瘤胃保護(hù)性膽堿對(duì)奶牛的作用

夏 科,趙宏波,郗偉斌,王志博,王 燕,張永根＊

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,黑龍江哈爾濱150030;2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110161)

膽堿除具有特殊生理功能外,在奶牛圍產(chǎn)期、泌乳初期等生理階段,膽堿對(duì)奶牛脂肪肝、酮病等的預(yù)防具有重要意義。而膽堿在瘤胃中降解性過高,常需要采用過瘤胃保護(hù)的方式飼喂。在圍產(chǎn)期或泌乳初期,奶牛為滿足胎兒生長(zhǎng)和乳腺組織泌乳的能量需要,往往發(fā)生對(duì)體內(nèi)脂的過度動(dòng)用,最終導(dǎo)致非酯化脂肪酸在肝臟中的積累而發(fā)生脂肪肝等代謝疾病。膽堿是卵磷脂、鞘磷脂的組成部分,是形成乙酰膽堿的必備物質(zhì),可作為甲基供體。膽堿能夠緩減肝臟中的脂肪酸的積累,改善圍產(chǎn)期奶牛健康,從而提高生產(chǎn)性能。

1 膽堿概述

膽堿分子式為(CH3)3N+CH2CH2OH,即三甲基乙醇胺,是哺乳動(dòng)物日糧中重要的成分,為正常細(xì)胞功能所必須。膽堿由Strecker于1862年發(fā)現(xiàn),但是直到1998年才被認(rèn)為是人類必需的營(yíng)養(yǎng)素。膽堿最先被確認(rèn)對(duì)鼠和狗脂肪肝的預(yù)防有非常重要的作用[1]。膽堿是合成兩種重要分子——磷脂酰膽堿與乙酰膽堿的關(guān)鍵性化合物。

磷脂酰膽堿是反芻動(dòng)物體內(nèi)主要的磷脂,對(duì)脂肪的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞膜的構(gòu)成、細(xì)胞信號(hào)傳遞和脂蛋白的合成有非常重要作用[2]。膽堿合成的另一種化合物-乙酰膽堿,是一種中心神經(jīng)及周邊神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)傳導(dǎo)素,對(duì)神經(jīng)肌肉節(jié)的收縮有非常重要的作用。乙酰膽堿由膽堿與乙酰CoA在神經(jīng)元中合成。膽堿是合成磷脂與神經(jīng)傳遞素的關(guān)鍵性化合物,膽堿支持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性,扮演信號(hào)的角色,影響膽堿能神經(jīng)傳遞與識(shí)別 ,而且膽堿是甜菜堿甲基化途徑所需甲基的主要來源。雖然十二指腸膽堿流量只能提供奶牛30%膽堿需要量[3],然而在奶牛營(yíng)養(yǎng)中,膽堿常被視為非必需營(yíng)養(yǎng)成分。奶牛所需的膽堿大多數(shù)必須由S-腺苷-L-甲硫氨酸提供甲基[2]經(jīng)磷脂酰膽堿連續(xù)甲基化從頭合成,這一過程能夠產(chǎn)生足夠的甲基供體來合成磷脂酰膽堿,但這樣的合成途徑并不意味著提高日糧供給的和腸道吸收的膽堿能夠滿足奶牛代謝與健康。

2 膽堿在瘤胃中的代謝特性

瘤胃微生物,特別是瘤胃原蟲的存在,使得達(dá)到奶牛的小腸的膽堿一般以磷脂酰膽堿的形式存在[4]。高精料日糧會(huì)減少原蟲的數(shù)量,從而限制奶牛膽堿的供給。

