Biocorrection enzymatic and microbiological processes in the rumen, intermediate metabolism of sheep by applying to the feeding of oxidant and organic iodine

Full Text

В практике кормления высокопродуктивных коров с целью создания в рубце оптимальной среды для жизнедеятельности микроорганизмов и переваривания различных кормовых субстратов рациона применяют кормовые добавки с различными биологическими свойствами, такие как эрготропики, грибковые культуры, модификаторы, антиоксиданты, ферменты [1-8]. В последнее время предпочтение отдается природным биологически активным веществам [9].

Целью работы было изучение в сравнительном аспекте действия антиоксиданта дигидрокверцетина (ДКВ) отдельно и в сочетании с органический йодом (ОJ) на ферментативные процессы и жизнеспособность микроорганизмов в рубце, метаболическое здоровье овец. Дигидрокверцетин применяли в форме кормовой добавки «Экостимул-2» производства АО «Аметис», содержащей 80% дигидрокверцетина [10]. Наиболее перспективной для нужд животноводства является кормовая добавка «Прост», изготавливаемая ООО «ИНБИОТЕХ» на основе биойода и представляющая  смесь полноценных белков сыворотки молока, содержащих 2,5% ковалентно-связанных с ними атомов йода.

Методика. Исследования проведены методом групп-периодов на 6 фистулированных овцах в возрасте 2 лет, 3 из которых романовской породы и 3 – гибриды романовской с архаром. В контрольный период овцы получали основной рацион (ОР), состоящий из 1,5 кг сена, 0,4 кг концентратов, общей питательностью 13,2 МДж обменной энергии с содержанием 180 г протеина, 40 г жира, 380 г клетчатки. В 1-й опытный период овцам к ОР добавляли ДКВ по 100 мг/гол/сут + ОJ по 1,05 мг/гол/сут, во 2-й – ДКВ по 100 мг/гол/сут. Продолжительность каждого периода составляла 14 дней.  Биологически активные вещества давали овцам в форме смесей. Смесь 1 состояла из наполнителя – сухих размолоченных ростков, кормовой добавки «Экостимул-2» и кормовой добавки «Прост» (7 мг йода в 1 г),  смесь 2 – из наполнителя и кормовой добавки «Экостимул-2». Смеси давали овцам по 10 г/гол/сут.

В конце каждого периода для изучения показателей желудочного пищеварения и видового состава микрофлоры рубца отбирали пробы рубцового содержимого за 1 ч до утреннего кормления и через 3 ч после кормления. В это же время пункцией яремной вены отбирали образцы крови для изучения межуточного обмена и морфо-гематологических показателей. В содержимом рубца изучали: величину рН; окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) (мВ); общее количество летучих жирных кислот (ЛЖК) – методом паровой дистилляции в аппарате Маркгама; аммиачный азот – микродиффузным методом по Конвею; амилолитическую активность – фотометрическим методом; количество биомассы простейших и бактерий в рубцовом содержимом – методом дифференцированного центрифугирования.

Микробиологический анализ и определение количества основных групп микроорганизмов проводили методом высева десятикратных разведений на накопительные и дифференциально-диагностические среды промышленного производства глубинным и поверхностным способом, с последующим подсчетом их количества (КОЕ/г). В образцах крови определяли гематологические показатели на анализаторе ABC VET (Horiba ABZ, Франция); биохимические показатели – на анализаторе Chem Well (Awareness Tehnology, США). Полученные данные обработаны биометрически с использованием t-критерия Стюдента-Фишера.

Результаты и обсуждение. Интенсивность и направленность процессов пищеварения в рубце жвачных, эффективность использования ими корма неразрывно связаны с составом водной среды химуса, который определяется кислотно-щелочным балансом – значениями рН и ОВП и зависит от структуры и питательности рациона, качества питьевой воды, интенсивности секреции слюнных желез и состоянием микробиоценоза. В свою очередь на жизнеспособность микроорганизмов в значительной степени влияет ОВП. С повышением ОВП воды улучшаются ее биэнергетические, метаболические и иммуностимулирующие свойства, что обеспечивает благоприятные условия для развития микроорганизмов [11, 12].

