鉻元素在豬營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用（上）

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　　鉻元素是Louis-NicholasVaquelin于1797年發(fā)現(xiàn)的。它是地殼中普遍存在的元素。鉻的原子量為51.996克。常見(jiàn)的鉻的氧化態(tài)為三價(jià)鉻（Cr3+）和六價(jià)鉻（Cr6+）。Cr3+是最穩(wěn)定的存在形式（Cohen等，1993；Losi等，1994），因此它是動(dòng)物體內(nèi)最普遍的存在形態(tài)。

　　Cr6+在自然界十分稀少，它是工業(yè)產(chǎn)物，如皮革鞣制、不銹鋼制造、紡織品印染和木材保存等。Cr3+的毒性較低。鉻的毒性主要由具有強(qiáng)氧化性的Cr6+引起，包括細(xì)胞毒性、基因毒性和致癌性。Cr6+容易穿過(guò)生物膜，與細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)組分及核酸發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而還原成Cr3+。

　　20世紀(jì)初期，對(duì)鉻元素的研究主要集中于Cr6+的致癌效應(yīng)。1959年，Cr3+被Schwartz和Mertz界定為一種活性成分，他們發(fā)現(xiàn)鉻可以抑制大鼠因年齡增長(zhǎng)而引起的血糖調(diào)節(jié)能力降低。20世紀(jì)70年代，通過(guò)靜脈注射向無(wú)法進(jìn)食的患者補(bǔ)給全胃腸外營(yíng)養(yǎng)時(shí)意外發(fā)現(xiàn)鉻的重要作用。鉻被認(rèn)為是人體的一種必需元素（Anderson，1997）。豬對(duì)鉻的需要量可能超過(guò)玉米-豆粕型日糧所提供的。Lindemann（1996）發(fā)現(xiàn)，缺乏鉻會(huì)導(dǎo)致外周組織對(duì)胰島素的敏感性降低和生長(zhǎng)率降低。

　　鉻的功能

　　鉻在哺乳動(dòng)物上的功能依賴于鉻調(diào)素（chromodulin），一種由甘氨酸、谷氨酸、天門冬氨酸、半胱氨酸組成的小分子結(jié)合蛋白（Yamamoto等，1987；Vincent，2001）。這個(gè)復(fù)合物也含有煙酸，有時(shí)被稱為葡萄糖耐量因子（GTF）。作為葡萄糖耐量因子的重要組成部分，鉻的主要作用是促進(jìn)目標(biāo)組織中的胰島素和胰島素受體的結(jié)合。缺乏鉻時(shí)胰島素的功能不能有效的發(fā)揮。鉻還會(huì)影響胰島素的分泌，防止葡萄糖刺激對(duì)胰島素分泌產(chǎn)生高反應(yīng)（Striffler等，1995）。Kegley等（2000）在靜脈葡萄糖耐量試驗(yàn)（IVGTT）中發(fā)現(xiàn)，蛋氨酸鉻可提高血漿胰島素的濃度（如圖1所示）。

　　圖1在靜脈注射葡萄糖耐量試驗(yàn)中，蛋氨酸鉻對(duì)生長(zhǎng)肉牛犢的胰島素代謝的影響

　　該試驗(yàn)由阿肯色大學(xué)費(fèi)耶特維爾分校完成。試驗(yàn)處理：0、0.4和0.8mg Cr/kg，蛋氨酸鉻（氨維樂(lè)®鉻）。靜脈注射葡萄糖耐量試驗(yàn)表明血漿中胰島素濃度與日糧中蛋氨酸鉻的含量呈線性關(guān)系（P=0.05）。

　　鉻已經(jīng)被觀察到能促進(jìn)脂肪組織中脂肪的合成，降低脂肪的分解。這可能是通過(guò)鉻調(diào)素與胰島素受體相結(jié)合，促進(jìn)了葡萄糖進(jìn)入脂肪細(xì)胞。此外，亦發(fā)現(xiàn)鉻可以影響膽固醇和甘油三酯的代謝，但機(jī)制尚未完全確立。

　　研究表明，鉻能夠激活某些酶類，并使蛋白及核酸保持穩(wěn)定（Anderson，1994；NRC，1997）。Cr3+傾向于以很慢的反應(yīng)速度形成配位化合物（Mertz，1992），這表明鉻對(duì)酶發(fā)揮結(jié)構(gòu)性功能，而非位于酶的活性位點(diǎn)上。這可能解釋了為什么沒(méi)有發(fā)現(xiàn)含鉻的酶類（Mertz，1992）。鉻被認(rèn)為參與RNA結(jié)構(gòu)完整性并保護(hù)它抵抗熱變性。鉻還能夠與染色體結(jié)合參與基因表達(dá)，增加轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，因而促進(jìn)RNA的合成。體外研究發(fā)現(xiàn)，鉻與DNA模板的相互作用能顯著地刺激RNA的合成（Okada等，1982）。在體外研究中，由于氨基酸摻入肝臟的刺激的增加，鉻可能對(duì)核酸的代謝有重要作用（Weser和Koolman，1969）。