Sharma和Erdman(1989a)評(píng)估了奶牛的常用飼料原料中含有的膽堿在體外培養(yǎng)時(shí)瘤胃降解性。大麥、棉籽粕、魚粉、大豆粕、硬脂膽堿和氯化膽堿的瘤胃可降解膽堿分別是79.4%,84.7%,82.9%,83.8%,98.0%和98.6%[5]。表明以未保護(hù)的形式飼喂的日糧膽堿,比如富含膽堿的飼料原料或氯化膽堿,只能輕微地增加瘤胃后膽堿的流量。Atkins等(1988)做了3組試驗(yàn)來量化瘤胃膽堿的降解程度和十二指腸的流量[6]。在前兩個(gè)試驗(yàn)中,飼喂不同膽堿濃度的日糧(從0到5 g/kg飼料干物質(zhì))對(duì)奶牛乳產(chǎn)量或脂肪校正乳產(chǎn)量沒有影響,但是補(bǔ)充膽堿有提高脂肪產(chǎn)量和乳脂率的趨勢(shì)。后一試驗(yàn)中,瘤胃和十二指腸瘺管閹牛補(bǔ)充27 g/d膽堿,測(cè)定十二指腸的膽堿流量。在非補(bǔ)充組,閹牛平均干物質(zhì)采食為13.1 kg/d,從而膽堿攝入量46.7 g/d。而每天瘤胃給27 g的組閹牛的膽堿攝入到達(dá)到72.6 g/d。雖然十二指腸流量增加了,但瘤胃補(bǔ)充27 g/d膽堿只增加了十二指腸膽堿流量3 g/d(13.7∶16.6 g/d)。與非補(bǔ)充組動(dòng)物相比,補(bǔ)充27 g/d膽堿有提高動(dòng)物膽堿表觀降解性的趨勢(shì)(77.1%∶70.6%)。給泌乳奶牛0、10和20 g/d的補(bǔ)充膽堿,總膽堿攝入量從23.5 g/d增加到177 g/d、326 g/d,但十二指腸流量只從1.2 g/d增加到1.3 g/d、2.5 g/d[7]。

由于膽堿在瘤胃中的大量降解,十二指腸膽堿流量?jī)H能滿足分泌至乳中的膽堿需要量,而遠(yuǎn)不能滿足成年泌乳奶牛膽堿的總需要。奶中的膽堿濃度實(shí)質(zhì)上是變化的,泌乳量中等的奶牛,不補(bǔ)充膽堿時(shí)其乳中膽堿量為72～86 mg/kg[8]。在另一個(gè)圍產(chǎn)期的奶牛試驗(yàn)中,不補(bǔ)充膽堿的奶牛,其平均乳中膽堿濃度達(dá)到了99.7 mg/kg[9]。雖然NRC(2001)對(duì)于奶牛的膽堿需要量沒有確定,但是,Erdman(1992)指出,十二指腸的膽堿流量比奶牛的需要量少了30%[3]。對(duì)于現(xiàn)代的高產(chǎn)奶牛,除非存在體內(nèi)的重新合成,否則奶牛將長(zhǎng)期處在膽堿缺乏中。雖然在現(xiàn)代奶牛未必存在膽堿缺乏,但是考慮到膽堿在磷脂合成及脂肪轉(zhuǎn)運(yùn)中的作用,補(bǔ)充膽堿可能對(duì)奶牛的代謝及健康有利。Sharma和 Erdman等(1988)已經(jīng)建議,當(dāng)奶牛的甲基供體不足時(shí),對(duì)膽堿的需要就有所提高,而這不能通過補(bǔ)充蛋氨酸來滿足[10]。Sharma和Erdman等(1989)通過一系列的瘤胃瘺管試驗(yàn)闡明皺胃灌注不同數(shù)量的膽堿提高了泌乳量及乳脂量,而日糧補(bǔ)充膽堿對(duì)生產(chǎn)沒有效果[5]。因此,由于無論是存在于日糧中膽堿還是向日糧中添加的膽堿,其在瘤胃中大量地被降解,所以必須對(duì)膽堿進(jìn)行保護(hù)使其逃過瘤胃降解而發(fā)揮對(duì)奶牛的價(jià)值。

3 瘤胃保護(hù)性膽堿對(duì)圍產(chǎn)期奶牛的作用

3.1 RPC對(duì)采食的作用

在分娩前對(duì)圍產(chǎn)期奶牛補(bǔ)充瘤胃保護(hù)性膽堿(rumen-protected choline,RPC)對(duì)圍產(chǎn)前期的采食量(dry matter intake,DMI)沒有影響,但是分娩后補(bǔ)充膽堿,有提高圍產(chǎn)后期DMI的趨勢(shì)[11]。補(bǔ)充RPC對(duì)飼料DMI的作用有不同的結(jié)論,有些研究中報(bào)道沒有效果[3,12～14],但是有些研究中觀察到提高了DMI[15,16]。膽堿如何影響DMI的機(jī)理還不清楚,但是有理由推測(cè)膽堿對(duì)提高產(chǎn)犢后奶牛健康有間接作用。補(bǔ)充RPC的不同效果可能與所用產(chǎn)品的質(zhì)量及不同產(chǎn)品針對(duì)瘤胃降解的保護(hù)方法不同而導(dǎo)致其瘤胃保護(hù)程度不同有關(guān)[17]。然而,如果膽堿對(duì)酮病及脂肪肝的風(fēng)險(xiǎn)有直接影響,那么可以預(yù)測(cè),補(bǔ)充膽堿的奶牛的食欲會(huì)有所提高。

