Развитие теории питания жвачных животных на принципах субстратной обеспеченности метаболизма
Развитие науки, и науки о питании (трофология) в частности, происходит по мере накопления и уточнения данных, расширяющих наши представления о процессе питании. В то же время, если система не позволяет объяснить некоторые аспекты или не может описать новые данные, следует ее закономерный, но уже качественный пересмотр. В настоящий момент наука о питании стоит перед этим рубежом.
В чем же недостатки существующей системы? На наш взгляд они делятся на принципиальные и непринципиальные, т.е. на те, которые можно устранить в рамках существующей системы, и те которые в этих рамках принципиально не решаются. Непринципиальные недостатки в настоящее время всем известны и речь о них неоднократно поднималась и в центральной научной печати, и на различных научных форумах. Это факторы окружающей среды –(влажность, температура), фаза лактации, прирост, стадия стельности, завышенный уровень сырой клетчатки, учет качества протеина- которые в настоящее время в нормах не учитываются, хотя могут вносить значительной влияние на расчет потребностей в питательных веществах и энергии и удовлетворение этих потребностей. В последней версии изданных в России норм, часть этих показателей для высокопродуктивных коров уже введена (Нормы и рационы…2003, Физиологические потребности…2001).
Принципиальных недостатки, т.е. те, которые как бы не совершенствовалась система устранены и решены не будут. Суть этих недостатков состоит в следующем: система нормирования по обменной энергии не объясняет разное продуктивное действие изоэнергетических и изопротеиновых рационов в распределении усвоенной энергии на производство молока и привес; не может прогнозировать химический состав молока; система статичная, не предусматривает целенаправленное, научно-обоснованное манипулирование составом рациона, не позволяет вести обоснованный подбор кормовых ингредиентов.
|
|
|
Как будет распределяться усвоенная энергия на привес и молоко, сколько молока, какого химического состава, какое качество жиров и их жирнокислотный состав, если что–то будет скормлено не по норме? На такие вопросы существующие системы ответов не дают. В то же время кормление по жестким нормам, в которых задана и концентрация ОЭ и уровень питательных веществ, часто на практике не выполняется. Например, не выращивают по экономическим соображениям в средней полосе России сейчас кормовую свеклу, а без нее норму сахара в рационе не выдержать, поскольку кормовой патоки можно вводить в рацион лишь ограниченное количество. Чем можно заменить ее, сколько и чего в этом случае будет потеряно, не будут ли потери больше, чем экономия от ее замены? Применяемый ныне подход заменять одно другим в эквивалентах ОЭ не отвечает на эти вопросы.
|
|
|
Для современного животноводства должен быть разработан инструмент, позволяющий выбирать оптимальные режимы кормления, быть ориентиром в планировании поголовья и его продуктивности, позволял бы делать экономически обоснованным выбор возделываемых культур. Поэтому вопрос о разработке системы, позволяющей вести гибкое планирование кормления, применять в сложившихся условиях наиболее экономичные подходы при выборе режимов кормления, уровня продуктивности, составлении рационов как раз в первую очередь актуален для российского животноводства. В других европейских странах и Америки набор возделываемых культур не определяет эффективность животноводства в связи с приемлемым климатом или как в США этот ассортимент культур уже исторически оптимально сложился (люцерна, соя, кукуруза), к тому же высока степень культуры кормопроизводства. И таким образом доля кормов в конечной цене продукции менее высока.
Наука о питании должна ответить на следующие вопросы: какие вещества и в каких количествах необходимы организму для роста, сохранения жизнедеятельности и воспроизводства? Что происходит при невозможности удовлетворения этих потребностей и к каким последствиям приводит потребление питательных веществ в избыточном (по сравнению с потребностями организма) количестве? Какова биологическая функция каждого питательного вещества? Каким образом нарушение этих биологических функций приводит к явным признакам недостаточности? Какие пищевые продукты позволяют животному удовлетворять потребность в питательных веществах и в каких количествах требуются эти пищевые продукты?
