微量元素硒的研究进展

2011-04-13高玉红

饲料博览 2011年2期

王迪，高玉红

（黑龙江畜牧兽医职业学院，黑龙江双城 150111）

1817年瑞典化学家贝采利乌斯在研究硫酸厂铅室中沉淀的红色淤泥性质时，发现了一种新元素，随即以希腊月亮女神塞勒涅的名字命名为硒。生物学界对硒的认识始于1934年。1957年德国的Schwarz和Foliz首次发表了硒具有动物营养作用的报告。硒（Se）是动物和人体必需微量元素的这一认识是20世纪后半叶营养学上最重要的发现之一。较早关于硒与人类疾病关系的研究报道是在1979年，中国克山病研究小组证实了缺硒是导致克山病的必要条件之一[1]。在20世纪50年代发现硒是动物的重要营养元素之前，曾有近1个世纪，硒被认为是有毒元素[2－3]。然而，已有研究表明，硒是30多种哺乳动物硒蛋白或硒酶的重要构成因子，但摄入过量的硒也会造成硒中毒[4－5]。

1 硒的来源、生理功能及缺乏症

1.1 硒的来源

目前硒作为饲料添加剂添加的主要形式是亚硒酸钠。亚硒酸钠的溶解性和生物学效价等方面都高于其他的硒盐。硒在谷物、油菜籽实以及其他饲料中的主要存在形态是硒蛋氨酸，而对于植物而言，其硒浓度取决于土壤中硒的浓度。一般情况下籽实中含硒量为0.02～0.03mg·kg－1，牧草中含硒量约为0.1～0.3mg·kg－1，动物饲料含硒较高，鱼粉含硒量约为 2mg·kg－1。

1.2 硒的生物学功能

硒在生物体内发挥多种生物学效应，是动物必需微量元素之一。硒具有抗氧化、保护修复细胞、提高红细胞的携氧能力、提高免疫力、解毒排毒及抗污染等多种生物学功能，而最主要的生物学功能是抗氧化作用。硒在谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPx）的催化作用中具有关键性作用，是在GSH－Px中起氧化还原催化作用的唯一原子。哺乳动物体内第2个含硒酶是磷脂过氧化谷胱甘肽过氧化物酶（PHG－Px），该酶的活性部位与GSH－Px相同，其保护生物膜的作用是通过抑制膜磷脂过氧化而实现的。

1.3 硒缺乏症

国内外大量资料统计和临床实践证明，人体缺硒就会造成重要器官的机能失调，导致恶性肿瘤、心脑血管病等疾病的发生。此外，硒还有增强免疫功能、增强解毒性、抗衰老性等作用，科学补硒与人体健康有直接关系。目前很多研究均发现，缺硒能够引发动物的各种疾病，如禽类的胰腺纤维变性和渗出性素质、羊的白肌病或肌肉营养不良、猪的肝坏死等。

2 食物中硒的存在形式、安全范围及中毒症状

2.1 饮食中硒的化学存在形式

硒在食物中主要以化合物的形式存在，包括亚硒酸盐、硒代胱氨酸、硒蛋氨酸和甲基硒半胱氨酸等。大米、小麦、玉米和大豆中硒的主要存在形式是硒蛋氨酸，占总硒量约80%。另外，富硒酵母中的硒蛋氨酸，占总硒量约为90%。在动物组织中，硒的主要化学存在形式是硒代半胱氨酸，大鼠注射亚硒酸盐，约60%～70%的硒以硒代半胱氨酸的形式存在于组织中；大鼠注射硒蛋氨酸5 d后，约有50%的硒以硒代半胱氨酸的形式存在于组织中。作为添加剂，硒都是以亚硒酸钠的形式被添加到饮食中，零价的元素硒粉末不易溶于水，通常被认为是没有生物活性的硒形式。

