Введение к работе
Актуальность темы исследований. В последние годы повсеместно в молочном животноводстве, как в нашей стране, так и за рубежом наблюдается выраженная тенденция к ввозу и разведению импортных голштино-фризских коров, отличающихся высокой молочной продуктивностью, и относительно низкой жирномолочностью, экологической и физиолого-биохимической устойчивостью. Однако недавние сравнительные исследования показали, что некоторые породы с гораздо меньшей живой массой (джерсеи, айрширы), по крайней мере, не уступают голштинофризам по продуктивности, эффективности и адаптационной способности. В нашей стране предположительно такой породой животных является ярославский скот. Ярославская порода крупного рогатого скота известна как порода молочного направления продуктивности, сочетающая высокие удои с высоким содержанием жира в молоке, хорошей приспособленностью к климату России и местным условиям кормления и неприхотливостью к условиям содержания. Вместе с тем, ярославские коровы весьма отзывчивы на улучшение условий кормления. Эти качества определяют не только необходимость их породного сохранения, но и требуют более глубокого изучения генетических, физиологических и метаболических параметров ярославских коров, а также других отечественных пород скота.
Общее функциональное состояние организма отражается в параметрах динамического гомеостаза внутренней среды, оказывает значительное влияние на продуктивность животных и компоненты внутренней среды, которые могут способствовать, препятствовать или не оказывать существенного влияния на степень реализации потенциальных наследственных задатков продуктивности животных. Поэтому данные о связи активности метаболитов обмена веществ и удоя коров мы рассматриваем как результат селекционного сочетания показателей продуктивности и внутренней среды, которые непосредственно связаны с реабилитацией липидно-углеводного обмена по фазам репродуктивного цикла, и которые в разных популяциях и группах животных (породах) всегда будет разным.
В разное время делались попытки изучить некоторые количественные стороны жирового обмена по липидным показателям крови, однако полной картины липидного метаболизма у жвачных еще не получено.
Физиологически липидно-углеводные метаболиты имеют значение, прежде всего, как наиболее активные источники энергии, а липиды, в свою очередь, как и гидрофобные компоненты клеточных мембран. Входящие в липиды незаменимые жирные кислоты и их дериваты необходимы для роста и поддержания оптимальной структуры и функции мембран через их участие в фосфолипидном синтезе, а также для образования простагландинов – важных регуляторов клеточного метаболизма.
В тесной связи с особенностями липидно-углеводного обмена у жвачных необходимо рассматривать вопросы синтеза у них молочного жира. В проблеме образования молочного жира у жвачных более или менее выясненными является происхождение жирных кислот с относительно короткой углеродной цепью и глицерола. Исследованиями последних лет показано, что жирные кислоты от С4 до С16 (частично) образуются путем синтеза из низкомолекулярных предшественников – ацетата и бета-оксибутирата. Однако, синтез жирных кислот в секреторных клетках вымени обеспечивает хотя и значительную (до 50% по весу), но только часть жирных кислот молочного жира. Другая часть жирных кислот липидов молока, а именно высокомолекулярных жирных кислот, происходят в результате их поглощения молочной железой из крови. Однако, точное соотношение этих двух источников молочного жира до сих пор окончательно не установлено. В значительной мере это объясняется тем, что недостаточно известно, в составе каких липидов поступают в молочную железу готовые жирные кислоты из крови. Необходимые исследования в данном направлении сдерживались отсутствием достаточного надежных методов определения отдельных классов липидов и составляющих их компонентов.
Этим можно объяснить недостаточную разработанность более общей проблемы – проблемы липидно-углеводного метаболизма у сельскохозяйственных животных. Данные о липидно-углеводных метаболитах крови у жвачных животных, в частности, у ярославского скота, как правило, ограничиваются показателями содержания общих липидов, глюкозы и только в некоторых случаях приводятся концентрации ЛЖК, кетоновых тел. Что же касается таких важных в метаболическом отношении функций липидов, как НЭЖК, триацилглицеролы и -липопротеиды, то сведения об их обмене у животных крайне недостаточны. Это не давало возможности оценить участие каждого из липидно-углеводных метаболитов в синтезе молочного жира у лактирующих животных и, естественно, тормозило разработку теории образования жира молока у коров.
