Холин: метаболизм и роль для коровы

Доказано, что холин является необходимым питательным веществом для многих животных, включая крыс, мышей, собак, свиней, морских свинок, кур, форель, а также для человека. Однако исследований роли холина для жвачных животных не хватает. Ученые продолжают работать над тем, чтобы определить потребности в нем молочной коровы. Холин часто называют витамином, однако он не соответствует ни одному из классических определений витамина. Он не является кофактором в ферментативных реакциях, может синтезироваться эндогенно и нужен в больших количествах по сравнению с витаминами. Холин содержится в организме животного в различных формах. Водорастворимые метаболиты холина включают ацетилхолин (важный нейротрансмиттер для мозга и нервно-мышечной функции), бетаин (окислительный промежуточный продукт холина, который обеспечивает метильную группу для преобразования гомоцистеина в метионин) и глицерофосфохолин (как и бетаин, действует как органический осмолит в клетках). Липидорастворимым холиносодержимые метаболиты фосфатидилхолин, сфингомиелин и лизофосфатидилхолин являются структурными компонентами клеточных мембран млекопитающих.

Свободный холин участвует в четырех реакциях, катализируемых ферментами, — оксидация, фосфорилирования, ацетилирования и основной обмен, в результате которых и образуются холиносодержащие биомолекулы.

Фосфатидилхолин содержится в каждой клеточной мембране организма, в том числе и в мембране жировых глобул молока. Как составляющая липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП), фосфатидилхолин нужен для экспорта жира из печени.

Холин можно получить из рациона и в результате эндогенного биосинтеза, который происходит в печени через фосфатидилэтаноламин-N-метилтрансферазную реакцию (РЕМТ). Хотя путь PEMT важный источник холина, его потребление с кормом необходимо, поскольку РЕМТ обеспечивает недостаточным количеством холиновый молекул для поддержания нормальной функции клеток, тканей и органов. У жвачных животных кормовой холин быстро расщепляется (> 80%) бактериями рубца, поэтому эндогенный синтез через PEMT — критическое источник холина.

Метаболические и гормональные изменения в транзитных коров

Потребление корма коровами в транзитный период уменьшается, что ограничивает поступление аминокислот для обмена веществ. Эндогенный синтез холина может быть недостаточным, и это уменьшит доступность фосфатидилхолина. Содержание фосфатидилхолина низкий в последние недели стельности и в первые недели лактации. Потребность в холине растет перед отелом и после него, что связано с ростом плода, выработкой молозива и молока.

Во время транзитного периода в организме коровы происходят гормональные изменения, которые вызывают интенсивную мобилизацию липидов из жировой ткани. В результате в крови повышается концентрация неэстерифицированных жирных кислот (НЭЖК). Уровень НЭЖК остается повышенным, хотя и в меньшей степени, на протяжении ранней лактации, когда у коров наблюдается отрицательный энергетический баланс.

Поступления крови к печени удваивается, когда корова переходит от сухостойного периода к лактации. Концентрация НЭЖК и кровоток — основные факторы, влияющие на поглощение печенью НЭЖК. В результате суточное поглощения жирных кислот печенью увеличивается в 13 раз при отеле — с 100 до 1300 г/день. Вследствие резкого увеличения усвоения НЭЖК печенью в ней откладывается жир (триглицериды или триацилглицеролы). Важно понимать, что такое резкое увеличение усвоения НЭЖК печенью относится к нормальной биологии переходного периода коров и не связано с жирными коровами, плохим кормлением или неоптимальными условиями содержания. Жирные кислоты начинают накапливаться в печени за 1−2 недели перед отелом. Содержание триацилглицеролов в печени остается высоким еще 2−3 недели после отела, а затем начинает снижаться. Практически каждая корова переживает это состояние (см. график 1).

Не все жирные кислоты откладываются в печени и вызывают ее ожирения. Однако во время пиковой концентрации НЭЖК в крови за 24 часа может отложиться около 600 г, что соответствует увеличению жира в печени на 6−7%. Для сравнения: содержание жира более 5% считают умеренной или даже тяжелой формой ожирения печени.

Часть жирных кислот окисляется, обеспечивая печень энергией, еще некоторое количество переходит в кетоны, а остальные — экспортируется из печени в форме липопротеидов очень низкой плотности. В транзитный период окисление в печени увеличивается примерно на 20%. Это не стратегический шаг печени коровы, чтобы справиться с внезапным всплеском усвоения НЭЖК при отела. Это происходит потому, что печень становится метаболически активной. К сожалению, роста окисления недостаточно для того, чтобы разобраться с жирными кислотами. У жвачных животных низкая способность экспортировать триацилглицеролы из печени в форме ЛПОНП по сравнению с нежвачными. Очевидно, что дефицит холина является ограничительным фактором для их экспорта из печени.

