饲粮外源代谢葡萄糖水平对仔猪门静脉回流组织氨基酸利用的影响

2019-03-19吕良康赵胜军

中国畜牧杂志 2019年3期

冯志，吕良康，熊奕，李强，张慧，雷龙，赵胜军 ,2，任莹

（1.武汉轻工大学动物营养与饲料科学湖北省重点实验室，湖北武汉 430023；2.动物营养与饲料安全湖北省协同创新中心，湖北武汉 430023）

葡萄糖对于调控氨基酸转运以及骨骼肌蛋白合成意义重大[1-2]。前期研究表明，小肠能够利用饲粮中氨基酸完成蛋白质合成与分解代谢过程[3-4]，且猪肠道细胞能够降解饲粮中大部分丙氨酸（Ala）、天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、谷氨酰胺（Gln）、脯氨酸（Pro）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）和缬氨酸（Val），而其余不能分解的天冬酰胺（Asn）、苯丙氨酸（Phe）、半胱氨酸（Cys）、丝氨酸（Ser）、甘氨酸（Gly）、组氨酸（His）、蛋氨酸（Met）、赖氨酸（Lys）、苏氨酸（Thr）、色氨酸（Trp）和酪氨酸（Tyr）则被运输到微脉管通道中被分解利用[5-7]。葡萄糖供给差异会直接影响断奶仔猪机体对氨基酸的转运，当体内葡萄糖缺乏时，机体通过糖异生补充葡萄糖，从而导致饲料利用效率降低。有研究表明，门静脉葡萄糖在门静脉回流组织（PDV）中的净吸收量与饲粮蛋白水平正相关[8]，即饲粮蛋白降低会致使机体PDV对葡萄糖的消耗。而降低饲粮粗蛋白质水平，平衡必需氨基酸（EAA）可以减少非必需氨基酸（NEAA）在PDV中的净吸收量[9]。本试验旨在研究饲粮外源代谢葡萄糖（MG）水平对仔猪门静脉回流组织氨基酸利用的影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计选择25日龄体重7.74 kg左右的杜×长×大三元杂交断奶仔猪20头，采用单因子设计，均分为4个处理，每个处理5个重复。给每头猪的门静脉、颈动脉和肠系膜静脉安装血管插管，从肠系膜静脉持续灌注对氨基马尿酸（PAH），从门静脉和颈动脉采血，并在回肠末端安装“T”型瘘管，测定4种饲粮、回肠食糜淀粉、二氧化钛（TiO2）和各血样中氨基酸含量，研究断奶仔猪饲粮外源MG水平对仔猪门静脉回流组织氨基酸利用的影响。

1.2 试验饲粮本试验饲粮参照NRC（2012）饲养标准配制，4种饲粮等能等氮且外源MG水平分别为22.82%、26.59%、36.37%、42.41%，每种饲粮添加0.1%的 TiO2作外源指示剂。饲粮组成及营养成分见表1。

表1 饲粮组成及营养成分（干物质基础）

1.3 饲养管理试验前将栏舍冲洗干净，并对栏舍作密闭熏蒸消毒处理（用1:2高锰酸钾和1 mol/L甲醛溶液熏蒸，熏蒸5 d），通风3 d，开始进猪进行试验。从预试开始，每隔1 h饲喂1次，试验猪每天08:00、12:00、16:00、20:00进行饲喂，严格限饲，在灌注当天08:00开始第1次饲喂，后每隔1 h饲喂正常采食量的1/24，自由饮水。

1.4 样品收集与处理于试验猪术后第8天采集血液样本和食糜样本，采样前禁食12 h，灌注当天08:00开始第1次饲喂，后每隔1 h饲喂其正常采食量的1/24，连续饲喂6次至采样结束，各组的日均采食量均为340 g。07:00开始向肠系膜静脉持续灌注PAH配制液。PAH的配制参考李铁军等[10]的方法，称取5.00 g PAH，用灭菌生理盐水稀释于500 mL容量瓶中，溶解后调整pH至7.45。灌注时，先一次性灌注20 mL，然后通过灌注泵以0.788 mL/min的速度由肠系膜持续灌注8 h。分别于采食前1 h 以及采食后7 h，每隔1 h抽取门静脉和颈动脉血液各4 mL。每个血样应立即放入冰瓶内保存，于实验室在3 500 r/min、4 条件下离心15 min，分离出的血浆于-80 下贮存。

