CC BY
27
HayKOBHH BicHHK .HbBiBCbKoro Ha^0Ha№H0ro ymBepcurery BeTepHHapHOi MegnuUHH Ta 6i0TexH0H0riH iMeHi C.3. f^H^Koro Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies named after S.Z. Gzhytskyj
doi: 10.15421/nvlvet6646
ISSN 2413-5550 print ISSN 2518-1327 online
http://nvlvet.com.ua/
The concentration of free amino acids in blood serum of healthy cows and cows
with subclinical ketosis
J. Marczuk \ P. Brodzki2, A. Brodzki3, K. Lutnicki1 doktorjm@o2.pl
'Sub-Department ofInternal Diseases of Farm Animals and Horses, Department and Clinic of Animal Internal
Medicine of Veterinary Medicine;
2Department and Clinic of Animal Reproduction of Veterinary Medicine;
3Department of Clinic of Animal Surgery Faculty of Veterinary Medicine, University of Life Science, 20-612 Lublin, Gifboka Str. 30, Poland.
This paper presents the study on determination of the free amino acid in blood serum of cows with high milk production (Herd A) and cows with subclinical ketosis compared to healthy ones (Herd B). In Herd A examinated '2 cows in the first '00 days in milk. A total of 24 cows from a herd B divided into two groups: experimental ('2 cows with ketosis) and control ('2 healthy cows) were included in the study. Statistically significantly higher concentrations of glutamine, glutamic acid, isoleucine (p < 0.00'), and tyrosine (p < 0.05) were found in dairy cows with subclinical ketosis compared to healthy ones. A significant decrease in the concentrations of asparagine, histidine, methionine, and serine (p < 0.00') as well as alanine, leucine, lysine and proline (p < 0.05) was observed. In Herd A was high level of total essential amino acids in blood serum. In our study, the changes, in particular, observed in amino acid concentration in cows with subclinical ketosis indicate its intensive use in both ketogenesis and gluconeogenesis processes.
Key words: dairy cows, subclinical ketosis, essential amino acids, non-essential amino acids, glucogenic amino acids, ketogenic amino acids
Citation:
Marczuk, J., Brodzki, P., Brodzki, A., Lutnicki, K. (2016). The concentration of free amino acids in blood serum of healthy cows and cows with subclinical ketosis. Scientific Messenger LNUVMBT named after S.Z. Gzhytskyj, 18, 2(66), 223-226.
Wstçp
Ketoza jest czçstym schorzeniem wystçpuj^cym w pocz^tkowym okresie laktacji u wysokowydajnych krow mlecznych. Choroba ta jest przyczyn^ duzych strat ekonomicznych, ktore wynikaj^ ze zwiçkszonej podatnosci na choroby infekcyjne, metaboliczne oraz zaburzenia plodnosci. U krow z ketozy dochodzi do spadku apetytu, obnizenia wydajnosci mlecznej oraz niekorzystnych zmian w skladzie mleka, co eliminuje jego przydatnosc. Podstawow^ przyczyn^ ketozy jest ujemny poporodowy bilans energetyczny, ktorego skutkiem jest lipoliza rezerw tluszczowych z jednoczesnym wzrostem produkcji cial ketonowych. Przy niedoborze energii rownolegle do lipolizy przebiegaj^ procesy proteolizy, w ktorych wykorzystana jest tkanka miçsniowa, jako zrodlo aminokwasow biorçcych czynny udzial w glukoneogenezie. U krow z ketozy wykazano wysokie stçzenie 3-methylhistidine, parametru
wskazuj^cego na rozklad bialka miçsniowego, czym potwierdzono istotne znaczenie proteolizy i aminokwasow w patogenezie ketozy. Do chwili obecnej nie zostal dokladnie ustalony udzial aminokwasow zarowno w procesach glukoneogenezy jak i ketogenezy. Badania wielu autorow wskazuj^ jednoznacznie na wykorzystanie aminokwasow w patogenezie ketozy u krow. Li i wsp. u krow z pierwotn^ ketozy wykazali wyzsze stçzenie waliny i glyciny oraz nizsze stçzenie argininy, leucyny, isoleuciny, tryptophanu i lysiny w porownaniu do krow zdrowych. Inni autorzy we wtornej ketozie w przebiegu lewostronnym przemieszczeniem trawienca (LDA) oraz w zespole stluszczenia w^troby wykazali niskie stçzenie glukogennych i istotnych aminokwasow oraz wysokie stçzenie aminokwasow ketogennych. Dokladne poznanie udzialu aminokwasow w procesach glukoneogenezy, ketogenezy i patogenezie ma duz^ wartosc aplikacyjn^ w monitorowaniu przebiegu ketozy. Moze miec rowniez duze znaczenie w
profilaktyce tej choroby, poprzez odpowiednie zbilansowanie dawki zywieniowej pod wzgl^dem zawartosci aminokwasów. Podaz odpowiednich aminokwasów moze bye równiez pomocna w terapii wspomagaj^cej ketozy.
