스크랩 말의 소화생리와 영양 ( 천하제일사료 )

[델타포스(이일형)]

말의 소화생리와 영양 ( 천하제일사료 특수가축팀장 이일형 부장 )

1. 초식동물의 생존전략

발효를 전문적으로 하는 발효동물은 두가지의 생존전략으로 진화되어 왔다. 이 둘 사이의 주요한 차이점은 발효탱크의 위치가, 위장와 소장의 앞에 있는가? 뒤에 있는가? 하는 점이다. 전방 발효동물 ( 반추동물 )들은 식도와 진위 사이에 여러개의 구획으로 나누어진 큰 소화기관을 갖고 있다. 이들 전방 발효동물은 발효를 지탱하는 매우 복잡한 생태계를 갖고 있다. 이러한 반추동물에는 소와 양 그리고 사슴이 있다.

대장 ( 맹장, 결장 ) 소화동물로 알려진 후방 발효동물은 위장과 소장은 개와 사람의 그것과 비슷한 반면에, 발효가 일어나는 대장은 복잡하고 예외적으로 크다．대장 발효동물에는 말과 토끼가 있다.

소의 제1위와 말의 맹장 내에서 발효처리되는 과정과 그 생산물은 본질적으로 동일하다. 그러나 소장과 관련하여 볼때 발효탱크의 위치는 동물의 생리와 영양에 대해서 매우 중요한 암시를 내포하고 있다. 이들 사이에 유사점과 차이점은 다음과 같이 요약할 수 있다.

1) 셀룰로오스에서 에너지를 빼내서 효율적으로 소화할 수 있는 기능

    -전방 발효동물과 후방 발효동물 둘다 모두 갖고 있다.

2) 사료내 단당류 ( 헥소스 ) 공급원을 직접 활용할 수 있는 능력

    -전방 발효동물은 없으나, 후방 발효동물은 있다.

3) 발효 미생물로부터 단백질을 활용하는 능력

    -전방 발효동물은 있으나, 후방 발효동물은 없다.

모든 동물의 소장은 단당류와 아미노산을 흡수할 수 있는 유일한 소화기관이다. 반추동물은 사료 전분을 활용할 수 있으나, 포도당( 글루코스 )은 거의 흡수되지 않는다. 오히려 전분과 기타 가용 탄수화물은 전방 발효동물 체내에서 휘발성 지방산으로 발효된다. 소장으로 들어간 소량의 전분은 전분 소화효소인 아밀라제가 상대적으로 부족하기 때문에 소화율이 나쁘다.

이와 반대로 말에게 급여한 전분은 아밀라제와 말타아제에 의해 소장 내에서 포도당으로 소화되며, 포도당은 상피세포를 가로질러 혈액내로 흡수된다．단백질과 관련해서 보면, 발효탱크의 미생물 균체는 고품질 단백질의 주요 공급원이 된다.

반추동물에서 이 미생물은 위장와 소장 내로 흘러 들어가서 거기서 아미노산과 작은 펩타이드로 소화 흡수된다. 말의 발효탱크는 소장 뒤쪽에 있기 때문에 모든 균체단백질은 활용되지 못하고 낭비된다．이렇게 볼때 전방발효동물과 후방발효동물 둘다 매우 성공적으로 진화해 왔음을 알 수 있다. 이들 2가지 전략은 각각 장점과 단점을 갖고 있으며, 이것은 이들 동물에게 특징적인 질병의 소인을 제공하기도 한다．

2. 말의 소화기능

말을 비롯한 되새김질을 하지 않는 비반추 초식동물은 되새김질을 하는 반추동물과 똑같은 방법으로 셀룰로오스와 기타 발효가능한 기질을 이용하지만, 위장과 소장의 부피가 작기 때문에 대장에서 발효를 실행한다．특히 토끼와 설치류 또한 초식동물로써 후방발효 생활양식을 채용하고 있다．

1) 말의 위장관 구조

말은 한개의 위를 갖고 있으며, 말의 위장과 소장은 단위동물의 그것과 비슷하다. 그러나，말의 대장은 대부분 다른 동물의 그것과 비교할 때 대단히 크고 복잡한 구조를 갖고 있다．소장은 회맹구 ( 돌막창자구멍 )을 통하여 섭취물을 맹장에 보낸다．맹장 또한 맹결구 ( 막잘룩창자구멍 )이 있어 그 내용물을 결장 ( 잘룩창자 )으로 흘려 보낸다. 이 결장은 거대하며, S자의 여러 겹으로 겹쳐져 있어 구불창자라고도 불려지는데 아래와 같은 부위로 나누어 진다.