从试验猪回肠末端安装“T”型回肠瘘管后第8天开始，每天09:00—20:00连续收集回肠食糜，连续采集3 d，食糜样品于-20 保存。

1.5 检测指标与方法饲粮和食糜中TiO2含量参照邓雪娟等[11]方法测定。血浆、饲粮和回肠食糜中常见17种AA含量选用全自动氨基酸测试仪（S433D，德国sykam）参考《饲料中氨基酸的测定》（GB/T18246—2000）[12]测定，其中血浆等量混合制样。

1.6 计算公式淀粉消化率参照宾石玉[13]的公式计算：

小肠淀粉消化率=100%-［（食糜中淀粉含量×饲料中TiO2含量）/（饲料中淀粉含量×食糜中TiO2含量）］×100%

小肠AA消失量（g/d）=采食量×（饲粮中AA浓度-食糜中AA浓度×饲粮中TiO2含量/食糜中TiO2含量）

门静脉的氨基酸净吸收量（FAA）：

其中，门静脉血液流速（F）= Ci × IR/（PAHp-PAHa），CP、Ca分别为AA在门静脉和颈动脉血液中浓度（mg/L）；Ci、IR为肠系膜静脉PAH灌注浓度、速度（mg/min）；PAHp、PAHa分别为PAH在肠系膜静脉和颈动脉血浆中的浓度（mg/L）。

门静脉回流组织氨基酸利用量（PDVFAA）：

PDVFAA（g/d）=小肠AA消失量-门静脉AA净吸收量

仔猪外源代谢葡萄糖（IDSG）是指由淀粉在小肠提供的葡萄糖，计算公式：

其中，0.9表示淀粉和葡萄糖的转换系数，K表示小肠淀粉消化率，BS表示小肠淀粉量（g/d）。

1.7 统计分析试验数据用Excel 2016进行整理，采用SPSS 23.0进行单因素方差分析，P＜0.01表示差异极显著，P＜0.05表示差异显著。数据采用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同MG水平饲粮的氨基酸含量由表2可知，36.37%MG 组饲粮的 Asp、Ser、Glu、Gly、Ala、Val、Ile、Leu、Tyr、Phe、Lys、Arg水平显著高于42.41%MG组（P＜0.05）。随着MG水平的升高，所有AA含量均呈先上升后下降的趋势，MG水平为36.37%时达到最大值。

2.2 不同饲粮MG水平下断奶仔猪的小肠淀粉消化率由表3可知，饲粮淀粉含量随着MG水平的升高而升高，且各组间差异显著（P＜0.05）。食糜淀粉含量随MG水平的升高而升高，且22.82%MG组显著低于42.41%MG组（P＜0.05），但26.59%MG、36.37%MG组间差异不显著（P＞0.05）。26.59%MG组干物质的消化率显著低于42.41%MG组（P＜0.05）。小肠淀粉消化率随MG水平升高而升高，且36.37%MG、42.41%MG组显著高于其他2个组（P＜0.05）。

2.3 不同饲粮MG水平下断奶仔猪的小肠氨基酸消失量由表4可知，36.37%MG组的Asp和Lys的小肠消失量与其他3组差异极显著（P＜0.01）。36.37%MG组的 Thr、Ser、Gly、Ala、Val、Met、Ile、Leu、Phe、Pro小肠消失量与22.82%MG组和42.41%MG组差异极显著（P＜0.01），相较于26.59%MG组有上升趋势。42.41%MG组的Glu、Tyr、Arg小肠消失量显著低于其他3个组（P＜0.01），而22.82%MG、26.59%MG、36.37%MG组呈逐步上升趋势。36.37%MG组的His小肠消失量显著高于22.82%MG组和42.41%MG组（P＜0.01），相较于26.59%MG组有上升趋势。而22.82%MG、26.59%MG、36.37%MG组的Cys小肠消失量呈梯度上升趋势，而42.41%MG组低于26.59%MG、36.37%MG组（P＜0.01）。按17种氨基酸分类统计分析，4组饲粮的小肠EAA、 NEAA、GAA、BCAA的消失量呈先上升后下降的趋势，且在MG水平为36.37%时达到最大值（P＜0.01）。36.37%MG组的17种氨基酸小肠消失总量，达到最大值。

