Теоретические основы использования кормовых добавок из водорослей рода Фукус в качестве метаболических стимуляторов и адаптогенов

Аннотация

Интенсивная эксплуатация продуктивного поголовья зачастую происходит на пределе физиологических возможностей организма, что приводит к перенапряжению систем обеспечения гомеостаза, срыву адаптации и невозможности репарации альтеративных процессов. Возникающие на их фоне полиморбидные состояния характеризуются тотальным нарушением обмена веществ и проявляются в виде особой формы метаболического синдрома, во многом зависящего от полноценности рационов. В связи с этим промышленное производство молока требует детализированного подхода к кормлению скота. Поэтому хозяйства промышленного типа, эксплуатирующие высокопродуктивное поголовье, всё чаще прибегают к использованию специализированных витаминно-минеральных концентратов, изготовленных не по стандартной рецептуре, а под конкретные условия (адресно). К числу перспективного сырья для их изготовления можно отнести и различные водоросли. В клетках водорослей рода Фукус в большом количестве содержатся аминокислоты, витамины, полиненасыщенные жирные кислоты, фукоидан, обладающий противовирусным, иммуномодулирующим, противоопухолевым действием, а также значительное количество органически связанного йода. Нашими исследованиями установлено, что использование в кормлении сухого экстракта фукуса в период пиковых значений летних температур позволяет практически полностью избежать проявлений теплового стресса, предупредить метаболический синдром и снижение продуктивности, а, следовательно, сохранить рентабельность производства молока и в тяжёлых климатических условиях. Показано, что механизм протективного действия фукуса заключается не только в стимуляции щитовидной железы, но и в сохранении адекватных показателей водно-солевого баланса, что обусловлено содержанием в водоросли уникальных полисахаридов, в том числе фукоидана и альгинатов, выступающих в роли фактора, сдерживающего излишние потери влаги. Кроме того, известно, что производные альгиновой кислоты способны адсорбировать и выводить из организма токсины, тяжёлые металлы, радионуклиды, ускорять заживление ран, регулировать уровень холестерола в крови. Наиболее перспективными направлениями использования в аграрном секторе экономики водорослей рода Фукус является как применение их в виде подкормки, так и в качестве универсального наполнителя балансирующих добавок.

Ключевые слова: фукус, альгинаты, фукоидан, метаболизм, общая обменная патология, гомеостаз, минеральный обмен, водоросли, крупный рогатый скот, кетогенез, тепловой стресс, детализированное кормление.

Abstract

THEORETICAL BASIS OF USE OF FEED ADDITIVES FROM ALGAE OF THE GENUS FUKUS AS METABOLIC STIMULATORS AND ADAPTOGENS

Intensive exploitation of productive livestock often occurs at the limit of the physiological capabilities of the organism, which leads to overstrain of systems for ensuring homeostasis, disruption of adaptation and the impossibility of reparation of alternative processes. The polymorbid states that arise against their background are characterized by a total metabolic disorder, manifested in the form of a special form of metabolic syndrome, which largely depends on the usefulness of the diet. In this regard, industrial milk production requires a detailed approach to feeding livestock. Therefore, industrial-type farms operating highly productive livestock are increasingly resorting to the use of specialized vitamin and mineral concentrates, made not according to a standard recipe, but under specific conditions (targeted). Various algae can be attributed to the number of promising raw materials for their manufacture. The cells of the Fucus genus contain a large amount of amino acids, vitamins, polyunsaturated fatty acids, fucoidan, which has antiviral, immunomodulatory, antitumor effects, as well as a significant amount of organically bound iodine. Our research has established that the use of dry extract of fucus in feeding during peak summer temperatures allows you to almost completely avoid manifestations of heat stress, prevent metabolic syndrome and a decrease in productivity, and, consequently, preserve the profitability of milk production even in difficult climatic conditions. It has been shown that the mechanism of the protective action of fucus consists not only in stimulating the thyroid gland, but also in maintaining adequate indicators of the water-salt balance, which is due to the content of unique polysaccharides in the alga, including fucoidan and alginates, which act as a factor that inhibits excessive moisture loss.... In addition, it is known that alginic acid derivatives are capable of adsorbing and removing toxins, heavy metals, radionuclides from the body, accelerating wound healing, and regulating blood cholesterol levels. The most promising areas of use in the agricultural sector of the economy of algae of the genus Fucus are both their use in the form of top dressing and as a universal filler of balancing additives.

