Холін: метаболізм та роль для корови

Доведено, що холін є необхідною поживною речовиною для багатьох тварин, включаючи щурів, мишей, собак, свиней, морських свинок, курей, форель, і навіть для людини. Однак досліджень ролі холіну для жуйних тварин бракує. Вчені продовжують працювати над тим, щоб визначити потреби в ньому молочної корови. Холін часто називають вітаміном, проте він не відповідає жодному з класичних визначень вітаміну. Він не є кофактором у ферментативних реакціях, може синтезуватися ендогенно і потрібний у більших кількостях порівняно з вітамінами. Холін міститься в організмі тварини в різних формах. Водорозчинні метаболіти холіну включають  ацетилхолін (важливий нейротрансмітер для мозку і нервово-м’язової функції), бетаїн (окислювальний проміжний продукт холіну, який забезпечує метильну групу для перетворення гомоцистеїну в метіонін) і гліцерофосфохолін (як і бетаїн, діє як органічний осмоліт у клітинах). Ліпідорозчинні холіновмісні метаболіти фосфатидилхолін, сфінгомієлін і лізофосфатидилхолін є структурними компонентами клітинних мембран ссавців.

Вільний холін бере участь у чотирьох реакціях, що каталізуються ферментами, — оксидація, фосфорилювання, ацетилювання й основний обмін, в результаті яких і утворюються холіновмісні біомолекули.

Фосфатидилхолін міститься в кожній клітинній мембрані організму, зокрема і в мембрані жирових глобул молока. Як складова ліпопротеїнів дуже низької щільності (ЛПДНЩ), фосфатидилхолін потрібен для експорту жиру з печінки.

Холін можна отримати з раціону і в результаті ендогенного біосинтезу, який відбувається переважно в печінці через фосфатидилетаноламін-N-метилтрансферазну реакцію (РЕМТ). Хоча шлях PEMT важливе джерело холіну, його споживання з кормом необхідне, оскільки РЕМТ забезпечує недостатньою кількістю холінових молекул для підтримки нормальної функції клітин, тканин і органів. У жуйних тварин кормовий холін швидко розщеплюється (>80%) бактеріями рубця, тому ендогенний синтез через PEMT — критичне джерело холіну.

Метаболічні та гормональні зміни у транзитних корів

Споживання корму коровами у транзитний період зменшується, що обмежує надходження амінокислот для обміну речовин. Ендогенний синтез холіну може бути недостатнім, і це зменшуватиме доступність фосфатидилхоліну. Вміст фосфатидилхоліну найнижчий в останні тижні тільності і в перші тижні лактації. Потреба в холіні зростає перед отеленням та після нього, що пов’язано з ростом плоду, виробленням молозива й молока.

Під час транзитного періоду в організмі корови відбуваються гормональні зміни, які спричиняють інтенсивну мобілізацію ліпідів із жирової тканини. Внаслідок цього в крові підвищується концентрація неестерифікованих жирних кислот (НЕЖК). Рівень НЕЖК залишається підвищеним, хоча й меншою мірою, упродовж ранньої лактації, коли в корів спостерігається негативний енергетичний баланс.

Надходження крові до печінки подвоюється, коли корова переходить від сухостійного періоду до лактації. Концентрація НЕЖК і кровотік — основні фактори, що впливають на поглинання печінкою НЕЖК. В результаті добове поглинання жирних кислот печінкою збільшується в 13 разів при отеленні — зі 100 до 1300 г/день. Унаслідок різкого збільшення засвоювання НЕЖК печінкою в ній відкладається жир (тригліцериди або триацилгліцероли). Важливо розуміти, що таке різке збільшення засвоювання НЕЖК печінкою належить до нормальної біології перехідного періоду корів і не пов’язане з жирними коровами, поганою годівлею або неоптимальними умовами утримання. Жирні кислоти починають накопичуватись у печінці за 1–2 тижні перед отеленням. Вміст триацилгліцеролів у печінці залишається високим ще 2–3 тижні після отелення, а потім починає знижуватись. Практично кожна корова переживає цей стан (див. графік 1).

Не всі жирні кислоти відкладаються в печінці і спричиняють її ожиріння. Однак під час пікової концентрації НЕЖК у крові за 24 години може відкластися близько 600 г, що відповідає збільшенню жиру в печінці на 6–7%. Для порівняння: вміст жиру понад 5% вважають помірною або й важкою формою ожиріння печінки.

Частина жирних кислот окислюється, забезпечуючи печінку енергією, ще деяка кількість перетворюється на кетони, а решта — експортується з печінки у формі ліпопротеїдів дуже низької щільності. У транзитний період окислення в печінці збільшується приблизно на 20%. Це не стратегічний крок печінки корови, щоб упоратися з раптовим сплеском засвоювання НЕЖК під час отелення. Це відбувається тому, що печінка стає метаболічно активнішою. На жаль, росту окислення недостатньо для того, щоб дати раду жирним кислотам. У жуйних тварин низька здат-ність експортувати триацилгліцероли з печінки у формі ЛПДНЩ порівняно з нежуйними. Очевидно, що дефіцит холіну є обмежувальним фактором для їх експорту з печінки.

