Взаимосвязь кислотосвязывающей способности и электролитного баланса кормов

Взаимосвязь кислотосвязывающей способности и электролитного баланса кормов

Крюков В.С., профессор. «АгроБалт трейд»

Зиновьев С.В., кандидат с.-х. наук, ВНИТИП

Западные исследователи давно занимаются изучением электролитного баланса кормов, который функционально связан с их величиной кислотосвязывающей способности (КСС).. Анализ зарубежных публикаций (в России это направление не разрабатывается) показывает, что существуют как методологические, так и методические различия при определении КСС и выполнении научных работ, которые создают трудности в проведении сравнительных оценок получаемых результатов (Околелова и др. 2011) Из ряда публикаций у авторов настоящей статьи вызвала интерес статья, в которой описано влияние на просят муравьиной, фумаровой или масляной кислот из расчёта 300 мэкв/кг (1 4 группы). В корм для поросят 5-8 групп добавили 24г/кг бензоата кальция, которым заменяли углекислый кальций и те же кислоты. В результате рацион поросят 1-й группы отличался от рациона 5-й более высокой КСС. Поросята были подвергнуты операции с наложением илео-цекального анастомоза и фистулы для отбора кишечного химуса.

Добавление к корму 2 и 3 групп фумаровой и муравьиной кислот, понижало КСС и рН корма, тогда как масляная кислота (4 группа) не повлияла на КСС и слабо понизила рН (табл.1). Исходя из того, что во все рационы добавляли эквимолярное количество кислот, можно было ожидать, что на близкую величину уменьшиться КСС корма, однако снижение во 2-й и 3-й группах составило всего 61 - 95 мэкв/кг и она совсем не изменилось в 4-й группе. Включение только бензоата кальция в корм 5-й группы снизило КСС. На этом фоне в кормах 6, 7 и 8 групп проходило дальнейшее снижение КСС, то есть отмечено взаимоусиливаищее действие ОК и бензоата кальция. На фоне бензоата кальция проявилось действие масляной кислоты, которое не было заметно в 4-й группе с высокой КСС корма. Представленные данные так же позволяют придти к выводу, что, несмотря на имеющиеся указания на возможность расчёта ВКСС рациона по сумме значений, входящих в его состав компонентов (Ьа’^ог й а1. 2005), это утверждение не пригодно для всех случаев и надёжным остаётся определение КСС готового корма путём химического анализа.

Кислотность химуса подвздошной кишки не изменялась под влиянием муравьиной, фумаровой и масляной кислот на фоне высокой КСС (2...4 группы). В тоже время рН химуса 5 группы под влиянием бензоата кальция снизился на 1,43 и КСС - на 162 мэкв/кг.

2

Таблица 1.

Влияние ОК на КСС, рН корма, мочи, использование протеина и прирост поросят *

Подопытные группы 1 2 3 4 5 6 7 8

Высокая КСС (ОР) Низкая КСС ОР+ 24,0 г/кг бензоата кальция

Добавленная в корм кислота Муравьиная 13,8 г/кг Фумаровая 17,6 г/кг Масля- ная 26,7 г/кг Муравьиная 13,8 г/кг Фумаровая 17,6 г/кг Масля- ная 26,7 г/кг

