Влияние добавок N-карбомилглутамата в рацион на показатели рубцового пищеварения, утилизацию аммиака, метаболизм азота и молочную продуктивность коров

Добавки аргинина и N-карбомилглутамата (NCG) способны увеличить лактогенез и ангиогенез путем повышения эффективности утилизации аммиака, что приводит к увеличению доли используемого протеина корма. Это повышает показатели молочной продуктивности, улучшает качество молока, стимулирует иммунитет. К сожалению, незащищенный аргинин быстро разрушается в рубце и его стоимость высока. В качестве альтернативы предлагается использовать NCG, который является структурным аналогом N-ацетилглутамата (NAG), катализатора орнитинового цикла. NCG стабилен в рубце и способен увеличить синтез эндогенного аргинина и тем самым снизить его потребность с кормом. Добавление NCG в дозе 20 г/гол/сутки в рацион уменьшало содержание аммиака в крови в 1,7 раза, повышало эффективность использования азота корма на 8,4% и увеличивало молочную продуктивность коров на 2,1 л в сутки. При этом отмечено повышение концентрации белка в молоке и снижение в нем уровня мочевины. Изученные показатели рубцового пищеварения у коров при добавлении в рацион NCG не изменялись.

Введение

Аргинин является незаменимой аминокислотой, частично синтезируемой в организме животных, в рамках цикла образования мочевины (орнитиновый цикл) — основной путь утилизации продуктов распада белков, в т.ч. аммиака. Биосинтез мочевины инициируется в печени клетках кишечника. Важными катализаторами орнитинового цикла являются NAG и NCG. Последний является биологически стабильным структурным аналогом NAG [1]. Таким образом, NCG может повысить эффективность утилизации аммиака и образование аргинина в организме.

Высокопродуктивные молочные коровы, как правило, питаются рационами, богатыми сырым протеином, что приводит к повышению концентрации мочевины в плазме крови, снижению фертильности молочных коров. Продукты метаболизма азота, такие как аммиак и мочевина, считаются токсичными для эмбрионов и становятся причиной снижения репродуктивной эффективности молочных коров [2]. Установлено, что высокая концентрация мочевины в крови коровы в начале лактации повышала концентрацию аммиака и мочевины как в фолликулярной жидкости предовуляторных фолликулов, так и в маточной жидкости в течение лютеиновой фазы эстрального цикла [3].

Добавление NCG может увеличить эндогенный синтез аргинина, что приводит к увеличению концентрации аргинина в плазме [1]. Показано, что при скармливании NCG значительно снижается содержание аммиака в плазме крови и восстанавливается процесс образования мочевины [1,4]. Поэтому показатели оплодотворения высокопродуктивных коров, которых кормили рационом с высоким содержанием протеина, могут быть улучшены путем предотвращения токсичности воздействия аммиака на эмбрион за счет добавления NCG. Также важным фактором в развитии эмбриона является увеличение образования оксида азота (NO) при использовании NCG. NO и полиамины являются ключевыми регуляторами ангиогенеза (развитие кровеносной системы) и эмбриогенеза, а также плацентарного и эмбрионального роста [5]. Высокие удои и улучшенные показатели зачатия важны для производителей молока. В совокупности эти исследования свидетельствуют о том, что репродуктивная эффективность жвачных животных может быть повышена путем добавления целевых питательных веществ, таких как аргинин или NCG.

Включение в рацион всех заменимых и незаменимых аминокислот (AК) животным носит важное значение в удовлетворении потребности в АК как для поддержания жизненных показаний, так и для воспроизводства. Аргинин — это одна из наиболее универсальных АК, которая является предшественником синтеза мочевины, оксида азота (NO), полиаминов и регулирует ключевые метаболические пути, критически важные для здоровья, роста, размножения и гомеостаза животных [6]. Увеличение синтеза аргинина приводит к повышению эффективности использования азота протеина корма и повышению продуктивности животных.

В молочных железах 65% аргинина превращается в другие метаболиты [7], основные из них это глутаминовая кислота, серин, пролин, аспарагиновая кислота [8]. Дефицит аргинина может привести к недостаточному синтезу в молочной железе заменимых аминокислот и ограничить синтез молочного белка, привести к перерасходу (так как будут восполнять функцию аргинина) таких незаменимых аминокислот, как изолейцин, лейцин, лизин, валин, треонин, которые так же, как и аргинин, могут на 35-40% [7] расходоваться в молочной железе на синтез других метаболитов. В совокупности этот дефицит сказывается на снижении молочной продуктивности.

В предыдущих исследованиях было показано, что введение аргинина может улучшить метаболизм азота у телок [9] и производство молока у коров [10]. Парентеральное введение аргинина овцематкам снижало эмбриональную смертность, увеличивало массу тела при рождении и повышало выживаемость ягнят [11,12]. Однако аргинин быстро разлагается в рубце [13] и введение аргинина в рацион сельскохозяйственным животным не является выгодным. Добавки аргинина, защищенного от разрушения в рубце, кажутся экономически нецелесообразными. Таким образом, добавление NCG для увеличения эндогенного синтеза аргинина является наиболее перспективным. Более того, скармливание животным NCG оказалось более полезным, чем аргинина, поскольку пероральное введение NCG, а не аргинина, позволили веществу полностью войти в системный кровоток у взрослых особей [19].

В связи с вышеуказанным целью наших исследований являлось изучение особенностей и эффективности действия NCG в организме лактирующих коров.

Материалы и методы.

Опыт проводился на среднепродуктивных молочных коровах холмогорской породы, второй-третей лактации в период май-июль 2020 года в условиях вивария ФГБНУ ВНИИФБиП. Животные были разделены на две группы по 3 головы в каждой, по принципу парных аналогов. Эксперимент продолжался 30 дней. Коровы были на шестом месяце лактации. В конце эксперимента проведен балансовый опыт в течение 5 суток.

