铅暴露对动物肠道营养物质吸收及生产性能的影响

付 帅，马春阳，王 丽，史东辉，李文强

（辽宁医学院畜牧兽医学院，辽宁 锦州 121000）

铅暴露对动物肠道营养物质吸收及生产性能的影响

付 帅，马春阳，王 丽，史东辉⋆，李文强

（辽宁医学院畜牧兽医学院，辽宁 锦州 121000）

铅是一种常见的灰黑色重金属元素，在动物体内没有任何生理作用。动物体原本不应该含有铅，只是随着现代工业的发展，含铅产品的广泛使用，以及环境污染的日趋严重使饲料原料中含铅的机会越来越多。在畜禽生产中铅污染还未受到重视，然而研究显示较低剂量的铅就可能造成动物肠道损伤，降低畜禽的生产性能和肉蛋品质。本文从铅暴露对动物肠道吸收的影响的角度，分析铅暴露是如何降低动物生产性能，寄予能为动物养殖提供有利借鉴。

铅暴露；营养物质吸收；生产性能

铅是具有多器官毒性的重金属，当我们接触铅的机会越来越多，致使一部分铅尘侵入机体，使我们的血液、组织中或多或少含有了铅，学界将这一病理过程称为“铅暴露”或“铅接触”。铅作为一种可循环利用的金属材料，被广泛应用于军工、原子能技术、冶金、化工、轻工、农药等部门，其中铅酸蓄电池制造是铅消费最主要的领域。我国已成为全球最大的铅酸蓄电池出口国之一，带来经济利益的同时每年也面临着将近50万吨铅酸蓄电池废料的产生。铅酸蓄电池的生产过程中使用了具有污染性的二氧化铅和硫酸铅，由于环境保护意识的缺失，铅酸蓄电池回收过程中随意拆解、废旧电池中有毒废酸液任意倒置等现象突出，使动物铅暴露的机会越来越多。动物铅暴露还有一部分来自含铅量高的饲料原料。根据国家饲料卫生标准猪、鸡、羊等配合饲料中铅的含量不得超过5 mg/kg。许多小型饲料企业为了降低成本对原料把关并不严谨，致使家畜采食了铅含量较高的饲料原料或预混料。

1 铅暴露的影响

1.1 铅暴露对机体的损伤 科研工作者在职业性铅暴露人群和鼠类等动物模型上对铅暴露进行了大量的研究，认为铅及其化合物侵入机体的主要途径是消化道和呼吸道。铅进入机体后首先与血液和血细胞结合引起血铅升高，然后随着血循环周游全身，并在大脑、肠道、生殖系统和肝肾等脏器沉积[1-2]。铅化合物具有相对较大的离子半径和很高的电负性，易与蛋白、核酸和脂类等大分子物质结合造成生物大分子损伤[3]，进而影响细胞功能造成机体损伤和功能障碍。研究表明，铅可影响儿童的智力发育，成年人行为改变，并能促进阿尔兹海默病和帕金森氏病的发生与发展[4]。铅不仅可通过改变脑血管内皮细胞的膜结构，使血脑屏障发生渗漏，而且铅还可蓄积于血管内皮细胞内，当浓度达到一定程度时，就会损害未成熟大脑的血脑屏障，从而侵害动物的中枢神经系统[5]。

1.2 铅暴露引起氧化应激 研究人员探究铅在靶细胞中引起的氧化应激分子机制时，发现铅可以诱导活性氧生成，包括氢过氧化物、超氧阴离子和过氧化氢[6]。低水平的活性氧在信号通路中有重要作用，但高水平的活性氧则可引起脂质的氧化，损伤细胞的完整性，使细胞膜受体无法与酶结合。活性氧还可影响mRNA和蛋白的表达。首先是影响基因的转录，转录后又可影响染色质的新陈代谢和转录因子的活性。铅介导的氧化应激，除了会造成肠道吸收表面积的损失，还会引起DNA的损伤和细胞程序性死亡。铅也已被证明能够提升或抑制超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH）水平[7-8]。低水平的应激可以增加这些酶，而高水平和长时间应激则抑制。Roohol lah等[9]在小肠中建立了一个低水平的铅应激模型，铅介导的氧化应激使SOD和CAT的mRNA表达增加，这与过氧化氢不断累积进而引起脂质过氧化作用的研究相一致[10]。