Keywords: fucus, alginates, fucoidan, metabolism, general metabolic pathology, homeostasis, mineral metabolism, seaweed, cattle, ketogenesis, heat stress, detailed feeding.

Основная часть

Проводимые нами в течение ряда лет исследования показали, что чрезмерное воздействие антропогенного фактора на организм сельскохозяйственных животных приводит к широкому спектру нейрогуморальных отклонений, ведущее значение среди которых принадлежит изменению состава общего обменного пула, который в свою очередь определяется функциональным состоянием печени как центрального органа метаболизма [1, 3, 5].

Промышленное животноводство предполагает эксплуатацию продуктивного поголовья на пределе физиологических возможностей организма. Так как животные находятся в условиях постоянного антропогенного стресса, у них неизбежно возникает перенапряжение систем обеспечения гомеостаза. Вследствие чего происходит срыв адаптации с невозможностью компенсировать нарушенные функции и репарировать возникающие очаги альтерации. Преимущественно подобная картина характерна для высокопродуктивных, конституционально изнеженных пород скота (при этом вероятность поражения поголовья может достигать 80-85%). Заболевания, возникающие на этом фоне, носят преимущественно комбинированный характер и проявляются, прежде всего, тотальным нарушением обмена веществ, реализуясь в виде особого рода метаболического синдрома.

В рамках современной нозологии для характеристики подобных состояний используют термин «общая обменная патология». Они, как правило, отличаются длительным латентным течением и отсутствием патогномоничных признаков. При этом следует учитывать, что персистирующее нарушение обменного статуса организма является серьёзной предпосылкой для возникновения сопутствующих заболеваний, в том числе акушерско-гинекологического профиля, протекающих интеркуррентно и наносящих катастрофический экономический ущерб.

В подобной ситуации у большинства специалистов-аграриев сложилось стойкое убеждение, что современные породы скота практически израсходовали свой генетический потенциал, а, поскольку в обозримом будущем прорыв в селекционной работе не просматривается, сохранение динамики и рентабельности производства зависит лишь от изысканий более эффективных подходов в кормлении и создания комфортной среды для поголовья.

То есть продуктивность животных, как, собственно, и сама жизнь, неразрывно связаны с потреблением различных веществ извне. При этом сохранение продуктивного долголетия поголовья во многом будет определяться не только количеством нутриентов, имеющихся в составе рационов, но и их качеством, то есть химической формой, от которой и будет зависеть биологическая доступность. Но здесь так же не обходится без «подводных камней».

Принципы унификации сельскохозяйственного производства сыграли важную роль в процессах интенсификации получения продуктов питания, поскольку позволили использовать стандартные помещения, стандартное оборудование, технологию и принципы кормления. В конечном итоге это привело к формированию некой обобщённой среды со стандартным набором основных кормов и достаточно стереотипным ассортиментом премиксов, что и послужило в свою очередь узким горлышком совершенствования теории и практики кормления.

Например, одной из актуальных и масштабных проблем эксплуатации высокопродуктивных стад является их обеспеченность витаминно-минеральными компонентами [6]. При этом использование традиционных рецептур стандартных премиксов уже не удовлетворяет растущие потребности животноводства.

Процесс интенсивного производства молока требует детализированного подхода к кормлению скота (использованию «адресных» кормовых добавок), поскольку даже незначительные несоответствия рационов, создание конкуренции между различными микро- и макроэлементами чрезвычайно быстро выливается в серьёзные проблемы со здоровьем. При этом весьма важным моментом является определение геохимических особенностей ландшафтов, что в конечном итоге позволяет устанавливать уровни синергизма и антагонизма различных минералов. В то же время, так как на производстве всегда используются некоторые минеральные подкормки, то различные микро- и макроэлементозы могут быть спровоцированы не только и не столько эндемическими особенностями ландшафтов, сколько тотальным нарушением обмена веществ, обусловленным несбалансированностью нутриентов в составе рационов, не отвечающим физиологическим потребностям. В связи с этим, хозяйства промышленного типа при эксплуатации высокопродуктивного поголовья всё чаще прибегают к использованию специализированных витаминно-минеральных концентратов, изготовленных не по стандартной рецептуре, а под конкретные условия, с учётом продуктивности поголовья, его метаболического статуса и особенностей ландшафтов тех или иных геохимических провинций. Но потребителям следует учитывать основные различия между премиксами и балансирующими добавками.