В этой же связи находится и большая противоречивость данных о корреляции между липидно-углеводными метаболитами крови и продукцией молочного жира у коров. В ряде исследований отмечалась положительная корреляция некоторых липидно-углеводных метаболитов крови с общим выходом молочного жира. По данным других исследователей связь этих показателей была несущественной или совсем не наблюдалась.
Совершенно очевидно, что требуется дальнейшее изучение проблемы, причем, в особенности тех ее аспектов, которые связаны с раскрытием процесса образования и секреции молочного жира, – с одной стороны, и с выяснением физиологии высокой жирномолочности, – с другой. Поскольку последний вопрос приобретает важное значение в связи с необходимостью изыскания тестов (физиолого-биохимических показателей) для селекции животных на более высокую жирномолочность и предсказания их продуктивности в раннем возрасте.
В литературе встречаются единичные работы по определению жирнокислотного состава общих липидов молока. Эти работы выполнены в основном на коровах при скармливании им различных типов рационов, а также при патологическом состоянии организма – кетоз и др. Работ по определению жирнокислотного состава липидов крови и молочного жира по стадиям репродуктивного цикла и на разных уровнях кормления в новотельный период в доступной литературе мы не встречали.
В свете изложенного важность изучения липидно-углеводного метаболизма, обусловливающего жирномолочность ярославских коров, не подлежит сомнению. Выяснение закономерностей динамики липидно-углеводного метаболизма дает возможность сознательного их регулирования с целью дальнейшего повышения продуктивности животных, но и также целенаправленного управления ключевыми процессами образования жира и секреции молока у коров без вреда для здоровья. Последнее тем более становится актуальным, так как сложившаяся в настоящее время ситуация в животноводстве России характеризуется снижением сохранности крупного рогатого скота (Антипов, Меньшенин, Турченко, 2005; Харитонова, 2007).
Проблема сохранения здоровья высокопродуктивных коров во всем мире стоит очень остро (Некрасов, Головин, Кирилов, Виноградов, 2007) и является одной из важных проблем современного молочного скотоводства. (Назаренко, Цюпко, 1982).
Главная задача исследований в этой области состоит в количественном описании и выяснении регуляторных факторов адаптационных процессов липидно-углеводного обмена. Продолжительность и величина этих адаптаций, по-видимому, зависит от выделения энергии с молоком, потребления энергии с кормом, генотипа и эндокринного статуса самого животного. Однако, на сегодня мало известно об эндокринных, биохимических и генетических механизмах, лежащих в основе регуляторно-метаболических адаптаций у высокопродуктивных животных.
Метаболические адаптации в липидно-углеводном обмене, как показано в ряде недавних исследований (McNamara 1988; 1991), проявляются критическими изменениями процессов глюконеогенеза, липолиза и липогенеза, сдвигами соотношения в организме гормонов и изменениями реактивности тканей на эндокринные и другие модуляторы. Однако экспериментальных данных в этом разделе физиологии и биохимии пока недостаточно. Между тем такие исследования позволили бы лучше понять вклад тканевых липидных резервов в общую энергетику организма и образование молока, что пополнило бы теорию липидного метаболизма коров и имело бы значение для обоснования подготовки животных к отелу и последующего их раздоя.
Молочные коровы в течение репродуктивного цикла (сухостоя и лактации) последовательно находятся в состоянии положительного и отрицательного баланса энергии, даже в условиях достаточного обеспечения кормами. Избыток энергии потребляемого корма резервируется в форме липидов в жировой ткани. При возрастании энергетических затрат, особенно во время ранней фазы лактации, мобилизация жирных кислот из жировых депо может обеспечить до половины потребностей животных в энергии. С другой стороны, коровы секретируют большое количество жирных кислот с молочными липидами: примерно в три раза больше, чем потребляют с кормами. Следовательно, в организме коров, тем более, жирномолочных, должно синтезироваться (с учетом синтеза жирных кислот в жировых депо) огромное количество жирных кислот. В целом по затронутым данным не трудно заключить, что коровы испытывают большое напряжение в жирнокислотном и глюкозном метаболизме, в особенности на пике лактации. Важное значение в этой связи приобретает комплексное изучение взаимосвязей между процессами метаболизма в печени, жировой ткани и молочной железе с целью управления молочной продуктивностью, жирномолочностью и здоровьем коров.
