微量元素Se、Zn、Fe、Co、I等與人和動(dòng)物的生長發(fā)育、營養(yǎng)代謝、疾病、生殖等關(guān)系十分密切，這些微量元素機(jī)體既不可缺少，也不能過量，否則都會影響到生長發(fā)育與健康，甚至發(fā)生缺乏病或中毒癥。
一、研究背景
硒作為一種化學(xué)元素由瑞典化學(xué)家Bercelius于1819年發(fā)現(xiàn)的，最初人們把硒當(dāng)做一種有毒元素，1957年Schwarz等發(fā)現(xiàn)硒對動(dòng)物具有營養(yǎng)作用，1953年Mills在牛的紅細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了谷胱甘肽過氧化物GSH-Px，它可以防止它可以防止血紅蛋白被過氧化氫氧化，同年Schwarz等發(fā)現(xiàn)硒有抗氧化作用。隨著研究的不斷進(jìn)行，直到1973年Rotruk等用75Se標(biāo)記技術(shù)、Flohe等用中子活化實(shí)驗(yàn)確定了硒是谷胱甘肽過氧化物酶Se-GSH-Px的組成部分，從此，確定了硒是動(dòng)物必須的微量元素。硒的營養(yǎng)作用與生物功能主要有：
（1）硒的抗氧化作用：硒是谷胱甘肽過氧化物酶的成分，組織硒含量與谷胱甘肽過氧化物酶的活性呈高度正相關(guān)，谷胱甘肽過氧化物酶的主要生物功能是抗氧化作用。谷胱甘肽過氧化物酶的特殊功能是通過酶促反應(yīng)體系清除所有進(jìn)入細(xì)胞而產(chǎn)生的活性含氧物質(zhì)，即通過GSH-Px酶促反應(yīng)促進(jìn)過氧化氫和脂類過氧化物轉(zhuǎn)化成水和酒精，清除脂過氧化物，防止脂質(zhì)自由基和過氧化物在體內(nèi)的積累而導(dǎo)致的細(xì)胞破壞和組織傷害。
（2）硒的免疫功能：硒能參加基礎(chǔ)代謝，調(diào)控某些酶的生理活性，并能有效地提高機(jī)體的免疫水平。其作用包括細(xì)胞免疫和體液免疫兩個(gè)方面。
（3）硒能增強(qiáng)動(dòng)物免疫能力：硒是通過谷胱甘肽過氧化物酶的抗氧化作用來保護(hù)精子細(xì)胞膜免遭氧化損害的，研究證明，硒為動(dòng)物產(chǎn)生精子所必需，家禽缺硒明顯影響家禽的繁殖性能。主要表現(xiàn)為產(chǎn)蛋下降、受精率低，胚胎缺硒則導(dǎo)致孵化過程中早期胚胎死亡率升高。硒多肽隨精子的成熟而增加，精子里的硒主要存在于線粒體腺上，缺硒導(dǎo)致精細(xì)胞受損，釋放出谷草轉(zhuǎn)氨酶，從而降低精子活力，影響受精能力和胚胎發(fā)育。
（4）硒的其他作用與功能：硒能參與膠原蛋白和結(jié)締組織的合成，若缺乏，則出現(xiàn)血細(xì)胞和骨髓組織的形態(tài)異常、結(jié)締組織發(fā)生進(jìn)行性血管損傷。硒能參與生物活性物質(zhì)的合成，對機(jī)體具有保護(hù)作用，與維生素E具有協(xié)同和補(bǔ)償作用。另外，硒在生物體內(nèi)有抵抗和降低有毒元素毒性的作用。
鋅廣泛分布于生物體各個(gè)組織中，其中30％在肌肉，25％在骨骼，20％分布于皮膚。大多數(shù)哺乳動(dòng)物組織鋅含量在10～100 u g/g(濕重)之間。成年人體鋅含量約29左右，僅次于鐵。含鋅濃度高的組織有：胰島B細(xì)胞、虹膜、視網(wǎng)膜、肝臟、肺等。鋅的主要生物學(xué)功能有三個(gè)方面：
（1）鋅是多種酶的組分和激活劑。據(jù)統(tǒng)計(jì)鋅是體內(nèi)300多種酶的組分，如：堿性磷酸酶、乙醇脫氫酶、DNA合成酶、胸腺嘧啶核苷激酶、胰腺羧肽酶等。許多酶在有鋅存在下才有活性并可達(dá)到最大酶活。同時(shí)鋅可維持某些酶的有機(jī)分子配位基的結(jié)構(gòu)構(gòu)型(張革1993)并在酶反應(yīng)時(shí)起到輔酶作用。
（2）調(diào)節(jié)體內(nèi)多種生理生化活動(dòng)。分子生物學(xué)研究表明鋅與半胱氨酸和(或)組氨酸形成的鋅指結(jié)構(gòu)，可以存在于核膜蛋白上，轉(zhuǎn)錄因子及涉及基因調(diào)控的許多蛋白中，對基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)，細(xì)胞增殖、分化，細(xì)胞內(nèi)信號傳遞等起調(diào)節(jié)作用。
（3）維持膜結(jié)構(gòu)的完整性。鋅可以和膜蛋白上的巰基、磷脂的磷酸基等結(jié)合，以增加膜的穩(wěn)定性。當(dāng)過氧化損傷時(shí)，膜內(nèi)的．SH被氧化成二硫鍵，鋅可以與硫形成穩(wěn)定的硫醇鹽，防止被氧化而保護(hù)了膜的完整性。鋅正是通過這些功能在生物體的生長發(fā)育、繁殖、免疫、神經(jīng)發(fā)育及物質(zhì)代謝等多方面起作用。鋅缺乏主要表現(xiàn)為：生長遲緩、采食量下降、角化不全、皮膚損害、免疫力下降、生殖機(jī)能受損、死亡率上升等。