|
|
|
В основе всех систем питания и человека, и домашних, и с.х. животных лежит принцип баланса энергии. Он заключается в создании равновесия между поступающей с пищей энергией, и энергией, расходуемой во время жизнедеятельности. Исходя их энергетических эквивалентов белков, жиров и углеводов и принимая во внимание незаменимость только белков и ненасыщенных жирных кислот, согласно этому принципу разницы в рационе, состоявшем только из белков и незаменимых жирных кислот и смешанного рациона не будет, если это не приводит к нарушениям пищеварения. Действительно домашние животные (кошка, собака) в эксперименте длительное время успешно содержались на высокобелковой диете. Однако если учесть напряжение организма по уровню глюконеогенеза и выведению аммонийных групп, становится ясно, что такая диета не отвечает условиям оптимального питания.
|
|
|
Приведенные выше факты свидетельствуют, что задача (проблема) обеспеченности валовой питательностью (энергией и протеином) неизбежно перерастает в установление потребностей животных в метаболитах-субстратах, в разработку способов оптимизации их образования и использования для более экономного расходования кормов и дальнейшего повышения продуктивной эффективности животных. Так как, животные метаболизируют энергию не как таковую, а субстраты-метаболиты, исходно образуемые в пищеварительном тракте, то природа и количество этих субстратов будут определять, с какой эффективностью они будут использованы на молоко и другие нужды организма. Животным для питания необходим не белок per se, а определенные аминокислоты, освобождающиеся при его гидролизе (Уайт А., 1983).
Таким образом, исходя из знания основных метаболических путей превращения метаболитов в организме животных, главный принцип рационального питания - баланс энергии, дополняется принципом балансирования основных метаболитов, исходя из биохимической эффективности процессов и особенностями пищеварения животных.
В данном контексте имеется ввиду разработка научных критериев и способов, позволяющих оценивать корма и рационы по образованию субстратов и метаболитов и их использованию организмом на органном, тканевом и клеточном уровнях, приводящих к высокому продуктивному эффекту, сопровождающемуся достаточной эффективностью, сохранением здоровья и воспроизводительной функции животных.
Проведено сравнительно немного исследований с целью установить условия «оптимального питания», однако не установлены даже критерии оптимального питания. В экспериментах на животных в качестве критерия обычно используют увеличение веса молодняка. Однако нет данных о том, что диета, дающая максимальный привес, оптимальна для взрослого организма, когда главным критерием выступает здоровая и продолжительная жизнь. Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что при потреблении диеты, обеспечивающей лишь минимальные потребности в необходимых питательных веществах - продолжительность жизни увеличивается. Если эти сведения окажутся справедливыми, то придется пересматривать все рекомендации по нормам питания взрослых особей.
В связи с этим главный принцип оптимального питания можно сформулировать следующим образом. Оптимальное питание заключается в обеспечении поступления в организм после всасывания из пищеварительного тракта необходимого набора конечных продуктов переваривания, на переработку которого затрачивалось как можно меньше реакций и энергии.
Какой же должна быть такая система, отвечающая современным требованиям? Или - как же правильно, научно-обоснованно кормить корову?
Для этого следует рассмотреть этапы образования и получения молока и какими принципами руководствуются разные технологические звенья участвующие в этом процессе.
1. Агрономическая служба –ее цель заключается в наибольшем выходе к.е. на единицу затрат или площади земли. С этих позиций правильно кормить животных сеном естественных угодий - само растет, скосил, само высохло, убрал, особо хранить тоже не надо, поэтому его задача состоит в производстве валовых кормовых единиц, а точнее просто веса. Хотя в принципе должна быть система, диктующая и набор возделываемых культур с учетом доступности составляющих их питательных веществ к перевариванию.
2. Зоотехнческая служба будет исходить главным образом из цены 1к.е. и цены 1л молока – что дешевле - тем и кормить. При этом в определенной мере учитываются особенности пищеварения животных, но четкой системы расчета к.е. или обменной энергии кормов рациона при манипулировании набором кормов или уровнем кормления не существует. Поэтому успех такого подхода определяется опытом данного зоотехника, и не передается другим, которым чтобы наладить производство приходится учиться на своих ошибках. Причина та кого подхода - отсутствие системы, позволяющей научно прогнозировать результаты вариаций с кормлением.
