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对话 | 如何为鸡打造强壮的骨骼?聊聊家禽骨骼健康那些事~

来源:曦曦博士 所属专栏:动态/资讯 浏览次数:1230 发表时间:2023-05-18

本文转自公众号:曦曦博士

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/93zUCTk_ilBvur9YfTvghQ

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大家好~今天我们来聊聊家禽的骨骼健康吧!
今天的「曦曦说」,很开心邀请到了我的好友,刚刚加入美国北卡州立大学家禽系的研究助理教授,陈崇霄博士
我和崇霄在读博士的时候认识,崇霄是一个对行业充满激情的年轻盆友,同时还是一个专业级别的摄影师哟,细心的读者可能会发现,他在我以前的文章里已有出现过好几次 --- 🔗 不靠8条腿、不靠打激素 | 这才是「速成鸡」的科学真相,这篇文章里所有的图片和视频都来自于他 📷;而最近这一年,他连续发表了很多篇关于骨骼健康的文章,这是他博士和博士后的主要研究方向,我也摘录过几篇在营养快报里。
骨骼健康一直是养鸡养鸭的同志们非常关心的问题,今天,我就请崇霄从他的研究经历,来与大家展开聊聊这个话题吧~

· 您是怎么进入行业的?
崇霄的爷爷是一名兽医,受家庭影响,大学时候他便自然地选择了兽医专业,就读于中国农业大学。在读书期间,他开始对营养学产生了浓厚的兴趣,在启蒙老师袁建敏老师的带领下,踏入了家禽界,在那期间做了一些兽医和营养学交叉的项目
本科毕业后,崇霄来美国佐治亚大学攻读博士学位,师从Dr. Woo Kim,毕业后留校做了一年多博士后。在2020年,崇霄加入了北卡州立大学担任研究助理教授;同时,他也在 AHNC(Animal health and nutrition consortium) 担任负责人,致力于加强企业和学校的交流联系。 
· 最初您是怎么想到这个课题的呢?

崇霄我博士所在的实验室 (Dr. Woo Kim实验室)在骨骼营养方向的投入一直比较大,也拥有一些很好的仪器(比如显微断层扫描仪、分子生物学工具)
随着朝这个方向的深入探索, 虽然我们没有很多答案,但我们不断发现新的疑惑 。于是研究内容也随之不断的扩展,从分子层面到动物实验,从原理到应用... 同时,因为我们研究工具的齐全,这吸引了不少公司来合作,也丰富了研究的内容。

显微断层扫描仪


崇霄在使用显微断层扫描仪

扩展阅读:
曾写过的Dr. Woo Kim实验室的文章
🔗 营养快报#3 | 热应激、蛋鸡产蛋性能、骨骼健康、含硫氨酸都有啥关系?

· 骨骼健康的定义、在家禽生产中的重要性?

崇霄骨骼有很多功能 --- 支持身体结构、保护内脏、储存矿物等。健康的骨骼首先要有这些基本功能;进一步说,在生产上,骨骼健康对于肉鸡 vs. 蛋鸡有不同的理解:
蛋鸡: 健康的骨骼应保证蛋鸡的产蛋质量、数量,和产蛋周期;
肉鸡: 健康的骨骼应保证生产性能,不出现或是很少出现腿病。
同时,随着大家对动物福利的重视,骨骼健康的理解范畴也拓展到“不能让鸡产生痛苦”这类更高的要求了 --- 比如对于放养鸡而言,健康的骨骼意味这它能支持比传统养殖体系下的更多的动物行为、减少骨折的发生。 


· 有哪些因素会影响骨骼健康?