3.2 補(bǔ)充RPC對(duì)產(chǎn)奶量及乳成分的作用

Baldi和Pinotti(2006)研究表明提高腸道膽堿供給量常常能提高泌乳奶牛近7%的產(chǎn)奶量,而且產(chǎn)奶量的提高似乎與提供的RPC的劑量(從6～60 g/d)有關(guān)[18]。

Efdman和Sharma(1991)設(shè)計(jì)了兩個(gè)試驗(yàn)來評(píng)價(jià)泌乳以后5周里不同RPC水平的效果及RPC與日糧CP水平相互作用[19]。在試驗(yàn)1中,當(dāng)補(bǔ)充飼喂RPC,產(chǎn)奶量有上升的趨勢(shì),氯化膽堿的攝入量從17～50 g/d。在試驗(yàn) 2中,補(bǔ)充 0～55 g/d RPC提高氯化膽堿的攝入量,結(jié)果不受日糧蛋白水平的影響,產(chǎn)奶量呈線性增加。通常飼喂RPC對(duì)產(chǎn)奶量及3%的乳脂校正乳產(chǎn)量沒有影響[12,20,21]或是提高了[11,13,14,19,22]。在Zahra等(2006)試驗(yàn)中,對(duì)于產(chǎn)前體況>4.00的奶牛,補(bǔ)充RPC能提高產(chǎn)奶量[14];然而在Lima等(2007)的試驗(yàn)中,不管分娩時(shí)奶牛的體況如何,補(bǔ)充RPC對(duì)3.5%脂肪較正乳和能量較正乳都有所提高[11]。因膽堿被用于合成磷脂,表明補(bǔ)充膽堿有利于脂肪吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),因此有利于乳脂合成[23];然而對(duì)血液脂肪相關(guān)更多的細(xì)節(jié)的研究表明補(bǔ)充RPC沒有改變泌乳奶牛不同血漿脂肪組份的濃度[21]。在泌乳早期,通過乳腺分泌的脂肪酸大部分由血漿中非酯化脂肪酸(nonesterified fatty acids,NEFA)提供,如果體重?fù)p失在產(chǎn)后加深,這種程度將會(huì)提高。因?yàn)镽PC可能根據(jù)血漿NEFA的濃度而減少脂肪動(dòng)員[24,25],有可能膽堿對(duì)腸道脂肪吸收、肝臟甘油三酯分泌和進(jìn)一步轉(zhuǎn)運(yùn)至乳腺的潛在作用NEFA被乳腺細(xì)胞攝取的可能性降低而蒙蔽。

RPC的作用可能也因蛋氨酸等甲基供體或其它一些與甲基化相關(guān)的輔助因子如葉酸和VB的使用而所有不同。當(dāng)灌注蛋氨酸時(shí),阻止泌乳奶牛從蛋氨酸途徑的內(nèi)源性膽堿合成,會(huì)減少乳及脂肪校正乳的產(chǎn)量,而當(dāng)補(bǔ)充膽堿時(shí)不會(huì)降低乳及脂肪校正乳的產(chǎn)量。此結(jié)果證明了蛋氨酸是泌乳奶牛一種重要的甲基供體。然而,經(jīng)產(chǎn)奶牛飼喂蛋氨酸不足的日糧時(shí),當(dāng)補(bǔ)充RPC時(shí)提高了產(chǎn)奶量,而補(bǔ)充瘤胃保護(hù)性蛋氨酸或是甜菜堿時(shí)卻沒有效果[22]。RPC對(duì)初產(chǎn)奶牛沒有相同的作用,可能是因?yàn)楫a(chǎn)奶量較低,約只有27.5 kg/d。這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,補(bǔ)充膽堿對(duì)泌乳性能的提高可能是節(jié)省了甲基供體的結(jié)果,也可能是膽堿對(duì)泌乳的直接作用。補(bǔ)充膽堿而提高的乳及乳成分的產(chǎn)量很可能是因?yàn)樘岣吡水a(chǎn)后健康狀況的結(jié)果。脂肪代謝失調(diào)嚴(yán)重的奶牛[14]、以及生產(chǎn)潛能大的奶牛[22]可能對(duì)補(bǔ)充RPC的響應(yīng)效果更好,雖然RPC的作用已經(jīng)被證明與奶牛的生產(chǎn)潛力無關(guān)[26]。