Добавление к рациону овец ДКВ отдельно и с органическим йодом оказало значительное влияние на физико-химические показатели химуса, на ферментативные и микробиологические процессы. В контрольный период величина рН химуса рубца была равна 5,69 при окисленности 0,146 ед.эк. В 1-й опытный период при включении в рацион ДКВ+ОJ рН химуса повысился до 5,85 на фоне значительного в 2,8 раза увеличения его окисленности. Во 2-ом опытном периоде под действием ДКВ рН химуса увеличился до 6,41 при значительном снижении в 1,8 и 5,08 раза окисленности по отношению к контрольному и 1-му опытному периоду соответственно.

В размножении и жизнеспособности микроорганизмов в средах важную роль играет ОВП. В контрольный период ОВП химуса составил -272, в 1-й опытный – 107,  во 2-й опытный – -404 мВ. Эти значения показывают степень и направленность окислительно-восстановительных процессов. Включение ОJ в рацион овец привело к усилению окислительных процессов, в то время как ДКВ усилил восстановительные процессы, что согласуется с данными по окисленности и рН химуса и является характерным проявлением окислительных у йода и восстановительных у дигидрокверцетина как антиоксиданта свойств.

Амилолитическая активность химуса определяется микроорганизмами, для которых наиболее благоприятной средой является кислая с рН 5,4-6,2. В контрольный и 1-й опытный периоды рН химуса был близким и равнялся 5,69 и 5,85, что определило и его равную амилолитическую активность – 17,52 и 17,72 Е/мл. Повышение рН химуса во 2-й опытный период до 6,41 привело к снижению амилолитической активности, которая составила 16,25 Е/мл. Более кислая среда химуса также благоприятна для жизнедеятельности микроорганизмов, сбраживающих сахара с образованием молочной, уксусной, пропионовой и мясляной кислот, которые почти полностью всасываются в преджелудках. В связи с этим количество ЛЖК в химусе у овец в контрольный и 1-й опытный периоды было близким и составило 11,84 и 11,07 мМоль/100 мл соответственно. Во 2-й опытный период, при включении в рацион антиоксиданта, рН химуса повысился до 6,41. Это могло повлиять на видовой состав микрофлоры и процессы брожения, в результате содержание ЛЖК в химусе в данный период снизилось до 9,61 мМоль/100 мл (табл. 1).

Значительные различия по периодам опыта наблюдали по содержанию в химусе аммиака, численности инфузорий и бактерий, что связано со специфическими свойствами применяемых биологически активных веществ. Содержание аммиака в химусе в контрольный период составило 17,42 мг/%, в 1-й опытный период повысилось до 20,31 мг/%,  во 2-й снизилось до 13,23 мг/%, что, возможно, обусловлено интенсивностью его использования в микробиологическом синтезе белка. Это подтверждается и изменениями в количественном и видовом составе микроорганизмов химуса. Общее количество микроорганизмов в химусе в контрольный период составило 0,885 г/100 мл, в 1-й опытный период  возросло до 1,021 г/100 мл,  во 2-й снизилось до 0,906 г/100 мл. При этом менялось и их видовое соотношение. В контрольный период процентное соотношение инфузорий и бактерий составило 40,3:59,7; в 1-й опытный – 43,6:56,4;  во 2-й – 28,6:71,2. По отношению к контрольному в 1-й опытный период количество инфузорий увеличилось на 25,2%, бактерий – на 8,7%, а во 2-й количество инфузорий снизилось на 27,3%, а бактерий увеличилось на 22,5%.

 

Табл. 1. Физиолого-физические и микробиологические показатели химуса рубца овец

Показатель	Период
	контрольный	1-й опытный	2-й опытный
рН	5,69±0,135	5,85±0.078	6,41±0,053**/ºº
Окисленность, ед. экс.	0,146±0,049	0,412±0,032**	0,081±0,003ºº
ОВП, мВ	-272±15,9	+107±10,27***	-404±7,78***/ººº
ЛЖК, мМоль/100 мл	11,84±0,325	11,07±0,226	9,61±0.613*
Аммиак, мг/%	17,422,777	20,31±1,171	13,23±1,892ºº
Амилолитическая активность, Е/мл	17,52±0,249	17,72±0,324	16,251±0,621
Микроорганизмы, г/100 мл	0,885±0,059	1,021±0,064	0,906±0,040
в т.ч.;инфузории, г/100 мл	0,356±0,040	0,446±0,031	0,259±0,024*/ºº
%	40,3	43,6	28,6
бактерии, г/100 мл	0,528±0,024	0,574±0.053	0,647±0.033*
%	59,7	56,4	71,2
* Р <0,05, ** Р <0,01, *** Р <0,001 по сравнению с контролем. º Р <0,05, ºº Р <0,01, ººº Р <0,001 2-ой опытный период по сравнению с 1-ым.

