Метаболизм холина у высокопродуктивных молочных коров: основы физиологии и кормления

Холин (ион бета-гидроксиэтилтриметиламмония) является сильным основанием, содержащим триметилированный четвертичный азот. Холин присутствует во многих биологических и кормовых материалах в качестве исходного соединения, ацетилхолина и различных фосфолипидов. В кормах и источниках сырого жира холин в основном находится в виде фосфатидилхолина (лецитина). У молочного скота основной распад холина происходит в рубце. Это является причиной умеренного метаболизма метильных групп при относительно низком их катаболизме и повышенном уровне синтеза метильных групп через систему тетрагидрофолата. Прекурсорами глюконеогенеза являются первичные источники новых метильных групп при их дефиците в зависимости от энергетического баланса и физиологического состояния животных. При дисбалансе глюкозы, например, в начале лактации молочных коров холин может стать лимитирующим при выработке молока. Кроме того, холин, являясь липотропным веществом, влияет на баланс жира в печени, таким образом улучшая метаболизм жиров в целом. Рассмотрим, как введение холина RPC (в форме, защищающей его от распада в рубце) в рационы молочных коров может способствовать улучшению метаболизма метильных групп и других питательных веществ, включая витамин Е.

Холин присутствует во многих биологических материалах в качестве исходного соединения, ацетилхолина и различных фосфолипидов [Kuksis and Mookerjea, 1978]. Холин часто называют витамином, но он может синтезироваться в организме, при этом дефицит холина у здоровых млекопитающих выявить невозможно [Zeisel, 1988; Scott, 1999]. Это не означает, что не требуется поступления холина извне, так как дефицит холина в корме приводит к множественным нарушениям [Zeisel et al., 1991], например к жировому перерождению печени, нарушению жирового обмена. Необходимость холина в качестве основного донора метильных групп является основным фактором, определяющим скорость проявления заболеваний при его дефиците [Zeisel et al., 1991].

У взрослых жвачных основной распад холина происходит в рубце, и в организм попадает только незначительное его количество. У молочного скота доступность поступившего с кормом холина низкая, а выделение метилированных соединений с молоком — высокое. Поэтому коровам, особенно в начале лактации, требуется большее количество метионина, холина и других источников метильных групп.

Дополнительные и естественные источники холина

Холин как источник метильных групп должен быть в защищенной от распада в рубце форме. Для защиты веществ от подобного разрушения в основном используется метод микрокапсулирования. На рис. 1 отражены результаты исследования нескольких микрокапсулированных продуктов, содержащих 28–50% холина хлорида, 85% холина было защищено от распада в рубце. Эти продукты вводили непосредственно в корма.

Оценка статуса холина

Исследования, проведенные Pinotti et al. (2004), показывают, что введение защищенного холина RPC эффективно как в целях повышения уровня доступного холина, так и для оптимизации метаболизма метильных групп: увеличение фолатов в плазме может быть связано с влиянием холина на этот процесс. Однако при недостатке холина метильные группы синтезируются через систему THF (ресинтез метионина из гомоцистеина) или поступают из других источников. При этом в системе THF происходит поглощение прекурсоров глюконеогенеза таким образом, что в момент дисбаланса глюкозы (ранний раздой) обнаруживается недостаток этих прекурсоров [Armentano, 1994; Rukkwamsuk et al., 1999].

Неожиданной находкой при исследованиях в этой области стало то, что концентрации витамина В12 в плазме крови коров, получавших RPC (354 пг мл-1 mL-1), оказались ниже (Р<0,05), чем у контрольных (543 пг мл-1 mL-1). Витамин В12 был принят в качестве маркера статуса метильных групп. Витамин В12 требуется как коэнзим для синтеза метионина из гомоцистеина и для глюконеогенеза из пропионата. Повышение глюконеогенеза может снижать содержание витамина В12 и, как показывают исследования, приводить к увеличению концентрации глюкозы в плазме коров, получавших защищенный холин RPC (Р=0,06).

st11_1

Рис. 1. Распад защищенного холина (50% холина хлорида) в рубце в зависимости от времени (определение по методу Lykos and Varga (1995), представлено д-ром G. Varga)

Содержание холина в молоке является хорошим методом определения статуса холина у жвачных. Deuchler et al. (1998) при измерении содержания холина в молоке коров в середине лактации обнаружил, что его концентрации были выше в молоке коров, получавших защищенный холин, относительно инъекций холина (91 мг л-1 L-1 и 116 мг л-1L-1 против соответственно 72–86 мг л-1 L-1 в контрольной группе). В этом предложении (зачеркнутом на желтом фоне) в отличие от оригинала перевода (см. предложение, выделенное голубым фоном) переставлены слова, получается непонятный текст. Думаю, надо писать так, как было у переводчика. Deuchler et al. (1998) при измерении содержания холина в молоке коров в середине лактации обнаружил, что его концентрации были выше в молоке коров, получавших защищенный холин или инъекции холина (91 мг л-1 L-1 и 116 мг л-1L-1, соответственно, против 72–86 мг л-1 L-1 в контрольной группе). Deuchler et al. (1998), при измерении содержания холина в молоке коров в середине лактации, обнаружил, что его концентрации были выше в молоке коров, получавших RPC или инъекции холина (91 мг л-1 и 116 мг л-1, соответственно, против 72-86 мг л-1 в контрольной группе).Это говорит о зависимости его уровня в молоке от содержания в организме и биодоступности. Это исследование также показывает, что выделение холина с молоком составляет около 2 г д-1 d-1.