Уменьшение накопления жирных кислот в печени

По результатам исследования Jia et al. (2019), уровень микросомального триглицерид-транспортного протеина (MTP), аполипопротеина В-100 (ApoB100) и аполипопротеина Е (ApoE) был ниже у коров с ожирением печени (см. график 2). Эти протеины являются важнейшими структурными компонентами липопротеинов очень низкой плотности и отвечают за их синтез и секрецию в печени. Они важны для транспортировки триацилглицеролов через мембраны. Соответственно низкий уровень этих протеинов способствует накоплению триацилглицеролов в клетках печени. Кроме того, нарушение образования ЛПОНП на молекулярном уровне частично объясняет низкую скорость их секреции и высокую распространенность ожирения печени в молочных коров.

Холин имеет важное значение для всасывания жира в кишечнике, его дефицит меняет морфологию кишечника и нарушает секрецию хиломикронов, ограничивая поступление фосфатидилхолина. Для изучения влияния кормового холина на липидный обмен в кишечнике во время лактации крысам скармливали рацион с добавлением холина (Х), фосфатидилхолина (ФХ) или с дефицитом холина (ДВ). Животные, которые потребляли рацион с дефицитом холина, имели меньший уровень триацилглицеролов, холестерола и apoB (аполипопротеины, участвующие во всасывании жирных кислот в лимфатической системе) в плазме крови (график 3).

Поскольку холин быстро расщепляется в рубце коровы, его следует скармливать в защищенной от микробной ферментации форме, чтобы обеспечить количество, которое стабильно положительно будет влиять на надои и здоровье печени. Он особенно нужен корове в транзитный период, когда наблюдается его самый большой дефицит.

На графике 4 результаты высвобождения различных продуктов защищенного холина в воде. Шесть из восьми высвобождаются более чем на 50% за 8 часов. Это означает, что 50% холина разрушается до того, как попадет в тонкий кишечник.

Эти продукты отличаются по технологии разработки и действуют по-разному. Далее речь пойдет об исследовании добавки защищенного холина ReaShure. Cooke et al. (2007) провели два эксперимента и оценили, может ли защищенный холин отвлечь или облегчить симптомы ожирения печени в молочных коров. В первом опыте ученые оценивали влияние добавки на накопление триацилглицеролов в ткани печени в период отрицательного энергетического баланса.

Двадцать четыре коровы за 45−60 дней до отела были произвольно разделены для двух методов обработки:

1) контроль;

2) 15 г защищенного холина в день (60 г/день ReaShure).

Животных разделили на две группы по 12 коров (6 пар в группе). Опыт длился 17 дней. С 0 по 6-й день коров кормили стандартным рационом на основе 50% люцерновой и 50% кукурузного силоса, который давали вволю два раза в день. На 7-й день коровам ограничили потребление энергии, необходимой для стельности и жизнедеятельности (NRC, 2001), до 30%. Опыт показал уменьшение аккумуляции триацилглицеролов в печени коров, которым давали защищенный холин (график 5).

Позже с коллегами мы также использовали аналогичную модель исследования и увеличили дозировку добавки, чтобы проверить влияние скармливания большего количества холина на концентрацию триацилглицеролов в печени и в плазме крови.

Тельные полногодовые коровы голштинской породы (n = 77), распределенные по баллом упитанности (3,59 ± 0,33), получали добавку в 64 ± 10 дней до рассчитанной даты отела. В рацион добавляли 0, 30, 60, 90 или 120 г/сутки защищенного холина (посыпая корм), чтобы обеспечить эквивалент 0, 6,5, 12,9, 19,4 и 25,8 г/сутки ионов холина. Рационы составили так, чтобы их питательность превышала потребности коров для поддержания жизнедеятельности и стельности. Их скармливали вволю первые 5 дней. С 6-го по 15-й день коровам ограничили потребление энергии до 32% от их потребностей в энергии, чтобы имитировать негативный энергетический баланс в начале лактации.

Уровень гликогена в печени вырос линейно с 24,8 до 27,5% с увеличением потребления ионов защищенного холина в период положительного энергетического баланса, когда коровы потребляли корм вволю. Во время ограничения потребления корма концентрация гликогена была выше у коров, получавших защищенный холин (6,5−25,8 г/день) по сравнению с коровами, которые его не получали, — 13,6 против 10,2%. Потребление защищенного холина не изменило концентрацию ТАГ в печени при потреблении корма вволю (график 6).

Ограничивая потребление корма, мы, по сути, вызвали у коров жирную печень. При этом наблюдалось линейное уменьшение накопления жира в печени при большей дозе защищенного холина. То есть, чем больше защищенного холина корова потребляет в транзитный период, тем лучше. В прошлом году Santos et al. повторили исследования. Реакция коров (n = 100) на добавку защищенного холина была аналогичная: с увеличением дозы от 60 до 100 г в сутки наблюдали уменьшение ТАГ.

