■郑 飞 李 冉 唐柯楠 刘大森
(东北农业大学动物科学技术学院,黑龙江哈尔滨150030)
胆碱(CHO)属于水溶性B族维生素,俗称维生素B4,但它并不是维生素,只是根据营养作用将其归为维生素类,其在动物机体内也不是以辅酶的形式发挥作用,而是作为结构物质存在,是很多生理活性物质的重要组成成分,不管是人类还是畜禽,CHO都是机体所必需的营养物质。目前市场上主要是氯化胆碱添加剂加入动物饲料中,尤其在奶牛养殖行业中应用较为广泛,有研究表明在奶牛日粮中添加CHO有利于奶牛围产期健康,提高生产性能,防止疾病发生。但是随着奶牛营养学研究的不断发展,研究者发现氯化胆碱在奶牛体内有效利用率很低,由于奶牛瘤胃内存在大量的微生物,微生物将氯化胆碱快速降解,只有极少部分可以到达肠道后部被消化吸收,所以提出对CHO进行过瘤胃保护,制成过瘤胃胆碱(RPC)。
动物饲料原料中包括的CHO形式有磷脂酰胆碱、甘油磷脂胆碱、游离胆碱、乙酰胆碱、鞘磷脂等,其中主要的是磷脂酰胆碱,占总胆碱的60%左右。而在动物体内CHO主要以乙酰胆碱、卵磷脂、溶血磷脂酰胆碱、胆碱缩醛磷脂、磷酸胆碱等状态存在[1]。肝脏是CHO的主要代谢器官,CHO的代谢参与多种生理活动,在动物机体发挥重要作用,特别是在细胞信号传导和脂质代谢过程中占有中心作用。
细胞膜的主要成分之一就是磷脂,磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰胆碱、鞘磷脂等都参与构成细胞膜,其中由CHO经过CDP-胆碱途径生成的磷脂酰胆碱是细胞膜磷脂的重要组成成分,所以CHO在构成细胞膜完整性、维持细胞膜通透性、物质交换方面发挥重要作用。
CHO在机体内胆碱乙酰化酶的催化作用下与乙酰辅酶A生成乙酰胆碱,乙酰胆碱作为一种神经递质在神经系统中发挥重要功能,尤其在神经冲动传导过程中乙酰胆碱是必需物质。有研究表明,在母体怀孕期间增加胆碱的摄入量可以促进胎儿脑部发育,并能改善后代的记忆功能[2]。也有研究报道,乙酰胆碱会促进机体肠道蠕动,进而影响营养物质的吸收[3],说明胆碱也间接影响机体对营养物质的消化吸收。
CHO在动物机体的线粒体内被氧化成甜菜碱生成不稳定的甲基供体,甲基供体在机体内有很多重要作用。在肝脏中磷脂酰乙醇胺在磷脂酰乙醇胺N-甲基转移酶的作用下接受甲基供体生成磷脂酰胆碱。并且机体内的同型半胱氨酸可接受甲基供体生成蛋氨酸,因此可以节约蛋氨酸的外源添加。此外有研究证明CHO的氧化产物甜菜碱对细胞的渗透压有调节作用[4]。
极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)的主要功能是在肝脏脂肪代谢中将甘油三酯(triglyceride,TG)转运出去,运送到其他组织氧化供能。CHO在胆碱激酶的催化下发生磷酸化并通过CDP-胆碱途径生成磷脂酰胆碱,而卵磷脂是磷脂酰胆碱的最小单位存在形式,卵磷脂是构成VLDL的主要成分之一,所以CHO在机体内间接参与脂肪的代谢及运输过程,促进肝脏对脂肪酸的利用,加速肝脏中TG的输出,防止脂肪肝的形成。
CHO在动物机体发挥多种重要功能,是必不可少的营养物质,但是当饲料中添加胆碱时会对饲料中其他的维生素有破坏作用,如对VA、VD、VK破坏较大,所以饲料中添加胆碱后要及时使用并尽量避免与易遭到破坏的物质同时混合使用[5]。
在目前的养殖行业中CHO有着较为广泛的应用,尤其是在奶牛养殖中,CHO发挥着重要作用。正常情况下,奶牛体内可以以维生素B12和蛋氨酸为甲基供体合成CHO供机体利用,通常体内合成的CHO可满足机体需要,但是处于围产期的奶牛对CHO的需求量很大,必需外源添加。市场主要销售的胆碱形式是氯化胆碱,该种形式如果添加在猪禽的日粮中可达到添加效果,但是由于奶牛具有特殊的瘤胃,瘤胃内生存着大量的微生物,在微生物的作用下大部分氯化胆碱会被快速分解为三甲胺,再进一步代谢为甲烷。另外还有极少的氯化胆碱在原虫的作用下合成自身所需的磷脂酰胆碱并贮存,但由于大部分原虫在瘤胃中自溶并消化,所以仅有极少的胆碱可进入消化道后部被消化吸收,导致胆碱在奶牛体内的利用效价很低,不能满足围产期奶牛的需要[6]。