- 상행결장 ( 오름 잘룩창자, 큰 잘록창자 )

- 횡결장    ( 가로 잘룩창자 )

- 하행결장 ( 내림 잘룩창자, 작은 잘룩창자 )

맹장과 상행결장은 주머니 ( 낭 )를 만들어 주는 평활근 ( 민무늬 근육 ) 띠를 갖고 있다. 하행결장은 골반의 입구에서 직장이 된다．결국 해부학자들이 말의 대장 부위를 맹장, 배쪽 결장, 등쪽 결장, 하행결장으로 나누어 구분하였다.．

2) 대장의 운동

말의 대장의 운동은 다른 동물의 그것과 같은 기본적인 기능 즉, 섭취물을 섞어주고, 머물러 있게 하고, 앞으로 밀어내게 한다. 맹장의 운동은 팽대가 번갈아 가면서 줄어들고 펴지는 수축활동을 하면서 섞어준다. 또한 2~3분 마다 강하고 큰 운동으로 수축하여 맹장 내용물의 일부를 맹결구 ( 막잘룩창자구멍 )를 통하여 하행결장으로 보낸다.

상행결장 내에서는 섭취물을 효율적으로 혼합해서 이것을 점막에 노출되게 하여, 물과 전해질 및 발효를 통해서 생산되는 휘발성지방산을 흡수하게 도와주는 분할운동과 팽대수축운동이 일어난다.

연동운동 ( 꿈틀수축운동 )은 이에 대항하는 항 연동운동과 병행해서 일어나는데, 항 연동운동은 추가적으로 더 혼합을 해주는 기능을 하며, 결장을 가로질러 나가는데 걸리는 전체적 통과시간은 2~3일 정도로 오래 걸린다. 하행결장 내에서 주된 운동경향은 연동운동 ( 꿈틀운동 )과 분절운동 ( 분할운동 )이다. 분할수축운동은 말에서 특징적으로 관찰되는 공모양의 분변형성을 돕는다．

3) 말의 대장내의 생리와 발효

말의 위장과 소장의 소화기능은 다른 단위동물과 거의 비슷하게 일어난다．사료 단백질은 소화되어 아미노산으로 흡수되며 물에 녹는 가용탄수화물의 많은 부분은 가수분해되어 소장 내에서 단당류로 흡수된다. 셀룰로오스는 분자가 변하지 않고 원래 상태대로 소장을 빠져 나간다. 이 식물성 세포벽 물질은 결장 내로 들어가기 전에 부드럽게 부풀어진다.

전분과 기타 가용 탄수화물과 함께 셀룰로오스와 헤미 셀룰로오스 같은 구조 탄수화물 ( 세포벽 물질 )은 소장에서 소화되지 못하고 대장으로 흘러 들어가서 거기에서 발효된다. 말을 포함한 후방 발효동물의 대장은 반추동물의 제1위와 비슷한 발효체계를 가지고 있다.

대장에서 일어나는 발효과정은 반추동물의 제1위에서 일어나는 그것과 본질적으로 동일하다．가장 중요한 것은 말은 초식동물로써 생존해 왔기 때문에 다량의 휘발성 지방산을 생산하여 맹장과 결장의 상피세포를 통해 흡수되어 사용될 수 있도록 몸 전체로 배부된다. 반추동물과 말의 중요한 차이점은 말의 대장에서 생성되는 다량의 균체 ( 미생물체 ) 단백질이 상당량의 아미노산으로 흡수될 기회가 없기 때문에 낭비된다는 점이다.

3. 기초적 발효 화학

반추동물의 제1위와 후방 발효동물의 대장 내에는 막대한 수의 미생물이 서식하고 있는 방대하고 연속적 흐름의 발효체계이다．이 미생물과 그 발효과정은 초식동물에게 무엇을 제공하고 있는 것일까? 셀룰로오스와 기타 기질을 소화하는 미생물은 아래의 3가지 주요기능을 제공한다.

