БУТИРАТЫ в кормлении бройлеров

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БУТИРАТА В КОРМЛЕНИИ БРОЙЛЕРОВ.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
Обзор подготовлен К.А. Горст по материалам зарубежных исследований (см. список
Литературных источников)
Набирается всё больше свидетельств в пользу того, что бутират - это "не просто аминокислота".
Кроме уже проверенного антибактериального эффекта, бутират натрия стимулирует
выработку секрета поджелудочной железы, в том числе и ферментов. Бутират также
способствует выработке гормонов, таких как инсулин, что в свою очередь помогает
восстановлению кишечного эпителия. Бутират натрия также улучшает абсорбцию
электролитов и снижает частоту развития диареи, обеспечивая необходимое питание для
микрофлоры подвздошной и задней кишок. В настоящее время появляется всё больше
свидетельств положительного влияния бутирата на иммунную систему. Однако, не все
бутираты одинаковы между собой - использование специально подготовленного бутирата
позволяет добиться его равномерного и постепенного высвобождения на протяжении
всего пищеварительного тракта, что позволяет добиться максимального эффекта от
применения этой важной добавки [1].
Бутират (СН3СН2СН2-СООН) - это естественный продукт, производимый бактериями в
кишечнике (у моногастричных) или в рубце (у жвачных) при ферментации углеводов.
Наиболее вероятно, что продуцентом бутирата является Faecalibacterium prausnitzii,
однако по данным руппы Van Immerseel et al, 2008, было определено до 5 видов
продуцентов бутирата в кишечнике цыплят-бройлеров [7].
Бутират относится к группе газообразных (летучих) аминокислот, вместе с ацетатом и
пропионатом. Бутират широко известен не только благодаря своей антимикробной
активности, но и способностью восстанавливать клетки кишечного эпителия. Это связано
с тем, что бутират имеет высокую калорийность, является предпочтительным
метаболическим субстратом для клеток кишечного эпителия и качественно окисляется
колоноцитами. Бутират обладает доказанной противовоспалительной активностью и
стимулирует работу иммунитета.
Поскольку сама по себе масляная кислота летучая и легко окисляется, целесообразно
использовать ее стабильную натриевую соль.
При попадании в желудок, натрий быстро высвобождается и в условиях щелочного рН
бутират переходит в недиссоциированную кислотную форму, тоже называемую бутират.
Эта форма отвечает за антимикробную активность бутирата. Поскольку масляная кислота
строго липофильна, в этой форме бутират обладает способностью проникать через
клеточную стенку бактерий (особенно грамм-отрицательных). рН бактириальной
цитоплазмы находится вблизи нейтральных значений. Это выше чем рН окружающей
среды в ЖКТ, и гораздо выше, чем константа диссоциации бутирата.
Бутират
диффундирует в цитоплазму бактерии по градиенту рН, и там происходит диссоциация
протона. Закисление среды приводит к нарушению связи пуриновых оснований в ДНК.
Синтез ДНК и пролиферация бактериальных клеток оказываются таким образом
заблокированными.Также, повышение концентрации анионов в цитоплазме ведёт к
увеличению концентрации ионов калия , что нарушает тургор клетки (4#)
Далее по ходу пищеварительного тракта рН снова увеличивается - поэтому количество
кислой формы бутирата уменьшается, тогда как количество соли возрастает. Благодаря
тому, что обе формы бутирата имеют различные транспортёры внутрь клетки, они обе
используются для питания клеток кишечного эпителия.
Трофический эффект бутирата
Бутират - это предпочтительный источник энергии для энтероцитов. Он помогает
лучшему развитию ресничек кишечного эпителия, улучшает состояние внутренней стенки
кишечника. Этот эффект бутирата показан на многих видах животных, в том числе на
бройлерах, свиньях, телятах, а также морских видах. Так например, Ghol (2007) было
показано, что применение бутирата снижает негативные последствия для ЖКТ, связанные
с отъёмом, так как бутират обеспечивает клетки слизистой оболочки кишечника
необходимым источником питания. В опытах с бройлерами Leeson et al (2005) было
показано, что ворсинки длиннее у бройлеров, получавших бутират, чем у птиц из
котрольной группы.