 

Изучаемые биологически активные вещества значительно влияли на состав микробиоты рубца. Под действием ДКВ+ОJ в содержимом рубца количество лактобацилл увеличилось в 10 раз, под действием ДКВ – в 11,5 раз. Во 2-й опытный период по сравнению с 1-ым также увеличилось количество лактобацилл на 15,3% (табл. 2). В желудочно-кишечном тракте большую группу микроорганизмов представляют мезофильные аэробные и факультативно анаэробные (КМАФАнМ). Дигидрокверцетин в сочетании с йодом и отдельно оказал специфическое влияние на концентрацию КМАФАнМ, кишечной палочки, грибов рода Candida, плесеней и дрожжей в содержимом преджелудков. В 1-й опытный период по отношению к контрольному КМАФАнМ увеличилось в 4 раза, во 2-й – в 21 раз. Количество рубцовой лактозоположительной палочки по отношению к контрольному периоду снизилось в 1-й опытный период на 98,9%,  во 2-й – на 92,2 %, но ее было больше во 2-ом опытном периоде в 6,6 раза, чем в 1-ом. Количество грибов рода Candida, плесеней и дрожжей в 1-й опытный период снизилось на 65,3%, во 2-й возросло в 2,2 раза. В этот же период по отношению к 1-му количество данных микроорганизмов было больше в 6,4 раза. Помимо указанных микроорганизмов в содержимом рубца во все периоды исследования были обнаружены Bacillus spp и не замечены клостридии и лактозоотрицательная кишечная палочка.

 

Табл. 2. Показатели микробиоценоза рубца овец

Показатель	Период
	контрольный	1-й опытный	2-й опытный
Лактобактерии, КОЕ/г	5,6×103±2,9×103	5,6×104±2,2×104	6,42×104±2,73
Споровые микроорганизмы
Bacillus spp	обнаружены	обнаружены	обнаружены
Клостридии	не обнаружены	не обнаружены	не обнаружены
КМАФАнМ, КОЕ/г	1,2 × 103± 1,1 ×102	4,86×103± 1,12×103	2,56×104±8,75×103
Кишечная палочка
Лактозоположительная	6,84×103±5,98×103	0,8×101± 0,74×01	5,33×102±1,42×102
Лактозоотритцательная	не обнаружена	не обнаружена	не обнаружена
Грибы рода Candida, плесени и дрожжи, КОЕ/г	2,16×102±5,98×101	7,5×101± 0,74×101	4,83×102±1,42×102

 

Различия в элиминирующем действии ДКВ+ОJ и ДКВ отдельно на микроорганизмы, вероятно, связаны, в первом случае, с антисептическими свойствами йода, а во втором – с избирательными свойствами по отношению к различным штаммам микроорганизмов. Дигидрокверцетин обладает сильными бактерицидными свойствами, тормозящими гнилостные процессы, что дает основание считать его природным аналогом антибиотиков [18].

Применяемые биологически активные вещества оказали заметное действие на показатели белково-азотистого, углеводного, липидного и минерального обмена, а также на функциональное состояние печени. Cодержание общего белка в сыворотке крови овец в 1-й опытный период по отношению к контрольному увеличилось на 2,7% за счет глобулиновой фракции при равном количестве альбуминов, а во 2-й – снизилось на 3,5% за счет снижения на 16,7% глобулинов и повышения на 14,7% альбуминов. В результате в этот период соотношение альбумины/глобулины (А/Г) составило 0,99, что выше на 0,27 и 0,32, чем в контрольный и 1-й опытный периоды. Это свидетельствует о положительном влиянии ДКВ на анаболические процессы в организме овец, в то время как повышение глобулиновой фракции может быть обусловлено увеличением и γ-глобулинов,  и фракций, связанных с кортикостероидными гормонами. Содержание мочевины в сыворотке крови в 1-й и 2-й опытные периоды снизилось по отношению к контрольному на 2,4 и 13,3% соответственно, но эти значения были выше референтных (3,3-5,8 мМоль/л) [16]. Это согласуется с данными по содержанию и использованию аммиака в рубце и мочевинообразовательной функцией печени.