Цель и задачи исследований. В настоящей работе нами поставлена цель, изучить возможные клинические и физиолого-биохимические критерии и факторы лабильности и стабильности липидно-углеводного метаболизма у коров. Конкретно мы имели в виду следующий путь исследования: установить и изучить «стандартный» профиль липидно-углеводных метаболитов крови и жирнокислотный состав молочного жира у коров ярославской породы при нормированном кормлении в течение репродуктивного цикла – с одной стороны, и возможные изменения изучаемых показателей при разном времени наступления пика лактации и изменении уровня кормления в период раздоя – с другой. После чего обоснованно предложить способ оптимизации физиолого-биохимического состояния крупного рогатого скота в критические периоды воспроизводительного цикла. В этой связи требовалось решить следующие основные задачи:
1. Исследовать динамические особенности продуктивных качеств коров при разном времени наступлении пика лактации и в зависимости от разного уровня кормления в новотельный период.
2. Выяснить, находятся ли в каких-либо закономерных соотношениях уровни отдельных липидно-углеводных метаболитов крови (потенциальных предшественников синтеза молочного жира) с объемом и составом секретируемого молочного жира у этих животных на разных стадиях лактации, а также соотнести возможные метаболические (критические) сдвиги изучаемых показателей обмена по фазам репродуктивного цикла с исследуемыми факторами и динамикой физиологического состояния коров.
3. Определить выраженность клинического и субклинического состояния липидного метаболизма в печени у коров в период лактации и сухостоя, а также в зависимости от общего уровня корма в рационе.
4. Разработать и испытать новый способ оперативной коррекции и адаптации липидно-углеводного обмена в критические периоды физиологического состояния организма животного.
Научная новизна исследований. Работой впервые на современном уровне получены новые качественные данные о статусе липидно-углеводного обмена в зависимости от физиологического состояниям коров, дана параллельная характеристика жирнокислотного состава крови и молочного жира по стадиям полного репродуктивного цикла у коров ярославской породы, отличающейся, как известно, от других отечественных пород наиболее высокой и устойчивой жирномолочностью и адаптационной способностью. Показана высокая напряженность липидного метаболизма в печени у ярославских коров в раннюю фазу лактации и в конце стельности; проанализирована зависимость степени напряженности метаболизма и величин продуктивности от уровня энергетического и протеинового питания животных. На основе полученных результатов исследования предложен новый способ клинического контроля, восстановления и предупреждения возможных отклонений липидно-углеводного обмена в критические периоды воспроизводительного цикла.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что она расширяет и углубляет научные знания о физиолого-биохимической адаптации липидно-углеводного метаболизма у жвачных, в частности у коров. Полученные экспериментальные данные позволили лучше понять вклад тканевых липидных резервов в общую энергетику организма и образование молочного жира, что, в свою очередь, пополняет и вносит существенный вклад в развитие теории процессов лактации у жвачных животных в зависимости от физиолого-биохимических факторов и критериев. Материалы диссертационной работы послужили основой для изобретения способа оперативного клинического устранения и предупреждения физиологической и генетически обусловленной жировой инфильтрации печени. Материалы физиолого-биохимических исследований могут быть использованы в качестве стандартных параметров при разработке метаболических и клинико-биохимических профилей не только для молочных коров ярославской породы с целью учета этих данных в нормировании кормления, а также в контроле состояния и оптимизации энергетического и протеинового питания коров в период раздоя и в селекционной практике для отбора животных с более высокой эффективностью использования адаптационной (мобилизованной) энергии липидно-углеводного метаболизма на продукцию молочного жира без вреда для здоровья и получения технологически качественной молочной продукции. Предложенное средство для коррекции возможных отклонений липидно-углеводного метаболизма можно также использовать как эффективное средство профилактики и терапии различных форм гепатических расстройств.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Особенности продуктивных качеств коров при разном времени наступления пика лактации и в зависимости от разного уровня кормления в новотельный период.
