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兽医随笔:实验动物营养需求及其影响因素
实验动物营养状况直接影响其生长、发育、繁殖和寿命,甚至遗传特性。良好的营养状况还决定了动物对病原体和其他环境压力的抗性能力。因此,确保饮食营养均衡对于提升实验动物福利和确保实验结果的准确性至关重要,避免因营养因素引起的数据偏差。
实验动物所需的营养素大约有50种,应以适当的饮食浓度提供。虽然一些研究报告提供了对实验动物营养最低需求的估计,但这些需求量通常是在特定的实验条件下确定的。饲料的适口性和摄食量、营养吸收和利用效率以及排泄,都会受到饲料的物理化学特性影响,比如物理形态、感官特性、天然存在的难降解或抗营养成份、化学污染物和储存条件等。同时,许多生物因素也会影响营养需求。以下是一些常见的影响因素。
01遗传学因素
动物的品种、品系、种群、性别和个体之间的遗传差异会影响营养物质的需求。例如,一些品种动物由于基因突变,缺乏L-古洛糖酸内酯氧化酶(合成抗坏血酸所需的关键酶),因此需要在饮食中补充抗坏血酸。这种情况在不同的啮齿动物品种和大小鼠品系中常见,甚至有发现与豚鼠类似,由于缺乏该酶的大鼠需要强制性的抗坏血酸补充。小鼠品系对核黄素、泛酸等营养物质的需求也可能存在差异。品种、品系以及性别之间的遗传差异还可能会影响动物对氨基酸和其他营养物质的日常需求,这些需求是组织生长和维持所必须的。
02生命阶段
动物在生命周期的不同阶段,其营养需求也会发生变化,尤其是在生长发育、怀孕或哺乳期间。这些阶段组织生长或功能维持(如泌乳)等都需要氨基酸、脂肪酸、矿物质、葡萄糖或其他底物,也需要增加维生素和相关辅助因子的参与。农场动物的研究表明,生长速度和产奶量显著影响营养需求,实验动物也可能存在类似情况,但目前缺乏结论性的研究。因此,目前难以为单个实验动物品种的不同生命阶段建立具体的营养需求标准。
03环境影响
实验动物的营养需求通常在受控条件下研究,其中温度、光照周期或其他环境条件的变化非常小。然而,环境条件显著变化可能会改变营养需求。例如,在低于热中性区的温度下,动物会需要消耗更多的能量以维持体温恒定,这可能导致对能量需求的增加,从而需要增加食物摄入量。高温、干扰、种群冲突等因素可能会减少食物摄入量,此时可能需要提供更高营养浓度的饮食以保证足够的营养摄入量。
04饲养方式
实验动物的饲养方式也会影响所需营养物的数量。例如,饲养在镀锌或者实心底笼中的啮齿动物,由于粪便和笼子材料中可能含有锌,这些动物的锌需求可能较低。此外,水中溶解的矿物质(如铜管中的铜)可能影响饮食必须提供的矿物质量。动物如果摄入垫料或其他“非食物”材料,这些材料可能成为某些营养物质或毒素的意外来源。在研究极低浓度成分对实验动物的影响时,即便是空气也可能成为一个重要的干扰因素。
05微生物状态
在正常的饲养条件下,动物消化道中存在的微生物群落会产生多种有机物质,包括水溶性维生素和氨基酸等,这些物质对宿主的营养供给具有重要贡献。在大鼠和小鼠中,绝大多数微生物活动发生在结肠中,除非动物采食粪便,否则无法获得这些微生物产生的营养物质。防止在大小鼠和其他啮齿动物中常见的食粪行为可能需要在饮食中增加营养物质的浓度。对于无菌动物或无特定病原体动物,其微生物营养合成能力的变化可能需要通过调整饮食的营养成分和浓度来实现。
06研究条件
实验程序本身可能产生压力或以其他方式影响食物摄入量。例如,外科手术或饮食中测试物质可能导致动物厌食,因此可能需要提供更可口的饮食或增加营养浓度。实验方案中的饮食限制可能会改变所有营养物质的摄入量,除非饮食浓度调整以适应食物消耗的变化。
07营养相互作用
日粮能量密度的变化通常会导致采食量的变化。使用高能量饮食时,可能需要增加饮食中的营养浓度以补偿食物消耗的减少。此外,营养物质之间还存在其他相互作用,如某些矿物质之间对吸收位点的竞争,这需要在定制特殊营养浓度的饮食时给予充分的考虑,并在适当的情况下调整其他营养物质的浓度。