Креатинин образуется в мышечной ткани как конечный продукт белкового обмена и принимает активное участие в энергетическом обмене всех тканей. Концентрация креатинина в крови напрямую зависит от мышечной массы и степени его экскреции с мочой. Поскольку он не реабсорбируется в почках, то служит важным показателем их клиренса. Концентрация креатинина в сыворотке крови овец в контрольный период составила 53,9 мкМоль/л, что было на уровне нижнего референтного значения (53-97 мкМоль/л). Повышение его до 56,3 в 1-й опытный период и до 72,05 мкМоль/л во 2-й может быть связано с усилением энергетического обмена в тканях организма. Снижение содержания глюкозы в сыворотке крови с 4,42 до 4,07 и 4,06 мМоль/л в 1-й и 2-й опытные периоды по сравнению с контрольным также можно объяснить повышением энергетического обмена в организме овец. Содержание холестерина в сыворотке крови было в пределах физиологической нормы (1,56-3,64 мМоль/л), но наблюдали его снижение с 2,15 до 1,98 и 1,72 м/Моль/л соответственно в 1-й и во 2-й опытные периоды, что может быть связано с усилением функции щитовидной железы и непосредственным действием ДКВ как антиоксиданта. Аналогичные изменения отмечены и по содержанию в сыворотке крови триглицеридов, концентрация которых в 1-й опытный период по сравнению с контрольным снизилась на 16,5%,  во 2-й – на 66,4% (табл. 3).

Применяемые биологически активные вещества существенно влияли на функциональное состояние печени. Содержание общего билирубина в сыворотке крови в контрольный период составило 13,11 мкМоль/л, что превышало верхнее референтное значение (0,2-5,1 мкМоль/л) в 2,5 раза. Включение в рацион ДКВ+ОJ снизило его содержание до 8,8 мкМоль/л, а ДКВ отдельно – до 5,52 мкМоль/л, что практически нормализовало функцию печени. Эти данные согласуются с изменениями активности АЛТ. Активность АСТ в сыворотке крови отражает состояние сердечно-сосудистой системы. В 1-й опытный период наблюдали некоторое повышение активности АСТ, что может быть связано с действием йода через гормоны щитовидной железы.

Об этом свидетельствует и значение коэффициента де Ритиса, который был равен 3,49; 4,48 и 3,44 – соответственно в контрольный, 1-й и 2-й опытные периоды. Включение в рацион ДКВ+ОJ значительно влияло на активность щелочной фосфатазы (ЩФ) и содержание минеральных веществ в сыворотке крови. В 1-й опытный период по отношению к контрольному активность ЩФ возросла на 37,2%, при этом увеличилось и содержание в сыворотке крови кальция, фосфора и магния на 4,3; 17,6 и 1,8% соответственно.  При включении в рацион только ДКВ активность ЩФ также повысилась по отношению к контрольному периоду на 33,1%, но при этом снизилось содержание в сыворотке крови кальция, фосфора и магния на 4,0; 29,3 и 49,7% соответственно. В связи с этим изменилось и соотношение этих элементов, которое составило 1:0,96:0,61 в 1-й опытный период и 1:0,62:0,32 во 2-й, в то время как в контрольный оно было равно 1:0,85:0,62. Хотя содержание данных элементов не выходило за пределы референтных значений, их уровень отражает направленность и интенсивность многих физиологических и метаболических процессов в организме.

Содержание железа и хлоридов в сыворотке крови овец было в пределах референтных значений. Под влиянием биологически активных веществ понижалась концентрация железа с 28,8 в контрольный период до 23,66 мкМоль/л во 2-й опытный период и хлоридов с 105,2 до 94,72 мМоль/л соответственно.

