CC BY
315
Михаил Кучинский,
замдиректора по научной работе и инновациям Института экспериментальной ветеринарии им. С.Н. Вышелесского, доктор
ветеринарных наук, доцент
Отечественное животноводство благодаря совместным усилиям государства, ученых и практиков вышло на новые, более высокие рубежи по объемам выпуска профильной продукции, что позволяет не только обеспечивать внутренние потребности республики, но и за счет экспорта получать прибыль, исчисляемую миллиардами долларов. Однако достигнутый генетический потенциал продуктивности, например, крупного рогатого скота и свиней, реализуется только на 40-50%. Дальнейшее повышение эффективности и конкурентоспособности отраслей животноводства требует решения ряда серьезных проблем, главные из которых - недостаточная обеспеченность кормами, низкое их качество и энергоемкость, дисбаланс рационов по основным питательным и биологи-
чески активным веществам. Что касается последних, то, например, витамины, макро- и микроэлементы играют исключительно важную роль в регуляции приема животными корма и воды, обеспечении пищеварения, роста и развития, формировании и поддержании крепкого здоровья, высокой продуктивности и воспроизводительной способности.
Одно из негативных последствий недооценки важности кормления - глубокие, хронические метаболические нарушения в организме животных. Тесно связанные обмен веществ и обмен энергии присущи всем его клеткам, которые представляют собой живую систему, обладающую сложным химическим составом и физико-химическими свойствами. В них постоянно синтезируются и распадаются энергия и химические веще-
ства, необходимые для жизнедеятельности. Но, несмотря на большую динамичность, обмен веществ является строго упорядоченной системой биохимических реакций. Он зависит не только от кормления животных, но и от условий их содержания, возраста, пола, породы, наследственности и других факторов. Метаболические реакции тесно связаны между собой, поэтому при любом заболевании, как правило, нарушаются все виды обмена. Наиболее многочисленные группы болезней - протекающие с преимущественным нарушением минерального или витаминного обмена. К первой категории относятся макро-или микроэлементозы: остео-дистрофия, рахит, гипомагние-мия (пастбищная тетания), анемия, паракератоз, гипоко-бальтоз, гипокупроз, беломы-шечная болезнь, эндемический зоб, эндемический кариес
зубов, пероз птиц и заболевания, обусловленные избытком фтора, бора, молибдена, никеля и др. Ко второй - гипер-и гиповитаминозы А, Д, Е, К, С, группы В и авитаминозы.
Следует отметить, что в последние десятилетия значительно возрос интерес к более глубокому изучению обмена витаминов, макро- и микроэлементов в организме животных в норме и при патологиях, а также к разработке средств и способов его коррекции.
Известно, что химические элементы в свободном состоянии и в виде различных соединений входят в состав всех клеток и тканей организма животных. На их долю (в виде золы) приходится 2-5,5% массы тела в зависимости от возраста, вида, индивидуальных особенностей особи. Причем те минеральные вещества, которые содержатся в концентрациях от 10-2% и выше, называются макроэлементами. Из нормируемых в рационе к ним относятся кальций, фосфор, натрий, калий, магний, сера и хлор. Вторую группу (10-3-10-5%) составляют микроэлементы (железо, цинк, марганец, медь, йод, кобальт и др.). Многие из них относятся к эссенциальным, то есть жизненно необходимым, поэтому по ним также балансируются рационы животных.
Основные функции макро- и микроэлементов состоят в том, что они участвуют в построении опорных тканей; поддерживают гомеостаз внутренней среды; активируют биохимические реакции за счет воздействия на ферментные системы; обеспечивают функционирование клеточных мембран; прямо или косвенно влияют на функцию эндокринных желез; воздействуют на сим-биотическую микрофлору желудочно-кишечного тракта,
антиоксидантный статус, функцию иммунной и репродуктивной систем.