Celem podj^tych przez autorów badan, bylo okreslenie zmian w st^zeniu wolnych aminokwasów w surowicy krwi u krów z wysok^ wydajnosci^ mleczn^ oraz u krów z subkliniczn^ ketozy w porównaniu do krów zdrowych.
Material i metody
Badania zostaly przeprowadzone w 2 róznych stadach bydla mlecznego: Stado A - o wysokiej wydajnosci mlecznej i braku istotnych problemów zdrowotnych oraz Stado B - o nizszej wydajnosci mlecznej i zaburzeniach stanu zdrowia (ketoza, mastitis, zatrzymanie lozyska)
Stado A (Sniadowo).
Liczba krów w stadzie - 50 sztuk, wydajnose w 305-dniowej laktacji 10 447 - 10 777 kg mleka o zawartosci: 3,98-4,1% tluszczu i 3.39-3,43% bialka.
Stado B (Jablonna)
Liczba krów w stadzie - 39 sztuk, wydajnose w 305-dniowej laktacji 7 669 - 8 670 kg mleka o zawartosci 4,48 - 5,0 % tluszczu i 3,36 - 3,42 % bialka. W stadzie stwierdzono subkliniczn^ i kliniczn^ ketozy. Krowy chore
Wyniki badan
Wyniki st^zenia wolnych aminokwasów w surowicy krwi u krów z wysok^ wydajnosci^ (Stado A) krów z subkliniczn^ ketozy i krów zdrowych (stado B) zostaly przedstawione w tabeli 2.
Jak wynika z przedstawionej tabeli istniej^ statystycznie istotne róznice w st^zeniu wolnych aminokwasów w surowicy krwi pomi^dzy krowami chorymi na subkliniczn^ ketozy a krowami zdrowymi. Suma aminokwasów endogennych u krów z subkliniczn^ ketozy, zdrowych i o wysokiej wydajnosci mlecznej nie róznily si§ pomi^dzy sob^. Natomiast wykazano wysokie st^zenie sumy aminokwasów egzogennych u krów zdrowych z najwi^ksz^ wydajnosci^ mleczn^ (Stado A). W stadzie B suma st^zenia aminokwasów egzogennych byla niska i nie róznila si§ pomi^dzy krowami z subkliniczn^ ketozy a zdrowymi. U krów z ketozy
na ketozy wykazano poprzez: stwierdzenie obecnosci zwi^zków ketonowych w moczu, st^zenie P-hydroksymaslanu w pelnej krwi ponad 1,2 mmol/L oraz st^zenie glukozy w pelnej krwi ponizej 40 mg/dL. Pozostale krowy badane w tym samym okresie produkcji mlecznej uznano za zdrowe.
W stadzie A pobrano jednorazowo 12 próbek krwi od krów mlecznych, b^d^cych w pocz^tkowym okresie laktacji (pierwsze 100 dni laktacji). W stadzie B pobrano 24 próbki krwi: 12 próbek krwi od krów u których rozpoznano subkliniczn^ ketozy oraz 12 próbek krwi od krów zdrowych. Przed porannym karmieniem z zyly szyjnej wspólnej pobierano jednorazowo krew do badan hematologicznych i biochemicznych. W surowicy krwi przy pomocy aparatu do analizy aminokwasów AAA-400 (Ingos s.r.o., Praga, Czechy) okreslono st^zenie nast^puj^cych aminokwasów: walina (Val), leucina (Leu), isoleucyna (Ile), tryptophan (Trp), phenylalanina (Phe), methionina (Met), threonina (Thr), arginina (Arg), histydyna (His), lyzina (Lys), tyrozyna (Tyr), alanina (Ala), glycyna (Gly), seryna (Ser), prolina (Pro), glutamina (Gln), kwas glutaminowy (Glu), asparagina (Asp), kwas asparaginowy (Asn) i ornitine (Orn). Dodatkowo okreslone aminokwasy podzielono na nast^puj^ce grupy: aminokwasy egzogenne i endogenne, aminokwasy glukogenne, ketogenne oraz gluko- i ketogenne (Tabela 1).