На этом фоне определённый интерес как для кормленцев, так и нутрициологов представляет возникшая несколько лет назад и набирающая всё большую популярность теория «суперфудов». Последние - это определённые продукты питания (корма), отличающиеся высоким содержанием особо ценных нутриентов, обладающих высокой степенью биологической доступности и физиологической активности.

К числу таких продуктов можно отнести и различные водоросли, особенно обитающие в акватории северных морей [2, 4]. История их массового использования в кормлении животных и питании человека не нова и насчитывает не менее полувека. Но если раньше практика опиралась лишь на отрывочные эмпирические данные, полученные в ходе разрозненных и зачастую методологически необоснованных экспериментов, то в настоящее время достижения молекулярной биологии и биохимии позволили подвести достаточно серьёзную теоретическую базу для промышленного использования этого ценнейшего биоматериала.

По нашему мнению, весьма удачным примером внедрения новых технологий в практику кормления продуктивного поголовья является использование «Альгодрафида» и прочих производных (включая крупки и сухие экстракты) водоросли фукус.

Фукус - род бурых водорослей. Также их называют «морской виноград», «морской дуб», «царь водоросль». В настоящее время известно около 15 видов растений данной группы, распространённых в морях и океанах северного полушария Земли. В странах СНГ встречается 4-5 видов фукуса. Особенно большое значение имеют три вида фукусов - «фукус зубчатый», «фукус двусторонний» и «фукус пузырчатый». На обширных площадях прибрежной зоны морей часто формируются их заросли.

Фукус широко применяется в медицине в форме сухого вещества либо экстракта. В клетках этих водорослей в большом количестве содержатся аминокислоты, витамины, полиненасыщенные жирные кислоты, а также фукоидан, обладающий противовирусным, иммуномодулирующим, противоопухолевым действием. Кормовая мука для сельскохозяйственных животных содержит альгинаты.

При клинических испытаниях альгинатсодержащих продуктов лечения разнообразных дистоний желудочно-кишечного тракта с преимущественным поражением как моторной, так и секреторной функции показан несомненный терапевтический эффект. Использование альгинатов показано при интоксикациях различного генеза. Также было установлено, что производные альгиновой кислоты (полимер d-маннуровой кислоты) способны адсорбировать и выводить из организма тяжёлые металлы (свинец, кадмий), радионуклиды, ускорять заживление ран, регулировать уровень холестерола в крови [7, 8].

Входящие в состав фукуса естественные полифенолы, биоорганический селен в сочетании с витамином E представляют собой важнейшие факторы прооксидантно-антиоксидантной системы, регулирующей уровень перекисного окисления липидов и снижающей отрицательное воздействие оксидативного стресса как основного агента альтерации в организме.

Содержащиеся в водорослях рода Фукус протеины обладают высокой пищевой ценностью, так как содержат все необходимые для организма аминокислоты. В состав их липидов входят витамины А и D, эффективность которых чрезвычайно высока. Также в водорослях обнаружены бета-каротин, витамины В1, В2 и С.

Одной из наиболее важных (с точки зрения регуляции обмена веществ) составляющих подобных продуктов являются минеральные соли, которые в основном и определяют питательную и лечебную ценность.

Уже давно установлена способность фукуса концентрировать в своих клетках значительное количество органически связанного йода. По этому показателю он превосходит даже ламинарию, что позволяет перевести дискуссию уже в несколько иную плоскость.

