发酵性纤维和胃肠道生态系统.docx

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发酵性纤维和胃肠道生态系统

可发酵纤维和胃肠道（GIT）生态系统

简介

膳食纤维，特别是可发酵品种，被公认为有益健康一个重要角色。

大部分贡献在于对胃肠道内细菌繁殖数量变化。

虽然狗，尤其是猫，被认为是食肉动物，但当喂养食物含膳食纤维时，很明显能从中获得健康益处。

与早期认为纤维发酵对猫、狗不重要观点相比，这些发现相对较新。

然而，提升优化猫、狗肠道健康不同可发酵纤维类型，数量、比例早已被明确定义。

纤维扮演提升肠道健康角色是一个复杂问题，将不是一项轻松任务，包括细菌和一些变量之间相互作用，很多是猫和狗如同其他物种一样未被很好认识变量。

肠道内一些细菌群体，被认为是有益，包括双歧杆菌、乳酸杆菌，最近真细菌类和其他见列表菌群。

这些菌群典型特征是具发酵纤维能力，被认为比致病菌和腐败菌明显有效。

这种增强能力促进发酵纤维使用成为选择性促进有益菌方法，因而减少有害菌群比例。

其他有更高密度有益菌宣称益处，包括癌症风险降低，改善血清脂肪形态，免疫性增强作用，改善粪便特征和排便方式。

此外，细菌发酵产生短链脂肪酸被寄主迅速地吸收和利用。

此作用是试图去使读者认识可发酵纤维对猫、狗胃肠道影响，延续前面回顾信息。

为完成这个目标，首先必须把胃肠道描述成一个对内外因素敏感复杂生态系统，它可以被怎样研究，应用生态学原理也许有助于更好理解。

接下来章节描述可发酵纤维对胃肠道细菌具体影响，如通过成对动物体内和体外实验来阐述。

这个回顾是那些至今被报导发现暗示和看法：

关于可发酵纤维对猫、狗胃肠道影响。

可发酵纤维

膳食纤维是一个专业术语用于描述不会被脊椎动物消化液水解食物比例。

历史上，膳食纤维被认为主要由木质素、纤维素、半纤维素和胶质构成。

然而，最近兴趣聚焦在抗性淀粉和低聚糖等成分上面。

膳食纤维来源多样化，非常广泛，包括树（α-纤维素），植物提取物（阿拉伯树胶），低聚果糖，水果提取物（柑橘果胶），海藻（大型褐藻、角叉胶）、坚果壳（花生壳）。

化学上，膳食纤维通过水溶性来分类。

虽然低聚果糖和其它类型复杂碳水化合物传统意义上并不被认为是纤维，但它们确实符合必要标准，现在被接受为一些膳食纤维形式。

从生物学角度，膳食纤维通过能否被胃肠道细菌利用来分类。

被细菌利用形式被认为是可发酵和似乎与改善动物健康有很大关系。

目前证据显示可发酵纤维角色在有益于更改肠道细菌数量方面，可能增强肠道免疫力，改善口服葡萄糖耐受性，再分配含氮废物排泄物。

稍后部分呈现：

有哪些细菌能够利用多样化可发酵纤维当基质，利用程度和发酵产物。

纤维可发酵方面另外影响将会在这对狗健康有多重要内容中讨论。

胃肠道生态系统（GIT）

生态学者已经为生物相互作用建立模型，利用是他们数十年来物理、化学和生物环境。

它建议许多相同原理能够，或者应该，被应用于更好地了解胃肠道和饮食中添加可发酵性纤维有益于健康潜能。

生态系统含有两个基本组成部分。

非生物部分包括环境物理和化学特征，而生物部分包含所有存活于生态系统选定空间生物。

每一个两部分之间相互作用是生态系统结构和功能非常重要决定因素。

类推法使用是被当作简化复杂GIT生态系统恰当方法。

特别是，在许多方面GIT生态系统像一条河，以快速流动溪流开始，以缓慢流动河流结束。

类似，GIT包括一些明显不同部分，从胃开始，经小肠快速消化，再大肠长时间滞留。

GIT每一部分，像河流不同部分，有截然不同非生物特征。

这包括与粘膜结构有关物理特性，蠕动带动消化流速率，化学特性如pH、电解液及营养物质浓度和消化液。

甚至一个区域内都有变量。

比如，小肠物理化学特性存在由近及远梯度，消化流动速率（从近到远依次递减）。

根据小肠长度，梯度导致了不同生境存在。

内腔内容物和粘膜之间细菌同样存在不同

很像溪流里生物，活在水柱里，与生活在河床上或河床里不同。

大肠加盲肠提供了另外一种生境，与小肠不一样。

GIT生态系统生境连续性，使得很难去用排泄物样品来评估发生GIT不同区域状况和过程。

同样，生态学者不能完全理解基于来自河流入海口样品山涧。

虽然这种类推法过于简单，当只有排泄物样品用于分析时，它突出了临床医生和调查者面临问题。

猫、狗胃肠道生态系统内细菌

成人GIT生态系统包含已知400种细菌，随着我们培养和鉴定细菌能力提高，这个数据还会继续增长。

以前主要目光盯着致病菌菌群。

虽然已经研究有益菌将近100多年，直至相对近期，他们才有相当水平收益。

需要强调是除细菌以外，GIT生物部分包括：

酵母、真菌类、病毒、螺旋原虫、原生动物、其它各种单或多细胞生物。

这种结构贡献在于限制了细菌，主要由于对其它生物认识得相对较少，不是因为它们不重要。

虽然存于猫和狗GIT中细菌与人体内细菌特征不同，但不同种类在数量上与人和其他哺乳动物相当。

可获得数据显示：

猫和狗GIT不同区域细菌菌群之间，在数量和性质方面有显著差别（未公布数据）。

区域内各种细菌相对比例和密度，部分取决于诸如pH值、蠕动力、饮食中营养成分浓度和形态、胰腺分泌物、胆囊分泌物、消化道（如胃和肠）分泌物、肠道免疫功能、多糖-蛋白质复合、GIT内里细胞膜结合位点。