wykazano niskie st^zenie 2 aminokwasów ketogennych Leu i Lys. Najwi^ksze st^zenie tych aminokwasów wykazano u krów zdrowych o wysokiej wydajnosci mlecznej. To wskazuje na istotne znaczenie tych 2 aminokwasów dla procesów ketogenezy (wzrasta st^zenie ß-hydroksymaslanu) i jednoczesnie warunkuj^cych wysok^ wydajnose mleczn^. Z grupy aminokwasów glukogennych u krów z ketozy wykazano nizsze st^zenie Asn, His, Met, Ser, Ala i Pro oraz wyzsze st^zenie Glu i Gln w porównaniu do krów zdrowych z tego samego stada. Niskie st^zenie aminokwasów glukogennych u krów z subkliniczn^ ketozy i jednoczesnie niskim st^zeniu glukozy (ponizej 40 mg/dL) wskazuje na ich intensywne wykorzystanie do procesów glukoneogenezy. Natomiast wysokie st^zenie Glu i Gln u krów z ketozy wskazuje na zaburzenie ich metabolizmu lub brak ich wykorzystania w procesach glukoneogenezy.
Tabela 1
Podzial aminokwasów u bydla mlecznego_
Grupa aminokwasów Aminokwasy
Aminokwasy endogenne Alanine (Ala), Asparagine (Asp), Aspartic acid (Asn), Glutamic acid (Glu), Glutamine (Gln), Glycine (Gly), Ornityne (Orn), Proline (Pro), Serine (Ser), Tyrosine(Tyr)
Aminokwasy egzogenne Arginine (Arg), Histidine (His), Isoleucine (Ile), Leucine (Leu), Lysine (Lys), Methionine (Met), Phenylalanine (Phe), Threonine (Thr), Tryptophan (Trp), Valine (Val)
Aminokwasy ketogenne Leu, Lys
Aminokwasy glukogenne Ala, Asn, Arg, Asp, Gln, Glu, Gly, His, Met, Orn, Pro, Ser, Thr, Val
Aminokwasy gluko- i ketogenne Ile, Phe, Trp, Tyr
srednia ± SD.
*: wartosci statystycznie istotne pomi^dzy grupami stada B badane testem t-Studenta (P < 0,05) . **: wartosci statystycznie istotne pomi^dzy grupami stada B badane testem t - Studenta (P < 0,001).
Tabela 2
Wyniki stqzenia endogennych i egzogennych aminokwasow u krow z keto/4 oraz u krow zdrowych |^mol/L|
Aminokwas Krowy zdrowe (Stado A) Krowy z ketozq (Stado B) Krowy zdrowe (Stado B)
Aminokwasy endogenne /non-essential amino acids/
Ala 240,0 ± 46,92 148,55 ± 26,61 * 190,91 ± 45,28
Asn 7,89 ± 6,53 4.0 ± 2,86 ** 11,09 ± 3,94
Asp 16,1 ± 3,45 19,09 ± 5,38 19,75 ± 7,42
Gln 308,9 ± 59,9 369,36 ± 65,77 ** 248,18 ± 35,66
Glu 100,4 ± 47,49 122,82 ± 23,78 ** 74,45 ± 16,43
Gly 354,7 ± 106,36 474,64 ± 64,32 554,91 ± 127,88
Orn 59,7 ± 16,69 25,82 ± 5,74 31,55 ± 7,19
Pro 10,0 ± 14,14 27,72 ± 24,94 * 59,10 ± 27,73
Ser 83,2 ± 9,33 62,0 ± 17,57 ** 106,18 ± 26,87
Tyr 58,0 ± 13,17 43,00 ± 9,85 * 31,55 ± 7,17
Suma aminokwasow en- 1 238,89 1 296,55 1 327,64
dogennych
Aminokwasy egzogenne /essential amino acids/
Arg 161,9 ± 28, 9 153,36 ± 27,93 140,55 ± 19,56
His 64,1 ± 7,64 32,82 ± 14,30 ** 54,36 ± 11,95
Ile 130,0 ± 33,7 108,18 ± 24,91 ** 79,55 ± 16,54
Leu (am. ketogenny) 140,4 ± 35,0 63,73 ± 18,50 * 85,82 ± 21,66
Lys (am. ketogenny) 94,5 ± 24,14 60,18 ± 8,50 * 74,36 ± 7,79
Met 21,2 ± 7,32 14,18 ± 2,52 ** 20,09 ± 2,39
Phe 54,4 ± 10,11 48,27 ± 6,53 47,42 ± 6,89
Thr 112,7 ± 25,85 73,55 ± 15,55 62,45 ± 14,58
Trp 24,3 ± 12,13 18,00 ± 14,16 12,64 ± 6,61
Val 312,5 ± 61,37 174,82 ± 30,18 180,45 ± 25,91
Suma aminokwasow 1 116,0 751,73 755,73
egzogennych
Wnioski
1. U krow z subkliniczn^ ketoz^ w porownaniu do krow zdrowych obserwujemy istotne zmiany w st^zeniu wolnych aminokwasow we krwi.