Не так давно ещё один опыт был проведён Norel S.A. (Mallo et al., 48th AECA Scientific
Poltry Symposom, 2011, рр 343-349) под руководством Dr. S.V. Rama Rao , Rajendranagar,
Hyderabad, India. В эксперимент было взято около 750 бройлеров породы Кобб, возраст 1
день с целью оценить влияние бутирата на усвояемость кукурузно-соевой диеты, а также
на рост кишечных ворсинок. В опыт взяли 3 группы: контроль (без добавок), 2 группа 0,5 кг/т Gustor B-92 (92% бутирата), 3 группа - 1 кг/т Gustor B-92. В группе с
добавлением бутирата показатели обменной энергии и переваримости протеина
были существенно выше, чем в контроле (Р <0,001). Длина и ширина ресничек
эпителия также увеличена, по сравнению с контрольной группой (таблица 1). По
результатам опыта был сделан вывод, что применение бутирата увеличивает обменную
энергию корма, потому что он способствует росту ворсинок кишечного эпителия (тем
самым увеличивая площадь поверхности всасывания).
Антибактериальный эффект бутирата натрия
Было экспериментально показано, что
короткоцепочные жирные кислоты могут
препятствовать росту бактерий из группы Enterobacteriaceae (Salmonella, Escherichia coli и
др.). Это происходит потому, что эти кислоты в недиссоциированной форме могут
свободно проникать сквозь бактериальные мембраны. Попав внутрь клетки бактерии,
кислота диссоциирует, образуя свободный ион Н+, что приводит к закислению рН
цитоплазмы и вызывает гибель клетки. Так, бутират в этом отношении оказался очень
эффективным.
Hyme et al. (1993) показали, что бутират имеет более высокий
коэффициент диффузии, чем другие короткоцепочные аминокислоты, поэтому проще
проходит сквозь мембрану бактерий. В другом эксперименте Galfi и Neogradi (1995)
открыли, что концентрация бутирата, требуемая для снижения численности E.Coli на 50%,
гораздо ниже, чем концентрация ацетата или пропионата.
Van Immerseel (2004) показали, что бутират является наиболее эффективной
аминокислотой в борьбе с Salmonella Enteridis у бройлеров [3].Следует особо
подчеркнуть тот факт, что антибактериальная активность бутирата селективна.Так, в 1990
году Galfi и Brokori бутират способствует развитию лактобактерий, одновременно
препятствуя развитию энтеропатогенной микрофлоры (Closrtridia, E. Coli, Coccidiae...).
Leeson et al. (2005), что птицы, получающие бутират, имеют также и более высокие
привесы, чем птицы из группы контроля [4].
Огромным достоинством бутиратов по сравнению с традиционными антибиотиками
является тот факт, что они не вызывают резистентности. Применение традиционных
антибиотиков способствует появлению новых штаммов Salmonella, невосприимчивым к
действию антибиотиков.Более того, появляются резистентные штаммы и других видов
бактерий,
не
только
Salmonella.
При применении только пробиотиков эффект тоже оказывается недостаточным, так как
они не обладают способностью бороться с бактериями и хороши только как превентивная
мера, но не для терапии.
Кроме прямого антибактериального эффекта, бутират обладает уникальной способностью
косвенно снижать вирулентность таких штаммов Salmonella Typhimrim, тогда как другие
аминокислоты (ацетат, пропионат) могут косвенно увеличивать инвазивность бактериями
в клетках кишечного эпителия. Для заражения организма-хозяина Salmonella должна
проникнуть в стенку клетки кишечного эпителия. Эта стадия называется инвазивная фаза
и требуется включение специальных генов. Они расположены в так называемом
"патогенетическом локусе" и кодируют белки, отвечающие за пенетрацию стенки
организма-хозяина и некоторые эффекторные белки. Сам же "патогенетический локус"
активируется другим белком, называемым HilA, который регулируется окружающей
средой.
