畜禽腸道氣體代謝與膳食調(diào)控

王志恒，郗艷菊，丁亞平，高紅梅，田志娟，呂 蔚

（1.石家莊市畜產(chǎn)品和獸藥飼料質(zhì)量檢測中心 050041；2.河北維爾利動物藥業(yè)有限公司 050062；3. 石家莊市動物疫病預(yù)防控制中心 050000；4. 石家莊市欒城區(qū)畜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測站 050000）

動物的腸道是微生物定植的主要場所，其與動物機(jī)體的消化道共同完成養(yǎng)分的消化和代謝，并且腸道微生物對于維護(hù)腸道健康具有重要的意義[1]。動物攝入的營養(yǎng)物質(zhì)先在動物的胃和小腸完成部分的消化吸收，然后進(jìn)入大腸，大腸微生物可以幫助動物完成粗纖維等一些復(fù)雜的消化和代謝，大腸微生物可以將粗纖維降解為低聚體，并產(chǎn)生一些短鏈脂肪酸、氣體、有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物[2]。不同的腸道菌群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物不同，因此，可以通過觀察這些代謝產(chǎn)物來了解動物的腸道菌群結(jié)構(gòu)。腸道氣體的主要成分主要是氫氣（H2）、甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，除了這些還有微量的硫化氫（H2S）、一氧化氮(NO)和一些含硫化合物[3]，這些氣體大部分都是腸道微生物的代謝產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，這些氣體的種類在一定程度上可以反映機(jī)體的腸道健康水平，例如，可以通過檢測腸道氣體來診斷消化不良、乳糖不耐受等腸道疾病[4]。

碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等宏量營養(yǎng)物質(zhì)可以改變腸道消化酶的分泌及腸道的運動等，從而影響腸道微生物的定植和繁衍，良好的飼料營養(yǎng)結(jié)構(gòu)可以幫助動物建立健康的腸道菌群結(jié)構(gòu)。因此，腸道氣體不僅是腸道微生物的代謝產(chǎn)物，還是我們進(jìn)一步了解動物腸道健康的重要標(biāo)志性物質(zhì)，為精準(zhǔn)養(yǎng)殖的研發(fā)參考依據(jù)。

1 腸道氣體的來源及產(chǎn)生過程

隨著近年來對腸道微生物的不斷研究，人們對腸道氣體的了解也越來越多。腸道氣體主要有吞咽的空氣、腸道內(nèi)生產(chǎn)、血液擴(kuò)散這3種來源，其中大部分來自腸道內(nèi)產(chǎn)生[5]。其排出的方式有打嗝、菌群代謝、腸道吸收和直腸排出。通過吞咽進(jìn)入腸道的空氣，少部分在小腸吸收進(jìn)入血液，大部分進(jìn)入大腸，在大腸被細(xì)菌代謝，并產(chǎn)生甲烷和硫化氫等代謝產(chǎn)物，這些氣體大部分通過肛門排出。而吞咽進(jìn)入胃內(nèi)的空氣，如果沒有進(jìn)入腸道，則通過打嗝排出體外。

1.1 CO2

CO2是由胰液中的碳酸氫鹽和十二指腸食糜中的鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，這一反應(yīng)降低了十二指腸的pH值。目前的研究沒有發(fā)現(xiàn)的CO2生物學(xué)作用，其可以很快的進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，并通過呼吸排出體外。

1.2 H2

H2的產(chǎn)生全部來自于微生物代謝。腸道內(nèi)的厭氧微生物在代謝碳水化合物的過程中，會產(chǎn)生H2、CO2、CH4和 H2S等氣體。H2產(chǎn)生后部分會通過肛門排出體外，部分會被腸道內(nèi)的細(xì)菌進(jìn)一步代謝，這些細(xì)菌有產(chǎn)甲烷菌、產(chǎn)乙酸菌、硫酸鹽還原菌，代謝產(chǎn)物分別為CH4、CH?COOH、H2S[6]。

1.3 CH4

動物腸道內(nèi)的CH4主要由產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生，產(chǎn)甲烷菌是一種厭氧菌，單胃動物的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量較少，反芻動物的腸道內(nèi)存在大量的產(chǎn)甲烷菌。研究表明，炎癥性腸病患者腸道中的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量較少，可能是腹瀉導(dǎo)致腸道中的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量減少[7]。產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量在腸道內(nèi)保持合適的數(shù)量是比較健康的，數(shù)量過多的話會導(dǎo)致腸道蠕動減緩，進(jìn)而導(dǎo)致便秘的產(chǎn)生。因此，應(yīng)當(dāng)保持產(chǎn)甲烷菌在腸道內(nèi)的保持合適的數(shù)量。

