Метаболические нарушения у высокопродуктивных коров

Современное молочное производство может быть рентабельным лишь при использовании высокотехнологических приемов и сбалансированных концентратных рационов. Организм жвачных животных за миллионы лет эволюции приспособился к кормлению другим доступным для него источником энергии и пластических веществ – целлюлозой. При переводе коров на высококонцентратные рационы их системы поддержания жизнедеятельности не всегда готовы к адаптации в изменившихся условиях, это приводит к нарушению метаболизма в различных органах и системах, к преждевременным снижениям продуктивности, продолжительности эксплуатации, в конечном

итоге, к большим экономическим потерям. Проблему не удается решить, используя самые современные технологии кормления [5]. Разработку эффективных лечебнопрофилактических мероприятий лимитирует недостаточная изученность механизмов развития метаболических нарушений, развивающихся у высокопродуктивных коров.

В статье на основании литературных данных и результатов собственных исследований предпринята попытка выявления наиболее уязвимых звеньев метаболизма, подвергающихся повреждению в условиях содержания коров в современных животноводческих комплексах, и возможных путей его предупреждения и коррекции.

Объекты и методы

Проанализированы литературные данные о механизмах развития нарушений обмена веществ у высокопродуктивных коров, предшествующих формированию полиор-ганной недостаточности. Они сопоставлены с результатами собственных исследований патогенеза, нарушения функции ряда жизненно важных органов, развившихся у экспериментальных животных, подвергшихся воздействию тяжелой гипоксии, и приведшему к чрезмерному катаболизму пуриновых нуклеотидов с последующим усилением липо-пероксидации фосфолипидов мембранных структур клеток (рис. 2). Обосновано положение о том, что по подобному механизму развивается полиорганная недостаточность при кетоацидозе у высокопродуктивных жвачных животных.

Результаты исследования

Витамин B12---

СН}  * HS-KoA       СН3                                  СН2

/     I                          I                           |      5-ДАКоб |

Целлю- Микро- СН2 Ацил-КоА-синт-за СН2+СО2 Пр-КоА-карб-за СН-СН3 ММ-КоА- СН; ^ Цикл лоза    орг. >  I                   * I о                   * I     мутоза * I о кРебса

Спи АТФ АМФ* С АТФ АДФ+Ф.              С

Ф0Ф Чкм         Чкод S-код

Пропионат            Пропионил-Ко А          Метилмалонил- Сукцинил-

‘                      (Про-КоА)            КоА (ММ-КоА) КоА

Под действием этого фермента ММ-КоА превращается в сукцинил-КоА (активную форму янтарной кислоты). Последняя включается в реакции второй части цикла

Кребса, где окисляется с образованием одной молекулы макроэргического соединения гуанозинтрифосфата, ФАДН 2 и НАДН+Н⁺ . Эти коферменты переносят ионы водорода в дыхательную цепь митохондрий, где вырабатывается большая часть необходимого организму АТФ. Кроме того, у жвачных животных сукцинил-КоА необходим для постоянного «подпитывания» реакций цикла Кребса, обеспечивая безотказное окисление в нем кетоновых тел (ацетоуксусной и β-гидроксимасляной кислот), генерируемых в печени из ацетил-КоА, образовавшегося при β-окислении жирных кислот (как и целлюлоза, они являются важным энергетическим источником организма) [5].

Это приводит не только к снижению эффективности генерации АТФ из пропионовой кислоты, но и к торможению окисления в цикле Кребса ацетил-КоА, образовавшегося из доставленных из печени в другие органы кетоновых тел. В результате не только еще больше снижается выработка АТФ (гипоэргоз), но и происходит увеличение концентрации кетоновых тел в тканях, особенно в крови (гиперкетонемия), появление их в моче (кетонурия). По мере увеличения уровня ацетоуксусной и β-гидрокси-масляной кислот истощаются буферные системы крови (карбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой) с последующим снижением уровня рН крови (декомпенсированный кетоацидоз). Усугубляет это состояние недостаточное обеспечение тканей кислородом (гипоксия), приводящее к увеличению в тканях уровня молочной кислоты (лактоацидоз). Последствиями закисления тканей является снижение продуктивности и последующее развитие полиорганной недостаточности [2].