表2 不同MG水平饲粮的饲粮的氨基酸含量 g/kg

2.4 不同饲粮MG水平下断奶仔猪的门静脉氨基酸净吸收量由表5可知，36.37%MG组Met门静脉净吸收量显著高于其他组（P＜0.05）。His门静脉净吸收量随着饲粮MG水平上升显著下降（P＜0.05），且36.37%MG组对应的吸收量降为负值。36.37%MG组的Arg门静脉净吸收量显著高于26.59%MG组和42.41%MG组（P＜0.05），但与 22.82%MG组差异不显著（P＞0.05）；随着饲粮MG水平上升，Asp、Thr、Ser、Glu、Gly、Ala、Cys、Val、Leu、Tyr、Phe、Lys、Pro的门静脉净吸收量均呈先降后升再降的趋势，并于MG水平为36.37%时达到最大值，且显著高于 26.59%MG、42.41%MG 组。EAA、NEAA、GAA、BCAA及TAA的门静脉净吸收量随着饲粮MG水平的变化而变化，并在MG水平为36.37%时达到最大值。

表3 不同饲粮MG水平下断奶仔猪小肠的淀粉消化率

表4 不同饲粮MG水平下断奶仔猪的小肠氨基酸消失量 g/d

2.5 不同饲粮MG水平下断奶仔猪PDV对氨基酸的利用从表6可以看出，26.59%MG组PDV对Asp的利用显著高于36.37%MG组（P＜0.05）。PDV对His的利用随MG水平的升高而升高，且36.37%MG、42.41%MG组显著高于22.82%MG、26.59%MG组（P＜0.05）。26.59%MG组 PDV 对 Ser、Glu、Gly、Met、Ile、Leu、Phe、Pro的利用相较于22.82%MG组和42.41%MG组差异显著（P＜0.05）。26.59%MG组PDV组织对Ala、Val、Lys、Arg的利用显著高于42.41%MG组（P＜0.05）。除His外，随着MG水平的升高，各种氨基酸水平均呈先上升后下降最后趋于平衡的趋势。按17种氨基酸分类统计分析，4种MG水平饲粮条件下PDV对EAA、NEAA、GAA以及BCAA的利用量呈先上升后下降的趋势，且在26.59%MG组达到最大值（P＜0.05）。

3 讨论

3.1 饲粮不同MG水平对仔猪小肠氨基酸消失量的影响研究表明，氨基酸在小肠黏膜内参与代谢，这些氨基酸是肠道黏膜的主要能源[15-17]，并参与肠黏膜分泌蛋白的合成及通过脱氨基和转氨基作用转变成其他氨基酸[18-21]，4组饲粮的MG水平呈梯度上升，意味着饲粮经过小肠消化后能为小肠提供更多能量，促进肠道的消化吸收效率。小肠前段对饲粮中淀粉消化较快会直接导致后段葡萄糖供能不足，从而增加饲粮中氨基酸成分的氧化供能[22-23]，进而影响动物对饲粮中蛋白质或者氨基酸成分的利用效率。也有研究指出，如果持续向仔猪肠道各个部位提供足够的葡萄糖，则可以减少氨基酸在仔猪肠道组织中的代谢消耗[24]。因此，如果能为仔猪肠道提供足够量的葡萄糖，保证小肠后段葡萄糖需要量的供应，就能避免肠道组织消耗饲粮中氨基酸以氧化供能，进而增强肠道对饲粮中蛋白质等营养物质的消化吸收，保持肠道对饲粮中氨基酸的吸收效率，提高肠道对饲粮中氨基酸的吸收总量。本试验中，就小肠单个氨基酸消失量而言，17种氨基酸除了Phe消失量是在26.59%MG组达到最大值，其余各个氨基酸的小肠消失量均在36.37%MG组达到最大值，但在42.41%MG组时消失量又下降至低于或接近22.82%MG组。表明如果通过饲粮为仔猪提供足够量的葡萄糖，不仅可以保持仔猪正常生理情况，而且可以降低仔猪小肠对氨基酸的需要量，从而提高机体对饲粮氨基酸的利用效率；但提供的MG水平超过一定比例后，会导致机体对饲粮氨基酸利用效率下降，此饲粮MG添加阈值产生的原因可能一是4组饲粮葡萄糖水平呈上升趋势，从而致使小肠消化相关酶合成量上升，进而导致小肠对饲料成分的消化效率升高[25]；二是小肠黏膜组织上吸收葡萄糖的转运通道有限，即受仔猪小肠黏膜表面积的影响；三是过量葡萄糖对葡萄糖转运载体产生影响，而葡萄糖转运载体蛋白反馈调节小肠组织的生长因子、激素、健康状况等多种因素[26-27]，从而影响小肠氨基酸转运效率。