2.2 硒的中毒症状及安全范围

硒的有益剂量和毒性剂量的范围极其狭窄，当食物中硒的含量超过营养必需水平很小的剂量范围时就会表现出硒的毒性。人每日摄取硒达到180～280μg时，有明显的防癌作用，然而当每日摄入硒的剂量等于或高于819μg时，敏感的病人表现出硒中毒症状[6－8]。研究表明，硒的每日最高允许摄入量为400 μg。硒的营养范围在0.1～1 μg·g－1，预防癌症通常是超过营养水平，即饲料含硒量为1～3 μg·g－1，慢性饮食性硒中毒起始于含硒量为3～5 μg·g－1，且当大鼠饲喂含硒量为16 μg·g－1的饲料时几乎没有大鼠可以存活[9－11]。有研究发现，病人连续一年每天摄入富硒酵母1 600μg没有明显的硒中毒症状，但每天摄入硒3 200μg就表现出明显的中毒症状[12]。根据摄入硒的剂量和时间，硒中毒分为慢性和急性两种，还有地方性硒中毒现象。如长期摄入硒含量为5～15 μg·g－1食物时，将产生慢性硒中毒症状。慢性硒中毒表现为生长迟缓、摄食量减少、蹄腐烂、脱发、贫血和肝硬化等症状[13－14]。在人类慢性硒中毒症状可产生头晕、倦怠无力、口内有金属味、恶心、食欲不振、呼吸及汗液有酸臭味，还伴有肝肿大、肝功能异常、自主神经功能紊乱、尿硒增高等。当摄入硒的剂量极高时，饮食中硒的剂量超过20μg·g－1或注射剂量超过1.60mg·kg－1时将产生急性硒中毒症状。急性硒中毒的症状为运动失调、呼吸窘迫、腹泻甚至死亡。人类急性硒中毒可产生头晕、无力、嗜睡、恶心，呼吸和汗液有酸臭味，上呼吸道和眼结膜有刺激症状。重者有寒战、高热、出大汗、手指震颤以及肝肿大等表现，实验室检查白细胞增高，尿硒含量不高，2～3 d后症状逐渐好转。误服亚硒酸者，易产生多发性神经炎和心肌炎。

2.3 硒的代谢吸收

硒遍布各组织器官和体液，肾中浓度最高。在组织内主要以硒与蛋白质结合的复合物形式存在。硒主要在小肠被吸收，人体对食物中硒的吸收率为60%～80%。经肠道吸收进入体内的硒代谢后大部分由尿排出，尿硒是判断人体内硒盈亏状况的良好指标，硒的其他排出途径为粪、汗。硒在体内的吸收、转运、排出、贮存和分布会受许多外界因素的影响。主要是膳食中硒的化学形式和含量，另外，性别、年龄、健康状况以及食物中是否存在如硫、重金属、维生素等化合物也有影响。动物试验表明，硒主要在十二指肠被吸收，空肠和回肠稍有吸收，胃不吸收。经尿排出的硒占排出量的50%～60%，在摄入高膳食硒时，尿硒排出量会增加，反之减少，肾脏起着调节作用。

3 硒对免疫功能的影响

硒对动物免疫功能的影响是复杂且多方面的。机体内的花生四烯酸在脂质加氧酶的催化下生成L－12－过氧羟基－5,8,10,14－二十碳四烯酸（12－HPETE），12－HPETE还原为L－12－羟基－二十碳四烯酸（12－HETE）的过程需要GSH－Px。目前已知12－HETE尤其是其衍生物白细胞三烯具有化学促进和化学趋化活性。炎症刺激也可使多核中性粒细胞（PMNs）产生白细胞三烯等羟基二十碳四烯酸（HETEs）。当人和动物缺硒时，GSH－Px的活性降低，使白细胞三烯减少，致使白细胞功能障碍等一系列免疫功能改变。已有研究证实，硒能够维持细胞膜的完整性，红细胞与淋巴细胞均从多能干细胞分化而来，所以硒也可能与淋巴细胞膜的完整性有关，从而影响淋巴细胞的生理功能。有机硒能清除体内自由基，排除体内毒素，抗氧化，有效抑制过氧化脂质产生，防止血凝块，清除胆固醇，增强人体免疫功能。另外含硒的GSH－Px活性增强，也可以减少免疫细胞内过氧化脂质的堆积从而增强免疫细胞的功能。

有学者研究表明，缺硒可导致免疫能力低下，而补硒可提高肌体免疫力。有研究人员给小鼠饲以加硒的饮食10周，小鼠的抗体合成IgM的细胞数活跃，增加了IgM合成，硒可促使T细胞活跃，使机体免疫力增加。硒还能促进T、B淋巴细胞分泌细胞因子，并通过多种生物学效应调节机体免疫功能。研究发现，摄入亚硒酸钠可明显提高外周血T淋巴细胞数量，提高淋巴细胞分泌白细胞介素－6的水平，促进巨噬细胞的吞噬功能和淋巴细胞的转化。硒能促进淋巴细胞的增殖、分化，同时也能增强淋巴细胞的细胞毒作用。硒能提高机体免疫细胞的吞噬功能，如提高巨噬细胞的吞噬功能，对于巨噬细胞的吞噬、趋化和杀灭过程都有着不同程度的影响。硒蛋白有激活T淋巴细胞的功能与调节免疫应答的重要作用[15]。动物试验也证明，硒能促进淋巴细胞分化并产生抗体，使血液中抗体水平提高或维持正常水平，增强机体抵抗力。硒能显著提高抗原结合细胞数目，具有增强特异性细胞免疫功能的作用[16]。孕期母猪饲料中硒缺乏可显著抑制巨噬细胞杀伤微生物的活性[17]。目前硒影响机体免疫功能的机制主要有硒的抗氧化学说、表面介导的应答控制学说、影响细胞酶学说以及免疫作用的自由基学说等[18]。