Механизмы развития этих явлений сложны и до конца не изучены. Существенный вклад в развитие полиорганной недостаточности вносит, по всей вероятности, нарушение метаболизма пуриновых мононуклеотидов, описанное нами на модели клинической смерти и реанимации (рис. 2) [3]. Начинается оно со снижения напряжения кислорода в клетках, приводящего к торможению генерации АТФ в митохондриях. В этих условиях они пытаются восполнить энергетический дефицит за счет энергии, запасенной в мак-роэргических связях АДФ за счет кратковременной реакции

АДФ + АДФ Аденилаткиназа АТФ + АМФ.

В результате увеличивается уровень АМФ, стимулятора реакций анаэробного гликолиза. Их усиление позволяет на некоторое время отсрочить снижение уровня АТФ, но приводит к увеличению содержания в тканях содержания молочной кислоты (лактоацидозу). Это усугубляет закисление тканей, вызванное накоплением в них кето- новых тел. В физиологических условиях молочная кислота током крови переносится в печень, почки и слизистую оболочку кишечника, где она в реакциях глюконеогенеза обратно регенерируется в глюкозу. Для интенсификации этих реакций необходима экскреция корковым слоем надпочечников достаточного количества глюкокортикоидов, активатора ключевых ферментов глюконеогенеза: пируваткабоксилазы, фосфоенолпи-руваткарбоксикиназы, фруктозо-1,6-бисфосфатазы и глюкозо-6-фосфатазы. В условиях прогрессирующей полиорганной недостаточности функция коркового слоя надпочечников тормозится, явления лактоацидоза усиливаются, способствуя усилению дальнейшего катаболизма АМФ.

Рис. 2. Метаболизм пуриновых мононуклеотидов в условиях закисления тканей молочной кислотой или кетоновыми телами

Увеличение уровня последнего на фоне закисления тканей приводит к повышению активности аденилатдезаминазы и аденозиндезаминазы, активируемых сдвигом рН в кислую сторону [3]. Эти ферменты совместно с 5i-нуклеотидазой катализируют реакции расщепления АМФ до инозина. От него отщепляется остаток рибозы и образуется гипоксантин. Дальнейшее окисление этого вещества в результате реакции, катализируемой ксантиноксидазой, сопряжено с выработкой данным энзимом активных кислородных метаболитов: супероксидных радикалов и перекиси водорода. При их взаимодействии образуются гидроксильные радикалы, повреждающие их ненасыщенные жирные кислоты фосфолипидов мембранных структур. Параллельно происходит инактивация компонентов неферментативного и ферментативного звеньев систем антиоксидантной и антиперекисной защиты. Все это на фоне недостаточно эффективной регене- рации мембранных структур, вызванной дефицитом метильных групп, приводит к по-лиорганной недостаточности.

Метионин – незаменимая аминокислота организма. Он необходим не только для биосинтеза собственных белков организма, но и для белков молока у лактирующих животных. В естественных условиях для этого метионина вырабатывается достаточно. Кроме того, данная аминокислота является донором метильных групп и для ряда других жизненно важных процессов, в частности, для биосинтеза фосфатидилхолина (лецитина; ФХ).

Кофермент-

Mem .аденозил-^ тросферозо '

АТФ Ф-О-Ф-О-ф

SH метилкобаламин s-CH₃

CHi                     CH2

I * Метилтронсф-зо i

CH2 --^^ ^ > CH2

CH-NH-. el                 CH-NH

ІЧП2 51-МетТГФ ТГФ .

COOH               COOH

Гомоцис-              Метионин                S-аденозипметионин теин (ГЦ)                    (Мет)                            і'3-AM'l

Рис. 3. Реакции образования метионина и S-аденозилметионина

Перед этим метионин превращается в S-аденозилметионин (SАМ), универсальный источник СН 3 -групп в многих реакциях метилирования. SАМ передает метильную группу этаноламину, образуется холин. Последний фосфорилируется холинкиназой в ФХ, который, присоединяя остаток уридиндифосфата, превращается в УДФ-холин. Он, в свою очередь, отщепляя УДФ, присоединяется к радикалу фосфата фосфатидной кислоты и образуется ФХ.