　　鉻的代謝和來(lái)源

　　由于很少量的鉻就可以有效地平衡葡萄糖、胰島素的水平、代謝，人和動(dòng)物體內(nèi)鉻的含量很低。Cr3+不易穿過(guò)生物膜，人和動(dòng)物對(duì)鉻的自然吸收量較低。有跡象表明，含鉻化合物的運(yùn)輸受生物體的嚴(yán)格控制。Cr3+主要是通過(guò)消化道進(jìn)入生物體。大鼠的活性最高的吸收位點(diǎn)在空腸；回腸和十二指腸對(duì)Cr3+的吸收效率較低（Chen等，1973）。無(wú)機(jī)鉻在肝臟或腎臟轉(zhuǎn)化為生物活性鉻的速度緩慢甚至不能轉(zhuǎn)化。吸收進(jìn)來(lái)的鉻主要通過(guò)尿排出，少量通過(guò)汗液和膽汁排出，毛發(fā)的脫落也損失少量鉻。應(yīng)激會(huì)使尿中鉻的排出量增加（Mowat，1994）。當(dāng)血糖因糖異生增強(qiáng)而升高時(shí)，鉻的循環(huán)量將隨之增大，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)量的鉻從尿液排出。若動(dòng)物長(zhǎng)時(shí)間處于應(yīng)激狀態(tài)下，體內(nèi)鉻的儲(chǔ)備可能下降到缺乏狀態(tài)。

　　玉米-豆粕型日糧的鉻的含量在0.75~3毫克/千克（NRC，2012）。人對(duì)鉻的吸收率僅0.5~2%（Anderson和Kozlovsky，1985）。日糧中無(wú)機(jī)鉻和有機(jī)鉻兩種形式都有。最常見(jiàn)的無(wú)機(jī)鉻是氯化鉻。無(wú)機(jī)鉻的吸收率在0.4%~3%，并且吸收率的大小與每日補(bǔ)充量有關(guān)。根據(jù)Anderson（1987）的研究，每日補(bǔ)充10μg的鉻時(shí)，鉻的吸收率達(dá)2%，當(dāng)補(bǔ)充量為40μg時(shí)，吸收率下降至0.5%，補(bǔ)充量超過(guò)40μg時(shí)，吸收率則保持0.4%不變。

　　CrCl3和醋酸鉻來(lái)源的鉻的吸收率約為0.5%(Mertz,1975)。有機(jī)鉻的主要來(lái)源包括蛋氨酸鉻、丙酸鉻、吡啶甲酸鉻、煙酸鉻和酵母鉻。有機(jī)鉻的水溶性因其來(lái)源而異。蛋氨酸鉻溶于水，吡啶甲酸鉻微溶于水，煙酸鉻不溶于水，丙酸鉻溶于水。有機(jī)鉻的吸收率遠(yuǎn)高于氯化鉻。據(jù)Mertz（1975）報(bào)道，盡管吡啶甲酸鉻的吸收率低于4%，但仍明顯高于氯化鉻的吸收率。煙酸鉻的吸收率比氯化鉻和吡啶甲酸鉻分別高672%和311%（DeWeesAllen，2000）。

　　目前，中國(guó)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的、可在各階段豬日糧中添加的有機(jī)鉻產(chǎn)品包括蛋氨酸鉻、吡啶甲酸鉻、煙酸鉻和酵母鉻。

　　有機(jī)鉻對(duì)豬的益處

　　1、鉻對(duì)應(yīng)激的影響

　　現(xiàn)代養(yǎng)豬生產(chǎn)中有很多應(yīng)激源。應(yīng)激會(huì)對(duì)豬的生產(chǎn)性能、經(jīng)濟(jì)效益和福利產(chǎn)生不利影響。生產(chǎn)性能的下降可能與應(yīng)激相關(guān)的激素（如皮質(zhì)醇、促腎上腺皮質(zhì)激素ACTH）、細(xì)胞因子（如TNF-α、IL-6）以及行為反應(yīng)有關(guān)。ACTH也會(huì)引起其他激素從腎上腺釋放，如黃酮素，可能還包括前列腺素F2α代謝物（Madej等，2005），甚至抑制素α（Brandt等，2007）。

　　血液中皮質(zhì)醇水平高的主要影響是減少周圍組織對(duì)葡萄糖的攝取，減少蛋白質(zhì)的合成，同時(shí)刺激脂解和糖異生。鉻會(huì)影響皮質(zhì)類固醇的分泌，補(bǔ)鉻可減少環(huán)境應(yīng)激的消極影響（Sahin等，2001；Mowat，1994；Lien等，1999）。大量研究表明，在飼料中補(bǔ)鉻，可降低動(dòng)物對(duì)應(yīng)激的敏感性，從而降低血液皮質(zhì)醇的濃度（Chang和Mowat，1992；MoonsieShageer和Mowat，1993；Pechova等，2002）。應(yīng)激可改變動(dòng)物的行為，飼喂鉻的動(dòng)物表現(xiàn)的更安靜和平靜。如圖2所示，補(bǔ)充蛋氨酸鉻的犢牛在應(yīng)激狀態(tài)下血清中皮質(zhì)醇的含量較低。

