過敏反應，這其實是一個問題，社會進步導致。現在最流行是衛生學說，現在很多人都喜歡宅在家里，很少接觸大自然，還有一些人怕一些病原體的傷害，經常用酒精消毒，導致本身在正常的生活中接觸的一些細菌就變少，當你殺死一些有害菌的同時也殺死一些有益的細菌，有可能因為這種原因導致腸道免疫系統出現缺陷。

2.6 微生物與腸道健康

微生物可以把動物不能吸收的物質轉化成丁酸。丁酸可以給腸道細胞或上皮細胞提供能量，代謝成酮體或二氧化碳。盲腸上皮細胞60 %～70 %的能量來自于微生物發酵的丁酸。

腸道微生物能夠刺激黏液分泌。為什么使用抗生素后動物腸道會變薄？因為黏液成分少。腸道微生物能夠增加腸道上皮細胞的周轉率。

3 腸道微生物區系是如何自我調控的

微生物本身之間互相競爭抑制，宿主細胞也會有一定影響，如抵御素——先天免疫系統的常規武器，以及分泌型IgA，還有就是黏液——分泌黏液蛋白、黏液素、多糖，可以提高免疫素，自我調節功能。

4 影響腸道微生物組成的因素

4.1 日糧NSP對腸道微生物的影響

NSP能顯著影響腸道的菌群結構，特別是增加大腸桿菌的腸毒性和腸聚集性大腸桿菌的數量。NSP能顯著減少后腸道丁酸的數量。

4.2 應激與腸道健康

應激激素（腎上激素）可以增加腸道上皮的通透性。上皮細胞通透性增加會提高脂質多糖（LPS）的吸收。LPS危害：增加TNF-α和白介素IL1-α分泌（Hack等，1989）。應激會改變腸道pH，影響腸道微環境從而影響微生物組成。

4.3 應激及后果

疾病、免疫應激、環境因素和日糧因素等，不管產生怎樣的結果，中間都會通過自由基進行反應，來攻擊細胞、攻擊細胞膜，導致細胞死亡和功能喪失。如果通過一定措施把體內的自由基消除，可以延緩疾病的有害影響，減少負面效果。

應激有兩個途徑：1）應激激素，影響上皮細胞通透性；2）通過氧自由基，導致上皮細胞死亡。

5 如何調控腸道微生物

5.1 抗生素的使用

作用機理：腸道變薄，減少目標機會性病原菌的數量，減少炎癥反應。抗生素的作用就是消炎，炎癥本身是免疫系統消炎，經常消炎免疫系統就會失去基本的功能，甚至是發育遲緩。抗生素會通過微生物和體內黏液免疫系統影響其他免疫體系。

5.2 酸化劑

酸化劑的功能有：降低動物消化道pH，提高消化酶活性，抑制有害菌生長，促進有益菌繁殖，預防腹瀉；提高日糧適口性，減緩胃的排空速度，提高生產性能；提高礦物質和維生素的生物學利用率；與抗生素協同作用，減少耐藥菌株的產生，利于疾病的防制。

5.3 酶制劑

主要品種：植酸酶、NSP酶、蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、α-半乳糖苷酶、纖維素酶。酶制劑的作用：提高消化率，減少營養物質流失到后腸，減少機會性病原菌的培養基；減少腸道黏度。使用酶制劑一定要有明確的目標。在幼齡動物上使用酶制劑比成年動物效果要好很多，同時在家禽上使用比豬上使用效果要好。雞的消化道只有正常體長的5～6倍，而豬的是10～15倍，相對來說豬食物的消化時間比雞的長。

5.4 益生元

不被腸道消化，并能夠提高某類腸道有益微生物生長的日糧成分，含果寡糖、低聚半乳糖、乳糖醇。

5.5 益生素

有針對性地提高某類有益微生物的數量。

主要功能：把有害的物質競爭出去，其次是提高免疫力，最后提高腸道完整性。不是每個益生菌、每個細菌都有這個功能。

益生素在使用上也存在一定問題：在動物體內是否能夠存留，存留時間多長；活的，死的；添加數量，如果極大地增加有益菌就有可能打破了這個平衡；如何鑒定？不是所有的微生物都是益生素；主要功能；適用動物。

結果并不是所有的乳酸菌都是益生菌（英國營養雜志，2010）。

5.6 合生素

益生菌和益生元組合在一起為合生素。如雙岐桿菌+FOS、乳酸菌+乳糖醇、施百科狄都含有合生素。

5.7 植物提取物

這是一個非常復雜、數量很多的物質，可以促生長，減少炎癥，刺激采食，刺激內源酶活性。要明白你的目標是什么，需要什么，它提供的是否就是我需要的，而不應拿來就用。

應用概括：其他發達國家如歐盟等普遍使用，發展中國家逐漸普遍使用。腸道菌群：明確抑制病原性細菌生長；選擇性殺滅腸道病原菌；體外研究：很多；體內研究：不多。營養消化吸收：有限研究結果報道，提高母豬和仔豬自身免疫能力；適口性好，提高采食量；消化吸收改善，尤其在肉雞上較明顯。

6 結論

6.1 調控與影響腸道菌群與免疫添加劑（表2）。

6.2 保證腸道健康總策略

盡量減少對后腸細菌的營養供給。減少疾病，提高管理水平。輪換使用抗生素——將來會沒有作用。合理的球蟲控制措施。使用飼料添加劑調整腸道健康。

腸道健康程度決定動物養殖的成敗，腸道微生物平衡與動物健康息息相關，相輔相成，共生關系。任何影響腸道微生物平衡的因素均會嚴重影響到動物健康狀況和生產性能。

營養學真意：產出=（遺傳+環境+營養）×管理。