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代替体内实验？体外仿生消化系统给你答案！

萌宠菠菠乐园
2024-08-19 18:45

本文由宠物科学研究院2023级研究生同彤投稿

为什么父母养的狗会比我们自己养的胖很多呢？

图/Pexels

宠物粮选择的重要性

这当然是食物的消化吸收不太一样。

狗狗吃的过多，营养过剩会导致肥胖症、高脂血症、糖尿病和心血管疾病等疾病的发病率升高。

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犬体内的6大营养素包括碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、水和无机盐。如果营养素比例不当、代谢异常，会导致犬出现营养代谢病[1]。

图/Pixabay

犬粮选择不当可能会造成宠物犬肥胖、糖尿病、结石等代谢疾病的频繁发生，严重威胁犬的健康[2]。

图/Pexels

想要预防这些疾病首先就要从食物入手，吃什么决定了狗狗的健康。

体外仿生胃肠道模型

如何测定一款成分对犬营养物质表观消化率、抗氧化能力和肠道菌群的影响呢？

传统方法大多采用全粪法[3]进行采集并测定，但是这样采集周期长，耗时费力。

图/宠物科学研究院全粪法测定消化率

另外我们的动物们实在是太可爱了，如果能不用它们去做这些实验是最好的。所以，问题的关键是我们能不能建立一个非常有效的猫、犬仿生系统来替代动物实验，这样能大大提高检测效率。

图/Pixabay

因此体外仿生胃肠道模型[4]应运而生，这是一种对人体或动物的消化道及其消化环境、消化道内的流体动态行为等进行模拟的装置。与体内试验相比，不仅能部分甚至完全替代体内活体试验，还可以缩短试验周期、节约成本、提高结果重复性。

体外仿生消化系统又分为静态模型和动态模型，国际食品消化联盟于2014年提出了标准化的INFOGEST静态体外模型[5]，自提出以来在世界范围内广泛引用。

INFOGEST 2.0消化法的流程图图/参考文献5

单胃仿生消化系统

静态模型虽然简单、廉价，但是其并不能完全模拟动物体内消化时的肠道蠕动收缩、pH等的动态调节、流体动力学以及消化物的胃排空等动态过程。

因此，一种具有可以模拟胃和肠道内环境、自动排空、可运动、消化液连续分泌等更为复杂、更接近真实体内环境的动态体外仿生胃肠道模型——单胃动物仿生消化系统（型号SDS-III）以仿生法为手段[6]，以重演性、可加性满足生产要求，以等效采用酶水解总能（EHGE）值替代有效能值为目标，以建立科学、快速、简易的犬消化率路线。

图/宠物科学研究院 SDS-Ⅲ 单胃仿生消化系统

设备内部

图/宠物科学研究院 SDS-Ⅲ 单胃仿生消化系统操作页面

宠物科学研究院通过单胃仿生消化系统研究犬体内胃肠道消化的过程，进行比格犬体外消化率的测定。

首先将样品粉碎过筛，然后做上机前的准备工作，配置好胃、小肠、大肠缓冲液。

然后将处理好的透析袋横穿并固定在模拟消化器上，模拟消化器中透析袋内视为胃、小肠、大肠的内环境（消化环境），透析袋外视为毛细血管体液环境（吸收环境）。加入样品，根据犬的体内环境设置好参数，期间分别加入胃、小肠、大肠消化液。消化结束后将消化残渣转移至培养皿并烘干至恒重，脱脂后用氧弹热量计进行测定。

最后，依据公式：计算出干物质能值及酶水解物能值，从而算出体外消化率。

经过测定样品的体外消化率范围在75%~81%之间，与真实比格犬的体内消化率81.92%（均值）之间存在差异，由于酶活单位不同，目前仿生消化系统正处于优化阶段。

图/宠物科学研究院犬体内体外能量消化率对比

此次实验通过体外仿生消化系统测定了犬体外消化率，从而为犬的消化机制研究、评价和开发宠物犬食品提供重要的技术支持和科学依据。

参考文献：

[1].Di Cerbo A, Morales-Medina JC, Palmieri B, et al. Functional foods in pet nutrition: Focus on dogs and cats. Res Vet Sci. 2017;112:161-166.

[2].杨晓斌,李瑞国,妥强,等.饲粮中添加壳寡糖对犬营养物质表观消化率、抗氧化能力和肠道菌群的影响[J].动物营养学报,2023,35(01):611-622.

[3].Dreher ML, Dreher CJ, Berry JW. Starch digestibility of foods: a nutritional perspective.Crit Rev Food Sci Nutr. 1984;20(1):47-71.

[4].伍鹏,陈晓东.体外仿生胃肠道模型的开发与应用[J].科学,2022,74(04):21-25+4.

[5].Brodkorb, A., Egger, L., Alminger, M. et al. INFOGEST static in vitro simulation of gastrointestinal food digestion. Nat Protoc 14, 991–1014 (2019).

[6].李辉,赵峰,计峰,等.仿生消化系统测定鸭饲料原料代谢能的重复性与精密度检验[J].动物营养学报,2010,22(06):1709-1716.

一

宠物科学研究院简介

赣州大健康宠物科学研究院（以下简称“研究院”）是在赣州市人民政府的大力支持下，联合赣南创新与转化医学研究院、赣南医科大学、华中农业大学动物医院、中国中小企业协会以及全国农业科技创业创新联盟共同组建的一所宠物行业高端生物医药新型研发机构。

研究院致力于推动全球宠物行业高质量发展和满足宠物健康重大需求，开展创新技术研究以推动宠物行业及相关产业快速发展，旨在破解制约全球宠物大健康领域发展的瓶颈——科技创新，打造国内外知名的宠物科技创新标签，并激活宠物行业发展内生动力。研究院始终围绕国际宠物科技前沿重大需求，聚焦于宠物科技发展战略、科技和创新发展政策，汇聚国内外宠物行业优秀人才，打造宠物行业人才、技术、资源聚集的核心阵地、国际一流宠物科技创新发展示范区，打造全球宠物大健康产业的科技力量，提升人和宠物的健康福祉，努力成为全球宠物科学技术和创新发展政策思想引领者。