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鱼类出塘应激与体内氧化损伤

  陶青燕,动物营养博士,现任诺伟司中国区水产技术总监,负责诺伟司全球水产技术在中国区域的传播与本土化实践。曾供职于国内大型水产饲料企业,担纲技术研发与管理工作10余年,长期致力于于水生动物微量营养的研究与开发,对于水生动物消化生理,水生动物营养代谢性疾病,非常规饲料营养价值评估都具有丰富经验及独到见解。


  由于我国鱼类鲜活消费的特性,致使我们将鱼类出塘后的外观以及耐运输的能力作为与产量、饵料系数相当的养殖成功与否的评价标准。应激发红,脱粘,出血,掉鳞,运输死亡率高是鱼类出塘应激不良反应的主要表现形式。


  长期以来人们都观察到了鱼类出塘应激与肝脏损伤之间的高度相关性,因此保肝护胆成为了中国水产营养独具特色的一类营养诉求。VE,VC,胆碱 以及许多具有促进肝细胞再生的中草药物质以及具有强还原活性的物质如原花青素,茶多酚等在实践中都被证明对于鱼类肝脏的健康具有保健作用,也具有缓解鱼类出塘应激的功效。但对于鱼类为何出现一系列出塘应激反应的内在营养代谢机理却一直是含糊不清的,因此人们往往只有当问题出现时进行解决,这时的经济损失已经注定。只有深入认识鱼类出塘应激的内在机制才能做到防患于未然,才能同时做到高效生长、安全出塘。


  在生产实践中氧化油脂、霉菌毒素是可以直接导致鱼体肝胆损伤和出塘应激的重要因素,但也有些出塘应激案例和饲料原料质量之间没有强相关性,而与高脂肪、高投饵率、高速生长强相关。无论是氧化油脂、霉菌毒素还是高强度代谢,都会加强体内自动氧化的进程,诱导自由基的大量产生,从而导致机体一系列代谢途径和强度的改变,从而诱导相关营养代谢性疾病的发生,并在生产中表现出相关缺乏症,既脱粘、掉鳞、出血和不耐运输。



  图1体内自由基的产生与消除


  图1 描述了所有动物体内自动氧化的产生和机体相对应的抗氧化途径。首先正常的生理代谢过程就会产生各种具有生理毒性的自由基,如超氧阴离子自由基(O2·)和羟自由基(·OH)。自由基是含有一个不成对电子的原子团。化学性质极为活泼,氧化作用强,故具有强烈的引发脂质过氧化的作用。机体存在两类消除自由基的系统,第一类是酶系统,它包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化酶等,另一类是一些抗氧化的分子如维生素C、维生素E、还原性谷胱甘肽、类胡萝卜素等。酶类物质存在与细胞内,因此主要可以使细胞内代谢产生的自由基变为活性较低的物质,从而削弱它们对细胞的攻击力,但酶的防御作用仅限于细胞内。而抗氧化分子则可作用于细胞膜,有些在细胞外就可起到抗氧化的作用。


  已知超氧阴离子以及羟自由基是体内自由基链式反应的起源,并主要产生于正常的生理代谢。因此机体能量代谢强度越大这类自由基的产生量就越多。这是高脂日粮以及高投饵率的情况下细胞能量代谢的显著特点。同时霉菌毒素也主要通过促进氧自由基产生来发挥毒性作用。从图1可以看到为对抗超氧阴离子必将导致SOD酶的大量合成,这与我们在所有氧化应激试验中观察到的现象一致。SOD酶主要以铜,锌为辅基,因此SOD的大量合成容易引起其它生理途径中铜,锌的缺乏。已知铜,锌以及VC参与胶原的合成与交联过程。在人类上由于体内氧化导致胶原合成量下降是导致皮肤松弛,衰老的主要原因。对于家禽则容易由于胶原加少导致脚垫损伤和肠道韧性下降。而对于鱼类在这些营养素缺乏的情况下则容易由于胶原减少导致鳞甲松动,在触碰后容易脱落。同时以硒为辅基的谷胱甘肽过氧化物酶也会在氧化应激条件下被大量合成,导致其它代谢途径硒的缺乏,因此在实践中可以看到氧化应激导致的肌肉苍白,心肌变性,肝病等典型的硒缺乏症状(图2)。



  图2 健康的鲟鱼心脏


  细胞膜的流动性是保证动物细胞功能正常的必要条件。由于鱼类是变温动物,为了保证低温时细胞膜的流动性,富含大量多不饱和脂肪酸是鱼类细胞膜相对于陆生恒温动物的典型特征。而这些大量存在的多不饱和脂肪也是导致细胞容易遭受自由基攻击的关键原因。在消除自由基的过程中,各种酶及抗氧化分子协同作用共同维持体内氧化还原状态的平衡,避免自由基对细胞造成进一步的伤害。未能有效清除的自由基将进一步攻击细胞膜上的多不饱和脂肪酸,从而启动不饱和脂肪酸自动氧化的链式反应。