Как уже было отмечено, центральным органом метаболизма является печень, но уровень обменных процессов во многом определяется регулирующим влиянием эндокринного аппарата, и прежде всего катаболическим влиянием гормонов щитовидной железы, в состав которых входит йод. Этот микроэлемент обусловливает биосинтез тироксина и трийодтиронина, обеспечивающих уровень энергетического обмена и непосредственно влияющих на пластический.

При недостаточной обеспеченности организма йодом, независимо от того вызвана она алиментарными дефицитными факторами или же обменными нарушениями, у животных развивается гипотиреоз. Это хронически протекающий синдром поражения щитовидной железы, характеризующийся её гипофункцией. Предрасполагающими факторами являются хроническая интоксикация нитратами, избыток в окружающей среде и рационах кальция, магния, свинца, железа и ряда других, снижающих уровень резорбции йода, также определённую роль играет дефицит кобальта (цианкобаламина), меди, фолатов. При длительном течении приобретает форму зобной болезни (эндемический зоб), которая характеризуется соединительнотканным перерождением щитовидной железы, развитием слизистого отёка подчелюстного пространства (микседема) и резким падением уровня обменных процессов в виду недостаточности продукции гормонов.

На фоне этой патологии интеркуррентно прогрессируют различные заболевания обменного и соматического характера. Отмечают кетоз, гепатодистрофию, миокардиодистрофию, нефротический синдром. Широкое распространение получают акушерско-гинекологические заболевания: задержка последа, субинволюция матки, ановуляторные половые циклы, образование фолликулярных кист, гипофункция яичников, эндометриты и маститы, которые трудно поддаются лечению без нормализации обменного статуса. фукус желудочный кишечный альгинатсодержащий

Кроме того, не следует забывать, что регуляция минерального обмена также во многом определяется функциональным состоянием щитовидной железы, поскольку она является местом биосинтеза кальцитонина. Этот гормон вместе с кальцитриолом и паратгормоном влияет на показатели резобции и реабсорбции кальция, а также воздействует на уровень фосфатов во внутренней среде организма.

Отдельно следует отметить положительное влияние фукуса, направленное на профилактику теплового стресса и нарушений водно-электролитного баланса организма.

Крупный рогатый скот, как типичный представитель группы гомойотермных организмов, имеет весьма эффективную систему терморегуляции и по сравнению с другими сельскохозяйственными животными обладает высокой резистентностью к воздействию теплового фактора. Несмотря на это, высокая эксплуатационная нагрузка, особенно при несоблюдении параметров микроклимата в животноводческих помещениях, может послужить причиной срыва адаптации и невозможности компенсировать возникшие гомеостатические отклонения. На этом фоне развивается тепловой стресс, что является одной из форм общего адаптационного синдрома, которая возникает в ответ на воздействие повышенных температур внешней среды и неадекватности процессов терморегуляции. Ответная реакция организма зависит от ряда факторов и может сопровождаться как незначительными функциональными расстройствами, так и глубокими (даже морфологически регистрируемыми) нарушениями в органах и тканях.

Считается, что зона температурного комфорта для взрослого скота находится в пределах 12-18°C. Превышение этой величины сопровождается вначале метаболическими, а затем и клиническими проявлениями теплового стресса. Установлено, что рост температуры окружающей среды провоцирует изменение двигательной активности и пищевого поведения коров: для увеличения теплоотдачи с поверхности своего тела, они стараются меньше ложиться, что приводит к уменьшению потребления корма, угнетению жвачного процесса, а, следовательно, к падению продуктивности. Также установлено, что в условиях теплового стресса животные реже приходят в половую охоту, или же она протекает скрыто, что резко снижает показатели оплодотворяемости.

Водно-электролитный обмен также претерпевает существенные изменения. Во время интенсивной потери влаги и электролитов нарушаются процессы пищеварения, и изменяется метаболический статус. На фоне развития типичной клинической картины отмечают существенные изменения основных констант гомеостаза, отражающих мобилизацию компенсаторно-восстановительных механизмов.

При снижении парциального давления кислорода развивается гипоксемия, что приводит к тотальной тканевой гипоксии и падению уровня обмена веществ с развитием типичных признаков метаболического ацидоза. Кроме того, увеличение окружающей температуры угнетающе действует на щитовидную железу, вследствие чего в крови уменьшается концентрация тиреоидных гормонов, обладающих выраженным катаболическим эффектом, поэтому окислительно-восстановительный потенциал начинает падать катастрофически, то есть эффективность конверсии корма также существенно снижается. В тяжёлых случаях на фоне критического дефицита водопоя может наступать гибель животного.