崇霄影响骨骼健康的因素有很多,而且它们相互影响。想要解决骨骼健康的问题,一定要全面地去看待这些因素:
1). 遗传学因素我们现在做基因选育时,蛋鸡主要注重于产蛋性能,肉鸡则注重于产肉,相对而言,针对骨骼方面的选育就有一些忽视,所以可能会造成一些骨骼的问题。
2). 营养因素。营养可以直接影响骨骼的健康(如钙、磷、维生素D水平等),也可以通过影响动物的生长性能,从而间接影响骨骼的健康。
3). 鸡本身的健康状态。鸡随着年龄的增大,会出现器官衰竭、营养吸收利用率的变化、激素分泌水平的变化(尤其是蛋鸡),从而来带骨骼健康的问题,比如骨质疏松症
4). 疾。股骨头坏死、骨质疏松症等骨骼疾病会直接影响骨骼健康;同时,球虫病、坏死性肠炎等疾病呢,则会间接通过影响营养吸收利用,从而影响骨骼健康。
5). 环境管理。鸡的活动空间可以直接影响骨骼健康;同时,环境管理能通过影响疾病的发生、营养吸收利用来间接影响骨骼健康。


· 美国常见的家禽骨骼问题?
崇霄:  蛋鸡的「骨质疏松」是大家非常关注的一个问题。由于现代基因选育,蛋鸡的产蛋量非常高,而蛋壳中的钙很大一部分来自于骨骼中储存的钙,因此产蛋量一上去,蛋鸡的骨骼压力就特别大,从而导致骨骼质量变差。
另一方面,由于美国蛋鸡产业正在(在动物保护组织的压力下被迫地)逐步由「笼养」转变成「放养」,而在放养环境下,蛋鸡的活动空间变大了,发生骨折的情况会更多,这也是一个需要解决的具有挑战性的问题。
在肉鸡中,由于很高的生长速度,骨骼常常没办法与之相匹配,从而会造成一些腿病问题。另外,肉鸡「股骨头坏死也是一个很有意思的问题。

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🔗  加州刚刚通过新法案,要给猪和鸡住“大房子”...这,真的好吗?

· 有哪些营养手段可以调控家禽骨骼健康?
崇霄传统来讲,提供足够的钙、磷、维生素D,并保证钙磷比例当然是很重要的营养手段。
而从我自己的研究发现来看,骨骼早期营养非常重要。话说蛋鸡的骨骼发育非常有意思,它的骨骼在产蛋之前会停止发育,因此在产第一颗蛋之前是它骨骼发育的高峰期,而在产蛋期间,骨骼是没有什么变化的。所以,在产蛋之前打造非常强壮的蛋鸡骨骼是一个思路。
另外呢,还有一些尚未应用、还在研究中的理论,比如说 --- 
1). 在肉鸡的「0到两周龄」期间提高钙磷水平,而在两周之后减少或者保持比较低的钙磷水平,整体上来说并不会影响骨骼的生长和健康。
2). 由于蛋鸡的骨骼在产蛋前停止发育,因此可以用「延后开产时间」的方法(通过控制光照或者营养调控方法)来给予蛋鸡足够的时候发育骨骼,最终达到延长产蛋周期的效果。

扩展阅读
水平对北京肉鸭胸骨的影响: 
🔗 营养快报 | 肉鸭长得快,胸骨不够硬,怎么破? 

· 展开聊聊您的研究吧!
崇霄我的博士和博士后实验围绕骨骼健康这个主题,涵盖了不同的方面,从细胞实验、胚胎实验、到动物实验,同时也做过数据建模实验和方法学的探索。
1). 细胞实验:我们用鸡的「成骨细胞」作为实验模型,来测试维生素D在成骨细胞中的作用。我们知道,维生素D可以减少「骨骼吸收」,但在成骨细胞中,是否能够促进其发育呢?这个实验让我们发现了一个意料之外的结果 --- 维生素D的作用和细胞发育的阶段有着很大的关系:早期起到抑制发育的作用,在晚期则是促进发育的作用。
2). 胚胎实验:给胚蛋注射维生素D vs. 25-羟基维生素D,看它们对于胚胎发育的影响。数据显示,这两个形式的维生素D都可以促进骨骼生长、促进脂肪发育,但是会减少肌肉的发育。