Ежедневый рацион состоял из 20 кг силоса кукурузного (2-й класс), 2 кг сена разнотравного (2-й класс), 6 кг зерносмеси и 0,15 кг защищенной мочевины (оптиген). Опытной группе дополнительно давали с зерносмесью по 20 г/гол/сутки кормовой добавки Алтавим NCG (содержит действующее вещество NCG — 97-99% и влага 1-3%, предоставлена ООО «АЛТА»). Питательность рационов соответствовала общепринятым нормам кормления коров.

Для определения параметров функционирования пищеварительной системы у коров через 30 дней после начала скармливания добавки в рубцовом содержимом, взятом у коров через пищеводный зонд через 3 часа после утреннего кормления, определяли уровень рН (ионометрически), аммиака (диффузионным методом Конвея), ЛЖК и их состав ((на газовом хроматографе Цвет-800 после отгонки в аппарате Мартгама), число бактерий инфузорий, амилолитическую и целлюлозолитическую активность микрофлоры (Изучение пищеварения у жвачных животных 1987; Изучение микрофлоры преджелудков у жвачных 1977).

В пробах крови подхвостовой вены, отобранных через 3 часа после утреннего кормления, исследовали содержание глюкозы с помощью глюкозооксидазного метода (набор реагентов фирмы «Витал Диагностикс СПб»), α-аминоазота (Mitsukawa, 1971), триацилглицеролов (набор реагентов фирмы «Витал Диагностикс СПб»), общего белка, альбуминов, аммиака и мочевины (набор реагентов «Urea 450» фирмы «Лахема»). В исследованиях использовали аппарат Кьельтек для определения азота, анализатор молока Milko-Star (Италия). Анализы крови проводили на биохимическом полуавтоматическом анализаторе Screen Master LIHD113 (Италия). Полученные данные обработаны методом вариационной статистики в компьютерной программе Statistica и MS Office Excel.

Результаты исследований и обсуждение.

Показатели рубцового пищеварения в контрольной группе в целом соответствовали характеристикам рациона. Исследование ферментативной и микробиологической активности в содержимом рубца опытных коров не выявило достоверных изменений в изучаемых показателях. Также не отмечено нарушений в ферментативно-микробиологических процессах рубцового пищеварения. Показатели были близки к нормальным характеристикам, без признаков ацидоза (Табл.1). Введение добавки не приводило к понижению содержания в рубце аммиака, что свидетельствует об одинаковом его поступлении в организм коров.

Таблица 1. Показатели рубцового пищеварения коров при включении в рацион N-карбомилглутамата

При исследовании показателей крови коров на 30-й день после применения добавки было отмечено, что испытуемый препарат не имеет выраженного негативного влияния на метаболические процессы организма. Практически все исследуемые биохимические показатели крови достоверно между группами не различались и соответствовали физиологической норме. Показатели азотистого обмена в организме существенно не изменялись. В то же время отмечено значительное и достоверное (р<0,01) снижение концентрации аммиака в крови коров опытной группы с 496,9±54,3 до 294,0±73,5 мкмоль/л.

Снижение концентрации аммиака в 1,7 раза является основным показателем активации орнитинового цикла. Основываясь на этих данных, можно предположить, что применение NCG способствует увеличению синтеза аргинина и оксида азота.

Продуктивность коров на протяжении эксперимента увеличилась в обеих группах, но в опытной была больше на 2,1 литра молока в сутки. Содержание белка в молоке контрольной группы снизилось к концу эксперимента с 3,17±0,12 до 3,14±0,16%, а в опытной группе за этот период увеличилось с 3,22±0,17 до 3,36±0,34%. Концентрация мочевины в молоке опытной группы была ниже: 4,23±1,21 ммоль/л против 4,33±0,13 ммоль/л в контроле, но разница оказалась недостоверной.

Данное исследование подтверждает ранее проведенные зарубежные опыты, где скармливание NCG высокопродуктивным молочным коровам позволило значительно снизить содержание аммиака в плазме крови и повысить концентрацию NO по сравнению с контрольной группой. Также были увеличены выход молока и молочного протеина [10].

Молочные животные не могут эффективно преобразовать азот рациона, и только 25-30% азота корма может быть преобразовано в молоко [16]. Использование азота может быть улучшено за счет увеличения коэффициента конверсии потребляемого протеина [17], повышения рециркуляции мочевины в кишечнике и печени и оптимизации баланса аминокислот [18]. Была подтверждена способность клеток эпителия рубца и двенадцатиперстной кишки использовать NCG для синтеза мочевины при стимуляции активности фермента CPS1 [8]. Таким образом, синтез мочевины тканях кишечника может стать важным фактором для снижения абсорбции аммиака и улучшения использования азота у жвачных животных [19].

Проведенный нами балансовый опыт показал, что добавка 20 г/гол/сутки Алтавим NCG способствовала повышению эффективности использования азота корма 8,4% по сравнению с контролем. Так, из 270,1±0,25 г/сут принятого с кормом азота в контроле и 271,4±0,1 г/сут в опытной группе было выделено с калом примерно равное количество азота (88,1±0,6 и 87,8±0,3 г/сут). Однако с мочой в опытной группе было выделено значительно меньше азота (140,5±1,57 против 122,8±2,55 г/сут в контроле), что составило от принятого 45,25±0,95% в опыте и 51,97±0,57% в контроле. Таким образом, применение Алтавим NCG способствовало лучшему метаболизму азота и повышению продуктивности молочных коров.