КСС корма**, мэкв/кг 632 571 537 638 578 535 497 489

Разница с 1-й группой - -61 -95 +6 -54 -97 -135 -143

Разница с 5-й группой - - - - - -43 -81 -89

рН корма 5,79 5,00 4,81 5,23 5,38 4,63 4,36 4,89

рН химуса подвзд. кишки, 8,12 7,86 8,02 8,08, 6,69 6,29 6,02 6,15

КСС химуса подвзд. кишки, мэкв/кг 1848 1668 1711 1781 1686 1640 1680 1713

рН мочи, 7,32 7,05 7,22 7,41 5,79 5,65 5,62 5,58

Потребление корма, г/сутки 2151 2145 2126 2106 2147 2146 2147 2134

Потребление воды, кг/сутки 10,57 8,98 7,64 7,59 8,28 7,79 7,72 9,57

Переваримость протеина, % 69,0 73,2 72,3 74,2 72,2 73,0 71,9 73,9

Использование протеина, % 48,3 53,2 51,2 52,3 48,7 53,0 47,4 54,4

Суточный прирост, г/гол 824 743 784 863 849 803 843 909

* Адаптировано, Мгт. Ъ й а1. 2000. **Корм титровали 0,1 н Н

С1 до рН 3

По-видимому, это можно объяснить тем, что бензойная кислота, обладая низкой растворимостью, не так быстро ионизируется в желудочно-кишечном тракте как другие ОК, медленнее всасывается и, в результате, понижает в нём кислотность химуса (МагіЬо й а1. 2000). На фоне пониженной буферной ёмкости корма (6-8 группы) ОК вызвали дальнейшее снижение рН, и по действию они между собой достоверно не различались. Под влиянием испытанных ОК в этих группах повышалась переваримость протеина и использование азота корма, однако только под влиянием масляной кислоты повысился среднесуточный прирост живой массы. Добавка в корм бензоата кальция несколько повысила прирост в 5-й группе, и ещё больше он увеличился при дополнительном включении в корм масляной кислоты. Муравьиная и фумаровая кислоты оказались не

эффективными при включении в рационы поросят, выращиваемых от 30 до 100 кг живой массы, несмотря на то, что они существенно снижали рН содержимого кишечника при потреблении кормов с низкой ВКСС, (Mroz et al. 2000).

На основании многочисленных исследований пришли к выводу, что даже высокие дозы (10 - 30 кг/т) органических и неорганических кислот в большинстве случаев не влияют на рН желудочно-кишечного тракта, хотя при этом они повышают продуктивность поросят (Gauthier. 2002). Изменение КСС корма влияет на продуктивность гораздо больше, чем добавление в них отдельных кислоты. Корма с высокой КСС могут сводить на нет эффективность добавок ОК и даже снижать продуктивность животных, потому, что её повышение под влиянием ОК прямо связано с кислотосвязывающей способностью корма (Walsh et al 2003).

Поросята-отъёмыши, получающие комбикорма, приготовленные на основе традиционного сырья, с низкой КСС растут лучше, чем с высокой КСС. Логично ожидать, что добавка ОК к кормам с высокой КСС вызовет её снижение и, в результате, улучшится продуктивность, - действительно в ряде случаев рост поросят и, особенно эффективность использования корма, повышаются, однако эффективность действия ОК оказывается выше при добавлении их в корма с низкой КСС (Partanen K. H. Mroz Z.1999).

Содержание минералов в кормах и их химические свойства являются ведущим фактором, определяющим величину КСС (Bolduan et al. 1988, Jasatis et al. 1987. Присутствие в кормах одновременно щелочных и кислотных элементов и их взаимосвязанное действие на обмен веществ, привело к мысли о необходимости объединении учёта действия этих групп элементов, путём расчёта величины катионноанионного баланса (ВКАБ). Установлено, что КСС кормов коррелирует (Р<0,001) с ВКАБ (Lawlor, 1992).

ВКАБ, как и КСС, измеряют в эквивалентах, используя размерность: мэкв/кг. Не существует понятия: «потребность в ВКАБ», так как это расчётная величина, которую нельзя взвесить, или потрогать, но она может меняться при изменении рациона, поэтому её необходимо нормировать.

Для расчёта ВКАБ применяют около десятка различных формул, каждая из которых имеет определённое научное обоснование (Ender et al. 1971, Chan J.C.M, 1974, 1981Mongin. 1980, Horst and Goff 1997, NRC, 2001). Наиболее распространёнными следует считать: Na + K - Cl, (Mongin. 1980) и (Na + K) - (Cl + S), (Ender et al. 1971). Первую формулу традиционно широко используют при расчете рационов для кур и

свиней. Вторую - в основном для расчета рационов для крупного рогатого скота и меньше - для свиней.

Алгоритм расчёта ВКАБ приведен ниже

ВКАБ = (%Na * 435) + (%K * 256) - (%Cl * 282) - (0.20 * %S * 624) где: ВКАБ - величина баланса, мэкв/кг сухого вещества,

% - содержание элемента в расчёте на сухое вещество корма;

выделенные цифры - постоянные коэффициенты, которые применяют в обеих формулах.

