Корма и кормовые добавки

15.06.2015

Управление активностью рубцовой микрофлоры — путь к здоровью коров/Management of ruminal microflora’s activity is a way towards cows’ health

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.

Summary

It should be accepted that current way of milk production causes energy deficit of cows during after-calving period due to surplus of amyloidal substances in feed. Optimal solution is to provide with a help of regulator such a situation when volume of propionate in the rumen increases. When propionate is being aimed at optimal functioning of gluconeogenesis, then rumen is able to regulate amylum conversion. Such a system leads to increase in milk productivity, because level of blood glucose will remain constantly high in the period of milk yield. In several farms of Custom Union countries we have many times tested option of reducing amount of concentrates in the period of milk yield. Conversion improvement is achieved due to regulation by medicine “Polis”, norm of input is 100 to 300 gr/head, which depends on the tendency of blood glucose changes, tested in operation regime by glucometer.

Контакты:

192148, Санкт-Петербург, Железнодорожный проспект д.45

Тел.: +7 (812)334-59-44, 331-05-61, 677-07-63

E-Mail: elestelest@yandex.ru, elestd@yandex.ru

Количество показов: 3719
Автор:  Дайджест "Наука и практика" 2015.М. Малков, председатель совета директоров ООО «НПФ «ЭЛЕСТ», профессор, Т. Данькова, ген. директор ООО «НПФ «ЭЛЕСТ», канд. экон. Наук