Цель-анализ исследований холина

Положительное действие защищенного холина на надой наблюдается, когда добавку скармливать в течение трех недель до и после отела. Мы провели мета-анализ 21 исследования скармливания защищенного холина в транзитный период, где 967 коров с 1313 потребляли добавку ReaShure. Нас интересовало среднее взвешенное значение, стандартная ошибка и частота:

• потребление сухого вещества (СВ);
• масса тела и бал упитанности;
• молочная продуктивность;
• концентрация метаболитов в крови
• состав печени
• заболеваемость.

Потребление сухого вещества. С увеличением в рационе добавки защищенного холина в течение транзитного периода линейно росло потребление СВ перед отелом. Добавление 12,9 г/день ионов способствовало увеличению потреблению СВ на 0,2 кг/день. Аналогичные результаты получено и после отела - потребление СВ выросло на 0,5 кг/день (графики 7 и 8). Линейный эффект означает: чем больше давать холина транзитной корове, тем больше она будет потреблять СВ . А потребление корма до и после отела играет ключевую роль для будущей производительности.

Молочная продуктивность и надой (ЕСМ). Результаты также показали рост молочной продуктивности и надоя скорректированного по энергии молока - на 1,6 и 1,7 кг/день, соответственно (графики 9 и 10).

Длительный эффект холина. Реакция на защищенный холин длится 40 недель после отела, даже после прекращения скармливания добавки на 21-й день доения (график 11).

В прошлом году опыт повторили и получили аналогичный результат. Первые 25 недель доения молочная продуктивность была выше на 2 кг/день у коров, которые потребляли защищенный холин в течение транзитного периода (график 12). Средний надой с первой по 25-ю неделю лактации составил 42,9 и 40,9 кг, соответственно, с холином и без него.

Здоровье. Скармливания защищенного холина до и после отела уменьшает случаи заболеваний в послеотельный период. По результатам мета-анализа, добавка ионов холина уменьшила риск задержки помета и мастита (таблица 1). Защищенный холин также уменьшил концентрацию гликогена в печени коров после отела. Zenobi et al. (2018) и Bollatti et al. (2020) показали, что у коров, которым скармливали защищенный холин, было меньше случаев субклинической гипокальциемии.

Упитанность коров перед отелом. Часто говорят, что польза от добавки защищенного холина может быть больше у коров, склонных к ожирению печени - например, у коров с высоким баллом упитанности. Bollatti et al. (2020) оценили влияние защищенного холина на производительность и метаболические реакции 215 молочных коров в зависимости от кондиции тела перед отелом.

Независимо от бала упитанности добавления в транзитный период защищенного холина в рацион увеличило продуктивность на 1,8 кг/день, а скорректированного по энергии надоя (ECM) - на 1,9 кг/день (графики 13 и 14). Коровы с баллами упитанности 3 и 4 продемонстрировали одинаковую реакцию на добавку. Животные с высоким баллом упитанности были более склонны к липомобилизации и увеличение риска жирной печени. Однако ученые не наблюдали взаимосвязи между защищенным холином и балом упитанности для массы тела, бала упитанности или концентрации метаболитов в плазме или триацилглицеролов в печени.

Метионин и холин

Итоги результатов исследований, где коровам давали добавку защищенного холина с защищенным метионином, показали, что добавление метионина не влияет на концентрацию триацилглицеролов в печени (график 15). Однако в 6 из 7 опытов метионин способствовал увеличению молочной продуктивности - 2,2 кг/день молока больше (график 16).

Выводы

Добавление ионов холина в защищенной от расщепления в рубце форме коровам с ограниченным кормлением снижает концентрацию триацилглицеролов и риск жирной печени.

Добавление холина в защищенной форме в транзитный период:

• повышает продуктивность, надой скорректированного по энергии молока, жирность и белок;
• положительное влияние продолжается дольше периода скармливания;
• реакция наблюдается в рационах с низким или высоким содержанием метаболического протеина после отела, проявляя таким образом дополнительный эффект;
• реакция наблюдается независимо от балла упитанности и добавления добавки метионина до отела.

Оптимальная доза добавки холина транзитным коровам не определена, так как реакция на производительность была линейной: то есть чем больше, тем лучше - до 25 г/день.

Механизмы, объясняющие высокую продуктивность:

• лучшее потребление питательных веществ;
• другие неклассические механизмы холина могут быть задействованы, кроме влияния на содержание триацилглицеролов в печени.

Источник: журнал «Молоко и ферма» No 4 (65), август 2021

Контакты ООО «Биохем Украина»:

Тел./факс: +380 44 206 24 07, е-почта: ukraine@biochem.net

Сайт: www.biochem.net,

Канал: YouTube