Корма и кормовые добавки

15.05.2015

Управление активностью рубцовой микрофлоры — путь к здоровью коров

Задача молочного хозяйства — получить высокую и стабильную молочную продуктивность на различных стадиях лактации без снижения основных параметров здоровья животных. Известно, что судьба продуктов окисления крахмала и далее глюкозы корма определяется активностью микробиоты рубца. В идеале активность целлюлолитиков при накоплении органических кислот и снижении pH в рубце снижается. В процессе утилизации пула кислот и прежде всего молочной кислоты pH возрастает, и активность целлюлолитиков вновь повышается. Однако неприятность в том, что группа бактерий, расщепляющих крахмал (Bacteroidetes), достаточно многочисленна (10–11%) и «работает» в широких интервалах pH. Так же активно глюкоза используется лактат-синтезаторами (Lactobacillaceae) с образованием лактата. В то же время активность группы бактерий — лактат-утилизаторов (Veillonellaceae), использующих лактат с образованием пропионовой кислоты, невысока. Именно по этой причине образуется избыток лактата в рубце и возникает накопительный ацидоз. В оптимальных условиях в рубце коровы молочная кислота отсутствует, то есть она практически полностью перерабатывается в пропионовую кислоту, которая является основным источником глюкозы, получаемой в процессе глюконеогенеза в печени (табл. 1).

Таблица 1

Влияние различных прекурсоров на синтез глюкозы печенью коровы в различные периоды сухостоя и лактации, %

Однако получить такую картину на практике в условиях избытка крахмала в рационе невозможно, если не использовать какие-либо управляющие воздействия на группу лактат-утилизаторов.

Рис. 1. Противоположно направленные пути гликолиза и глюконеогенеза в печени

Рис.2. Превращение пропионата в сукцинил-СоА, который затем может превратиться в фосфоенолпируват и в конечном счете — в глюкозу (Основы биохимии Ленинджера, т. 2. М., 2013. С. 68)

Если рассматривать путь глюконеогенеза (рис. 1), то становится понятным, почему пропионат как прекурсор глюкозы для коров наиболее важен. Превращение пропионата в сукцинат (янтарная кислота), а затем в малат (яблочная кислота) приводит к последующему образованию оксалоацетата и глюкозы. Надо полагать, что избыток концентратов в рационе коровы гарантированно вызывает молочнокислый ацидоз и способствует избыточному образованию пирувата (пировиноградная кислота), активации глюконеогенеза. Однако в этих условиях оксалоацетат лимитирует скорость утилизации пула ацетата и создает дефицит энергии в системе глюконеогенеза. То есть та самая обменная энергия плохо реализуется в процессе анаболизма. Известно, что при избытке концентратов обычно наблюдается четко выраженный синусоидный суточный цикл образования молока, что как раз и объясняется значительными изменениями уровня глюкозы. Пропионатный путь получения глюкозы является в какой-то степени «шунтовым», так как создает избыток оксалоацетата, необходимого для восполнения дефицита энергии. Таким образом, основная проблема заключается в том, что избыток крахмала, сахаров, белка создает высокую скорость гликолиза с образованием значительных объемов плохо реализуемого в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК) ацетата. Поэтому, если говорить о дисбалансе энергии, то надо иметь в виду именно регуляторную взаимосвязь пируват – ацетат (рис. 2), которая перестает функционировать в постоянном режиме. В этой связи необходимо внимательно рассматривать каждое предложение по увеличению молока. Если предлагаемый продукт метаболизирует с образованием дополнительного ацетата, все изложенные выше риски возрастают. Прежде всего потому, что вся система анаболизма в этих условиях создает дефицит глюкозы, а подтверждением этого является кетоз, то есть активный распад жиров по голодному сигналу. Это приводит, как известно, к жировому перерождению печени и снижению активности глюконеогенеза и глюкозы в крови. Сценарий дефицита глюкозы действителен для всего периода раздоя, и дефицит тем глубже, чем выше уровень молока в раздое. Совокупность понятия «отрицательный баланс» энергии включает также энергию креатин фосфата. Эффект рубцовозащищенных форм метионина и холина подтверждает важность системы трансметилирования для синтеза креатин фосфата у коровы в раздое. За 20 лет поголовье коров в России снизилось как минимум вдвое, и основная причина — в выбраковке животных в главным образом после отела из-за совокупности серьезных метаболических нарушений. В чем конкретно выражается вся предыстория концентратного способа получения молока? Прежде всего это лимит энергии для важнейших функций жизнеобеспечения (углеводного и минерального обмена, системы оплодотворения, печени и др.). Ацидоз — лишь внешнее проявление депрессии микробиоты рубца: появление патогенной флоры и эндотоксинов, торможение синтеза витаминов, в том числе биотина, β-каротина, изменение баланса электролитов крови. Далее гепатоз печени, низкий инсулин и депрессия ведущей группы гормонов оплодотворения, послеотельные парезы, гипокальцемия, последы и т.д. Нет возможности предотвратить эту ситуацию без активации пропионатного пути получения глюкозы. Мы видим (табл. 1), что в оптимальном состоянии, когда созданы условия для повышения активности лактат-утилизаторов, доля молочной кислоты в обеспечении глюкозой по сравнению с пропионатом незначительна. Возникают вопросы: 1. Каким образом можно преодолеть депрессию роста лактат-утилизаторов и усилить синтез пропионата этой группы микроорганизмов рубца? 2. Существует ли возможность поддержания уровня глюкозы в крови другими способами?