二、研究方法
國內(nèi)外科學(xué)工作者為了調(diào)查人或動(dòng)物微量元素營養(yǎng)狀況或監(jiān)測環(huán)境污染，鑒于人發(fā)或動(dòng)物被毛具有取樣簡便、無損傷、便于保存等優(yōu)點(diǎn)，常用其作檢測材料以測定有關(guān)微量元素的含量，已被廣泛應(yīng)用。蔡學(xué)林、宋雪華和吳素瓊等用這種方法即用75Se、65Zn示蹤研究微量元素硒、鋅在家兔毛中沉積與體內(nèi)代謝的關(guān)系。雖然在一定條件下達(dá)到了一定目的，然而應(yīng)用毛發(fā)作檢測材料所得的結(jié)果，是否確切反映了當(dāng)時(shí)機(jī)體的實(shí)際營養(yǎng)代謝狀況，尚不清楚。因?yàn)榇藛栴}不全在于如何準(zhǔn)確測定毛發(fā)樣品中微量元素的含量，還與機(jī)體毛發(fā)中微量元素形成的生物學(xué)特性有關(guān)，因?yàn)槊l(fā)長出皮膚后無循環(huán)系統(tǒng)再與體內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)交換。以大耳自家兔為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，應(yīng)用同位素示蹤法研究了機(jī)體對微量元素Se、zn的體內(nèi)代謝與轉(zhuǎn)入被毛中沉積的生物學(xué)過程，為了解毛發(fā)微量元素含量、特點(diǎn)與體內(nèi)代謝的關(guān)系，以及為應(yīng)用毛發(fā)作檢測材料、評價(jià)檢測結(jié)果提供科學(xué)依據(jù)。其實(shí)驗(yàn)主要為：
（1）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與飼糧：為了觀察實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在飼喂微量元素Se、zn含量水平不同條件下的代謝情況，將從四川冕寧縣(缺Se地區(qū))購買的玉米、大豆、小麥等分別用熒光分析法和原子吸收光譜法測得其中Se、Zn、Fe、Co等元素的含量后，配制了低Se(0．0354ppm)飼糧和補(bǔ)Se(0．2000ppm)飼糧，以及含Zn 46ppm和70ppm的基礎(chǔ)飼糧和補(bǔ)Zn飼糧。將2月齡健康大耳白兔(本校實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房提供)分別飼喂配制的兩種飼糧，各預(yù)飼2組動(dòng)物(每組7只，自由采食，飲用蒸餾水)，2個(gè)月后再進(jìn)行同位素示蹤實(shí)驗(yàn)。
（2）75Se示蹤實(shí)驗(yàn)：選取分別經(jīng)低Se和補(bǔ)Se飼糧預(yù)飼2個(gè)月后，體重基本一致的動(dòng)物各5只，斷食12h后按3．7×105Bq／kg體重劑量灌喂1次75Se一亞硒酸鈉溶液，單只飼養(yǎng)于特制的代謝籠中(繼續(xù)分別飼喂低Se和補(bǔ)Se飼糧)，在不同時(shí)間采集耳靜脈血液、背部被毛(平均分成基段和上段)及1～15d(逐日收集)的排泄糞、尿進(jìn)行制樣測定。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一直飼養(yǎng)到血液中放射性同位素含量已基本測不出時(shí)處死，測定75Se在心、肝、脾、肺、腎、胰、肌、卵巢(或睪丸)、皮膚等器官組織中的分布量。放射性測量儀器為FJ2702定標(biāo)器，配以FT一603井型7閃爍探頭。測量各種放射性樣品時(shí)，均將制備的標(biāo)準(zhǔn)源與之作平行測定，對測得的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行了衰變校正等分析處理。
（3）65Zn示蹤實(shí)驗(yàn)：選取分別用基礎(chǔ)Zn飼糧和補(bǔ)Zn飼糧預(yù)飼2個(gè)月后、體重基本一致的動(dòng)物各5只，斷食12h后，仍按3．7×105Bq／婦體重劑量灌喂1次65Zn一硫酸鋅溶液。有關(guān)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物灌喂65Zn后的飼養(yǎng)管理、樣本采集、制樣測定、測定儀器以及數(shù)據(jù)處理等與75Se示蹤實(shí)驗(yàn)相同。