有部分研究者对此进行了试验,Atkins等[7]研究结果证明,CHO在瘤胃内会迅速降解,降解率高达76.6%。Sharma等[8]研究发现,当奶牛每日氯化胆碱的饲喂量从23.5 g/d提高到325 g/d时,皱胃食糜中的CHO含量仅从1.17 g/d提高到2.48 g/d,超过300 g的CHO在瘤胃中被微生物降解。所以胆碱在奶牛体内的有效利用很低,为了提高其效价,需要对CHO进行有效保护。因此,研究者通过工艺加工研制出RPC,RPC可降低胆碱在瘤胃内的降解效率,最大程度的逃避瘤胃微生物的降解,当RPC到达小肠时,又能将胆碱释放出来被小肠消化吸收。
围产期通常是指奶牛分娩前21 d(干奶后期)和分娩后21 d(泌乳初期),这段时期的奶牛生理状况较为复杂,机体器官也发生特殊变化,很容易出现一些代谢性疾病。由于奶牛围产前期胎儿体积快速增大及围产后期发动泌乳都需大量能量,然而当奶牛进入围产期时干物质采食量(dry matter intake,DMI)逐渐下降,至分娩时降至最低,产后DMI会有所提高,然而这一阶段的DMI仍然无法满足奶牛对能量的需求,故围产期的奶牛常处于能量负平衡(negative energy balance,NEB)状态而对奶牛健康造成危害。
为满足围产前期胎儿生长发育和围产后期泌乳对能量的需要,奶牛进行自身代谢调控,如动员体脂分解,糖异生增加,脂肪合成减少等。其中最主要的方式是动员体脂分解,体脂分解产生大量的非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acid,NEFA),释放进入血液,随着血液循环进入肝脏。在肝脏中NFEA有三种去路:①肝脏将NFEA完全氧化供能,生成二氧化碳和水;②肝脏将NFEA完全氧化的能力有限,当NEFA的浓度超出肝脏将其完全氧化的能力时,NEFA将被不完全氧化生成酮体,酮体主要包括乙酰乙酸、β-羟丁酸(beta hydroxybutyric acid,BHBA)和丙酮,酮体积累就会导致奶牛发生酮病;③进行酯化反应并产生TG,并和载脂蛋白结合以VLDL的形式转运至乳腺组织为泌乳供能,但由于肝脏向外运送VLDL的能力有限,就会导致TG异常积累形成脂肪肝。脂肪肝和酮病不仅对肝脏的正常功能会产生直接影响,而且会降低奶牛的免疫力、繁殖力,泌乳性能也会随着下降。
奶牛的的DMI直接影响着产奶量,有研究表明,RPC可提高奶牛的DMI,但也报道说RPC对奶牛的DMI无影响。Lima等[9]在369头泌乳牛的日粮添加RPC 15 g/d,结果表明,在产犊前添加RPC对奶牛DMI无影响,但是产犊后添加RPC可提高奶牛的DMI。Chung等[10]报道,在奶牛日粮中添加RPC后,可显著提高奶牛的DMI。然而Piepenbrink等[11]在研究RPC对奶牛DMI影响的试验时,结果却显示RPC对DMI无影响,试验组与对照组相比并无差异。至今为止,RPC对DMI是否有影响还存在不同的观点,还有待进一步深入研究。
围产期前期奶牛的DMI降低,摄取能量不足,奶牛处于NEB,无法满足奶牛的泌乳需要,对奶牛分娩后的泌乳性能产生很大影响。目前有较多研究表明,RPC可以提高围产期奶牛的生产性能。Elek等[12]进行了为期60 d的试验,给产前21 d和产后60 d的奶牛分别饲喂RPC 100 g/d和200 g/d,结果表明平均产奶量提高4.4 kg/d,乳蛋白含量有所增加,但不明显。Chung等[13]在泌乳早期的奶牛日粮中分别添加0、25、50 g的RPC,其结果显示随着RPC添加量的增加,奶牛的产奶量逐渐增加。Pinotti等[14]给产前14 d至产后30 d的奶牛饲喂RPC 20 g/d,结果产乳量增加10%,但对乳成分没有显著影响。刘翔[15]给产前15 d至产后15 d的奶牛日粮中添加RPC,结果显示添加20 g/d的奶牛产奶量显著增加,对乳脂率等无显著影响,而添加30 g/d的奶牛显著提高产奶量、乳脂率、乳蛋白及总固形物。Erdman等[16]在产后的5~21周奶牛日粮中分别添加0%、0.078%、0.156%及0.234%(干物质基础)的RPC,产奶量均有所提高,但是当日粮中同时添加4%的瘤胃非降解蛋白(UDP)时,随着RPC添加水平的提高,乳蛋白浓度下降。丁文静等[17]试验结果表明,饲喂RPC对奶牛的产奶量及乳蛋白含量无显著影响,而乳脂率随着RPC添加量的增加显著升高。以上研究中出现RPC对乳蛋白的影响结果不一致,这可能与日粮蛋白质水平有关系,低蛋白质水平的日粮中添加RPC更容易显现效果。