Различные публикации свидетельствуют о том, что бутират и пропионат могут каким-то
образом влиять на этот процесс, тем самым снижая инвазивность Salmonella Typhymrm и
Salmonella Enteridis, тогда как ацетат и формиат способствуют инвазии эпителиальных
клеток бактериями (Drant et al., 2000, Van Immerseel et al., 2003, Lawhon et al. 2005, Gantois
et al., 2006, Hyang et al. 2008). Механизм этого процесса пока ещё в точности неизвестен,
но он однозначно связан со способностью бутирата снижать экспрессию генов
"патогенетического локуса" Salmonella.
Бутират натрия иммунный ответ
Исследования на различных видах животных показали, что добавление бутирата к
рациону улучшает иммунитет. Это происходит благодаря двум факторам:
противовоспалительному эффекту бутирата и его восстановительному влиянию на
защитную функцию кишечного барьера. При применении бутирата в кормлении
бройлеров были показаны также и некоторые дополнительные характеристики. Так
например, Sаnkara et al (2011) была предложена гипотеза, что бутират может актвировать
защитные пептиды (HDPs), и тем самым увеличивать сопротивляемость заболеваниям.
Защитные белки (HDPs) - это группа белков, которые обеспечивают защиту первой линии
иммунитета у всех живых организмов [1,5].
Бутират - это потенциальный индуктор активации нескольких видов HDPs в HD11 клоне
макрофагов, а также внутри первичных моноцитов (клетки костного мозга - ККМ) у
бройлеров. Также было показано, что бутират увеличивает антибактериальную активность
моноцитов против Salmonella enteridis, и что использование 0,1% бутирата в кормлении
приводит к существенному росту экспрессии генов HDP в пищеварительном тракте
бройлеров, и это даёт снижение титра Salmonella enteridis в пробах как минимум в 10 раз
(результаты при экспериментальном заражении цыплят Salmonella). Исследователи
высказали предположение,, что бутират весьма перспективен в кормлении птицы как
хорошая замена антибиотикам с целью увеличения внутреннего иммунитета и
сопротивляемости заболеванию.
Другие эффекты бутирата
Бутират - самый сильный стимулятор выработки сока поджелудочной железой, по
сравнению с другими аминокислотами. Так, Katoh и Tsdo (1989) было показано, что
инъекции бутирата натрия поросятам вызывали усиленное выделение соков
поджелудочной железы и повышали продукцию амилазы. Позднее те же результаты были
подтверждены в эксперименте для телят (1995). Sano et al показали, что при применении
бутирата наблюдается повышение концентрации инсулина в плазме, что в норме
соответствует повышению запасов энергии и концентрации белка в тканях. совсем
недавно (2011) Kato et al показали, что телята, которых кормили молоком с добавлением
бутирата натрия, имеют более высокие уровни инсулинового фактора роста (IGF-1),
который играет важную роль в процессе роста животного.
Бутират также усиливает всасывание электролитов и снижает частоту возникновения
диареи (Galfi, 1989). Механизм, по которому бутират влияет на всасывание жидкостей и
электролитов в толстом кишечнике, основан на обеспечении "топливом" систем белковпереносчиков электролитов, и, возможно, регулировке некоторых нейро-эндокринных
факторов (Velasqes, 1997).
Важность правильной защиты
На протяжении нескольких лет компания NOREL Animal Ntrition продолжала изучать
преимущества использования бутирата в кормлении различных видов животных (свиньи,
птица, грызуны и аквакультура), а также особенности его производства и обработки. На
сегодняшний день уже доступны бутираты 3-его поколения, такие как Gustor ВР--70,
содержащий 70% частично защищённого бутирата.