Обработка результатов, полученных на большом поголовье коров, показала, что ВКАБ, рассчитанная по второй формуле в наибольшей степени коррелировала с содержанием ионизированного кальция в плазме крови (R2=0,84), рН мочи (R2=0,85), потреблением корма (R2=0,66), и с проявлением клиники родильного пареза (R2=0,44). Расчёт по другим, более сложным формулам давал меньшие коэффициенты корреляции, к тому же для расчётов по ним нужно дополнительно проводить анализы кормов на содержание кальция, магния и фосфора, поэтому ими редко. Для оценки действия электролитов на организм, рассчитывают ВКАБ плазмы крови, пользуясь следующей формулой: (Na + K) - (Cl + НСО3). В мировой науке ещё не сформировалась

общепринятая терминология для названия понятий, связанных с ВКАБ и методами её расчёта. В публикациях одно и то же понятие может выражаться разными словами и числовыми значениями. Это даже подтверждает существование около 10 формул расчёта электролитного баланса.

При использовании рекомендаций по ВКАБ необходимо обращать внимание на формулу, использованную для расчёта рекомендуемой величины: цифры, рассчитанные по разным формулам, могут различаться в несколько раз. Так, при расчёте ВКАБ трёх рационов по формуле: Na + K - Cl величины составляли 98,1, 185,8 и 270,2 мэкв/кг, тогда как для этих же рационов величины, рассчитанные по формуле Na + K - Cl - S, равнялись 6,5, 92,5 и 90,9 мэкв/кг соответственно (La Manna et fl. 1999). Из

представленных данных видно, что никакой закономерности различия не подчинялись. В научной литературе можно встретить расчет ВКАБ на 100 г, 1кг или 1 фунт корма, что также вносит путаницу в оценку рекомендуемых величин.

Вещества, из которых анионы и катионы всасываются в равной степени, не приведут к изменению ВКАБ в организме. Так, хлор из соли всасывается на 80 - 85%, но одновременно на каждый ион хлора в организм поступает почти равное количество катионов натрия и в результате баланс ионов не изменяется.

Из хлористого кальция хлора всасывается в 2-3 раза больше чем кальция, в результате во внутренней среде организма формируется избыток отрицательных ионов хлора и ВКАБ

уменьшается. При включении в рацион хлористого аммония оба иона всасываются в равной степени, но аммоний быстро нейтрализуется, превращаясь в мочевину, и при этом образуется свободный ион водорода, который ведёт к понижению рН. В тоже время ион хлора остается без изменения, сдвигая анионный баланс внутренней среды организма в негативную сторону. Источниками анионов так же могут быть сернокислые соли кальция, магния и аммония и в меньшей мере фосфорнокислые соли.

ОК также как и анионогенные элементы (хлор, сульфат и фосфат) снижают рН корма и, часто содержимого желудка, но их включение в корма не приводит к изменению ВКАБ, так как ионы кислот не входят в формулы расчёта ВКАБ. Это обусловлено тем, что анионы органических кислот после всасывания включаются в обмен веществ и не генерируют протонов, и, поэтому не влияют на баланс содержания ионов в организме. При этом соли щелочных металлов органических кислот могут даже сдвигать ВКАБ в щелочную сторону, поскольку их катионы входят в формулы расчёта ВКАБ (Кіе^1е. 1991).

В научном сообществе изучают механизм действия кормов с различными КСС, ВКАБ, однако без внимания остаётся анализ совместного изучения результатов этих близких параметров корма.

Представляют интерес исследования, проведенные на поросятах-отъёмышах, которым скармливали комбикорма, приготовленные на основе кукурузы (65%) и соевого шрота (25%), с ВКАБ + 192мэкв/кг) и -125 мэкв/кг (рассчитанную по формуле 1). Отрицательную ВКАБ создавали путём замены в рационе углекислого кальция на хлористый (Бе^апі-Ьі е! а1, 2001). В корме с положительной ВКАБ содержание натрия, калия и хлора составляло 2,16; 7,71 и 3,5г/кг, и в корме с отрицательной ВКАБ - 2,12; 7,80 и 14,8 г/кг соответственно, то есть рационы отличались только по содержанию хлора. В первом рационе КСС составила 749 и во втором - 486 мэкв/кг (при рН 3), несмотря на то, что в корм с отрицательной ВКАБ не включали кислот, его рН снизился с 6,3 до 5,3. Это оказало влияние на рН химуса желудка, - он так же снизился с 4,33 до 3,71. Однако уже в верхнем и нижнем отделах тонкого кишечника рН не зависел от состава рационов. КСС содержимого желудка составляла 462 и 299 мэкв/кг соответственно. В содержимом верхнего и нижнего отделов тонкого кишечника она не была связана с параметрами рациона. Таким образом, снижение ВКАБ рациона за счёт увеличения содержания в нём доступного хлора, не уравновешенного по заряду доступными катионами, привело к снижению КСС и рН корма и химуса желудка. Скармливание поросятам корма с отрицательной ВКАБ увеличило его потребление с 395 до 503 г/сутки и прирост - с 268 до