2. Параметры показателей липидно-углеводного метаболизма по фазам репродуктивного цикла у коров ярославской породы, в зависимости от типа лактации и разного уровня общей питательности рациона в первую треть лактации.
3. Взаимосвязанные изменения липидно-углеводного обмена с физиологическим и функциональным состоянием коров, энергетического баланса и живой массы с адаптацией коров к молокообразованию и секреции молочного жира (прогностическое значение системного анализа).
4. Клиническое и субклиническое состояние липидного метаболизма в печени у коров в период лактации и сухостоя, а также в зависимости от общего уровня корма в рационе.
5. Способ клинической (оперативной) коррекции и адаптации липидно-углеводного обмена в критические периоды физиологического и функционального состояния организма животного.
Апробация и реализация результатов научных исследований. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Московском отделении Всесоюзного биохимического общества АН СССР (Москва, март 1989); 1V Всесоюзном симпозиуме «Обмен липидов и использование жиров в кормлении сельскохозяйственных животных» (Сумы, октябрь 1889); межлабораторном заседании сотрудников отдела регуляции метаболизма и продуктивности животных ВНИИФБиП сельскохозяйственных животных (Боровск, октябрь 1989); IV Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика РАСХН Н.А.Шманенкова: Актуальные проблемы биологии в животноводстве (Боровск, сентябрь 2006); Всероссийской научно-практической конференции: Аграрная наука и образование в реализации национального проекта «Развитие АПК» (Ульяновск, октябрь 2006); ХХ межреспубликанской научно-практической конференции «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» (Краснодар, апрель 2007); ХХ Съезд Физиологического общества им. И.П.Павлова (Москва, май 2007); ХIV Международной научно-практической конференции «Современные проблемы интенсификации производства свинины». (Ульяновск, август 2007); Научно-практическом конгрессе «Актуальные проблемы ветеринарной медицины» (Санкт-Петербург, август 2007); Международной научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности производства животноводческой продукции» (Жодино, октябрь 2007); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы воспроизводства животных». (Дубровицы – Быково, октябрь 2007); I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», посвященной 85-летию Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, ноябрь 2007); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кормления сельскохозяйственных животных. (Дубровицы, ноябрь 2007); Научно-практической конференции «Современные аспекты молочного дела в России» (Вологда, ноябрь 2007); Международной научно-практической «Современные проблемы повышения качества, безопасности производства и переработки продукции животноводства» (Винница, апрель 2008); международной научно-практической конференции «Научные основы повышения продуктивности сельскохозяйственных животных» (Краснодар, апрель 2008); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки и образования» (Ульяновск, май 2008); Межреспубликанской научно-практической конференции «Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий» (Краснодар, май 2008); Международной научно-практической конференции «Проблемы интенсификации производства продуктов животноводства» (Жодино, октябрь 2008); Международной научно-практической конференции «Аграрный форум – 2008» (Сумы, октября 2008); международной научно-практической конференции «Проблемы увеличения производства продуктов животноводства и пути их решения» (Дубровицы, октября 2008); совместном заседании Ученого совета ГНУ СКНИИЖ и методической комиссии по физиологии и кормления с.-х. животных (Краснодар, ноябрь 2008); 2-ой международной научно-практической конференции «Научные основы повышения продуктивности сельскохозяйственных животных». (Краснодар, апрель 2009); научно-практической конференции преподавателей, аспирантов и студентов Сумского НАУ (Сумы, апрель 2009); международной научно-практической конференции «Современные проблемы ветеринарного обеспечения репродуктивного и продуктивного здоровья животных», посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.А.Акатова. (Воронеж, мая 2009).
Объект исследований. Крупный рогатый скот ярославской породы, голштинизированной и голштинской породы.
Предмет исследования. Молоко, живая масса, кровь и печень у коров.
Публикации результатов исследований. Всего по материалам диссертации опубликовано 56 статей, в том числе 11 в центральных рецензируемых периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ (список работ прилагается).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, изложения материала и методов исследования, описания результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов, практических предложений производству, списка литературы. Работа изложена на 348 страницах машинописного текста, содержит 67 таблиц. Библиография включает в себя 684 наименования источников, в том числе 476 на иностранных языках.