Pinotti et al. (2003) в своем опыте исследовал секрецию холина с молоком коров в транзитный период. На основании увеличения холина в молоке коров из опытной группы было рассчитано восстановление введенного холина — 6%. Это соответствует данным Deuchler et al. (1998) и подтверждает всасывание защищенного холина и то, что выделение его с молоком зависит от концентрации в организме и биодоступности.

Необходимо отметить, что концентрации холина в молоке также зависят от породы, состава жиров, размера молекул жира, стадии лактации и метода определения.

Молоко и метаболизм холина

Несмотря на то что потребность молочного скота в холине не известна [NRC, 2001], высокая его доступность (путем введения в корм RPC) может оказывать благоприятное влияние на молочную продуктивность [Erdman and Sharma, 1991; Hartwell et al., 2000; Scheer et al., 2002; Pinotti et al., 2003; Piepenbrink and Overton, 2003]. Как выяснилось, биодоступность холина у молочных коров ограничена [Sharma and Erdman, 1989b; Erdman and Sharma, 1991] и зависит от таких факторов, как дозировка, способ введения, стадия лактации и состав основного рациона.

Хорошие удои получают при 12–29 г д-1 d-1 защищенного холина хлорида (RPC). На рис. 2 видна зависимость удоев от дозы введения. В большинстве исследований защищенный холин вводили в качестве кормовой добавки [Hartwell et al., 2000; Scheer et al., 2002; Pinotti et al., 2003; Piepenbrink and Overton, 2003]. В первом опыте Pinotti et al. (2003) наблюдал значительное увеличение удоев (2,9 кг д-1 d-1) при даче 20 г д-1 d-1 защищенного холина в течение первых 30 дней лактации.

Наивысшая потребность в метильных группах наблюдается во время раздоя у молочных коров на фоне дефицита холина. Так как холин является липотропным фактором, он может быть очень необходим в это время с точки зрения изменения метаболизма в печени. Описана взаимосвязь между введением холина и концентрациями в плазме крови неэтерифицированных жирных кислот (NEFA) и соотношения NEFA/холестерин в плазме [Pinotti et al., 2003]. Мобилизация NEFA приводит к увеличению накопления в печени, где эти жирные кислоты подвергаются окислению до кетоновых тел или диоксида углерода, или этерификации до триглицеридов. Холин выступает важным донором метила при синтезе карнитина, необходимого для окисления жирных кислот. Из этого следует, что защищенный холин (RPC) в послеотельный период способствует снижению накопления в печени NEFA (внутриклеточные продукты этерификации) и увеличению накопления в ней гликогена.

Введение в рацион холина влияет на содержание белка и доступность других компонентов кормов [NRC, 2001]. Выявлено, что введение 12 г д-1 d-1 RPC (защищенного холина) начиная с 28-го дня после отела способствует повышению удоев (+2,6 кг) в течение 8 недель лактации. Это, вероятно, связано с частичным снижением влияния холина на катаболизм метионина в начале лактации, когда метильные группы требуются для синтеза холина [Emmanuel and Kennelly, 1984]. Было обнаружено также, что введение RPC (15 г д-1 d-1) способствует повышению содержания белка в молоке, увеличению удоев, в случае если коровы в транзитный период не получают сою.

st11_2

Рис. 2. Соотношение между

количеством RPC (защищенный холин) в корме (от 6 до 60 г на корову в день) и повышением удоев. Объединенные данные

Холин и альфа-токоферол

Было выявлено, что концентрации α-токоферола в плазме и соотношение α-токоферол/холестерин после отела у коров, получавших защищенный холин, выше, чем в контрольной группе [Pinotti et al., 2003 and 2004] (рис. 3). Перед отелом происходит значительное снижение концентрации витамина Е в плазме крови молочных коров. В течение этого периода очень сложно поддерживать его концентрации на требуемом для здорового животного уровне [Hogan et al., 1993; Weiss et al., 1994; Baldi et al., 2000; Baldi, 2005]. Действительно, концентрации витамина Е в плазме коров, получавших защищенный холин, в опытах Pinotti et al. (2003, 2004) после отела снижались, но меньше, чем в контрольной группе, что говорит об абсорбции и переносе жира, вызванным эффективным введением защищенного холина.

st11_3

Рис. 3. Концентрации α-токоферола в плазме коров из контрольной (□) и опытной (■) групп в течение 10 дней до отела и 20 дней после. Звездочкой отмечено значительное различие (Р<0,05) с контрольной группой. Вертикальные колонки обозначают SEM [Pinotti et al., 2004]

Заключение

Проанализированные в этой статье результаты позволяют предположить, что введение холина может способствовать повышению молочной продуктивности и влиять на метаболизм жиров и метильных групп у молочных коров в транзитный период.

Принятые обозначения: NEFA (Non-Esterified Fatty Acids) — неэтерифицированные жирные кислоты; RPC — защищенный от распада в рубце холин; SAH — S-аденозил-гомоцистеин; SAM — S-аденозил-L-метионин; THF — тетрагидрофолат.

Автор:  Baldi, A. Choline metabolism in high-producing dairy cows: Metabolic and nutritional basis / A. Baldi, L. Pinotti; Department of Veterinary Sciences and Technology for Food Safety, University of Milan // Can. J. Anim. Sci., 2006, 86:207–212 (сокр. перевод).