HO-CH2-CH2-NH2

Уридинтрифосфот

5-АМ:ЭА -метил-           +/СНз трансфераза^ НО-СН2- СН2- N-СН3 хсн3

Этанолсгмим (ЗА)

ФХ УДФ.холин-^_ф тронсфе- -2Н₅РО₄

СН2 -О-РО$Н2

Холин (X)

+/СН3

Холинкинозо^ Н2О3Р.О- НО-СН2- CH2-N-CH3

-—хсн3

АТФ АДФ

Фосфохолин (ФХ)

f Hj -О-А^н» х Фосо-т-^ СН₂-О- А_:,н„ СН-О-С*⁰- С₁₅Н₃. тронсф-зс^СН - О -C^Ci»H_5I

Фосфотидот (Фосф-т)

СН}

СН₂-О- РО₂Н-О- СН₂- CH2-N-CH3 ^СҢз Фосфо тидилхолин (♦Х)

Рис. 4. Реакции образования холина, фосфохолина и фосфатидилхолина

Биологическая роль образовавшегося ФХ обусловлена не только тем, что он компонент биологических мембран и необходим для образования и регенерации клеток, но и участием в процессе освобождения клеток печени от накапливающихся в ней эндогенных ацилглицеролов (АГл; нейтральных жиров). Последние, прежде чем покинуть гепатоцит, должны войти в состав липопротеинов (ЛПр), которые переносят их током крови в другие органы, где ацилглицеролы гидролизуются и окисляются. ЛПр состоят из капли нейтральных жиров, окруженной одинарным слоем фосфолипидов (ФЛ), к нему прикрепляется слой белков-апопротеинов. В состав ФЛ обязательно должен входить ФХ [4]. При недостаточной выработке этого вещества в организме высокопродуктивных коров из-за описанных выше метаболических нарушений выведение АГл из печени нарушается и развивается жировая инфильтрация этого органа [2].

nh2	н
С=МН	ГАТ	nh2		мн2	^ РО3Н
nh\	-        х^ -Сриитин	С = МН	5-АМ:ГА-	С = МН КрК	> С = мн'
(СН2)з	nh2	NH     J	метилтронс.	м -СН3	N -СН3 _
сн-мн2	сн2	сн2	S-АМ ^АГЦ	СН2 АТФ	АДФ Сн2
соон	соон	соон	СН3	соон	СООН
Аргинин	Глицин	Гуанидин		Креатин	Креатин-

Н3РО4

ацетат (ГА)

фосфат (КФ)

Рис. 5. Реакции биосинтеза креатина и креатинина

н

N---

С = МН

N-СНз

Креатинин

Одно из последствий недостаточной обеспеченности организма SАМ-ом – нарушение биосинтеза креатина. Начинается процесс в почках с глицинамидинотрансфе-разной реакции, в результате которой передается амидная группа от аргинина на глицин. Образуется гуанидинацетат (ГА), к нему в печени присоединяется СН 3 -группа, отщепляемая от SАМа. Образовавшийся креатинин является переносчиком остатка фосфата с макроэргической связью от АТФ, выработанного в митохондриях, расположенных на периферии клеток, к месту его потребления – мышечным волокнам (прямая креатинкиназная (КрК) реакция). Прямо передаваться АТФ не может, так как «по пути» может расщепиться ферментами.

Образовавшийся креатинфосфат доставляется к мышечным волокнам, где обратно передает остаток фосфата с макроэргической связью на АДФ (обратная креатинкиназная реакция), а АТФ используется для мышечного сокращения [1].

Эти реакции резко усиливаются в миометрии во время родов, когда во много раз возрастает выработка и потребление АТФ. Передача его в результате креатинкиназной реакции может нарушиться вследствие снижения уровня креатина, обусловленного недостаточной обеспеченностью организма SАМ-ом. Выработка креатина протекает с напряжением для организма даже в физиологических условиях, поскольку часть молекул креатинфосфата отщепляют остатки фосфата и превращаются в креатинин, выделяемый почками с мочой. Дефицит креатина, на наш взгляд, – один из факторов, способствующих развитию родовой слабости и последующих послеродовых осложнений. Также это одна из причин преждевременной выбраковки высокопродуктивных коров.

Расшифровка механизмов развития структурных и функциональных нарушений у высокопродуктивных жвачных животных с учетом литературных данных, результатов собственных, уже проведенных и намеченных к проведению в будущем исследований позволяет сегодня разработать методы своевременного распознавания, вмешательства в их течение, оценки эффективности проводимых лечебно-профилактических мероприятий, их перспективности. Они будут подвергнуты дальнейшему анализу, патентованию полученных результатов и опубликованию в наших работах. Приглашаем к сотрудничеству работников заинтересованных предприятий, в том числе зарубежных.

V.D. Konvai, M.V. Zabolotnykh

Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

Metabolic disorders in high yielding cows