В бутиратах первого поколения для достижения желаемого эффекта приходилось
использовать высокие концентрации его натриевой соли, из-за чего продукт имеет
характерный резкий устойчивый неприятный запах. Они имеют свойство слипаться во
влажной среде и, что более важно, бутират в натриевой форме быстро поглощается
энтероцитами, что ограничивает область его активности лишь верхним участком
пищеварительной системы. В бутиратах второго поколения использовали пальмовый
стеарин. С помощью него вокруг активной молекулы бутирата создавалась многослойная
жировая оболочка, защищающая молекулу бутирата. Даже если проблема с защитой от
влаги и неприятным запахом удаётся решить, применение данной технологии имеет два
следствия. Во-первых, существенно снижается доля активного компонента продукта.
Подобные продукты обычно содержат лишь 30% бутирата и до 70% жиров, что требует
повышения дозировки для достижения требуемого эффекта бутирата. Также, требуется
высокая активность липазы для высвобождения активного бутирата. Особенно сильно это
видно у молодых птиц, когда значительное количество гранул можно обнаружить
непосредственно в помёте. В таком случае можно подвернуть эффективность данного
продукта сомнению.
На основании этих данных, компания NOREL Animal Nutrition продолжила свои
исследования с целью создания более концентрированного, но более защищённого, чтобы
слать его защиту целиком из натуральных компонентов, обеспечивающих медленное
высвобождение активной субстанции и способствующих росту птицы. Так была
разработана добавка Gustor BP-70, с использованием специального жирового покрытия
для защиты активного компонента. Это позволяет бутирату натрия достичь удалённых зон
пищеварительного тракта, что способствует функции ростового активатора, а также
помогает снизить количество патогенных бактерий, таких как Salmonella.
Это было показано на опыте в Университета . Леон, Испания, результаты опубликованы в
журнале Poultry Science (2009), Fernandez-Rubio et al. Целью исследования было оценить
влияние бутирата на уровень заражения Salmonella в кишечной и системной фазе.
В этом исследовании были взяты 3 группы бройлеров, по 50 птиц в каждой - контрольная
группа, группа 2 (1 кг/тонну свободного бутирата натрия, содержащего до 92% бутирата,
GUSTOR B-92), группа 3 - 1,3 кг/т частично защищенного бутирата натрия (GUSTOR
BP-70). Продолжительность опыта составила 42 дня. Все 1-дневные цыплята были
протестированы на уровень Salmonella, все пробы были отрицательными. Заражение
Сальмонеллой проводили на 5-й день, 20% птиц орально вводили Salmonella enteridis.
Образцы из клоаки брали на 6, 9, 13, 27 и 41 день, чтобы отслеживать уровень инфекции.
На 42 день всех птиц забивали, при вскрытии смотрели образцы из зоба, слепого отростка
кишечника, печени и селезёнки, используя бактериологический анализ.
В другом проекте, который был представлен на XIIIth Европейской орнитологической
конференции (Mallo et al, 2010) был проведён опыт по сравнению двух различных
источников бутирата GUSTOR BP-70 и GUSTOR B-COATED (30% бутирата натрия).
Выборка из 720 цыплят (50% курочки и 50% петушки породы Росс 308) были поделены
случаянным образом на 3 группы. Все 3 рациона состояли из стартера (0-21 день) и
финиша ( с 22 по 42 день). Во всех рационах основные компоненты - пшеница,ячмень,
кукуруза и соевый шрот. Т2 и Т3 были сформированы, чтобы включить в рацион
одинаковое количество бутирата натрия).
Было отмечено, что к концу опытного периода птицы,, получавшие в качестве добавки
Gustor BP-70, имели более низкую смертность (1,7% против 4,2% в контроле и 2,5% при
использовании Gustor B-COATED, Р = 0,1005). В возрасте 42 дней, птицы, получавшие
Gustor BP-70, имели больший вес (2,241 г против 2,301; Р = 0,1077), Gustor B-COATED не
оказывал значимого влияния на рост. Также изучалась гистология бройлеров. Важно, что
длина ресничек эпителия при использовании Gustor BP-70, была значительно выше по
сравнению с контрольной группой и группой, получавшей Gustor B-COATED (см таблица
3).