1) 균체단백질 형태의 고품질 단백질의 합성

후방 발효동물은 이 기능을 이용할 수 없으나, 전방 발효동물인 반추동물은 박테리아와 프로토조아 ( 원생동물 )가 제4위 ( 주름위 )와 소장 내로 연속적으로 흘러 들어가서, 거기에서 소화 흡수된다. 모든 척추동물은 세포에서 합성할 수 없는 10개의 필수아미노산을 필요로 한다．반면에 발효 미생물은 모든 아미노산을 합성하여 그것을 숙주동물에게 제공해준다．

2) 비단백태 질소공급원으로부터 단백질 합성

발효미생물의 예를 들면 단백질을 합성하기 위해 요소를 이용할 수 있다．어떤 상황에서는 반추동물에게 저렴한 사료보충물로서 요소를 급여하기도 한다. 반추동물은 단백질 대사과정에서 만들어지는 요소를 침으로 분비하며, 이것이 제1위로 흘러들어가서 미생물을 위한 또다른 질소공급원 역할을 한다．

3) 비타민-B 그룹의 합성

포유동물은 비타민-B 그룹 중에서 2가지만 합성할 수 있기 때문에 나머지 비타민-B는 반드시 사료로 공급해 줘야만 한다. 발효미생물은 모든 비타민-B 그룹을 합성할 수 있기 때문에 결핍(부족)상태는 거의 없다.

3-1. 발효를 위한 기질

일부 예외를 제외하고 모든 사료 탄수화물과 단백질은 미생물발효를 위한 기질의 역할을 한다．초식동물의 결정적인 장점은 셀룰로오스와 식물 세포벽의 구성물질 로부터 효율적으로 에너지를 빼내서 활용하는 능력이다. 셀룰로오스 섬유소는 줄기와 잎 및 뿌리의 총건물량 중에서 40~50%의 비율을 차지한다. 이 섬유소는 공유원자가 교차결합된 헤미셀룰로오스와 석탄산중합체 ( 리그닌-탄수화물 복합체 )의 세포간질 내에 박혀서 쌓여있다.

셀룰로오스 그 자체는 포도당 분자가 다른 분자와 연결되어 있는 중합체이기 때문에 척추동물 소화체계에서는 이것을 소화를 시킬 수 있는 소화효소가 없다. 그러나 이들 소화효소는 미생물에 의해서 합성이 된다. 이와같이 반추동물의 제1위와 또는 후방 발효동물의 대장 내에 서식하는 박테리아와 원생동물의 다양한 균총은 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 소화하기 위해 필요한 모든 효소들을 생산한다. 이 처리과정에서 방출되는 포도당을 섭취하여 미생물이 대사를 시키며, 이러한 미생물의 대사부산물은 숙주동물에게 공급된다. 전분과 같은 가용탄수화물의 소화에서 얻어진 당류도 이와 유사하게 처리된다．

3-2. 발효생산물

발효는 공기가 존재하지 않는 혐기성 조건에서 일어난다．그 결과 당류는 주로 휘발성 지방산으로 대사되며, 부가적으로 젖산과 이산화탄소 및 메탄을 생산한다．휘발성 지방산은 아세트산, 프로피온산, 낙산으로 이루어져 있으며, 이것은 모두 대다수의 초식동물의 에너지원으로 공급된다．이들 휘발성 지방산의 비율은 사료원료에 따라 다양하며, 이중에서 아세트산은 항상 가장 많은 비율로 생산된다. 섬유소가 높은 사료에서 생산되는 아세트산, 프로피온산, 낙산의 분자량의 비율은 대략 각각 70%：20% : 10% 정도이다.

앞에서 언급한 것과 같이 단백질은 발효를 위한 중요한 기질이다．후방 발효동물에서 사료단백질의 많은 부분이 소화되고 대장의 앞부분에서 흡수되지만, 반추동물에서는 모든 사료단백질은 제1위내로 들어간다. 이 다량의 단백질은 미생물 단백질 분해효소인 프로테아제 ( Proteases )와 펩티다제 ( Peptidases )에 의해 소화된다．그 결과 생성되는 아미노산 화합물인 펩티드와 아미노산은 미생물에 의해 사용되어 미생물 단백질 합성을 포함한 여러가지 대사 회로에서 사용된다．그러나 발효 미생물들이 섭취한 다량의 아미노산은 가수분해되어 일부는 탄수화물 대사와 동일한 대사과정을 거친다.

그 최종 결과는 사료단백질의 많은 부분이 휘발성지방산 ( VFAs )으로 대사된다. 숙주동물의 견지로 볼때 분명한 것은 VFAs는 발효의 중요한 산물이라는 것이다. 이들 작은 지방산은 많은 목적을 위해 사용된다. 그러나 초식동물에게 VFAs의 최고의 중요성은 그것이 흡수되어 에너지 생산을 위한 주요한 연료의 역할을 한다는 점이다.