Широкое распространение у животных агропредприятий республики болезней минеральной недостаточности связано с низким содержанием большинства жизненно необходимых элементов в почвах, а следовательно, и в растительных кормах, с недостаточным применением в хозяйствах минеральных солей, подкормок, премиксов и белково-ми-нерально-витаминных добавок, а также с экологическими проблемами антропогенного характера.
Для животных основной источник макро- и микроэлементов - корма растительного и животного происхождения. В свою очередь, химический состав растений зависит, прежде всего, от почвенных условий. Давно известно, что почвы Беларуси характеризуются низким содержанием большинства из указанных биоэлементов. Поэтому их уровни в сене, силосе, сенаже, концентратах собственного производства недостаточны для удовлетворения потребности животных. Положение осложняется еще и тем, что в таких кормах минеральные вещества не сбалансированы, то есть находятся далеко не в оптимальных соотношениях.
Среди болезней минерального обмена животных превалируют связанные с дефицитом биоэлементов - гипобиоэле-ментозы. Часто они не имеют характерной симптоматики, а проявляются только расстройством обмена веществ, снижением продуктивности, темпов роста, неспецифической резистентности, иммунной реактивности, повышенной предрасположенностью к инфекционным заболеваниям, низкой эффективностью применения
вакцин, повышенным расходом кормов на единицу продукции и высокой общей заболеваемостью. Гипобиоэлементозы сопровождаются также нарушением воспроизводительной функции самцов и самок, бесплодием, малоплодием, рождением слабого, нежизнеспособного молодняка, который часто заболевает и гибнет в первые дни жизни. При значительной же и длительной нехватке биоэлементов у животных диагностируется специфическая патология (остеомаляция, рахит, эндемический зоб, бело-мышечная болезнь, паракера-тоз, железодефицитная анемия и др.). Всего известно более 30 нозологических единиц, обусловленных нарушением минерального обмена.
В качестве примера кратко рассмотрим значимость для организма сельскохозяйственных животных йода и проблемы, вызываемые его недостаточностью. Данный микроэлемент в организме содержится в виде неорганического йодида и связанного с белком комплекса. Последний в основном представлен гормонами щитовидной железы (ЩЖ) - тетрайодтиро-нином (Т4) и трийодтиронином (Т3), а также тиреотропным гормоном гипофиза (ТТГ). Биологическое действие Т3 и Т4 распространяется на множество функций организма, главные из которых - регулирование процессов роста, дифференци-ровки тканей, состояния репродуктивной системы и энергетического обмена.
Щитовидная железа - самая крупная из всех желез эндокринной системы. Она обильно снабжается кровью, ее масса зависит от вида и возраста животного и составляет от 0,5 до 45 г (у телят 5-7 г). Данный орган во многом обеспечивает нормальный обмен веществ, регулирует синтез энергии
и процесс ее усвоения клетками. ЩЖ положительно влияет на защитные функции организма, она тесно связана с яичниками и во многом обеспечивает нормальную работу репродуктивной системы. Через тирео-кальцитонин ЩЖ значительно воздействует на состояние костной ткани, метаболизм кальция и фосфора.
Функцию ЩЖ регулирует гипофиз, который вырабатывает ТТГ. При дефиците йода (гипотиреозе) синтез Т4 и Т3 снижается, а уровень ТТГ повышается. Под влиянием последнего организм адаптируется к нехватке данного элемента за счет усиления функции щитовидной железы. Но при длительной недостаточности йода компенсаторные механизмы истощаются, и ЩЖ увеличивается в размерах в десятки, а иногда и сотни раз, представляя реальную угрозу для жизни животного из-за асфиксии (рис. 1). В связи с ухудшением экологической ситуации в республике в последние два-три десятилетия эндемический зоб очень часто диагностируется у новорожденных телят, иногда сопровождаясь массовым падежом. Однако отметим, что увеличение ЩЖ свидетельствует о значительной йодной недостаточности и тяжелом течении болезни. Изначально дефицит данного микроэлемента проявляется нарушением обмена веществ, снижением продуктивности, работоспособности и устойчивости к болезням и неблагоприятным факторам внешней среды. Регистрируют также недоразвитость, рождение слабого и нежизнеспособного приплода, низкую массу новорожденных, неправильное формирование скелета, изменения со стороны кожи и ее производных (сухость, шелушение, складчатость, низкая эластичность, курчавость
шерсти, аллопеции), нарушения воспроизводительной способности (яловость, прохо-лосты, бесплодие, рассасывание эмбрионов, аборты, задержание последа, дисфункция яичников, субинволюция матки, удлинение сроков супоросно-сти). У лактирующих самок удои резко падают, снижается жирность молока.