 

Табл. 3. Биохимические показатели сыворотки крови овец

Показатель	Период
	контрольный	1-й опытный	2-й опытный
Общий белок, г/л	70,33±1,25	72,26±1,46	67,89±3,51ºº
Альбумин, г/л	29,53±0,61	29,18±0,94	33,89±2,36
Глобулин, г/л	40,8±0,93	43,08±1,32	34,00±4,86
Отношение А/Г	0,72	0,67	0,99
Мочевина, мМоль/л	7,34±0,39	7,15±1,00	6,37±0,98
Креатинин, мкМоль/л	53,9±4,77	56,35±4,08	72,05±8,73
Глюкоза, мМоль/л	4,42±0,14	4,07±0,18	4,06±0,16
Триглицериды, мМоль/л	0,67±0,05	0,56±0,02	0,33±0,02***/ººº
Холестерин, мМоль/л	2,15±0,10	1,98±0,14	1,72±0,28
Билирубин общий, мкМоль/л	13,11±0,98	8,80±0,30*	5,52±033*
АЛТ, МЕ/л	22,4±1,76	17,3±0,52	18,54±0,70
АСТ, МЕ/л	76,52±2,12	77,31±4,70	63,19±1,17
Коэффициент де Ритиса	3,49±0,24	4,48±0,29	3,440,19
Щелочная фосфатаза, МЕ/л	180,1±15,07	247,1±16,38*	239,73±38,96
Са, мМоль/л	2,53±0,14	2,64±0,14	2,43±0,25
Р, мМоль/л	2,16±0,44	2,54±0,21	1,52±0,17ºº
Отношение Са:Р:Мg	1,0:0,85:0,62	1,0:0,82:0,61	1,0:0,62:0,32
Мg, мМоль/л	1,59±0,02	1,62±0,02	0,80±0,11ºººº
Fe, мкМоль/л	28,8±2,80	25,79±1,57	23,66±1,34
Хлориды, мМоль/л	105,2±1,42	104,4±0,97	94,72±5,77
* Р <0,05, ** Р <0,01, *** Р <0,001 по сравнению с контролем. º Р <0,05, ºº Р <0,02, ººº Р <0,01ºººº Р <0,001 2-ой опытный период по сравнению с 1-ым.

 

Включение в рацион овец ДКВ с органическим йодом и отдельно положительно влияло на морфо-гематологические показатели крови, свидетельствующее о клиническом здоровье животных. Количество лейкоцитов в 1-й опытный период снизилось на 22,7 и во 2-й – на 27,1% по сравнению с контрольным, а количество эритроцитов повысилось на 13,9 и 16,5% соответственно. Эти изменения произошли на фоне некоторого снижения содержания в крови гемоглобина и значения цветного показателя (табл. 4).

 

Табл. 4. Морфо-гематологические показатели крови овец

Показатель	Период
	контрольный	1-й опытный	2-й опытный
Лейкоциты, 109/л	28,11±3,61	21,74±3,00	20,51±2,41
Эритроциты,1012/л	12,03±0,45	13,71±0,30*	14,02±0,26**
Гемоглобин, г/л	119,82±4,18	116,7±2,74	117,55±2,66
Гематокрит, %	42,06±1,20	47,44±0,82**	48,88±1,27**
Цветной показатель	2,99	2,55	2,51
* Р <0,05, ** Р <0,02  по сравнению с контролем.

 

Таким образом, включение в рацион овец антиоксиданта дигидрокверцетина отдельно и в сочетании с органическим йодом значительно влияло в соответствии с их биологическими свойствами на ферментативные процессы и состав микробиоты в рубце, межуточный обмен и резистентность организма, что характеризует их как важные функциональные добавки к рационам направленного действия.

About the authors

Yu. P. Fomichev

Federal Science Center for Animal Hasbandry

Author for correspondence.
Email: urij.fomichev@yandex.ru

doctor of biological sciences

Russian Federation, Moskovskaya oblast, Podolskiy rayon. Dubrovitsi

N. V. Bogolyubova

Federal Science Center for Animal Hasbandry

Email: urij.fomichev@yandex.ru

candidate of biological sciences

Russian Federation, Moskovskaya oblast, Podolskiy rayon. Dubrovitsi

A. V. Mishurov

Federal Science Center for Animal Hasbandry

Email: urij.fomichev@yandex.ru

candidate of biological sciences

Russian Federation, Moskovskaya oblast, Podolskiy rayon. Dubrovitsi

R. A. Rykov

Federal Science Center for Animal Hasbandry

Email: urij.fomichev@yandex.ru
Russian Federation, Moskovskaya oblast, Podolskiy rayon. Dubrovitsi

References

Supplementary files