1.3 铅暴露对肠道营养转运蛋白的作用 动物饲料原料中相对分子质量较低和脂溶性较好的大多数营养物质经被动扩散由肠道吸收，但是相对分子质量较大的水溶性物质则很难透过肠道的细胞膜，需要通过专属性转运蛋白来进行转运，如多肽、氨基酸、糖、有机阳离子及阴离子和水溶性维生素等[11]。目前，在人体肠道内发现的营养物质运蛋白包括寡肽共转运蛋白、葡萄糖转运蛋白、有机离子转运蛋白、氨基酸转运蛋白和ATP-结合盒转运蛋白等[12]。营养物质转运蛋白对小肠起到必不可少的功能，其破坏会减少养分利用率和效益。动物体内的2种单糖转运体，分别是GLUTs家族和SGLTs家族葡萄糖转运蛋白。其中GLUT5通过促进扩散的方式促进果糖进入上皮细胞，GLUT2调节单糖脱离肠上皮细胞，SGLT1和SGLT4负责吸收单糖。铅暴露减少单糖进入肠上皮细胞，是通过下调SGLT1和SGLT4，接着减少GLUT2基质的活动，进而减少GLUT2 mRNA的表达。Roohol lah等[9]报道铅暴露在小肠中引起的应激可降低SGLT1、SGLT4 GLUT2、小肽转运蛋白（PepT1）和兴奋性氨基酸转运蛋白3（EAAT3）mRNA的表达量，由此可以推测铅降低鸡的饲料利用率和生长性能，潜在的机制是下调主要小肠中营养转运蛋白基因的表达。

1.4 铅暴露与营养素的相互作用 铅与钙、铁锌和维生素等营养素之间存在着复杂的相互作用Crowe等[13]通过动物试验对铁和铅的关系进行了研究，结果表明铁缺乏的大鼠其血铅浓度高于正常对照组，铁不足会促进组织对铅的吸收。钙与铅的相互作用关系比较复杂，钙可拮抗铅的毒性作用，而铅又可与细胞内受体、转移蛋白结合，甚至可替代钙在细胞内起到第二信使的作用[14]。Tandon等[15]报道了补充锌和赖氨酸可减少组织中铅的积累，防治由铅引起的一系列生化反应，研究还表明赖氨酸和锌的协同作用可预防由铅所引起的内源性钙和镁的耗竭。Kim等[16]研究结果表明，50 mg/kg的维生素B1和CaEDTA联合治疗可以降低肾脏和肝脏中铅的含量。因此，进一步了解营养素与铅之间的作用关系，对减轻铅中毒对动物毒害作用就显得尤为重要。

1.5 铅对动物生产性能的影响 铅暴露可从以下几个方面减少动物对饲料的利用率：①铅可以与部分营养物质相互作用络合形成难以吸收的复合物，这些复合物因不能被吸收随粪便排出体外，间接减少了饲料中营养物质的含量；②铅暴露还可使营养物质转运蛋白在肠道内表达的下降，也就意味着养分的利用率随之下降；③铅暴露引起的氧化应激致使小肠吸收表面积减少都不同程度降低动物对营养物质的利用。此外，铅暴露还可以通过调节激素水平降低动物生产性能，铅应激可降低大脑5-羟色胺水平，上调5-HT2C受体使小鼠产生厌食和焦虑。Shafiqur等[17]研究发现，在肉仔鸡的饮水中添加400 mg/kg醋酸铅，可显著降低肉仔鸡的平均采食量和日增重，但对饲料转换率无显著影响。Bakal l i等[18]报道，在日粮中添加1 mg/kg铅就可引起肉仔鸡体重显著下降，铅添加量达到10 mg/kg可显著降低肉仔鸡的饲料转化率。

2 铅暴露的防治

要降低动物铅暴露，必须严格控制原料质量，在饲料的生产、加工、运输、贮存过程中尽量避免铅污染。但有时即使饲料中的铅含量符合卫生标准，低剂量的铅在家畜体内长期蓄积仍会导致铅暴露。因此，通过控制饲料减少动物铅暴露是保证动物制品安全的有效途径。目前多采用在家畜饲料中添加一定量的吸附剂、营养素、中草药提取物、益生菌等方法来降低铅的毒性，其中以在饲料中适当补充钙、锌、铁、硒、维生素C、维生素E等营养物质最为常见，对重金属的残留和毒性有一定的减控作用。维生素C可以有效降低血铅浓度，有报道指出饲料添加维生素C能使动物体内氧化型的谷胱甘肽还原为还原性谷胱甘肽，后者硫基可与重金属离子结合而排出体外，从而发挥解毒功能，减少铅在血液中的残留和危害[19]。此外，研究者还发现当猪饲料中的钙含量从0.7%提高至1.1%时，可明显降低组织中铅的沉积量[20]。

3 结论

目前，由于铅利用度的增加，动物在自然环境中接触铅的几率逐渐增大，铅暴露不仅会使家畜肠道紊乱，免疫力和生长性能降低，而且还会导致畜产品中铅含量超过国家卫生标准。我们在关注人铅暴露的同时，更应关注在一些铅高污染区的畜群因为人食用了铅富集的奶制品、肉制品会给人类的健康带来极大的危害。

[1]JOHNSON F.M.The genetic ef fects of environmental lead[J].Mutat Res,1998,410(2)∶123-140.

[2]MEYER-BARON M,SEEBER A.A meta-analysis for neurobehavioural resul ts due to occupational lead exposure with blood lead concent rations＜70 microg/100 mL[J].Arch Toxicol,2000,73（10/11）∶510-518.