Из-за болезней минеральной недостаточности хозяйства республики ежегодно несут большие как прямые, так и косвенные потери. Согласно принятым у нас нормам, рацион животных и птиц должен быть сбалансирован по 7 макро-(кальций, фосфор, магний, натрий, калий, хлор и сера) и 7 микроэлементам (железо, цинк, медь, марганец, йод, кобальт и селен). Важную роль в обеспечении нормального функционирования организма играют также некоторые другие биоэлементы.
От содержания в кормах зависит накопление многих минеральных элементов в яйцах, молоке, мясе и другой животноводческой продукции. К тому же некоторые из них, например селен, могут вытеснять из организма такие токсиканты, как ртуть, мышьяк, кадмий, свинец и таллий. Поэтому, регулируя их поступление, можно получать более качественные и безопасные продукты питания, а следовательно, вносить свой вклад в повышение здоровья людей.
Витамины - это низкомолекулярные биологически активные вещества относительно простого строения и разнообразной химической природы, обеспечивающие нормальное течение физиологических процессов и полноценное функционирование организма. Они не являются для последнего пластическим материалом или поставщиками энергии,
однако играют важнейшую роль в обмене веществ, служат в основном биокатализаторами огромного количества биохимических реакций. Причем осуществление своих метаболических функций витамины обеспечивают либо в составе активных центров разнообразных ферментов, либо в качестве информационных регулятор-ных посредников, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.
По физико-химическим свойствам и отношению к растворителям все витамины делят на жиро- (А, Д, Е, К) и водорастворимые (группа В (В4, В2, В3, В5, В6, В9, В12), Н и С). Первые способны накапливаться в тканях организма животных, поэтому их недостаточность встречается реже, а вторые в тканях не депонируются, поэтому должны ежедневно поступать с кормом.
Дефицит какого-либо витамина в организме называется гиповитаминозом, а его полное отсутствие - авитаминозом. Последний диагностируется у животных редко, но сопровождается, как правило, ингиби-рованием специфических биохимических реакций в клетках и их гибелью. Гиповитаминоз-ный же фон характерен для абсолютного большинства животных наших сельхозпредприятий. Он существенно усугубляется при многих заболеваниях, особенно при по-
Рис. 1.
Теленок
с увеличенной
щитовидной
железой
(врожденный
эндемический зоб)
ражениях желудочно-кишечного тракта, когда нарушается всасывание витаминов. Кроме того, некоторые из широко использующихся противомикроб-ных ветеринарных препаратов и эймериостатиков подавляют рост и размножение симбионт-ных микробов, играющих важную роль в обеспечении организма многими витаминами (К, Н, группы В и др.).
Причины нехватки витаминов в организме животных делят на первичные (экзогенные) и вторичные (эндогенные). В практике животноводства чаще имеют место экзогенные, среди которых превалирует алиментарный недостаток витаминов и витаминоподоб-ных веществ в кормах, а также дефицит инсоляции. Они могут обусловливать развитие скрытой или явной витаминной недостаточности. Замена в рационе основных его компонентов (белка, углеводов, жиров, минералов) может существенно изменять потребность организма в витаминах и активность их синтеза в желудочно-кишечном тракте животных.