胚蛋注射 (引自Chen et al., 2021)

3). 动物数据建模实验:我们从头到尾养了一批蛋鸡 (95周!),每周取样,测量骨骼发育的相关指标。结果发现,在产蛋前期和产蛋高峰期,骨骼的变化非常剧烈,矿物沉积特别明显;同时也验证了骨骼的体积在产蛋前达到最高峰

4). 动物实验:再来一个95周的实验 --- 我们在蛋鸡日粮中添加维生素D vs. 25-羟基维生素D,看看它们如何影响蛋鸡的骨骼健康和产蛋性能。有意思的是,我们发现「25-羟基维生素D」可以在产蛋前提高骨骼体积(但是并没有提高骨骼密度) --- 由于体积变大,导致骨骼中产生很多空洞,为后期钙盐沉积提供了更多的空间,从而促进了骨骼健康。 
现在我们正在做一个后续实验 --- 在添加25-羟基维生素D的同时,提高钙磷比例,看看是否骨骼体积和骨骼密度都能有所改善。
图片显示为不同处理对于皮质骨中孔隙空间大小的作用,红色代表孔隙空洞;D = vitamin D3 at 2,760 IU/kg; DD = vitamin D3 at 5,220 IU/kg; 25D treatment = vitamin D3 at 2,760 IU/kg + 25-OH-D at 2,760 IU (69 μg)/kg.(Source: Chen, et al., 2020)

扩展阅读:


📖 细胞实验:Role of 1,25-Dihydroxyvitamin D3 on Osteogenic Differentiation and Mineralization of Chicken Mesenchymal Stem Cells

🔗  https://doi.org/10.3389/fphys.2021.479596


📖 胚胎实验:Role of 25-Hydroxyvitamin D3 and 1,25-Dihydroxyvitamin D3 in Chicken Embryo Osteogenesis, Adipogenesis, Myogenesis, and Vitamin D3 Metabolism

🔗 https://doi.org/10.3389/fphys.2021.637629

📖 动物实验#1: Role of long-term supplementation of 25-hydroxyvitamin D3 on laying hen bone 3-dimensional structural development

🔗 https://doi.org/10.1016/j.psj.2020.06.080


📖 动物实验#2: Role of long-term supplementation of 25-hydroxyvitamin D3 on egg production and egg quality of laying hen

🔗 https://doi.org/10.1016/j.psj.2020.09.020


· 维生素D和钙磷推荐水平?


崇霄我没有一个具体的数字,但是可以分享一下思路:若要提高维生素D的水平,一定要考虑钙磷的量,不能以维生素D代替钙磷;想要打造健康骨骼,延长蛋鸡产能周期,在提高维生素D水平的同时,要适当提高钙磷水平;另外,一定要注意蛋鸡育成期的早期骨骼营养


· 评估骨骼健康的方法?


崇霄

常用的方法:骨灰分分析、骨骼强度分析、病理切片;
观察类的: 跛行腿病的评分(比如前一阵子我们用「压力传感器」来测量鸡行走的方式)
放射学分析:比如「双能射线断层扫描」(CT)显微断层扫描(micro-CT)、新生骨骼标记。
另外,有的仪器可以直接测活鸡骨骼弹性, 用「陀螺仪」可以测量相关行为学, 使用「景深摄像机」来评分行走方式等等,这些都是试验阶段的一些新方法。

· 介绍下Micro-CT技术在骨骼健康中的运用?