4 硒与动物生产

4.1 硒与生产性能

硒能促进动物生长发育，维持基础代谢和促进生长激素的合成，在T3和T4共同作用下使甲状腺能够维持机体正常生理代谢的功能。T3参与生长激素的生物合成，能提高胰岛素的水平，促进肌肉蛋白的合成与分解，促进动物生长发育。在缺硒的情况下，随着饲料中硒水平的添加，动物的日采食量、日增重均有提高[19－22]。王海宏等研究报道，添加合适剂量的硒对动物有促进生长的作用[23]。毛景东等研究报道，在布列尼亚仔兔的日粮中添加不同剂量的硒，对布列尼亚仔兔的生长有促进作用，并且随着饲料中含硒量的增加，仔兔的体重增加也越大，其中以添加0.2mg·kg－1组的体重增加效果最好。随着硒含量的升高，饲料转化效率也有升高的趋势，这说明添加适量的硒对仔兔有促进生长的作用[24]。

4.2 硒与繁殖能力

有研究报道，在种公猪的饲料中添加适合剂量的硒能提高精液品质，使精子的畸形率大大降低。危克周等也报道，在种公牛饲料中添加硒400mg·kg－1能显著提高精子的质量和活力。缺硒鼠的睾丸组织对硒蛋白具有很强的亲和力，用缺硒日粮饲喂母鼠所生的雄鼠，其附睾内精子游动性差，数量较少，双头及缺尾精子较多。张建新试验表明，在雏公鸡的基础日粮分别补硒 1、5、10、15、20mg·kg－1，对照组缺硒睾丸发育不良，试验组随硒浓度的增加中毒症状明显，曲精细管肿胀、精细管溶解、生精上皮脱落，公鸡日粮中含硒量以不超过1mg·kg－1为宜[25]。由此可见，在缺硒的日粮中补充硒可提高动物的繁殖能力。

4.3 硒与理化指标及组织硒含量

肝是合成血总胆固醇、清蛋白、高密度脂蛋白的最主要场所，因此总胆固醇、清蛋白、高密度脂蛋白水平在血清中的变化，可以反映肝组织的受损程度。李贵明等报道，大鼠长期饲喂高硒饲料，可导致以上指标均有不同程度的降低，表明高硒可使肝细胞受到破坏[26]。因而，机体总胆固醇、清蛋白、高密度脂蛋白的变化可以作为衡量机体硒需要量的重要指标。

饲粮中硒的含量与组织中硒的含量呈正相关。张在香等研究报道，给大鼠饲喂不同硒含量饲粮，肝脏中的硒水平与饲料硒水平呈高度正相关，相关系数为0.90[27]。因此，可以用组织硒的含量作为衡量机体硒需要量的一项重要指标。

5 研究前景与展望

5.1 纳米硒

由于纳米微粒具有较大的表面积和配位不足的表面原子，使得纳米微粒具有高的表面活性，同时由于纳米硒的粒度极细，易被动物胃肠道直接吸收，因此能更大限度地发挥硒的生物学功能。高学云等研究结果表明，与对照组相比，纳米硒高剂量组小鼠的细胞免疫功能、体液免疫功能和巨噬细胞吞噬功能均明显升高，纳米硒具有与硒蛋氨酸、亚硒酸钠和甲基化硒相等的调节含硒酶活力的作用，初步研究证明，纳米硒可以降低顺铂的毒性[28]。陈辉等研究表明，纳米硒体外清除羟自由基的效率约是无机硒的4～5倍，有机硒的2～2.5倍，同时是已发现的急性毒性最低的补硒制剂[29]。纳米硒以其特有的高活性、低毒性及高的生物利用率，在动物生产中有着广阔的应用前景。

5.2 硒的生物有机化

目前，硒的有机化是硒在动物生产中应用研究的一个热点。硒的有机态与无机态相比，具有吸收率高、生物活性强、环境污染小等优点。通过生物转化的方法进行硒的生物有机化转化，可为获取有机硒提供一条简便经济的途径，有利于实际生产中大量推广应用。

[1]仝宗喜,康世良.硒及硒蛋白生物学作用的研究进展[J].动物医学进展,2002,23（6）:17－19.