Вначале рассмотрим 2-й пункт.

Рис. 3. Источники синтеза глюкозы в крови у коров и их взаимозаменяемость

На рис. 3 мы показали другие пути синтеза глюкозы, кроме изложенных. На наш взгляд, наиболее интересный путь — деградация некрахмалистых полисахаридов. Известно, что при их расщеплении в толстом кишечнике образуются короткоцепочечные жирные кислоты, в том числе пропионовая, масляная и др. Наибольший интерес представляет пропионовая — как субстанция глюконеогенеза. Корова получает с рационом значительное количество некрахмалистых полисахаридов из зерновых и бобовых культур. Однако возможности их утилизации ограничены катаболитной репрессией микробиоты толстого кишечника продуктами окисления глюкозы. Мы установили, что при введении в рацион некоторых некрахмалистых полисахаридов в качестве индукторов синтеза ферментов у представителей микрофлоры толстого кишечника удается активировать процесс образования глюкозы в крови. Имеются и другие возможности для усиления синтеза глюкозы, например направленный процесс накопления гликогена в печени с последующим медленным его расходованием в условиях дефицита глюкозы в крови, организация микробной трансформации глюкозы и фруктозы во фруктозо-1,6-дифосфат — прямой предшественник синтеза глюкозы по пути глюконеогенеза. Эти возможности нами изучаются.

Влияние глюкозы и ее катаболитов ранее изучались нами в процессах глубинного культивирования грибов, бактерий, актиномицетов, бактерий рода Lactobacillus, пропионовокислых бактерий в условиях роста и вторичного синтеза ряда метаболитов, в том числе антибиотиков, органических кислот, нуклеозидов, аминокислот, витаминов. Было установлено, что в присутствии глюкозы в среде рост культур замедлялся, снижалась интенсивность «вторичного» синтеза, наблюдался лизис клеток. Наиболее эффективным способом предотвращения репрессии роста и синтеза является т.н. feeding, то есть дозирование глюкозы малыми дозами. Такой способ может использоваться при кормлении животных, однако это непросто технологически, а также ввиду отсутствия четкого критерия сложно выбрать подходящую дозу. Конечный результат — концентрация глюкозы в крови коров. Если при этом ориентироваться на нормальные показатели, то это малоинформативно, поскольку сама концентрация глюкозы даже в условиях очевидного кетоза часто не выходит за пределы нормы. Следовательно, необходимо ориентироваться на динамику этого показателя (периодически измерять глюкометром) и стремиться в раздое к возрастанию концентрации глюкозы. Возможен вариант «эндогенного» feeding, то есть когда в результате эффекта «обволакивания» корма достигается медленное прохождение крахмалистых полисахаридов через желудочно-кишечный тракт. Предполагается, что в этом случае будет происходить и постепенная деградация субстратов микрофлорой рубца. Этого эффекта можно достичь с помощью различных пищевых волокон и полисахаридов, в том числе полученных из водорослей.