Эндогенные гиповитами-нозы связаны с нарушением всасывания, синтеза и обмена витаминов в организме, могут возникать на фоне повышенной потребности в них (беременность, лактация, интенсивный рост, большие физические нагрузки) и при некоторых патологических состояниях (кахексия, болезни ЖКТ, инфекции и инвазии). Кроме того, они могут быть обусловлены высоким содержанием в кормах аналогов или производных витаминов -антивитаминов, способных действовать как антикофермен-ты. В их качестве могут выступать некоторые фармпрепараты (сульфаниламиды, антидепрессанты, кумарины), ферменты, белки и другие биоактивные вещества, вызывающие заме-
щение, расщепление, снижение биологической активности витаминов или их полную инактивацию. Иногда витами-нодефицитные состояния могут быть следствием одновременного воздействия первичных и вторичных причин.
Расстройства, обусловленные недостатком витаминов, имеют достаточно сложный ге-нез и затрагивают многие клетки, органы, системы и функции организма животных. В конечном счете на этом фоне нарушаются определенные биохимические реакции метаболизма, что ведет к изменению окислительно-восстановительных процессов и обмена веществ в целом, а также появлению специфической патологии.
Негативные последствия гиповитаминозных состояний рассмотрим на примере витамина А. В организме животных он образуется главным образом из Р-каротина. Этот процесс у некоторых видов (свиньи, лошади, овцы, козы и др.) происходит преимущественно в стенке тонкого кишечника под действием синтезируемого им фермента каротиназы. После этого витамин А всасывается в кровь, поступает в печень и там депонируется. У крупного рогатого скота каротин проникает в кровь через слизистую кишечника в нерасщепленном виде, попадает в печень, в которой превращается в витамин А и там же накапливается.
Хорошим источником каротина служат морковь, хвойная и травяная мука, сено искусственной сушки, качественный сенаж и силос. На эффективность его усвоения в организме влияют содержание жиров, нитратов, нитритов, перхлоратов в рационе, желчных кислот в кишечнике, кортикостерои-дов в крови и другие факторы. Некоторые компоненты рациона (прогорклый жир, соли
железа и меди) разрушают каротин и витамин А. В кислой среде из нитратов и кислорода воздуха образуется газ - окись азота, который разрушает каротин и ухудшает его усвоение. Этим и объясняется значительная потеря его в силосе при высоком содержании нитритов в последнем.
Содержание каротина в сыворотке крови крупного рогатого скота в пастбищный период выше, чем в зимний стойловый. При гиповитаминозе А его уровень снижается до 0,1-0,2 мг% и даже следов (гипокаратинемия). В печени животных резко уменьшается количество как каротина, так и ретинола. Кроме того, дефицит витамина А характеризуется глубокими изменениями эпителия кожи, слизистых оболочек органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы (метаплазия, ороговение) и резким угнетением их барьерной функции, ксерофтальмией (сухостью роговой оболочки глаз), кератомаляцией (разрушением роговицы) и конъюнктивитами, гемералопией (куриной слепотой), снижением иммунитета и устойчивости организма из-за подавления образования иммуноглобулинов, уменьшения размеров тимуса, селезенки и повышения в крови кортикостероидов, нервными расстройствами, нарушением репродуктивной функции у взрослых животных (задержка полового цикла, перегулы, яловость, эмбриональная смертность, рождение уродливых и нежизнеспособных телят, дегенерация эпителия семенников), обмена мукополисахаридов и цинка, угнетением роста и развития молодняка и высокой его заболеваемостью (диспепсии, бронхопневмонии, паракератоз и др.).