В то же время нашими исследованиями установлено, что использование в кормлении сухого экстракта фукуса в период пиковых значений летних температур позволяет практически полностью избежать проявлений теплового стресса, предупредить метаболический синдром и снижение продуктивности, а, следовательно, сохранить рентабельность производства молока и в тяжёлых климатических условиях.

По-видимому, механизм протективного воздействия фукуса при этом заключается не только в стимуляции щитовидной железы, но и в сохранении адекватных показателей водносолевого баланса, что обусловлено содержанием в водоросли уникальных полисахаридов, в том числе фукоидана и альгинатов, выступающих в роли фактора, сдерживающего излишние потери влаги с калом.

Кроме того, фукоидан может рассматриваться как сильнейший иммуномодулятор, ингибитор вирусов, ингредиент, биологический антиагрегант, естественный антисептик. Но это не единственный компонент, положительно влияющий на показатели естественной резистентности организма.

Принято считать, что фукоидан и альгинатные олигосахариды фукуса положительно влияют на состав и свойства микробиома желудочно-кишечного тракта (прежде всего толстого отдела кишечника). Показано, что они способствуют снижению энтеропатогенной микрофлоры на фоне превалирования сапрофитной, в том числе лактои бифидобактерий. Накопленный к настоящему времени материал позволяет предположить, что положительное влияние на резистентность кишечной трубки оказывают не только и не столько сами бактерии (которые, являясь ацидофильными, вытесняют патогены), сколько сложный комплекс механизмов взаимодействия биоты с лимфатическими образованиями кишечника, такими как пейеровы бляшки и солитарные фолликулы. Именно эти анатомические образования являются факторами, определяющими многообразие иммунологических реакций и обеспечивающими антигенный гомеостаз организма.

При этом следует учитывать, что факторами роста (пребиотиками) в данном случае будут выступать конечные метаболиты олигосахаридов фукуса - комплекс среднеи короткоцепочечных (C3-C10) органических кислот: масляной и пропионовой, (возможно каприловой и каприновой). В общем их физиологическая роль заключается в следующем: источники энергии эпителиоцитов; регуляторы (в данном случае индукторы) пролиферации и дифференцировки эпителиальной выстилки; одни из основных субстратов липогенеза; поддержание ионно-катионного равновесия; активаторы роста ворсинок и биосинтеза муцина; обладают умеренным противовоспалительным эффектом; являются одним из ведущих факторов симбиотических взаимоотношений микробиома и макроорганизма; проявляют пробиотические свойства, обеспечивают адгезию нормофлоры кишечника, а также фиксацию секреторного

IgA; будучи цитопротекторами, повышают барьерные свойства кишечного эпителия, стимулируют механизмы адаптации, компенсации и неспецифической резистентности. Поскольку эти вещества в той или иной мере вырабатываются в рубце жвачных животных, для моногастричных (в том числе птиц) их можно рассматривать в качестве лимитирующих здоровье и продуктивность факторов.

Таким образом, можно заключить, что показания для использования фукуса и препаратов из этих водорослей чрезвычайно разнообразны. И, на наш взгляд, наиболее перспективными направлениями в аграрном секторе экономики является их применение как подкормки (в чистом виде), так и в качестве универсального наполнителя балансирующих добавок (КБВМ, БМВД, БВМК, МД и др.). Это в свою очередь позволит не только регулировать поедаемость кормов, балансировать рационы и корректировать обменный статус поголовья, но и при необходимости существенно снижать затраты на закупку дорогостоящего и зачастую обладающего низкой биологической доступностью минерального сырья.

Библиография

1. Гепатопатии стельных коров и их влияние на состояние воспроизводительной функции / Р.В. Роменский, А.В. Хохлов, Н.В. Роменская, А.В. Щеглов // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 3. С. 457.