В этой же связи крайне важным представляется оценка роли диауксии, основанной, как известно, на катаболитной репрессии на уровне взаимодействия различных групп микроорганизмов в рубце. Это означает, что в присутствии глюкозы и ее катаболитов утилизация других источников углерода затруднена, в том числе утилизация молочной кислоты, полиненасыщенных жирных кислот и, соответственно, процесса биогидрогенизации в рубце жиров, поступающих со жмыхами. Нам представляется, что рубцовая микробиота в этих условиях не способна выполнять свою эволюционную функцию, а именно доставку организму коровы источников энергии, аминокислот, витаминов и полноценного протеина. Для создания условий нормализации обмена веществ необходима оценка роли катаболитной репрессии в рубце. В этой связи идея создания т.н. «рубцовозащищенных» форм аминокислот, холина, белков, жиров представляется надуманной, поскольку защищаться не от кого, кишечник коровы плохо усваивает эти субстанции и ощутимого эффекта при их введении в рацион не наблюдается. Подтверждением этому является практическое отсутствие нормативной концентрации β-каротина в крови в условиях ацидоза и повышение его концентрации при нормализации ситуации в рубце. Тоже самое наблюдается в отношении синтеза ряда витаминов, в том числе В₇, отсутствие которого заметно влияет на развитие ламинитов. По-видимому, речь идет о влиянии катаболитной репрессии на процесс «вторичного» синтеза у микробиоты рубца («вторичные» метаболиты — витамины, аминокислоты, нуклеозиды, антибиотики, токсины) и снижении этой способности при избытке глюкозы и ее катаболитов. Известно, что чувствительность к катаболитной репрессии для микроорганизмов зависит от многих факторов, в том числе от вида микроорганизма, количества популяции в рубце, наличия стимуляторов роста, условий анаэробиоза и др. В ряде случаев наблюдается эндогенный токсикоз, то есть образование «вторичных» метаболитов у ряда штаммов (например Clostridium) в виде различных токсинов, при снижении титра естественных пробиотиков (Lactobacillus и др.)

Возможности преодоления катаболитной репрессии в рубце

На основании анализа ситуации со здоровьем коров в послеотельный период и собственных данных мы в течение последних 5–6 лет разработали ряд регуляторных комплексов, применение которых нормализует рубцовое пищеварение, снимает «отрицательный баланс» энергии, улучшает параметры здоровья коров, усиливает их молочную продуктивность и оплодотворяемость. В этой статье мы детально рассмотрим композицию «Полис»:

– легкоусвояемые углеводы (в небольшом количестве) в системе диауксии при их исчерпании способны индуцировать синтез ферментов, расщепляющих крахмал, сахара и липиды;

– олигосахара, полимеры фруктозы составляют ~50% сухого веса травы. Эффект зеленой травы во многом обязан им. Они обладают способностью (в различной степени) многократно усиливать рост. Олигосахара метаболизируют в толстом кишечнике с образованием короткоцепочечных жирных кислот, что важно для образования глюкозы путем глюконеогенеза;

– фосфолипиды являются источником фосфатадилхолина и усиливают активность гепатоцитов печени, что важно для функционирования глюконеогенеза. Жирные кислоты класса Омега 3-6 влияют на процесс оплодотворения и являются источником энергии;

– многоатомные спирты способствуют отложению гликогена в печени и являются одним из источников глюкозы в крови;

– фитогеники (экстракты растений) обладают способностью избирательно угнетать патогенную флору и положительно влияют на группу молочнокислых бактерий. Усиливают привлекательность силоса и его поедаемость;

– сорбент токсинов. Предотвращает отрицательное влияние токсинов на рост молочнокислых бактерий.

Разработанная нами композиция «Полис» с эффектом мультивалентного действия на организм коровы в течение 5 лет прошла производственные испытания в различных регионах России. В чем конкретно это выразилось?