表5 不同饲粮MG水平下断奶仔猪的门静脉氨基酸净吸收量静脉氨基酸净吸收量 g/d

表6 不同饲粮MG水平下断奶仔猪PDV对氨基酸的利用 g/d

3.2 饲粮不同MG水平对仔猪门静脉氨基酸净吸收量的影响门静脉是门脉系统的静脉部分，门脉器官中流通的静脉血不会直接流入心脏，而是汇聚于门静脉，而后经由门静脉分支进肝。而消化器官对营养物质消化吸收后将养分经过门静脉运输到肝脏，由肝脏对其处理后提供给肠外组织利用。从营养物质代谢来看，动物生长主要表现在蛋白质的沉积，而蛋白质沉积取决于门静脉净吸收的EAA。本试验结果表明，就单个氨基酸净吸收量而言，4组饲粮可为仔猪小肠提供更多葡萄糖，能够极显著地增加单个氨基酸的门静脉净吸收量；而就氨基酸分类而言，EAA、NEAA、BCAA以及GAA均能够随着MG水平上升呈上升趋势。在反刍动物上，氨基酸流量受小肠葡萄糖供应量的影响，无论通过提高瘤胃丙酸利用率[28]，还是向小肠灌注葡萄糖或淀粉[29-30]，均可提高门静脉氨基酸的流量，这与本试验结果一致。但在MG继续增加至42.41%水平时，会导致氨基酸净吸收量出现急剧下降。这可能是因为小肠在吸收饲粮中氨基酸向门静脉转运时，也会有阈值的存在，氨基酸的转运载体有限；同时，高浓度的葡萄糖给小肠造成了一种能量供应压力，会致使小肠细胞选择性运送氨基酸，从而降低氨基酸的净吸收量[31]。本试验中26.59%MG组数据变化较大，可能是因为该组猪的基线样品PAH的浓度测定不准确，导致门静脉血浆流速计算结果偏低所致。

3.3 不同饲粮MG水平对断奶仔猪PDV氨基酸利用量的影响饲粮中营养物质被消化道吸收后，并不能全部进入门静脉，而是首先在PDV发生“首过代谢”[32]。本试验中，小肠氨基酸消失总量为31.97～45.59 g/d，而门静脉净吸收总量为3.05～14.78 g/d，其余部分被PDV消耗利用的为28.92～41.52 g/d。Stoll等[33]研究表明，饲粮中仅有50%～60%被消化吸收的氨基酸出现在猪门静脉中供外周组织蛋白质合成，其余则被PDV本身所利用。这与本试验结果略有差异，可能原因在于本试验门静脉血浆样本变异较大，无法准确定量门静脉氨基酸净吸收量；也有可能是因为饲粮营养物质在被小肠吸收进入PDV后，其中氨基酸营养成分的流量随着饲粮和胃肠组织内能量载体物质（Energy-Yielding Substrates）的变化而变化[34-35]。但从单个氨基酸利用量和各个分类氨基酸利用总量来看，随着MG水平的上升呈先上升后下降的趋势，在26.59%MG组为最大值，其原因主要在于机体糖能量供应充足，蛋白质合成代谢加快，各个器官代谢能力增强，PDV对氨基酸的利用量呈上升趋势；而后期出现下降趋势可能是机体糖水平供应超出阈值，导致PDV对氨基酸的利用率下降。而从氨基酸分类数据来看，在PDV中NEAA 的代谢率高于EAA，因为NEAA 在小肠内可以作为代谢燃料，不仅能维持小肠的功能结构，并且还能供给机体的自身需要[36]，这也解释了本试验中出现的NEAA利用量均大于EAA利用量的现象。而GAA利用量随着饲粮MG水平的上升呈极显著地先上升后下降的变化趋势，说明利用糖类物质给肠道组织补充能量的重要性。