從此實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果，結(jié)合前述科學(xué)工作者所做的有關(guān)研究來看，在調(diào)查人或動(dòng)物微量元素營養(yǎng)狀況及所處環(huán)境是否存在有害、有毒元素污染時(shí)，應(yīng)用毛發(fā)作檢測材料是有重要參考意義的。但是，應(yīng)當(dāng)根據(jù)微量元素從體內(nèi)轉(zhuǎn)到毛發(fā)的過程、特點(diǎn)及其諸多影響因素(外環(huán)境污染、人的理發(fā)洗頭、動(dòng)物的品種、換毛及毛色等)，規(guī)范采集、清洗、處理和測定毛發(fā)樣品的方法，才能獲得可靠的結(jié)果。此外，在采集糞便或尿液樣品檢測時(shí)，應(yīng)注意不同微量元素各自的排泄特點(diǎn)。在測定機(jī)體器官組織中微量元素含量與毛發(fā)中含量的相關(guān)性時(shí)，還需考慮機(jī)體自身的保護(hù)性調(diào)節(jié)功能的作用。
2001年，董曉慧等利用體內(nèi)原位結(jié)扎腸段灌注技術(shù)研究了氨基酸螯合鋅的吸收和影響因素。試驗(yàn)用60只50日齡wistar純系雄性大鼠，采用體內(nèi)原位結(jié)扎腸段灌注技術(shù)結(jié)合放射性同位素示蹤技術(shù)。通過與氯化鋅及等摩爾氨基酸(賴氨酸和蛋氨酸)和氯化鋅混臺物的比較，研究了不同腸段(十二指腸、空腸)、不同日糧背景(純合日糧、純合日糧+250mg/kgCu、純合日糧十1％植酸)、體鋅狀況(缺鋅和足鋅)和內(nèi)源配體(結(jié)扎總膽管或否)對氨基酸螯合鋅(以賴氨酸螯臺鋅和蛋氨酸整合鋅為代表)吸收的影響。試驗(yàn)中觀察了在不同影響因素作用下，向結(jié)扎腸段灌注含不同形態(tài)鋅的灌注液后，不同時(shí)間點(diǎn)(5、15、30、60、90、120分鐘)血液中65zn比放射性的動(dòng)態(tài)變化；120分鐘(試驗(yàn)結(jié)束)時(shí)結(jié)扎腸段65Zn的消失率、不同組織器官中65Zn的放射性大小和總鋅含量及血清堿性磷酸酶活性的變化。試驗(yàn)結(jié)果表明：
（1）在本試驗(yàn)條件下，空腸對三種鋅源的吸收都低于十二指腸，在t20分鐘試驗(yàn)期內(nèi)。十二指腸是鋅的主要吸收部位。
（2）賴氨酸和蛋氨酸都能促進(jìn)大鼠對鋅的吸收。
（3）與等摩爾氨基酸與氯化鋅的混合物相比，賴氨酸整合鋅和蛋氨酸螯合鋅肫更有效地被大鼠吸收。曰糧中添加250mg/kg銅或l％植酸。顯著降低了氯化鋅中鋅的吸收，對氨基酸整合鋅中鋅的吸收也有影響，但受影響程度比氯化鋅小得多。采食含250mg/kg銅的純合日糧或古1％植酸的純合日糧的大鼠，肝臟、腎臟、肌肉中鋅含量以及堿性磷酸酶活性顯著低于采食同一純合日糧的大鼠。體內(nèi)鋅貯正常的大鼠對鋅的吸收顯著降低，但和氯化鋅相比，整合鋅吸收率的下降程度較低。采食加鋅(30mg/kg)純合日糧的大鼠體內(nèi)鋅貯有高于采食純含日糧(2mg/kg)大鼠的趨勢。大鼠結(jié)扎總膽管后。三種鋅源的吸收都降低，但氯化鋅的降低幅度最大。
（4）綜合分析本試驗(yàn)的結(jié)果，與氯化鋅及等摩爾濃度的氨基酸和氯化鋅混合物比較，氨基酸螯臺鋅在結(jié)扎十二指腸段有最大的吸收和最強(qiáng)的抗消化道逆境的能力且?guī)缀醪皇軆?nèi)源配體的影響，氨基酸整合鋅是一種優(yōu)秀的鋅添加劑。體內(nèi)原位結(jié)扎腸段灌注技術(shù)結(jié)合同位素示蹤技術(shù)是一種適宜的研究微量元素吸收情況的方法。
三、研究應(yīng)用
微量元素示蹤技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用了較長時(shí)間，并且在許多方面得到了應(yīng)用。目前，對微量元素的研究大多是單一元素的研究(Arias和Koutsos，Akbari等，Cohen)。用14C、15N、32P、35S、45Ca、125I、24Na、42K、99Mo、60Co、65Zn、75Se、76As等核素研究畜禽對營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和代謝，包括蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪、糖類、礦物質(zhì)等，是人類進(jìn)一步掌握畜禽的營養(yǎng)代謝規(guī)律，為制定有效而經(jīng)濟(jì)的飼養(yǎng)和繁殖措施提供科學(xué)依據(jù)。
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