2. Клиндух М.П. Облучинская Е.Д. Сравнительное исследование химического состава бурых водорослей Fucus vesiculosus и Ascophyllum nodosum // Вестник МГТУ. 2013. Т. 16. № 3. С. 466-471.

3. Нарушение водно-электролитного обмена и его последствия для организма продуктивного скота / Р.В. Роменский, Н.В. Роменская, А.В. Хохлов, В.А. Шумский // Актуальные вопросы сельскохозяйственной биологии. 2019. № 3 (13). С. 28-37.

4. Облучинская Е.Д. Антиоксидативные комплексные экстракты из фукусовых водорослей Баренцева моря // Вестник МГТУ. 2018. Т. 21. № 3. С. 395-401.

5. Хохлов А.В., Роменский Р.В., Роменская Н.В. Метаболический синдром и его роль в возникновении фолликулярных кист яичника у коров // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. Казань. 2014. Т. 220. № 4. - С. 227-231.

6. Ястребова О.Н., Чернова Е.Н. Влияние органических микроэлементов рациона на минеральный состав молока коров // Материалы XII международной научно-производственной конференции. Белгород. 2008. С. 141

7. Antioxidative properties of brown algae polyphenolics and their perspectives as chemopreventive agents against vascular risk factors / Kang K., Park Y., Hwang H.J., Kim S.H. [etal.]. // Archives of Pharmacal Research. 2003. V. 26, Iss. 4. P. 286-293.

8. The immunomodulating and antioxidant activity of fucoidan on the splenic tissue of rats treated with cyclosporine A / Omar H.E.-D.M., Eldien H.M.S., Badary M.S., Al-Khatib B.Y., Abd Elgaffar S.Kh. // The Journal of Basic and Applied Zoology. 2013. V. 66. P. 243-254.

References

1. Gepatopatii stel'nyh korov i ih vlijanie na sostojanie vosproizvoditel'noj funkcii / R.V. Romenskij, A.V. Hohlov, N.V. Romenskaja, A.V. Shheglov // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2013. № 3. S. 457.

2. Klinduh M.P. Obluchinskaja E.D. Sravnitel'noe issledovanie himicheskogo sostava buryh vodoroslej Fucus vesiculosus i Ascophyllum nodosum // Vestnik MGTU. 2013. T. 16. № 3. S. 466-471.

3. Narushenie vodno-jelektrolitnogo obmena i ego posledstvija dlja organizma produktivnogo skota / R.V. Romenskij, N.V. Romenskaja, A.V. Hohlov, V.A. Shumskij // Aktual'nye voprosy sel'skohozjajstvennoj biologii. 2019. № 3 (13). S. 28-37.

4. Obluchinskaja E.D. Antioksidativnye kompleksnye jekstrakty iz fukusovyh vodoroslej Barenceva morja // Vestnik MGTU. 2018. T. 21. № 3. S. 395-401.

5. Hohlov A.V., Romenskij R.V., Romenskaja N.V. Metabolicheskij sindrom i ego rol' v vozniknovenii follikuljarnyh kist jaichnika u korov // Uchenye zapiski Kazanskoj gosudarstvennoj akademii veterinarnoj mediciny im. N.Je. Baumana. Kazan'. 2014. T. 220. № 4. - S. 227-231.

6. Jastrebova O.N., Chernova E.N. Vlijanie organicheskih mikrojelementov raciona na mineral'nyj sostav moloka korov // Materialy XII mezhdunarodnoj nauchno-proizvodstvennoj konferencii. Belgorod. 2008. S. 141

7. Antioxidative properties of brown algae polyphenolics and their perspectives as chemopreventive agents against vascular risk factors / Kang K., Park Y., Hwang H.J., Kim S.H. [etal.]. // Archives of Pharmacal Research. 2003. V. 26, Iss. 4. P. 286-293.

8. The immunomodulating and antioxidant activity of fucoidan on the splenic tissue of rats treated with cyclosporine A / Omar H.E.-D.M., Eldien H.M.S., Badary M.S., Al-Khatib B.Y., Abd Elgaffar S.Kh. // The Journal of Basic and Applied Zoology. 2013. V. 66. P. 243-254.

Размещено на Allbest.ru