3. Организм коровы:
Пищеварительный тракт коровы, в связи с особенностями строения и функционирования предъявляет свои требования к кормам. Выход за рамки физиологических требований процесса пищеварения приводят к заболеваниям или снижению переваримости кормов. В какой-то мере отношение между требованиями физиологии пищеварения и практикой нормирования и составления рационов нашло свое отражение при разработке типовых рационов и в существующих нормах кормления, но только в общих чертах. А именно устанавливается минимальный уровень содержания сырой клетчатки, для нормального функционирования системы преджелудков или в нормах отражается максимальный уровень ее потребления, как самый дешевый компонент в рационах жвачных. Однако обоснованной системы просчетов экономической целесообразности применять разный уровень сырой клетчатки в рационах при различной продуктивности или условий кормления не разработано. Так, нельзя с достаточной определенностью установить, что выгоднее скармливать, из каких источников будет животное извлекать максимум полезных веществ и при этом не нагружать организм ненужными продуктами (аммиак, амины, кетоны). Для этого должна существовать физиологически обоснованная система расчетов преобразования химических веществ корма в процессе переваривания в продукты предназначенные для всасывания.
Печень. Можно скармливать дешевые корма, имеющие хорошую переваримость и усвояемость в пищеварительном тракте и в тоже время они могут быть неблагоприятны организму по конечным продуктам всасывания. Например, применение кормов с повышенным содержанием растворимых протеинов приводит к образованию большого количества аммиака, который после всасывания должен в печени и почках пройти процесс образования мочевины. Ферментация некоторых кормов сопровождается большим образованием масляной и уксусной кислоты, которые приводят к повышенному содержанию кетоновых тел в крови. При этом во всех случаях будет наблюдаться высокая переваримость. Организм должен затрачивать энергетические ресурсы на их переработку, извлекать резервы для выравнивания гомеостаза и, тем самым, производить дополнительные потери. Поэтому, необходимо создавать условия, чтобы образовывались и всасывались те метаболиты, на переработку которых не требуется дополнительных затрат.
Молочная железа. В упрощенном виде это биосинтетический реактор, в котором из простых предшественников происходит формирование составных частей молока - лактозы, жиров и белка. В какой-то мере в железе происходит коррекция поглощенных субстратов (по аминокислотам), но в целом специфика органа в этом не заключается, предшественники должны поступать в достаточно сбалансированном виде. И эти требования должны быть обеспечены.
Система питания должна уметь обеспечивать компромисс между требованиями разных звеньев организма, определяемых на основе научных знаний процессов пищеварения и обмена веществ и особенностями содержания и кормления животных, кормовой базы, климата и плодородием почв. Чтобы возможно было проследить биохимический путь превращений питательных веществ, начиная с корма и до выхода продукции, необходимо оперировать химическими сущностями веществ. Установить биохимические связи между сырыми питательными веществами и химическими составляющими, например, молока, не представляется возможным, т.к. понятие сырые питательные вещества не имеют химической сущности и часто определяют сумму каких либо компонентов различной структуры, имеющих при переваривании разные конечные продукты. Решение проблемы путем введения понятия «энергия» в свое время дало значительный прогресс в разработке норм кормления, но при этом внутренний механизм превращений оставался не учтенным и поэтому устанавливались лишь наиболее выраженные взаимосвязи.