[3]YANG P, MYINT KZ, TONG Q. Lead discovery, chemist ry optimization,and biological evaluation studies of novel biamide derivatives as CB2 receptor inverse agonists and osteoclast inhibitors[J]. J Med Chem, 2012, 55（22）∶9973-9987.

[4]JOHNSON FM.The genetic ef fects of environmental lead[J].MutatRes,1998,410（2）∶123-140.

[5]Mameli O,Caria MA,Mel is F,et al.Neurotoxic ef fect of lead at low concent rations[J]. Brain Res Bul l,2001,55(2)∶269-275.

[6]Franco R,Sanchez-Olea R,Reyes-Reyes E M, et al.“Environmental toxicity, oxidative st ress and apoptosis[J].Menage´a Trois,”Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis,2009,674(1)∶3-22.

[7]M. Chiba, A. Shinohara, K. Matsushita, et al.“Indices of lead-exposure in blood and urine of leadexposed workers and concentrations of major and t race elements and activities of SOD,GSH-Px and catalase in their blood,” The Tohoku Journal of Experimental Medicine,vol.178,no.1,pp.49-62,1996.

[8]L.Pat rick.“Lead toxicity par tⅡ∶the role of f ree radical damage and the use of antioxidants in the pathology and treatment of lead toxicity,”Al ternative Medicine Review, vol.11,no.2,pp.114-127,2006.

[9]Roohol lah E,Mohammad F J,Juan B L.Ef fect of Dietary Lead on Intestinal Nut rient Transpor ters mRNA Expression in Broi ler Chickens[J].Bio Med Research International, 2014,9∶745.

[10]J.M.Mates,F.Sanchez-Jimenez.“Antioxidant enzymes and their impl ications in pathophysiologic processes,” Frontiers in Bioscience,vol.4,pp.339-345,1999.

[11]Said H M.Recent advances in car rier-mediated intestinal absorption of water-soluble vitamins[J]. Annu RevPhysiol, 2004, 66∶ 419-446.

[12]Sun D,Lennem as H,Welage L S,et a1.Comparison of human duodenum and Caco-2 gene expression profi les for 12 0 0 0 0 genes equences tags and cor relation with perme abi l ity of 26 drugs[J]. Pharm Res, 2002, 19∶1400-1416.

[13]Crowe A,Morgan E H.Interactions between tissue uptake of lead and iron in normal and hondeficient rats during development[J]. Boil Trace Elem Res,1996,52∶249-261.

[14]Coldstein C W.Evvvidence that lend acts as a calcium substitute in second messengermetabol ism[J].Neurotoxicology,1993,14∶97-101.

[15]Kim J S,Crichlow E C.The ef fects of thiamin on the neurophysi-ological al terations induced by lead[J].Vet Hum Toxicol,1990.

[16]Kim J S,Blakley B R.The ef fects of thiamin on the tissue dist ribution of lead[J]. JAppl Toxicol,1990,10∶93-97.a,32∶101-105.

[17]SHAFIQU R,JOSHI M V.Ef fect of lead toxicity on growth and per formance of broi lers [J].Journal of Veterinary and Animal Science,2009,5(2)∶59-62.

[18]Bakal l i R I,Pesti G M,Ragland W L.The magnitude of lead toxicity in broi ler chickens[J].Vet Human Toxicol,1995,37(1)∶15-23.

[19]殷积文，张伟东.维生素C临床新用途[J].黑龙江医药，2003，16（4）：303.

[20]HSU F S,KROOK L,POND W G,et al.Interactions of dietary calcium with toxic levels of lead and zinc in pigs[J].The Journal of Nutrition,1975,105(1)∶112-118.

Effects of exposure to lead on intestinal nutritional absorption and productionperformance of animals

Fu Shuai,Ma Chunyang,Wang Li,Shi Donghui*,Li Wen qiang
（Col lege of Animal Husbandry&Veterinary Medicine,Liaoning Medical University,Liaoning Jinzhou 121001）

Lead is a common black heavy metal elements,with no physiological function in animal body.The animal body original ly should not contain lead,but with the development of modern indust rial products widely used in the lead,and lead to more serious environmental pol lution in feed more and more opportunities.Lead pol lution in l ivestock production has not received the attention,but research shows that low dose of lead may cause animal intestinal damage,reducing the quality of l ivestock and poul t ry production per formance and meat and eggs.Analyzing lead exposure is how to reduce animal production per formance,expected to provide a favorable reference for animal breeding,through the ef fects of lead exposure to the animal intestinal absorption

Lead exposure;Nutrient absorption;Production per formance

S816.72

1672-9692(2015)06-0025-04

2015-03-28

付帅（1992-），男，本科在读，主要从事单胃动物营养研究。

史东辉（1970-），女，硕士，教授，主要从事动物营养与饲料研究。

辽宁省科学技术厅研究项目“优质高效猪饲料体系开发、研究与集成”项目资助（2014214016）；横向课题研究项目及辽宁医学院奥鸿大学生科技活动基金项目“复方中草药制剂对肉仔鸡抗氧化功能的影响及作用机制的研究”项目资助（2013D04）。