В практических условиях чаще отмечают нехватку в организме животных не одного, а нескольких нормируемых минеральных элементов и неправильное их соотношение. Превалируют также смешанные или полигиповитаминозы. Более того, нередко диагностируется сочетанная недостаточность биоэлементов и витаминов. Такие мультидефицитные состояния обычно характеризуются стертой клинической картиной, но в значительной степени лимитируют продуктивность и воспроизводительную способность животных, снижают их устойчивость к инфекционным и паразитарным заболеваниям.
Особенность биоэлементов и некоторых витаминов - то, что в отличие от многих других биологически активных веществ они не синтезируются в живых организмах, а значит, должны регулярно поступать извне с кормами, водой или лекарственными препаратами. Кроме того, большинство из них, как правило, не способно накапливаться в организме животных впрок даже при их высоком содержании во внешней среде. Поэтому дефицит минеральных элементов и витаминов является одной из наиболее частых причин нарушения обмена веществ, воспроизводительной функции, снижения продуктивности, иммунитета и устойчивости, развития специфической патологии, высокой заболеваемости и падежа.
Потребность скота и птиц в биоэлементах и витаминах невелика. Она зависит, прежде всего, от вида, возраста, продуктивности, физиологического состояния особи, химической активности и доступности элементов из кормов и добавок, взаимодействия их между собой и с другими компонентами рациона в желудочно-кишечном тракте, функционирования
последнего, интенсивности процессов тканевого и клеточного метаболизма, скорости выведения из организма, способности к накоплению и т.д.
Следует также отметить, что дефицит витаминов и биоэлементов затрудняет лечение животных при многих других болезнях и снижает его эффективность, отрицательно сказывается на росте, развитии молодняка, его устойчивости к неблагоприятным факторам внешней среды, активности иммунной системы, а также потенцирует токсические эффекты многих ксенобиотиков.
Принято считать, что оптимальный способ решения проблемы гиповитаминозов и ги-побиоэлементозов - назначение животным сбалансированных рационов. Однако в практике отечественного животноводства это соблюдается не всегда. Необходимо также учитывать, что в составе комбикормов и кормовых добавок некоторые витамины и минеральные элементы слабо сохраняются, а также способны образовывать мало- и неусваиваемые соединения друг с другом и с другими компонентами рационов.
Нами проанализированы данные ветеринарных лабораторий республики по биохимическому исследованию крови свиней и крупного рогатого скота за 2013 г. Отметим, что выборка по большинству показателей составляет десятки и тысячи проб, следовательно, полученные результаты отражают реальную ситуацию по состоянию обмена веществ у этих животных. Исследования показали, что в крови большой части обследованных особей выявляются различные метаболические нарушения, причем значительно превалирует количество проб с показателями ниже нормальных физиологических значений.
Количество проб крови ниже нормы Количество проб крови выше нормы
30%
Рис. 2. Результаты определения биоэлементов в крови свиней хозяйств республики
Количество проб крови ниже нормы _ Количество проб крови выше нормы-
Витамин А Витамин Е Общий белок Глюкоза Иммуноглобулины
Рис. 3. Результаты биохимического исследования крови свиней хозяйств республики
Количество проб крови ниже нормы -- Количество проб крови выше нормы-
Щр P Fe Mg Ca K № &
Рис. 4. Результаты определения биоэлементов в крови крупного рогатого скота хозяйств республики
50% -
Количество проб крови ниже нормы Количество проб крови выше нормы
Иммуноглобулины Общий белок Глюкоза
Каротин
Витамин Е
Рис. 5. Результаты биохимического исследования крови крупного рогатого скота хозяйств республики
Так, у свиней (рис. 2) довольно часто диагностируется недостаточность макроэлементов. При этом число проб с низким содержанием натрия составило 47,78%, магния - 30,47, кальция - 18,85, фосфора - 10,4, калия - 2,46%.
0%
0%
Рис. 6.