2. U krow z subkliniczn^ ketoz^ wykazano we krwi obnizone st^zenie: asparaginy, histydyny, metioniny, seryny, alaniny, leucyny, lizyny i proliny oraz podwyzszone st^zenie glutaminy, kwasu glutaminowego izoleucyny i tyrozyny w porownaniu do krow zdrowych z tego samego stada.
3. U krow zdrowych i z wysok^ wydajnosci^ (Stado A) wykazano wysokie st^zenia aminokwasow egzogennych we krwi i tym samym suma st^zenia aminokwasow egzogennych u nich byla najwyzsza.
Literatura
Akamatsu, H, Saitoh, Y, Serizawa, M, Miyake, K, Ohba, Y, Nakashima, K. (2007). Changes of serum 3-metylhistidine concentration and energy-associated metabolites in dairy cows with ketosis. J Vet Med Sci. 69, 1091-1093.
Aschenbach, J.R., Kristensen, N.B., Donkin, S.S., Hammon, H.M., Penner, G.B. (2000). Gluconeogenesis in dairy cows: the secret of making sweet milk from sour dough. Life. 62, 869-877. Baird, G.D. (1982). Primary ketosis in the hight-producing dairy cow: clinical and subclinical disorders, treatment, prevention and outlook. J Dairy Sci. 65, 1-10.
Duffield, T, Lissemore, K.D., McBride, B.W., Leslie, K.E. (2009). Impact of hyperketonemia in early lactation dairy cows on health and production. J Dairy Sci. 92, 571-580.
Duffield, T. (2000). Subclinical ketosis in lactating dairy
cattle. Vet Clin North Am. 16, 231-253. Hamana, M, Ohtsuka, H, Oikawa, M, Kawamura, S (2010). Blood free amino acids in the postpartum dairy cattle with left displaced abomasum. J Vet Med Sci. 72, 1355-1358.
Hidiroglou, M, Veira, D.M. (1982). Plasma amino acid levels in the fat cow syndrome. Ann Rech Vet. 13, 111115.
Li, Y., Xu, C., Xia, C, Zhang, H., Sun, L, Gao, Y. (2014). Plasma metabolic profiling of dairy cows affected with clinical ketosis using LC/MS technology. Vet Q. 34(3), 152-158.
Maeda, Y, Ohtsuka, H., Oikawa. M. (2012). Effect of the periparturient period on blood free amino acid concentration in dairy cows/healthy cows. J. Vet. Med. Anim. Health. 4(9), 124-129. Oetzel, G.R. (2004). Monitoring and testing dairy herds for metabolic disease. Vet. Clin. North Am. Food Anim. Pract. 20, 651-674. Pechova, A., Ilek, J, Liska, I, Halouzka, R, Pavlata, L. (2000). Concentration of free amino acids in blood plasma of dairy cows with developing hepatic steatosis. Acta Vet Brno. 69, 93-99.
Seifi, H.A., Leblanc, S.J., Leslie, K.E., Duffield, T.F. (2011). Metabolic predictors of post-partum disease and culling risk in dairy cattle. Vet J. 188(2), 216-220.
Shibano, K., Kawamura, S., Hakamada, R., Kawamura, Y. (2005). The relationship between changes in serum glycine and alanine concentrations in non-essential amino acid and milk production in the transition period in dairy cows. J. Vet. Med. Sci. 67(2), 191-193.
Shibano, K., Kawamura, S. (2006). Serum free amino acid concentration in hepatic lipidosis of dairy cows in the periparturient period. J. Vet. Med. Sci. 68(4), 393-396.
Sun, L.W., Zhang, H.Y., Wu, L., Shu, S., Xia, C., Xu, C., Zheng, J.S. (2014). H-nuclear magnetic resonance-
based plasma metabolic profiling of dairy cows with clinical and subclinical ketosis. J. Dairy Sci. 97(3), 1552-1562.
Xu, C., Wang, Z., Liu, G., Li, X., Xie, G., Xia C., Zhang, H. (2008). Metabolic characteristics of the liver of dairy cows durning ketosis based on comparative proteomics. Asian-Aust J. Anim Sci. 21(7), 1003-1010.
Zhang, H., Wu., L., Xu, C., Xia, C., Sun, L., Shu, S. (2013). Plasma metabolomic profiling of dairy cows affected with ketosis using gas chromatography/ mass spectrometry. BMC Vet Res. 9, 186-199.
Cmammn nadiuMxa do peda^ii 1.10.2016