Длительное время существовала разобщенность исследований в области физиологии и биохимии питания от зоотехнической науки- кормления. В принципе работы велись в одном направлении - повышение продуктивности животных, но исследования в области физиологии и биохимии питания практически мало находили отражение и учитывались при разработке норм кормления. Какие бы стороны межуточного обмена мы не изучали, чтобы не устанавливали, это ни коим образом не связывалось с кормлением. Установление количественных фундаментальных закономерностей превращения бутирата при всасывании в β-оксибутират, окислении последнего в тканевом метаболизме и использовании его в молочной железе при синтезе жирных кислот ни как не могло отразиться на в нормах кормления. В лучшем случае что используется, так это учет показателей некоторых метаболитов в крови в качестве критериев полноценности кормления. Многое выяснено о метаболизме: известна роль предшественников компонентов молока, есть представления о роли стенки ЖКТ и печени в превращениях всасывающихся веществ, о роли жировой ткани и т.д. Эти знания носят в основном описательный, качественный характер, поэтому их трудно использовать в практических нормах. Хотя в определенной мере эти факты учитываются. Снижение жира в молоке на рационах с преобладанием концентрированных кормов связано с количеством образованного ацетата и поэтому пришли к заключению, что надо иметь в рационе минимум грубых кормов и на этом остановились. А нужно было количественно рассчитать необходимое количество ацетата, удовлетворяющее и синтез молочного жира, и его расход на генерацию АТФ, а отсюда - регламентировать количество всасывающегося ацетата. В этом случае норма компонентов кормов рациона будет исходить из снабжения количества необходимого для обеспечения этого процесса.
Что же вытекает из многолетних исследований института и предлагается? Учесть все данные, полученные в экспериментах на уровне пищеварительного тракта и межуточного обмена, т.е. устранить разобщенность прикладной физиологии и биохимии, чем мы всегда занимались, и теорией и практикой кормления, которые совершенствуются только на основе эмпирического подхода сравнения входных характеристик рациона и выходом с продукцией, т.к. должен быть один конечный результат - повышение продуктивности животных.
По своей сути процессы питания у всех видов происходят по общим законам физиологии и биохимии и имеет лишь определенные черты специфичности и особенностей. Основное отличие заключается в принципах питания. Для продуктивных с.х животных одним из главных требований является кормление, обеспечивающее высокую продуктивность с наименьшими затратами. Для человека и домашних животных эти требования не главные или их нет вообще. Селекция, направленная на подбор животных с высокой продуктивностью, привела к появлению пород с высокой метаболической активностью, с повышенными требованиями к условиям питания. Поэтому наука о питании с.х. животных должна быть более развита, чем наука о питании человека. К тому же здесь больше возможностей изучения внутренних реакций организма.
На базе проведенных в институте интенсивных исследований количественных параметров образования, транспорта, метаболизма и использования субстратов (нутриентов) на синтез составных частей молока у коров разного потенциала продуктивности и в зависимости от их физического состояния, фазы лактации, структуры рациона и уровня кормления разработан первый вариант новой системы оценки питательности кормов и нормирования питания животных, основанной на прогнозе обеспеченности субстратами (питательными веществами) их жизнедеятельности и продуктивности.
Для этого использованы методы системного моделирования, которые в настоящее время являются наиболее перспективным и эффективным способом прогнозирования переваримости и питательной ценности кормовых составляющих рациона для жвачных. Системное моделирование процессов пищеварения и всасывания субстратов позволяет в комплексе учитывать влияние на трансформацию корма в преджелудках как симбионтной микрофлоры, так и собственных систем и функций организма-хозяина (ферментативных, секреторных, эвакуаторных и т.д). Такой комплексный подход позволяет учесть ассоциативные эффекты в переваримости составляющих кормов и спрогнозировать потоки всасывающихся субстратов по данным химического анализа состава рациона. Исследования в этом направлении проводятся в США, Великобритании. Дании. Германии, Австралии и других развитых странах. В нашей стране эта разработка осуществлена впервые. На основе имеющейся в литературе информации создано собственное программное обеспечение экосистемного моделирования биоценоза преджелудков. На основе решения обратной коэффициентной задачи произведена адаптация системы к конкретным условиям, введены уточнения и модификации с использованием большого количества фактического экспериментального материала. Практическое значение разработки состоит в том, что она дает основу для более эффективной оценки питательной ценности рациона и прогноза потоков всасывающихся субстратов, необходимого для нормирования питания высокопродуктивного скота, а также для обоснования способов направленной регуляции соотношения всасывающихся субстратов, оказывающего влияние на качество получаемой продукции и на клинико-физиологическое состояние животного.