  超氧阴离子是在胞液中经氧化酶作用生成的,虽然它自己并不是具有反应性的自由基,但它可以转变成为羟自由基而具有强反应性。从图1可以看到类胡萝卜素(Carotenoid)是第一线的羟自由基淬灭剂,因此过量的羟自由基会导致类胡萝卜素的大量消耗,从而导致鱼虾体色色素沉着不足(图4,图5)。日本对虾或者斑节对虾在生产中容易出现原有正常条纹消失,体色发蓝的情况,养殖户习惯叫这种虾为“天空虾”科学的叫法为“蓝虾综合症”,这种虾除了体色异常,同时还有壳软,运输死亡率高的特点。Howell等,1991研究证实,虾青素沉着不足是导致蓝虾综合症的原因。通过调控氧化应激可以明显治疗蓝虾综合症。氧化应激在消耗掉了虾青素的同时,自由基还对虾体造成了损伤,因此同时表现出软壳和运输死亡率高的现象。其实即使是没有条纹的南美白对虾等养殖品种,那些不耐运输,壳软的案例往往在烹饪后的颜色也是偏淡的。


  进一步反应羟自由基可以夺取多不饱和脂肪酸碳链上的任何一个亚甲级的氢离子,进而生成脂质过氧化物自由基(PUFA•),从而导致脂肪酸自动氧化的链式反应启动,最终生产脂类过氧化物,给机体带来灾难性的损伤,例如直接的肝细胞坏死,血管通透性增加等。使用氧化的油脂则不需要经过体内一系列的代谢途径而直接具有上述毒性作用。维生素E具有消除脂质过氧化物自由基的能力,而过量的脂肪酸自动氧化具有耗竭维生素E的作用。维生素C 虽然不具备直接消除脂质过氧化物自由基的能力,但维生素C却可以让维生素E复活,从而继续起到消除自由基的能力。但目前在生产上用到的都是合成维生素E醋酸脂,而非天然状态的维生素E。 这种醋酸酯在体内的活化需要依赖肝脏酶的作用。因此当鱼类的肝脏因为氧化损伤,霉菌毒素或者不规范用药而导致肝功能受损后,维生素E醋酸酯往往不能被有效活化,这可能是生产上人们感觉应用维生素E的效果还没有维生素C更为直接的重要原因。


  脂肪酸自动氧化除了生成毒性产物外,另一个结果是必需脂肪酸的缺乏。腺体萎缩,粘液分泌减少,脂肪肝是动物必需脂肪酸缺乏的典型特征。因此当体内氧化还原平衡失衡导致必需脂肪酸缺乏时鱼类容易出现脱粘的症状,同样通过体内抗氧化途径的调节或补充必需脂肪酸则可有效解决脱粘的症状。此外研究证实鱼类必需脂肪酸缺乏会导致肝脏脂蛋白合成障碍,从而导致脂肪不能从肝脏转运除去而堆积成脂肪肝(Fukuzawa,1971)。


  对于鱼类多不饱和必需脂肪酸是维持细胞膜流动性和生命的重要营养素,在鱼类配方实践上一直有越冬前不能使用动物油脂的配方经验。一般的说法是认为动物油脂的熔点高,在越冬时鱼类酶活低不能有效利用这些储存的长链饱和脂肪酸,鱼类就只能分解蛋白质供能,导致越冬失重偏高。但我们在实践中往往看到的情况不单单是失重增加的情况,而是这些越冬前脂肪使用错误的鱼类在越冬期出现了高的死亡率。由于细胞膜上的脂肪酸并不是恒定存在的,在越冬前,鱼类总是将更多的多不饱和脂肪酸转移到细胞膜上,以满足在低温时细胞功能的正常。因此如果越冬前的日粮不能充分提供那些熔点低的多不饱和脂肪酸,则必将导致鱼类越冬失败。


  鱼类变温的特性,决定了鱼体细胞表面必需分布大量多不饱和脂肪酸,因此从这个意义上来说,鱼体是一个高度不稳定的系统。为了维持这个系统不遭受自动氧化的命运,鱼体的抗氧化系统承受着巨大的压力。现代的水产配方和养殖模式,不断的朝着高脂肪、高密度、高投饵率的方向前进,鱼体体内抗氧化的压力不断加重。因此水产配方亟需从原有的饲料抗氧化进展到体内自由基清除即体内抗氧化的阶段。要降低自由基对鱼体的危害,除了依靠体内自由基清除系统外,更为专业和经济的做法,是添加外源性自由基清除剂,利用这些物质作为替身,以保证其它营养素的正常生理水平,从而消除脱粘、出血、掉鳞、不耐运输以及脂肪肝等营养代谢性疾病。


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