4.3.1 RPC对围产期奶牛血浆中NEFA指标的影响
围产期处于NEB状态的奶牛,会动用较多的体脂来缓解能量不足,然而大量的NEFA随血液进入肝脏,会加重奶牛肝脏对脂肪代谢的负担,进而危害奶牛健康,增加患脂肪肝和酮病的风险,所以如果能降低血液中NEFA的含量,可以减少奶牛患病的风险。Pinotti等[18]进行了为期45 d的奶牛饲喂试验,试验组每日饲喂50 g的RPC,对照组不添加,结果显示泌乳前期RPC能显著降低血浆中的NEFA含量。刘翔等[15]研究证明给围产期奶牛添加RPC 20 g/d的试验组,能显著降低血液中NEFA的含量,而添加30 g/d的能极显著降低NEFA的含量。郑家三等[19]也证明RPC能显著降低围产期奶牛血浆NEFA含量。以上研究证明,RPC在降低围产期奶牛血浆NEFA含量上具有明显的作用,缓解了奶牛围产期NEB,有利于奶牛健康。
4.3.2 RPC对围产期奶牛血浆中BHBA指标的影响
BHBA是奶牛肝脏中NEFA不完全氧化产物的主要成分之一,而BHBA的浓度是判断奶牛酮病的重要指标,资料显示奶牛血浆BHBA浓度大于1.20 mmol/l则被归类为酮病[20],所以降低BHBA的含量,可以有效预防奶牛酮病的发生。张继慧[21]研究结果可以看出饲喂RPC后,在产后第24 h及第一个月内能明显降低奶牛体内BHBA含量,并结合该研究中血糖指标和奶产量综合考虑,在产后24 h至1周内,饲喂20 g/d RPC组BHBA含量低于对照组及其它组,血糖水平高于其他组,产奶量也明显高于对照组及其他组,这表明围产期奶牛体内BHBA含量降低时脂肪供能效率提高,血糖水平得以提高,能量供应充足提高了产奶量。Elek等[22]从产前第21 d直至产犊期间,试验组的日粮中补充RPC 100 g/d,有效CHO是25 g,并在产后至第60 d内补充RPC 200 g/d,有效CHO为50 g,并在产犊当日及产后第21 d采集血液,结果显示RPC降低了血浆中BHBA的含量。
4.3.3 RPC对围产期奶牛血浆中VLDL指标的影响
VLDL主要是由TG、胆固醇、卵磷脂与载脂蛋白B-100在肝脏中的内质网上合成[23],它主要功能是将肝脏中的TG运输出去,运送到其他组织供能,如送至乳腺为泌乳提供能量。围产期奶牛脂肪动员产生的大量NEFA进入肝脏被合成TG,故需要较多的VLDL将其运出肝脏,否则会影响肝脏功能,使能量代谢受阻,危害奶牛健康。RPC是合成卵磷脂的组成部分,所以RPC是合成VLDL的必需原料。Piepenbrink等[24]结果显示RPC有提高VLDL合成速度的可能。Goselink等[25]研究证明,在日粮中添加RPC可以促进VLDL的合成。Cooke等[26]在患有脂肪肝的围产期奶牛日粮中添加RPC,研究表明饲喂RPC组奶牛的血浆中VLDL的浓度显著高于对照组。故在围产期奶牛饲粮中加入RPC可促进VLDL的合成,促进TG运出肝脏,促进肝脏脂肪酸氧化和运输,减少TG积聚,缓解肝脏代谢压力,有利于机体能量平衡,提高围产期奶牛健康。
CHO是动物机体保持正常生理功能的必需营养物质,它在细胞中转化成各种形式参与机体多种生理功能的运转。而围产期是奶牛的特殊生理阶段,由于特殊的生理需要,会对机体代谢造成一定的影响,常使奶牛处于NEB状态,而这一时期的良好过渡对奶牛后期泌乳性能、繁殖能力以及使用年限都有较大的影响,所以实际生产中管理者要对这一阶段进行特殊饲养管理。综上所述,在奶牛日粮中添加RPC,有利于围产期奶牛的健康,防止脂肪肝和酮病等疾病发生,提高奶牛生产性能。所以生产中可结合实际情况合理使用,增加奶牛养殖效益。