1.4 H2S

畜禽腸道內(nèi)的H2S來源有三：其一，細(xì)菌發(fā)酵酪蛋白及含硫氨基酸的代謝產(chǎn)物。因此，在飼料中添加半胱氨酸可增加畜禽H2S的排出。其二，硫酸鹽還原菌利用硫酸鹽和腸道內(nèi)的氫氣生成H2S。其三，通過胱硫醚 β－合酶和胱硫醚 γ－裂合酶，代謝 L－半胱氨酸生成H2S[8]。這其中第一種為主要來源，但是H2S的濃度不能太高，否則會降低動物體內(nèi)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的合成。國外有研究發(fā)現(xiàn)，腸道中的H2S濃度較高與腸道的炎癥性病變相關(guān)[9]。

2 腸道氣體的監(jiān)測

腸道氣體的測定方法多種多樣，有直接法和間接法。直接法是用收集袋收集肛門排出的氣體，或者將軟管插入肛門進(jìn)行收集，這種方法比較準(zhǔn)確，但是有一定的侵入性，會造成機(jī)體不舒服，應(yīng)用不太多。間接法有成像技術(shù)、呼吸測定等方法，其中成像技術(shù)可以通過CT掃描來測定腸道氣體，雖然方法較為簡單，但是準(zhǔn)確性存在爭議。

近期有一種更為準(zhǔn)確、便捷的方法問世——氣體傳感膠囊法，待測動物將膠囊吞入，這種可攝入膠囊在動物的消化道內(nèi)部實時監(jiān)測消化道中的氣體變化，并將數(shù)據(jù)源源不斷的傳入接收器，這樣可以對機(jī)體的氣體變化情況進(jìn)行24h監(jiān)測，可以對腸道氣體在消化道的不同部位的生成情況進(jìn)行精準(zhǔn)的監(jiān)測[10]。因此，此方法可以幫助人們更為準(zhǔn)確的診斷和治療動物的消化道疾病，為膳食結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供參考依據(jù)。

3 膳食結(jié)構(gòu)與腸道氣體的關(guān)系

大量研究發(fā)現(xiàn)膳食結(jié)構(gòu)與消化道菌群之間存在著密切聯(lián)系。不同的菌群對于營養(yǎng)的需求不一樣，因此可以通過調(diào)節(jié)膳食結(jié)構(gòu)，來對動物的健康狀況進(jìn)行干預(yù)，改善脹氣、排氣過多、腹痛、便秘等癥狀[11]。例如，腸易激綜合癥（IBS）是一種常見的消化道疾病，以餐后腹脹、腹痛為主要癥狀，飲食管理是治療此病的重要環(huán)節(jié)，患者如果攝入易發(fā)酵短鏈碳水化合物之后，會增加CH4的排放，H2的排放減少，加重胃腸道癥狀；攝入不可發(fā)酵碳水化合物則胃腸道癥狀減輕，因此，可以將腸道氣體作為疾病的診斷標(biāo)記物。

3.1 碳水化合物與腸道氣體的關(guān)系

碳水化合物一般是通過糖酵解過程被腸道微生物初步代謝，生成丙酮。碳水化合物根據(jù)鏈長的不同分為低聚糖、雙糖、單糖、多元醇、粗纖維等。低聚糖、雙糖、單糖這些短鏈化合物發(fā)酵速度最快，在較短的時間內(nèi)產(chǎn)生的氣體也較多，氣體過多會增加患者腹脹和腹痛的癥狀。增加膳食中的膳食纖維，腸道微生物的發(fā)酵速度會降低，產(chǎn)生氣體也較少，對腸道刺激也較小；并且，粗纖維有一定的吸水性，可以減少便秘的發(fā)生。因此，在膳食中增加膳食纖維的比例有利于腸道的健康。

3.2 蛋白質(zhì)與腸道氣體的關(guān)系

腸道微生物代謝蛋白質(zhì)的方式比較多樣化，一般蛋白質(zhì)的代謝都在腸道的后段。一些厭氧菌將蛋白質(zhì)酵解成氨基酸，并進(jìn)一步代謝生成支鏈脂肪酸（如異丁酸、異戊酸）、CO2、 H2和氨氣( NH3) ，以及少量的 H2S、醇類、甲基硫醇、酚類和有機(jī)酸[12]。

在以往的研究中，畜牧業(yè)研究腸道氣體的主要目的是為了減少氨氣等有害氣體的排放，但是隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)腸道氣體與動物的健康密不可分。氨氣和硫化氫是蛋白質(zhì)代謝的標(biāo)志性產(chǎn)物，可以將其作為蛋白質(zhì)發(fā)酵程度的標(biāo)志物。

研究發(fā)現(xiàn)碳水化合物和蛋白質(zhì)之間也存在某種聯(lián)系。在斷奶仔豬日糧中添加乳糖等低聚糖可以降低仔豬的氨氣排放，促進(jìn)仔豬的生長。目前，很多氣體的具體形成機(jī)制尚不清楚，還需要進(jìn)一步的研究探明。

綜上所述，在動物營養(yǎng)領(lǐng)域，觀察腸道氣體的組成可以了解腸道微生物的代謝，研究不同日糧組分與腸道氣體之間的聯(lián)系，根據(jù)腸道氣體的組成情況來調(diào)節(jié)日糧的配方，充分發(fā)揮畜禽的生長潛力，改善動物的健康狀況，是將來值得研究的發(fā)展方向。