Pires和Grummer(2008)總結(jié)了16個(gè)用 RPC飼喂奶牛的試驗(yàn)對(duì)照。在這些試驗(yàn)中,產(chǎn)奶量范圍為22～44 kg/d,大多數(shù)補(bǔ)充RPC 15 g膽堿。在16個(gè)試驗(yàn)中的6個(gè),產(chǎn)奶量得到了顯著提高,沒有產(chǎn)奶量因奶牛補(bǔ)充膽堿來下降的。這些試驗(yàn)中對(duì) RPC有積極響應(yīng)的更多的是產(chǎn)奶量30～35 kg/d的奶牛[26]。

3.3 補(bǔ)充RPC對(duì)產(chǎn)后健康的作用

泌乳的適應(yīng)性調(diào)整對(duì)奶牛健康與生產(chǎn)力至關(guān)重要。圍產(chǎn)期奶牛脂肪代謝在此調(diào)整過程中扮演重要角色。為維持泌乳和乳脂合成,泌乳早期奶牛對(duì)脂肪組織的的過度動(dòng)員將導(dǎo)致臨床及亞臨床酮病的發(fā)生,這兩者都將影響到奶牛的繁殖性能。

最近,Lima等(2007)[11]設(shè)計(jì)了兩個(gè)試驗(yàn)來評(píng)價(jià)圍產(chǎn)期補(bǔ)充RPC對(duì)健康失調(diào)的發(fā)生率、泌乳和繁殖性能的影響效果。試驗(yàn)1中,362頭奶牛從妊娠的253 d進(jìn)入試驗(yàn),試驗(yàn)日糧飼喂到泌乳的80 d。日糧完全一致,但是處理組奶牛以每天補(bǔ)充15 g的劑量RPC。試驗(yàn)2中,573頭初孕奶牛從妊娠的256 d進(jìn)出試驗(yàn)處理,只在圍產(chǎn)前期使用試驗(yàn)日糧。日糧完全一致,以每天15 g膽堿的劑量給補(bǔ)充RPC。試驗(yàn)1中,在產(chǎn)前、產(chǎn)后飼喂RPC減少了臨床、亞臨床酮病的發(fā)生率及酮尿奶牛的比例。整個(gè)圍產(chǎn)期采食RPC的奶牛有較少的乳房炎,而胎衣不下、子宮疾病、皺胃移位的發(fā)生率沒有改變。補(bǔ)充RPC的奶牛酮病和乳房疾病得到控制,試驗(yàn)1中補(bǔ)充RPC組奶牛的整體發(fā)病率減少。在試驗(yàn)2中,只在圍產(chǎn)前期補(bǔ)充RPC的初產(chǎn)奶牛中,酮病和其它產(chǎn)后疾病的發(fā)生率在各處理組中相同。

奶牛的繁殖性能通常不受飼喂膽堿的影響。在Lima等(2007)的試驗(yàn)1中,飼喂RPC對(duì)發(fā)情奶牛比例、第一次授精懷孕奶牛比例及妊娠維持沒有影響。這些數(shù)據(jù)表明,飼喂RPC可提高分娩后奶牛健康并減輕奶牛發(fā)生酮病的危險(xiǎn),但是這些對(duì)健康的好處沒有反映到繁殖性能的提高上。而且,當(dāng)初奶牛只是產(chǎn)前飼喂時(shí),RPC沒有提高產(chǎn)后健康及繁殖性能。

3.4 補(bǔ)充RPC對(duì)脂肪肝的緩解作用

膽堿被用來合成磷脂酰膽堿-細(xì)胞維持與復(fù)制必需的一種主要磷酯。磷脂酰膽堿亦可由如蛋氨酸等甲基供體以磷脂酰乙醇胺轉(zhuǎn)甲基的形式合成[27]。在單胃動(dòng)物,膽堿缺乏常表現(xiàn)出脂肪肝[1]。膽堿能夠作為甲基供體在氨基酸供應(yīng)不足的時(shí)候代替蛋氨酸。因?yàn)槟憠A是磷脂磷脂酰膽堿的構(gòu)成成分,可轉(zhuǎn)化為肝臟脂肪代謝一種重要的成分。磷脂酰膽堿是合成低密度脂肪酸(VLDL)所需要的,VLDL是從肝細(xì)胞中轉(zhuǎn)運(yùn)出甘油三酯的脂蛋白。