　　圖2 蛋氨酸鉻對(duì)應(yīng)激狀態(tài)下?tīng)倥Ｑ迤べ|(zhì)醇濃度的影響

在飼養(yǎng)場(chǎng)的喂養(yǎng)天數(shù)

　　該研究由墨西哥錫那羅亞自治大學(xué)完成。兩個(gè)試驗(yàn)處理為：1）對(duì)照組；2）蛋氨酸鉻組：添加1.0 mg Cr/kg 蛋氨酸鉻（氨維樂(lè)®鉻）。犢牛被運(yùn)至肥育場(chǎng)后，開(kāi)始飼喂試驗(yàn)日糧。在試驗(yàn)的第7、14、28天分別采血，測(cè)定血清皮質(zhì)醇濃度。

　　yz：同一天的平均值沒(méi)有相同上標(biāo)字母者，差異顯著，P< 0.01。

　　這表明，補(bǔ)鉻之后的犢牛處于較低的應(yīng)激水平，免疫力更強(qiáng)（Almeida和Barajas，2002）。據(jù)Xu等（2017）報(bào)道，日糧添加0.2mgCr/kg的蛋氨酸鉻，降低了生長(zhǎng)肥育豬的皮質(zhì)醇水平（對(duì)照組和蛋氨酸鉻組的皮質(zhì)醇水平分別為124.7ng/mL和115.4ng/mL，如圖3所示）。

　　圖3 日糧中蛋氨酸鉻和氨基酸鋅絡(luò)合物對(duì)生長(zhǎng)肥育豬皮質(zhì)醇濃度的影響

　　該研究由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)完成。三個(gè)試驗(yàn)處理為：1）對(duì)照組：100mg Zn/kg的ZnSO4；2）CrMet-ZnS組：對(duì)照組+0.2mg Cr/kg的蛋氨酸鉻（氨維樂(lè)&#174;鉻）。該試驗(yàn)中，生長(zhǎng)肥育豬的體重范圍：30-110kg。試驗(yàn)第106天，對(duì)豬進(jìn)行采血，測(cè)量血清中皮質(zhì)醇的濃度。

　　ab平均值沒(méi)有相同上標(biāo)字母者，差異顯著，P< 0.02。

　　2、鉻對(duì)免疫功能的影響

　　雖然人們認(rèn)為鉻具有各種先天的、體液和細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)作用，但細(xì)胞內(nèi)的和細(xì)胞間的作用機(jī)制還不清楚。免疫功能可能與胰島素和/或皮質(zhì)醇的活性有關(guān)，但也可通過(guò)調(diào)節(jié)某些細(xì)胞因子的產(chǎn)生來(lái)可調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)（Borgs和Mallard，1998）。糖皮質(zhì)激素會(huì)抑制免疫系統(tǒng)功能，降低血清蛋白質(zhì)濃度。在抗原刺激后，抗體的產(chǎn)生取決于抗原的類型。例如，補(bǔ)充鉻的母牛對(duì)卵清蛋白發(fā)生較強(qiáng)的抗原反應(yīng)，而對(duì)人的紅細(xì)胞刺激沒(méi)有發(fā)生抗原反應(yīng)（Burton等，1993）。

　　在其他的試驗(yàn)里，補(bǔ)充鉻沒(méi)有提高抵抗牛傳染性鼻氣管炎病毒（Burton等，1994）和破傷風(fēng)類毒素（Faldyna等，2003）的抗體。Lien等（2005）報(bào)道，補(bǔ)充鉻的豬對(duì)綿羊紅細(xì)胞有更高的抗體滴度，其總血清球蛋白亦更高。如圖4所示，蛋氨酸鉻能夠改善應(yīng)激狀態(tài)下?tīng)倥５拿庖吖δ埽ˋlmeida和Barajas，2002）。

　　圖4 蛋氨酸鉻對(duì)應(yīng)激狀態(tài)下?tīng)倥Ｃ庖吖δ艿挠绊?br />

　　該研究由墨西哥錫那羅亞自治大學(xué)(Universidad Autonoma de Sinaloa)完成。兩個(gè)試驗(yàn)處理為：1)對(duì)照組;2)蛋氨酸鉻組：添加1.0 mg Cr/kg的蛋氨酸鉻(氨維樂(lè)&#174;鉻)。犢牛被運(yùn)至肥育場(chǎng)之后，開(kāi)始飼喂試驗(yàn)日糧。試驗(yàn)的第7、14、28天分別對(duì)犢牛采血，測(cè)定血清IgG和IgM的含量。 yz 同一天的平均值沒(méi)有相同上標(biāo)字母者，差異顯著，P< 0.01

　　文/美國(guó)金寶公司TerryWard，冀飛