Зменшення накопичення жирних кислот у печінці

За результатами дослідження Jia et al. (2019), рівень мікросомального тригліцерид-транспортного протеїну (MTP), аполіпопротеїну В-100 (ApoB100) та аполіпопротеїну Е (ApoE) був нижчий у корів з ожирінням печінки ( див. графік 2). Ці протеїни є найважливішими структурними компонентами ліпопротеїнів дуже низької щільності й відповідають за їх синтез та секрецію в печінці. Вони важливі для транспортування триацилгліцеролів через мембрани. Відповідно низький рівень цих протеїнів сприяє накопиченню триацилгліцеролів у клітинах печінки. Крім того, порушення утворення ЛПДНЩ на молекулярному рівні частково пояснює низьку швидкість їх секреції і високу поширеність ожиріння печінки в молочних корів.

Холін має важливе значення для всмоктування жиру в кишечнику, його дефіцит змінює морфологію кишечника й порушує секрецію хіломікронів, обмежуючи надходження фосфатидилхоліну. Для вивчення впливу кормового холіну на ліпідний обмін у кишечнику під час лактації щурам згодовували раціон із додаванням холіну (Х), фосфатидилхоліну (ФХ) або з дефіцитом холіну (ДХ). Тварини, які споживали раціон із дефіцитом холіну, мали менший рівень триацилгліцеролу, холестеролу та apoB (аполіпопротеїни, які беруть участь у всмоктуванні жирних кислот в лімфатичній системі) у плазмі крові (графік 3).

Оскільки холін швидко розщеплюється в рубці корови, його слід згодовувати у захищеній від мікробної ферментації формі, щоб забезпечити кількість, яка стабільно позитивно впливатиме на надій і здоров’я печінки. Він особливо потрібний корові в транзитний період, коли спостерігається його найбільший дефіцит.

На графіку 4 результати вивільнення різних продуктів захищеного холіну у воді. Шість із восьми вивільнюються більш як на 50% за 8 годин. Це означає, що 50% холіну руйнується до того, як потрапить у тонкий кишечник.

Ці продукти відрізняються за технологією розробки та діють по-різному. Далі йтиметься про дослідження добавки захищеного холіну ReaShure. Cooke et al. (2007) провели два експерименти та оцінили, чи може захищений холін відвернути або полегшити симптоми ожиріння печінки в молочних корів. У першому досліді вчені оцінювали вплив добавки на накопичення триацилгліцеролів у тканині печінки в період негативного енергетичного балансу.

Двадцять чотири корови за 45–60 днів до отелення було довільно поділено для двох методів обробки:

1) контроль;

2) 15 г захищеного холіну на день (60 г/день ReaShure).

Тварин розділили на дві групи по 12 корів (6 пар у групі). Дослід тривав 17 днів. З 0 по 6-й день корів годували стандартним раціоном на основі 50% люцернового і 50% кукурудзяного силосу, який давали вволю двічі на день. На 7-й день коровам обмежили споживання енергії, необхідної для тільності та життєдіяльності (NRC, 2001), до 30%. Дослід показав зменшення акумуляції триацилгліцеролу в печінці корів, яким давали захищений холін ( графік 5).

Пізніше з колегами ми також використали аналогічну модель дослідження і збільшили дозування добавки, щоб перевірити вплив згодовування більшої кількості холіну на концентрацію триацилгліцеролу в печінці та у плазмі крові.

Тільні повновікові корови голштинської породи (n=77), розподілені за балом вгодованості (3,59±0,33), отримували добавку за 64±10 днів до розрахованої дати отелення. У раціон додавали 0, 30, 60, 90 або 120 г/добу захищеного холіну (посипаючи корм), щоб забезпечити еквівалент 0, 6,5, 12,9, 19,4 і 25,8 г/добу іонів холіну. Раціони склали так, щоб їх поживність перевищувала потреби корів для підтримки життєдіяльності й тільності. Їх згодовували вволю перші 5 днів. З 6-го по 15-й день коровам обмежили споживання енергії до 32% від їхніх потреб в енергії, щоб імітувати негативний енергетичний баланс на початку лактації.

Рівень глікогену в печінці зріс лінійно з 24,8 до 27,5% зі збільшенням споживання іонів захищеного холіну в період позитивного енергетичного балансу, коли корови споживали корм уволю. Під час обмеження споживання корму концентрація глікогену була вища в корів, які отримували захищений холін (6,5–25,8 г/день), порівняно з коровами, які його не отримували, — 13,6 проти 10,2%. Споживання захищеного холіну не змінило концентрацію ТАГ у печінці під час споживання корму досхочу (графік 6).

Обмежуючи споживання корму, ми, по суті, викликали в корів жирну печінку. При цьому спостерігалось лінійне зменшення накопичення жиру в печінці при більшій дозі захищеного холіну. Тобто, чим більше захищеного холіну корова споживає в транзитний період, тим краще. Торік Santos et al. повторили дослідження. Реакція корів (n=100) на добавку захищеного холіну була аналогічна: зі збільшенням дози від 60 до 100 г на добу спостерігали зменшення ТАГ.