在泌乳早期,奶牛過度體脂動(dòng)用來維持乳及乳脂的合成。因?yàn)楦渭?xì)胞攝取脂肪酸超過線粒體或過氧化合物酶的氧化和以VLDL轉(zhuǎn)出的速度,肝臟將處于積累脂肪酸的風(fēng)險(xiǎn)之下。肝臟中脂肪的過度積累與血液中生化指標(biāo)的變化有關(guān),并降低生產(chǎn)性能。因?yàn)槟憠A能影響VLDL的合成,補(bǔ)充膽堿可能使發(fā)生脂肪肝的風(fēng)險(xiǎn)降低。

Cooke等(2007)[28]做了兩個(gè)試驗(yàn)來確定 RPC對(duì)奶牛肝臟中甘油三酯的積累與釋放的影響。試驗(yàn)1中,24頭產(chǎn)前45～60 d奶牛進(jìn)行限制飼喂,補(bǔ)充0或15 g/d RPC。試驗(yàn)2中,28頭產(chǎn)前45～60 d奶牛進(jìn)行限制飼喂,每天補(bǔ)充0或15 g/d RPC。試驗(yàn)1中,飼喂RPC的奶牛在限飼或能量負(fù)平衡期間肝臟組織甘油三酯濃度下降。在試驗(yàn)2中,飼喂RPC的奶牛在限制飼喂停止后進(jìn)行自由采食,肝臟積累的甘油三酯釋放較多。Cooke(2007)[28]的研究數(shù)據(jù)表明,RPC能夠預(yù)防并有可能減緩脂肪肝,因?yàn)橹辽僭谟上拗撇墒痴T導(dǎo)的的情況下,補(bǔ)充RPC使得從肝臟釋放甘油三酯速度提高。

對(duì)于圍產(chǎn)期奶牛,飼喂RPC沒有減少肝臟的脂肪滲透[13,14],雖然它增加了肝糖原的含量。Piepenbrink和Overton(2003)研究發(fā)現(xiàn)的結(jié)果表明,圍產(chǎn)期奶牛飼喂RPC提高了肝臟VLDL的分泌率,Cooke等(2007)的體外試驗(yàn)加強(qiáng)了這種結(jié)論[13,25]。

對(duì)脂肪組織的平均脂肪濃度的解釋存在一個(gè)問題,即在產(chǎn)后的泌乳早期或過度飼喂精料的奶牛其肝臟中的甘油三酯濃度常常是變化的,從而掩蓋了試驗(yàn)效果。因此,肝臟甘油三酯濃度的不確定性要求每個(gè)處理有很多的奶牛被采樣才有機(jī)會(huì)檢測(cè)到不同處理之間的不同。

Lima等(2007)給產(chǎn)前25 d至產(chǎn)后80 d的奶牛飼喂RPC,在產(chǎn)后的7～10 d收集肝臟組織分析其化學(xué)成分。飼喂15 g RPC對(duì)肝臟的干物質(zhì)重和肝糖原濃度沒有影響,但是有降低脂肪組織中甘油三酯濃度、降低脂肪肝的趨勢(shì)[11]。

4 總結(jié)

雖然不認(rèn)為膽堿是奶牛日糧中的必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但是十二指腸灌注試驗(yàn)表明向小腸提供膽堿增加可吸收膽堿能夠提高產(chǎn)奶量及奶中脂肪的含量。高產(chǎn)奶牛每天向奶中分泌3～5 g/d的膽堿,因此小腸所提供的量通常是不夠的。在已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)中,有當(dāng)飼喂瘤胃保護(hù)性形式的膽堿時(shí),與對(duì)照組相比提高了38%的產(chǎn)奶量。補(bǔ)充RPC產(chǎn)奶量平均提高了6%,約1.5 kg/d。飼喂RPC已經(jīng)證明能夠降低圍產(chǎn)期奶牛以及處在限制飼喂中的奶牛血漿中非酯化脂肪酸的濃度。在一些研究中,血漿非酯脂肪酸濃度的降低加上提高了肝臟中甘油三酯的輸出,結(jié)果降低了肝臟中脂肪濃度,增加了健康。大量的現(xiàn)場(chǎng)研究表明在分娩前后飼喂RPC降低了臨床和亞臨床酮病的風(fēng)險(xiǎn),減少整體死亡率,但是對(duì)繁殖性能沒有直接影響。

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