饲料中添加矿物微量元素可补充畜禽所需营养的不足，对动物机体具有重要的生理作用。适量的矿物微量元素可有效提高饲料利用率，并参与体内蛋白质、激素和维生素等物质的合成，影响动物生理健康[1-2]。饲料中重金属元素通常指密度大于4.5 g/cm3的金属元素，不同饲料中各重金属元素的含量差异较大。有研究分析吉林、黑龙江和辽宁不同规模养殖场的畜禽饲料，发现不同饲料中的金属锌平均质量分数差异较大；在猪饲料中分别为209.35、120.00、117.58 mg/kg，在牛饲料中分别为116.73、120.26、134.04 mg/kg，在鸡饲料中分别为95.51、77.59、97.23 mg/kg[3]。朱建春等[4]对陕西省64个大型猪场的猪粪和饲料进行研究，发现饲料中铜的平均质量分数为38.33~805.61 mg/kg，锌的平均质量分数为90.69~1 208.19 mg/kg。徐国茂等[5]研究表明，水产养殖场中通常采用铬、铅、汞作为饲料添加剂。郑江平等[6]调查结果显示，广西养殖场的猪饲料中铜的质量分数为159.4 mg/kg，锌的质量分数为238.2 mg/kg。金属元素添加不当或过度使用均可对动物生理健康造成极大危害，引起相关代谢过程和信号转导通路出现异常，或导致机体生理功能发生紊乱，严重影响禽畜产品的质量安全[7]。文章旨在探讨过量金属元素对动物机体健康的影响以及毒性作用机制，为生产中适量添加微量元素、提高饲料品质提供思路。1重金属元素的特性饲料中常见的重金属微量元素包括铜、铁、锰和镍，可作为多种蛋白质和酶的辅助因子，在体内中发挥重要的生物学作用[8]。但是，这些金属化合物非常稳定、降解困难、半衰期长、保留时间长，过量添加可严重影响动物的生长[9]。重金属易在动物体内蓄积，不易排出体外，在机体内到达一定阈值后，机体发生功能性病变，引发疾病。过量的金属元素会破坏动物的DNA，降低酶的活性，导致动物发育迟缓或停止，降低动物的存活率和捕食防御能力，使动物数量下降，影响物种丰富度和生物多样性[10-17]。2过量金属元素对动物的生理毒性2.1过量金属元素对机体组织的毒性在血液的循环作用下，重金属结合体内蛋白运输至全身各个器官，对机体的组织器官造成损伤。过多的金属元素可导致机体中毒，引发肝脏疾病甚至衰竭，危害机体健康。镉诱导金属硫蛋白（MT）形成，MT反作用于镉在动物机体中的消化吸收、转运、排泄和累积等过程[18]。镉诱导的MT能够在机体内形成Cd-MT复合物，降低细胞内的Cd2+浓度，但大部分的Cd-MT复合物运输至肾脏后被肾小管重吸收，在溶酶体的降解作用下，释放Cd-MT复合物中的Cd2+，增加游离态的Cd2+浓度，导致机体内镉蓄积，对肝脏产生毒性作用。Andjelkovic等[19]研究表明，大鼠组织中测定的镉浓度与给药剂量相关，口服30 mg/kg镉的大鼠肝脏中的检测得到镉的浓度是口服15 mg/kg镉的2倍。Martiniakova等[20]通过体内模型证明，急性腹腔注射浓度超过5 mg/L的镉会引起骨密度（BMD）的变化，镉促进骨吸收后会导致骨中有机物和矿物质含量的减少。镉的主要损伤机制为直接抑制骨形成，刺激骨吸收，影响成骨细胞和破骨细胞的活性，取代羟基磷灰石晶体中的钙。2.2过量金属元素对免疫系统的毒性过量金属可导致动物胸腺细胞坏死或凋亡，引发胸腺病理性萎缩，降低机体免疫力，导致严重的免疫缺陷或自身免疫疾病。小鼠摄入镉和铜后，胸腺中细胞的增殖受到抑制，CD4+T、CD4+细胞的增长和IFN-γ、IL-2和IL-4因子的分泌受到显著抑制，细胞比例失衡，胸腺发生明显损伤，影响机体免疫[21]。机体摄入高剂量的铅，短期内即可损伤胸腺等免疫器官，而低剂量的铅长期暴露也会产生毒性，导致自身免疫疾病[22]。大量砷暴露在免疫球蛋白M（IgM）反应中，减少白细胞迁移，损害骨髓中细胞成熟，严重损伤动物的免疫功能[23]。2.3过量金属元素对动物繁殖的毒性过量金属元素能够损伤动物的生殖系统，导致生殖细胞凋亡、睾丸间质细胞形态异常、破坏血-生精小管屏障等。过量金属元素对动物繁殖有较强的毒性作用，影响动物遗传和生产。Lockye等[24]研究发现，线粒体超氧化物歧化酶（SOD）活性随镉浓度的增加而降低，从而导致氧化损伤。铅可诱导卵巢颗粒细胞中促凋亡基因p53和Bax的表达，同时抑制抗凋亡基因Bcl-2的表达，导致卵巢颗粒细胞凋亡，抑制胚胎的正常发育。铅能够干扰和阻碍精子的发育和成熟，对精子产生直接毒性。