因此，沿着GIT每一个区域和生境有典型细菌种类组装。

类似于其它哺乳动物，猫和狗GIT细菌密度，从酸性胃里103~4/g增加到结肠里超过1010/g。

肠上部主要是需氧菌，而缺氧大肠则很少，相比小肠，它拥有更高发生氧化还原作用可能性，更低浓度膳食营养成分和不同化学条件。

除了区域变量外，甚至种类之间对照，不同动物相同GIT区域细菌组合非常不同。

生态系统对非生物成分轻微变化和差异敏感。

因此，并不奇怪GIT物理和化学特性存在轻微和不明显差异能对细菌菌群产生深远影响。

类似方法，邻近河流物理化学特性可能稍微不同，但会有不同生物组成。

相对应地，生长中GIT特性改变和个体之间变量通过细菌不同组合反映。

细菌之间活动和相互作用是菌群特性其它重要决定因素。

例如，需氧菌和特许厌氧菌氧气消耗和代谢物产生，改变生态系统化学特性，允许专性厌氧菌增殖。

这个过程，通过一批生物体改变环境，从而增强其他生物体增殖，被认为是助长。

营养物质竞争和结合位点能同样影响哪种物种占优势。

最近发现特定GIT细菌产生代谢物和其它化学物质抑制其它物种生长，这个过程称为抑制。

特别相关是乳酸菌（如双歧杆菌和乳酸杆菌）限制一些致病菌和腐败菌生长。

细菌之间相互作用似乎出生后特别重要，特别是增殖过程。

第一个进入并拓殖GIT细菌被认为改变了环境，允许其他菌群增殖。

因而，GIT微生物群经历一系列连续阶段最终达到成人微生物群。

最终组合反映现存物理化学条件下组成物种耐受性，竞争相互作用，抑制影响。

明显是很多相同事件被很好地记录下来用于开发陆地和水下生态系统应用于GIT。

可发酵纤维和GIT生态系统

成人微生物群被认为是稳定，然而正在增加证据表明虽然细菌整体密度保持不变，不同物种相对比例能够并做出改变适应内外因素波动。

除了影响GIT结构和功能特性外，饮食能直接影响存在细菌。

类似方式，向溪流增加不同数量和类型营养物质，会促使改变物种之间平衡影响。

最近回顾突出GIT微生物生态学怎样能被饮食调整。

猫和狗GIT细菌同样被常量营养素水平和种类影响。

接下来回顾由两个基本方法产生，通过猫和狗GIT细菌，被用来检查纤维发酵。

读者可参考前面报告。

体外实验

混合培养系统已有效地证实不同类型和来源纤维发酵研究。

这个方法提供了益处，由于作为一种快速，非扩散性方法去并不昂贵地评估是否特定类型或来源纤维可被发酵。

此外，来自同时进行体内研究数据比较显示体外研究能被用来合理地预测完整生物体纤维消化力。

一系列四个文件，Sunvold和他同事用猫、狗和其他物种排泄物样品作为混合培养基来源。

目是为了模拟大肠环境体内条件。

发酵特性是基于来自培养介质纤维消失和因而获得短链脂肪酸浓度和比例。

从这个研究收集，需要突出四点。

第一，能被猫和狗结肠细菌发酵纤维来源多样化。

这里有很宽变化，不同纤维怎样被排泄物细菌发酵，猫和狗之间有什么差别（见图1）。

甚至接近相关纤维之间在支持发酵能力方面有差别，也导致不同代谢产物。

第二，作者们都证明设计混合纤维来源产生特定短链脂肪酸比例是可能。

他们描述了它是怎样被用来影响宿主营养和健康。

特别是，通过发酵纤维产生三种主要SCFA被不同组织优先用作代谢底物，结肠吸收丁酸盐，肝脏吸收丙酸盐，神经组织吸收醋酸盐。

另外关于提供最多益处SCFA特定比例信息，在Drackley等出版物其它地方进行了讨论。

第三，虽然来自不同物种排泄物细菌拥有发酵纤维能力，代谢过程在动物之间变化很广泛。