[2]Schwarz K,Foltz C M.Selenium as an integral part of factor 3 againstdietary necrotic liver degeneration[J].Journalof the American Chemical Society,1957,79（12）:3 292－3 293.

[3]Whanger P D.Selenocompounds in plants and animals and their biological significance[J].Journal of the American College of Nutrition,2002,21（3）:223－232.

[4]Brown KM,Arthur JR.Selenium,selenoproteinsand humanhealth:a review[J].Public Health Nutrition,2001,4（2）:593－599.

[5]Rayman M P.The argument for increasing selenium intake[J].Proceedings of the Nutrition Society,2002,61（2）:203－215.

[6]Yang G,Zhou R.Furtherobservationson thehumanmaximum safe dietary selenium intake in a seleniferous area of China[J].J Trace Elem Electrolytes Health Dis,1994（8）:159－165.

[7]Yang G Q,Xia YM.Studies on human dietary requirements and safe range of dietary intakes of selenium in China and their application in the prevention of related endemic diseases[J].Biomed Environ Sci,1995（8）:187－201.

[8]周云,刘忠荣.硒与人体健康[J].微量元素与健康研究,2002,19（4）:79－80.

[9]Ip C,Ganther H E.Activity ofmethylated forms of selenium in cancer prevention[J].Canc Res,1990,50:1 206－1 211.

[10]Harr JR,Bone JF,Tinsley IJ,etal.Selenium toxicity in rats[J].Histopathology,1967:153－178.

[11]Koller L D,Exon JH.The two faces of selenium－deficiency and toxicity are similar in animals and man[J].Can J Vet Res,1986,50:297－306.

[12]Reid M E,Stratton M S,Lillico A J,et al.A report of high－dose selenium supplementation:response and toxicities[J].JTrace Elem Med Biol,2004,18:69－74.

[13]Ekermans L G,Schneider J V.Selenium in livestock production:A review[J].JSouth Afr Vet Assoc,1982,53:223.

[14]Stulnig TM,Huber J,Leitinger N,et al.Polyunsaturated eicosapen taenoic acid displaces proteins from membrane rafts by altering raft lipid composition[J].JBiol Chem,2001,276（40）:37 335－37 340.

[15]陈小娥,夏文水.天然产物中硒含量测定及形态分析[J].理化检验（化学分册）,2003,39（4）:251－254.

[16]花蓓,施巧芳.硒的免疫功能[J].化学教育,2002（2）:1－3.

[17]蒋士龙,汪志君.生命的微量元素硒[J].广州微量元素科学,2001,8（8）:1－5.

[18]恭伟,王哲,张乃生,等.硒对免疫功能影响的研究进展[J].动物医学进展,1984,4（19）:16－18.

[19]周秀霞.硒在畜禽营养中的应用及发展前景[J].饲料博览,2007（9）:49－52.

[20]李士平,王安,单安山.锌、硒、碘对蛋鸡蛋黄着色效果的影响[J].东北农业大学学报,2004,35（3）:329－333.

[21]杜英秋,廖辉,马永华.等.饲料中硒的测定—氢化物发生原子荧光光谱法[J].东北农业大学学报,2010,41（5）:91－95.

[22]危克周,潘志雄,吴宗万,等.添加适量有机硒对种公牛精子活力的影响[J].山地农业生物学报,2004,23（6）:539－540.

[23]王海宏,谢忠忱,蔡辉益.不同硒源对肉鸡组织硒含量及谷胱甘肽过氧化物酶活力的影响[J].动物营养学报,2003,15（1）:44－48.

[24]毛景东,高丽娟,王玉忠,等.硒对布列坦尼亚仔兔生长性能的影响[J].哲里木畜牧学院学报,2000,10（4）:23－25.

[25]张建新,岳文斌,董玉珍.硒对公鸡睾丸前期发育的影响[J].兽药与饲料添加剂,2003,8（3）:5－6.

[26]李贵明,李金有.硒对大鼠血清蛋白、血脂的亚慢毒性作用研究[J].中国公共卫生,1997,13（11）:690.