1. После отела и в раздое в целом уровень глюкозы в крови оставался стабильно высоким, что резко снизило выбраковку животных в связи с устранением «отрицательного баланса» энергии.

2. Повысилась стрессоустойчивость, в том числе устойчивость к кормовому стрессу (смесь кормов, силоса, тепловой стресс).

3. Увеличилась поедаемость силоса животными.

4. Выросла молочная продуктивность в раздое (от 2 до 5 л/гол./сут.) Исключены суточные колебания надоев у коров.

5. Достигается возможность регуляции уровня глюкозы в крови в последующих стадиях лактации, предупреждается ожирение и кетоз. Наблюдается эффект удержания высокой молочной продуктивности после 5-го месяца лактации.

6. Отмечается позитивное влияние на молочную продуктивность первотелок.

7. «Полис» заметно улучшает функцию печени у коров и нетелей.

8. Значительно (до 84–86%) улучшается оплодотворяемость коров при высокой молочной продуктивности.

9. Резко снижается количество перегулов у коров, сокращается сервис-период.

Наилучший эффект синергизма от применения композиции «Полис» возникает при одновременном использовании специальных рецептов жидкостей «Хитолоза» и «Пуривитин-Аква-Энергия».

Как можно объяснить мультивалентное действие композиции «Полис»? В Московской государственной сельскохозяйственной академии им. Тимирязева (проф. Буряков Н.П.) проведены исследования микробиоты рубца при введении в рацион коров «Полис» в концентрации 100 г/гол. и 150 г/гол. Установлено, что наблюдается дифференцированный отклик различных видов микробиоты на препарат. Важно, что группа бактерий лактат-утилизаторов оказалась наиболее восприимчивой к повышенным концентрациям «Полис», и при его концентрации 150 г/гол. они резко усиливают свою активность (рис. 4).

Рис. 4. Динамика активности ведущих групп микроорганизмов рубца

Именно это обстоятельство дает возможность быстрой утилизации молочной кислоты с образованием пропионата и повышением уровня глюкозы в крови за счет активации пропионатного пути.

Известно также, что «отрицательный баланс» энергии у коров с низким уровнем инсулина при жировой дистрофии печени создает неблагоприятные условия для оплодотворения. Это соответствует концентратному типу кормления: высокий уровень молочной продуктивности при дефиците энергии влечет низкую оплодотворяемость при снижении параметров здоровья. Таким образом, возникает ошибочное представление о несовместимости «высокого» молока и хорошей оплодотворяемости. На самом деле, когда молоко получают в условиях сбалансирования энергетических потоков, регуляции направленного глюконеогенеза через свойственный корове пропионатный путь, высокой активности ЦТК и окислительного фосфорилирования, достигается прямая корреляция между высокой молочной продуктивностью и нормальной оплодотворяемостью.

«Полис» — единственный регулятор обмена, создающий физиологически комфортные условия для новотельных коров.

Резюме

Необходимо признать, что существующий способ получения молока создает дефицит энергии у коровы в послеотельный период вследствие избытка крахмалистых субстанций в корме. Оптимальное решение — обеспечить с помощью регулятора обмена ситуацию, когда в рубце резко возрастает объем пропионата, направляемого на оптимальное функционирование глюконеогенеза, и тогда рубец сам может регулировать конверсию крахмала. Такая схема обуславливает увеличение молочной продуктивности, поскольку уровень глюкозы в крови будет поддерживаться постоянно высоким в период раздоя. Возможность снижения количества концентратов при раздое мы неоднократно проверили на практике в ряде хозяйств стран ТС. Режим улучшения конверсии достигается с помощью регуляции препаратом «Полис» при норме ввода от 100 до 300 г/гол, которая зависит от тенденции изменения глюкозы в крови, оперативно измеряемой с помощью глюкометра.

Количество показов: 8715
Автор:  М. Малков, председатель совета директоров ООО «НПФ «ЭЛЕСТ», профессор, Т. Данькова, ген. директор ООО «НПФ «ЭЛЕСТ», канд. экон. наук