Лекарственные средства, предназначенные для нормализации обмена веществ
Щелочной резерв понижен у 9,14% животных. Дефицит микроэлементов также достаточно распространен. Наиболее сложная ситуация складывается в отношении железа: 46,89% проб крови характеризуются низкими значениями по данному элементу, и это несмотря на то, что применение железосодержащих препаратов в свиноводстве является обязательной частью ветеринарных профилактических мероприятий. Довольно много (31,79%) выявляется проб с недостаточным уровнем меди, играющей важную роль в обмене веществ и системе антиоксидантной защиты организма.
Витаминодефицитные состояния у свиней (рис. 3) также носят массовый характер, поскольку недостаточность таких жизненно необходимых витаминов, как Е и А, диагностируется соответственно у 43,26 и 22,90% особей. Анализ показывает, что рационы свиней часто не обеспечиваются в достаточной степени углеводистыми и белковыми кормами. Так, количество животных с низким уровнем в крови глюкозы составило 26,03%, общего белка - 11,86%.
У крупного рогатого скота также довольно часто имеет место снижение биохимических показателей крови. Из макроэлементов (рис. 4) наиболее дефицитен натрий, количество проб крови с низким его
содержанием составило 39,84%. Недостаточные уровни калия, кальция и магния характерны соответственно для 33,1, 28,44 и 26,67% животных. Снижение щелочного резерва у 12,73% крупного рогатого скота, свидетельствующее о нарушении отношения между кислотными и щелочными компонентами организма, вероятнее всего, связано с его кормлением кислыми кормами и уменьшением концентрации бикарбонатов в крови.
Анализ обеспеченности витаминами свидетельствует, что у 41,45 и 56,64% особей диагностируется низкое содержание соответственно каротина и витамина Е (рис. 5). Количество скота с недостаточными уровнями в крови глюкозы и общего белка также довольно велико, соответственно 34 и 19,67%.
Проблема болезней обмена веществ у животных актуальна не только для животноводов нашей республики, поэтому в последние десятилетия во многих странах значительно возрос интерес к разработке комплексных средств на основе биологически активных веществ. Внедрение их в ветеринарную практику открывает большие перспективы в плане борьбы с заболеваниями животных, обусловленными нехваткой биоэлементов и витаминов.
Учитывая эти обстоятельства, а также биохимические особенности почв Беларуси, широко распространенный дефицит в кормах биоэлементов и витаминов, их эссенциаль-ность для организма животных, сотрудники Института экспериментальной ветеринарии им. С.Н. Вышелесского за последние годы провели большую работу по созданию комплексных препаратов для нормализации обмена веществ. Ее итогом стало освоение производства следующих лекарственных
средств (рис. 6): деструмин, тетраминерал, дифсел, витамин Е+Se, мультивит, ферро-вит, феррофарм 100, ферро-глюкин-ТМ, витаселцин ТМ, йодис-С, солеминерал, неовет-селен, гексамин, антианемин, антимиопатик, поливисол, селемин плюс, фосфозал, КМП, КМП плюс и др. Почти все они выпускаются специализированными предприятиями республики и широко используются практикующими врачами ветеринарной медицины. Проходят процедуру государственной регистрации препараты нового поколения на основе наноселена (неоселен) и нано-частиц железа, кобальта и меди (антианемин-форте), созданные совместно с научными сотрудниками группы механохимии высокомолекулярных соединений Института физико-органической химии НАН Беларуси.
Обеспечение организма недостающими микроэлементами способствует нормализации процессов обмена веществ, повышению эффективности вакцинаций и продуктивности особи, сопротивляемости болезням и неблагоприятным факторам внешней среды, улучшению воспроизводительной способности маточного поголовья, сохранности и развитию молодняка. Кроме того, за счет адекватного обеспечения животных биологически активными веществами можно получать более безопасные и полноценные продукты питания для людей. Следовательно, предупреждение дефицита биоэлементов и витаминов в организме животных может стать важным фактором повышения эффективности и конкурентоспособности агропромышленного комплекса в целом.