2.4过量金属元素对生产性能的影响过量金属元素会导致动物采食量和饲料利用率的下降，严重危害动物的生产性能。铅会导致仔猪腹泻、厌食甚至惊厥，从而减缓仔猪的生长。采用添加镉和铅的日粮饲养产蛋鸡，产蛋量和蛋重显著下降，且高镉和高铅浓度组中蛋鸡的体重显著低于低浓度组[25]。在肉仔鸡日粮中添加45 mg/kg的镉，肉鸡生长速度减缓[26]。对淡水鱼进行60 d饲养试验，镉会降低饲料利用率和淡水鱼的生长率，镉浓度在10 mg/L时可导致死亡，且随着浓度的增加，致死率上升[21]。3过量金属元素的毒性作用机制3.1体内信号通路的改变过量金属元素通过调控凋亡通路信号，从而诱导细胞的凋亡和坏死。铅可以诱导小鼠的胸腺细胞凋亡，促进p53基因在小鼠胸腺细胞中的表达，提示p53可能是一种调控因子[27]。Wu等[28]研究表明，细胞凋亡与Fas表达呈线性正相关，三丁基氯化锡（TBTC）诱导胸腺细胞凋亡可能是通过Fas表达介导的。Hanson等[29]研究表明，动物产前镉暴露可导致Sonic Hedgehog和Wnt/β-catenin信号通路异常，从而改变子代胸腺细胞的发育，影响子代的健康水平。3.2机体氧化应激过量金属元素会引起动物肝脏、肾脏、心脏、睾丸等发生氧化应激，从而导致机体氧化损伤，影响动物健康。镉通过消耗抗氧化剂酶和硫醇化合物，如谷胱甘肽（GSH）、维生素C和维生素E，并结合巯基产生超氧化物阴离子、过氧化氢和氢氧自由基，降低抗氧化酶的活性和机体清除自由基的能力，从而诱导动物脾脏和胸腺中活性氧自由基（ROS）水平升高、GSH水平下降，进而导致氧化损伤[30-31]。Smith等[32]研究发现，通过研究体外模型的Saos-2成骨细胞，镉会增加ROS的形成，通过谷胱甘肽消耗脂质，造成过氧化作用。另外，镍可导致大鼠胸腺萎缩和胸腺淋巴细胞损伤，加重脂质过氧化[33]。3.3动物神经的损伤过量金属元素具有神经毒性，会干扰神经细胞和组织的正常表达，或引起动物神经系统退行性病变，导致动物机体严重损伤。镉虽然能提高幼体和成体鱼类的听觉阈值，提升生长速度，但会造成社交逃避行为，损伤感觉神经。镉的半致死浓度（LC50）水平约为27 mg/kg，与乙酰胆碱酯酶抑制有关，而鱼类大脑匀浆暴露于半致死浓度水平10 min后显示DNA损伤。成鱼和幼鱼中高剂量或慢性镉暴露可干扰动物的自然防御系统，导致神经系统损伤，并可能导致细胞凋亡[34]。在铅较低水平情况下（低于0.1 mg/kg），许多与神经系统发育相关的基因发生改变，鱼类发育早期γ-氨基丁酸（GABA）基因和蛋白表达增加，而鱼类孵化后GABA基因和蛋白表达减少[35]。汞影响神经元的发育，小鼠摄入高剂量的汞后，深层皮质靶细胞的聚集异常，多个区域的白质被破坏。损伤区域有大量的星形胶质细胞和少角胶质细胞，表明汞可对神经元的迁移造成影响[36]。4饲料中过量金属元素的危害4.1损害禽畜健康重金属主要包括镉、铬、汞、铅、铜、锌等，其中毒性较强的为汞、镉、铅、铬、砷。重金属来源复杂，不可自然降解，具有毒性大、生物富集性强等特点。过量金属元素进入动物体后，通过血液循环被输送到全身各个部位，一部分直接以原有形势沉积，一部分形成化合物，从而对机体产生不同损害作用。禽畜吸收过量金属将会严重损伤消化道，继而造成中枢神经系统、肝脏及肾脏等组织器官的损伤[33]。4.2金属富集危害人体健康动物采食被过量金属污染的饲料后，一部分过量金属随粪便排出体外，一部分被机体消化吸收。被吸收的金属元素与动物体内富集，进而通过食物链被人体吸收，导致人体金属含量超标，损害人体健康。同时，粪便排出体外后，作为有机肥使用于农田作物，容易造成土壤的再次污染，形成循环性污染[37-38]。5结论过量金属元素对动物的免疫、繁殖、生产性能等方面均具有毒性作用。对过量金属元素的毒性及作用机制将不断深入和系统化，以更加准确地掌握和控制过量金属元素的危害作用，防治过量金属元素中毒，提高饲料品质和动物健康水平。未来，应不断完善饲料质量安全相关法律法规，制定相关监测指标及各种金属元素用量的限制范围；加大对饲料生产企业生产环节的管理和监督；监测禽畜产品中的过量金属元素，严禁不合格产品进入市场，提升畜禽及其产品质量。在畜禽生产中，严格控制饲料添加剂的使用剂量，规范饲料的生产工序，是有效防治饲料中产生过量金属、降低畜禽生产危害的重要手段。依据相关法律法规，强化饲料质量安全宣传，向饲料生产企业、经销商及养殖户普及添加过量金属的危害，提高守法意识。