Мета-аналіз досліджень холіну

Позитивна дія захищеного холіну на надій спостерігається, коли добавку згодовувати протягом трьох тижнів до та після отелення. Ми провели мета-аналіз 21 дослідження згодовування захищеного холіну в транзитний період, де 967 корів із 1313 споживали добавку ReaShure. Нас цікавило середнє виважене значення, стандартна похибка і частота:

• споживання сухої речовини (СР);
• маса тіла і бал вгодованості;
• молочна продуктивність;
• концентрація метаболітів у крові;
• склад печінки;
• захворюваність.

Споживання сухої речовини. Зі збільшенням у раціоні добавки захищеного холіну протягом транзитного періоду лінійно зростало споживання СР перед отеленням. Додавання 12,9 г/день іонів сприяло збільшенню споживанню СР на 0,2 кг/день. Аналогічні результати отримано і після отелення — споживання СР зросло на 0,5 кг/день (графіки 7 і 8). Лінійний ефект означає: чим більше давати холіну транзитній корові, тим більше вона споживатиме СР. А споживання корму до і після отелення відіграє ключову роль для майбутньої продуктивності.

Молочна продуктивність і надій (ЕСМ). Результати також показали зростання молочної продуктивності та надою скоригованого за енергією молока — на 1,6 та 1,7 кг/день, відповідно (графіки 9 і 10).

Тривалий ефект холіну. Реакція на захищений холін триває 40 тижнів після отелення, навіть після припинення згодовування добавки на 21-й день доїння ( графік 11).

Торік дослід повторили й отримали аналогічний результат. Перші 25 тижнів доїння молочна продуктивність була вищою на 2 кг/день у корів, які споживали захищений холін упродовж транзитного періоду (графік 12). Середній надій з першого по 25-й тиждень лактації становив 42,9 і 40,9 кг, відповідно, з холіном і без нього.

Здоров’я. Згодовування захищеного холіну до та після отелення зменшує випадки захворювань в післяотільний період. За результатами мета-аналізу, добавка іонів холіну зменшила ризик затримки посліду та маститу (таблиця 1). Захищений холін також зменшив концентрацію глікогену в печінці корів після отелення. Zenobi et al. (2018) і Bollatti et al. (2020) показали, що в корів, яким згодовували захищений холін, було менше випадків субклінічної гіпокальціємії.

Вгодованість корів перед отеленням. Часто говорять, що користь від добавки захищеного холіну може бути більша в корів, схильних до ожиріння печінки, — наприклад, у корів з високим балом угодованості. Bollatti et al. (2020) оцінили вплив захищеного холіну на продуктивність і метаболічні реакції 215 молочних корів залежно від кондиції тіла перед отеленням.

Незалежно від балу вгодованості додавання у транзитний період захищеного холіну в раціон збільшило молочну продуктивність на 1,8 кг/день, а скоригованого за енергією надою (ECM) — на 1,9 кг/день (графіки 13 і 14). Корови з балами вгодованості 3 та 4 продемонстрували однакову реакцію на добавку. Тварини з високим балом вгодованості були більш схильні до ліпомобілізації та збільшення ризику жирної печінки. Однак учені не спостерігали взаємозв’язку між захищеним холіном та балом угодованості для маси тіла, балу вгодованості або концентрації метаболітів у плазмі чи триацилгліцеролів у печінці.

Метіонін і холін

Підсумки результатів досліджень, де коровам давали добавку захищеного холіну із захищеним метіоніном, показали, що додавання метіоніну не впливає на концентрацію триацилгліцеролу в печінці (графік 15). Проте в 6 із 7 дослідів метіонін сприяв збільшенню молочної продуктивності — 2,2 кг/день молока більше (графік 16).

Висновки

Додавання іонів холіну в захищеній від розщеплення в рубці формі коровам з обмеженою годівлею знижує концентрацію триацилгліцеролів і ризик жирної печінки.

Додавання холіну в захищеній формі у транзитний період:

• підвищує молочну продуктивність, надій скоригованого за енергією молока, жирність і білок;
• позитивний вплив триває довше від періоду згодовування;
• реакція спостерігається в раціонах з низьким чи високим умістом метаболічного протеїну після отелення, проявляючи таким чином додатковий ефект;
• реакція спостерігається незалежно від балу вгодованості та додавання добавки метіоніну до отелення.

Оптимальну дозу добавки холіну транзитним коровам не визначено, тому що реакція на продуктивність була лінійною: тобто чим більше, тим краще — до 25 г/день.

Механізми, що пояснюють вищу молочну продуктивність:

• краще споживання поживних речовин;
• інші некласичні механізми холіну можуть бути задіяні, крім впливу на вміст триацилгліцеролу в печінці.

Джерело: журнал «Молоко і ферма» N^o 4 (65), серпень 2021

Контакти ТОВ «Біохем Україна»:

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

Сайт: www.biochem.net,

Канал: YouTube