崇霄Micro-CT就是「显微断层扫描」,是一种3D射线扫描方法,它的精度非常高(缺点是能扫描的面积很小,还只能对付鸡翅鸡腿)。它可以建立骨骼3D模型,从而让我们了解骨骼结构是如何分布的,在哪些地方会有孔隙、在哪些地方会有连接,都能得到比传统分析方法更为具体的答案。通过3D结构模型,还可以更好地了解骨骼疾病(比如骨质疏松,比如为什么有些地方容易骨折...)
micro-CT方法目前在家禽上的研究用的很少,除了机器价格昂贵之外,一大限制是它无法分离出鸡骨头的每一个部分。而我们通过做了一个"小程序",让每一个部分的骨骼的分离和分析变为可能。
(通过Micro-CT 分离出不同骨骼结构)

扩展阅读:

崇霄刚发表了一篇名为《Micro-CT技术在蛋鸡骨骼分析中的运用》的综述 ⬇️ 

The application of micro-CT in egg-laying hen bone analysis: introducing an automated bone separation algorithm. Poultry Science 99:5175-5183. 

🔗 https://doi.org/10.1016/j.psj.2020.08.047

· 家禽骨骼健康研究的缺口在哪里,未来的研究方向?

崇霄:
1). 肉鸡的股骨头坏死是当前的热点话题。大型肉鸡的死淘有很大一部分是由于股骨头坏死造成的,它是由于股骨头产生了微创,细菌对微创进行了感染,从而造成坏死。这些存在于股骨头的细菌也可能会在屠宰加工过程中,造成潜在的食品安全隐患。
有意思的是,细菌从哪里来?是怎么在血液中生存下来的?它们如何到达骨骼?为什么这些细菌没有引发足够的免疫反应?还有很多问题亟待解答。
其中一个比较流行的理论是 --- 肠道破损导致细菌通过血液转移到这些具有微创的骨骼,因此,骨骼健康和肠道营养息息相关。尤其当禁抗、无抗后,肠道健康是一个很大的挑战;而未来可能会有更大型的鸡品系出现,这个问题就会越来越突出。
2). 对于蛋鸡来说,让产蛋周期更长一些、达到更高的经济效益,是目前研究的重点。现在有一些比较有意思的研究,比如延后产蛋、让骨骼充分发育;利用添加剂来提高早期蛋鸡的骨骼质量等。
3). 骨骼健康与动物福利之间的关系 --- 现在有很多消费者特别担心鸡到底生活的好不好,会不会痛苦?所以关于骨骼与疼痛,目前也有研究在开展,研究关键在于鸡是否能感受到疼痛? 如何评估鸡的福利?
4). 上面提到过的关于「钙磷」的研究 --- 是否可以通过提高早期钙磷、降低后期钙磷水平来保持骨骼健康、降低饲料成本?

不同程度股骨头坏死形态。A. 正常股骨头;B. 股骨头分离(FHS);C. 股骨头分离、生长板分裂;D. 股骨头骨折

(Zhang et al., 2019 🔗 https://doi.org/10.3382/ps/pey474

扩展阅读:

Poultry Femoral Head Separation and Necrosis: A Review

🔗  https://doi.org/10.1637/11082-040715-Review.1


· 补充?


崇霄总结一下吧,骨骼健康在家禽生产扮演这重要的角色 --- 骨骼不仅仅是一个重要的支持性器官,肩负着保证生产性能、保证产蛋的重要作用,同时,骨骼作为一个免疫器官,它在疾病产生中的作用也不能忽视,而这方面的研究还非常少。希望行业多关注骨骼健康的研究~!


· 最喜欢的书?


专业书籍:

Avian Physiology 《鸟类生理学》(编辑:Colin G. Scanes)
Scott's nutrition of the chicken 《家禽营养》(作者:S. Leeson & J. D. Summers)
The Merck Veterinary Manual《默克兽医手册》(作者:Merck)

非专业书籍:

Gordon Ramsay《一个厨师的自传》(喜欢各种自传,特别喜欢Gordon Ramsay的)



· 是什么使成功的行业精英与众不同?


崇霄
1)建立自己的人脉关系,勇敢地去和别人交流;
2)对于生活在美国的中国人,要在学习美国文化的同时更好地了解自己的文化,让世界更了解我们国家的发展和变化。
- End - 


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