明显地，不同物种排泄物细菌发酵同样底物，产生SCFA比例不同。

这可以用动物之间关于存在于排泄物样品中不同类型细菌差别来解释。

调查者同样注意到高水平个体变量，以及它能怎样限制应用从单一供体到群体获得结果能力。

第四，给动物喂食在收集粪便样品之前，影响发酵过程强度和特性。

虽然细菌菌群组合中饮食相关变化被很好地记录，也需要去考虑现存物种可能适应他们代谢过程来匹配饮食组成变化。

用不同来源蛋白质喂狗过程中已经报道饮食对GIT细菌体外活动影响。

不仅物种构成响应蛋白质水平和类型，细菌蛋白水解活动直接与蛋白水平相关。

后来研究样品与Sunvold和他同事用截然相反，从管状狗回肠获得。

Sunvold研究中用猫和狗喂不同饮食和纤维来源，很难去做两个物种发酵能力相应对比。

混合培养提供有用信息，然而，他们并不提供个体生物发酵不同纤维能力观点。

最近研究从成年狗粪便中分离出六种细菌，衡量五种不同类型和来源纤维单一培养生长速率。

最小营养培养基流体充当负控制，用来悬浮不同纤维。

如图2，用不同底物培养时物种之间生长速率变化。

这些发现，初步认为，建议当选择特定类型和来源纤维时，需要考虑有益菌和有害菌利用纤维作底物相关能力。

虽然不包括在图表，犬黏膜作为现已研究所有菌群非常好生长介质，链球菌除外。

最终，需要去扩展研究有1）包括其他种类细菌2）确定猫和狗GIT细菌适应利用不同底物代谢过程能力3）阐明共同培养物种之间任何竞争、抑制、助长相互作用。

体内实验

这里只有一些体内研究关于饮食或纤维对猫和狗GIT影响，发生在GIT宿主、内存细菌和饮食摄入之间复杂相互作用使得它难以解释结果。

比如，由于SCFA能被很快吸收，SCFA浓度和形态通过粪便样品甚至是内腔内容物衡量，不足以反映细菌发酵。

尽管这些和其它研究限制，限制使用完整动物，体内实验产生结果还是提供了有用信息。

当狗喂了用不同成分准备混合饮食时，回肠食糜细菌密度和相对比例稳定，但拥有平衡营养形态。

饮食营养不平衡时会打乱细菌菌群。

然而，仅仅知道细菌能够从食糜中收回。

关于饮食影响依附菌群信息是有限。

多数底物被称为“长双歧基因”，仅仅两种纯形式被调查用于猫和狗喂食研究。

Terada和他同事们证实了低聚乳果糖（蔗糖结合乳糖）对狗作用。

类似地人体结果，增加了粪便乳酸菌密度。

同时存在产气荚膜梭菌和粪便氨浓度以及腐败作用典型代谢物减少。

虽然没有定量，作者提到当狗用低聚乳果糖喂养时，减少粪便样品难闻气味。

随后Terada团体报告，用同样方法去研究猫，喂养饮食里添加低聚乳果糖。

有趣是，与狗相比，反应更加巨大并有更多菌群受到影响。

与狗不同原因并没有提出，但可能与猫GIT中食物残留时间相比狗更长有关。

这将允许更多发酵，从而增加不同菌群之间助长和抑制作用机会。

现有作者最近研究比较了两群用不同来源纤维喂养成年猎兔犬。

一组饮食中含有纤维素作为不可发酵纤维，而第二组饮食结合甜菜粕和FOS作为可发酵纤维来源。

因为FOS发酵比甜菜粕快很多，这两种可发酵纤维预示着他们初期发酵不同方面。

两组狗粪便样品拥有类似厌氧菌和需氧菌，但狗用可发酵纤维比用纤维素喂养有更少肠杆菌和梭状芽孢杆菌，更多乳杆菌和链球菌。

另一个有趣发现，用可发酵纤维喂养狗小肠更长更重，有更多黏膜和吸收表面面积。

虽然没有衡量大肠反应，早期调查已经报道发酵纤维对大肠黏膜有益作用。

同样，即使蛋白质和其他碳水化合物水平和类型在两种饮食中无差异，载体介质运送葡萄糖和脯氨酸速率，用可发酵纤维喂养狗要更高。

因而每个小肠单元增加规模和