Была проведена проверка точности предлагаемого метода оценки энергетической питательности рационов по энергии всасывающихся субстратов по указанной выше модели. В работе использовали данные 25-ти балансовых опытов на лактирующих коровах. Результаты проведенной оценки свидетельствуют о том, что предложенный способ с использованием модели биоценоза рубца характеризуется более высокой точностью, по сравнению с двумя другими способами – расчету по формуле Аксельсона и по табличным данным, приведенным в справочнике «Нормы и рационы кормления с.-х. животных 1985 г.» На данном этапе использование определения содержания ОЭ в рационах по разработанной модели, в связи с хорошей прогностической способностью, можно рекомендовать для применения при составлении рационов для КРС. В настоящее время имеются данные о содержании и скорости ферментации протеина основных кормов, крахмала, целлюлозы, гемицеллюлоз. Получены данные об аминокислотном составе основных фракций протеина ряда кормов и скорости распада каждой аминокислоты.
Разработанная система оценки рационов в настоящее время может использоваться на практике для более точной оценки содержания обменной энергии в кормах в рамках существующей детализированной системы питания. Одновременно она является первым элементом новой разрабатываемой системы питания, адекватного физиологическим потребностям разных генотипов животных на основе субстратной обеспеченности метаболизма.
Было экспериментально доказана возможность количественного определения образования субстратов из кормов рациона и их перераспределение в процессах обмена и поглощения молочной железой. Установленные закономерности в образовании и поглощении субстратов заложены в алгоритм расчетов и реализован в виде компьютерной программы. Для определения наработки субстратов в процессах пищеварения и межуточного обмена использовали данные расчета образования субстратов по разработанной нами модели и учитывали особенности метаболизма в стенке ЖКТ и печени, мобилизацию и отложение веществ в мышечной и жировой ткани. Балансирование рационов производили по совпадению образованных субстратов и потребностью в них. Решение задачи составления рациона по новым принципам заключается в поэтапном приближении базового рациона (рассчитанного по схеме детализированного питания) к реальному, полноценно обеспечивающему параметры субстратной потребности животного в данных условиях кормления и содержания.
Разработанные теоретические положения доведены до уровня возможного использования в практике животноводства. В настоящее время разработаны основные подходы к установлению потребностей лактирующих коров в отдельных субстратах при сложившемся уровне молочной продуктивности, с учетом химического состава молока и изменения массы тела при стандартном уровне эффективности использования. С этой целью создан первый рабочий вариант компьютерной программы для системы оценки и нормирования с учетом субстратного обеспечения метаболизма. В то же время предстоит разработать потребности в субстратах для обеспечения планируемого уровня молочной продуктивности с определенным составом молока и при контроле динамики массы тела.
Литература к главе 1
ГОСТ-23074-89 и 23075-89. Метод определения растворимости и расщепляемости сырого протеина кормов. М., Изд. Стандартов, 1989,11с.
Методы биохимического анализа (Справочное пособие). Под ред. Кальницкого Б.Д., Боровск, 1997.,356 с.
Нормы и рационы кормления с.-х. животных: Справочное пособие. 3-е издание./А.П. Калашников и др. –М.:, 2003.-456 с.
Нормы и рационы кормления с.-х. животных: Справочное пособие/А.П. Калашников и др. –М.: Агропромиздат, 1985.-352с.
Основы биохимии. Уайт А., и др.Т.3. Пер. с англ., М.: Мир, 1981.-726 с.
Физиологические потребности в питательных веществах и нормирование питания молочных коров., (справочное пособие), Боровск., 2001.,120с.
Armstrong D.G.,Blaxter K.L. In:”Energy metabolim” Hrsg. EAAp−Publ.Nutr.11.London. New York, Academic Press,1965.S.59-72.
Es A.J.H. van, Nijkamp H.J. In:” Energy metabolimin farm animals” EAAP−Publ. Nr.12, Newcastle, Oriel Press Ltd., 1969,S.209-212.
Hoffmann L., Jentsch W., et.al. Arch.Tierernar.22.1972.S.721-742.
Holter J.B., Jones L.A. et.al. J.Dairy Sci. 55, 1972.S.1757-1762.
Moe P.W., Tyrrel H.F. J. Dairy Sci.,55.1972.p.480-483.
Rook J.A., Balch C.C., Jonson V.W. Brit. J. Nutr. 19,1965,S.93-99.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 204; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!