Эти результаты показывают, что использование частично защищённых молекул бутирата
Gustor ВР-70 позволяет достичь оптимального баланса между свободной и защищённой
формой, и эта форма эффективна на протяжении всего пищеварительного тракта, потому
что бутират медленно высвобождается в ходе пищеварительного процесса. Это стало
возможным благодаря уникальной запатентованной технологии фирмы NOREL Animal
Ntrition. Также бутираты 3-го поколения обеспечивают до 70% активного бутирата, по
сравнению с инкапсулированной формой (30% активного бутирата). Соответственно, для
достижения такого же эффекта требуемая дозировка на тонну корма у Gustor ВР-70
значительно ниже. Данный источник бутирата способствует росту ресничек эпителия и
помогает контролировать развитие кишечных патогенов, таких как Salmonella.
ГРАФИКИ И ТАБЛИЦЫ.
График 1. Количество колонизирующих единиц на г фекалий у 8-дневных цыплят
(зараженных 1000 е.а. Salmonella перорально). Представлены контрольная группа и
группы, получавшие аминокислоты (по Van Immersel, 2004, с изменениями).
Таблица 1. Обменная энергия и переваримость протеина в группах бройлеров,
получавших различные количества бутирата в рационе, возраст 21 и 42 дня.
Группа
Сырой
Обменная
протеин,
энергия,ккал/кг
%
Реснитчатый эпителий,
21 день
Реснитчатый
эпителий, 42 дня
Длина, мм
Ширина,
мкм
Длина,
мм
Ширина,
мкм
Контроль
3,105
64,69
0,977
224,7
0,944
138,5
Gustor 0,5
г/кг
3,264
65,81
1,516
260,8
1,314
314,2
Gustor 1,0
г/кг
3,285
67,70
1,243
197,7
1,116
317,2
Р
0,001
0,001
0,001
0,137
0,068
0,001
Таблица 2. Сводная таблица эффектов бутирата.
№
1
2
3
4
Эффект
Цито гистохимические показатели
Восстановление клеток кишечного эпителия
Оздоровление гепатоцитов, регуляция экспрессии р450
Активация защитных пептидов (HDPs)
Антибактериальный - альтернатива антибиотикам, нет
резистентности
5
6
Увеличение уровня инсулинового фактора роста (IGF-1)
Выше концентрация инсулина в плазме
1
2
3
4
Биологические обменные показатели
Увеличение выработки соков поджелудочной железы
Увеличение продукции амилазы
Повышение иммунитета
Трофический (источник питания для эпителиоцитов)
Зоотехнические показатели
1
2
3
4
5
Увеличение приростов
Увеличение обменной энергии
Увеличение переваримости протеина
Усиление всасывания электролитов, снижение диареи
Увеличение конверсии корма
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
Кроме указанных в тексте источников, при подготовке обзора использованы следующие
материалы:
1.Mathieu Cortyl, Norel Animal Nutrition, Singapore, "Sodium butyrate in poultry - the
importance of a proper protection", 2012.
2. Mauro Antongiovanni et al, "Butyric acid glycerides in the diet of broiler chickens: effects on
gut histilogy and carcass composition", Ital.J.Anim.Sci., VOL.6, 19-25, 2007.
3.Van Immerseel et al, "Supplementation of coated butyric acid in the feed reduces colonization
and shedding of Salmonella in poultry", Poult Sci., Dec; 84(12): 1851-6.
4. C. Fernandez-Rubio et al,."Butyric acid-based feed additives help protect broiler chickens
from Salmonella Enteridis infection", Poult. Sci. 88:943-948, 2009.
5. Van Immerseel et al, "Preventing Salmonella infections by rationally designed feed additives:
the use of organic acids", Lohman Information, Vol. 42 (1) - 10, Apr. 2007.
6. Van Immerseel et al, The se of organic acids to combat Salmonella in poultry: a mechanistic
explanation of the efficacy.
7. Van Immerseel et al., "Buturicoccus pullicaecorum gen. nov., sp. nov., an anaerobic butyrate
producing bacterium isolated from a caecal content of a broiler chicken ", International Journal
of Systematic and Evolutionary Microbiology (2008), 58, 2799-2802.