319 г/гол/сутки. Эффективность использования корма не изменилась, то есть торможение роста на рационе с ВКАБ равном +192 мэкв/кг обусловлено угнетением аппетита

Эти же авторы провели исследования на поросятах 5-неделного возраста, которым скармливали комбикорма с ВКАБ -100, +200 и +500 мэкв/кг (расчёт по формуле 1). Прирост живой массы соответственно кормам составил 484, 657 и 603 г/гол/сутки. Переваримость сухого вещества и протеина возрастала с увеличением ВКАБ корма (Dersjant-Li, et al. 2001). На первый взгляд различия между результатами двух опытов у одних и тех же исследователей могут вызвать недоумение. Эти различия обусловлены тем, что в период отъёма у поросят происходят изменения в питании, связанные переходом от потребления молока к твёрдой, растительной пище, которые в первое время сопровождаются не полным перевариванием корма в верхнем отделе кишечника. В результате повышается доступность питательных веществ для условно-патогенной микрофлоры, обитающей в нижних отделах кишечника, что стимулирует её размножение с вытекающими негативными явлениями. После отъёма всегда падают темпы роста и наблюдаются другие негативные последствия. Этот период продолжается 2-3 недели, затем происходит адаптация к новому типу корма и их рост восстанавливается. В первом опыте при потреблении корма с отрицательной ВКАБ у поросят снижался рН содержимого желудка, что с одной стороны способствовало лучшей переваримости протеина корма и меньшему поступлению не переваренных веществ в нижние отделы кишечника, а с другой - предупреждало активное развитие микрофлоры. Поэтому корм с отрицательной ВКАБ для поросят в период отъема является предпочтительным. Во втором опыте поросята были старше и прошли критический период, связанный со стрессом отъёма, и адаптировались к новому типу пищеварения, поэтому для них предпочтительнее был корм с положительной ВКАБ. Приведенные результаты согласуются с более ранними наблюдениями, в которых поросятам-отъёмышам, начиная с первого дня отъёма, скармливали корм со сниженным ВКАБ. Установили, что в течение первых двух недель после отъёма происходило повышение потребления корма на 17%, среднесуточных привесов - на 22,7% и эффективности использования корма. В дальнейшем, с 3 по 5 неделю после отъёма, когда у поросят, в основном, завершился переходный послеотъёмный период, эффективность корма с отрицательной ВКАБ падала, даже отмечено угнетение аппетита: - потребление корма уменьшалось на 7,4%, прирост живой массы - на 2,6% (Mahan et al. 1996).

Несмотря на связь между КСС и ВКАБ и то, что их величины выражаются в одних и тех же единицах, эти параметры характеризуют разные свойства рациона. Механизм действия подкислителей связывают с угнетением роста усовно-патогенной микрофлоры

желудочно-кишечного тракта, а ВКАБ с изменением баланса электролитов в организме и влиянием на внутриклеточный обмен. ВКАБ и КСС характеризуют рацион с разных сторон, хотя они связаны между собой.

Несмотря на то, что ВКАБ рациона может быть, рассчитана по разным формулам, однако это нисколько не изменит свойств корма и его действия на организм. Так, ВКАБ рациона, приготовленного на основе ячменя (79,6%) и соевого шрота (16,3%), составила 163 мэкв/кг (формула 1), а при замене углекислого кальция на хлористый, она снизилась до -20 мэкв/кг. В то же время ВКАБ, рассчитанные по формуле 5 для этих рационов составили 454 и 175 мэкв/кг соответственно (Patience et al. 1997). При скармливании выше указанных кормов установили, что снижение ВКАБ обусловило повышение прироста живой массы поросят с 473 до 547г/сутки и снижение расхода корма на прирост живой массы с 1,87 до 1,62 кг/кг.

В типичных комбикормах для отъёмышей ВКАБ составляет +150 ...+220 мэкв/кг, поэтому в первые 2-3 недели после отъёма желательным будет снижение ВКАБ комбикорм до -70 ... 0,0 мэкв/кг (рассчитано по формуле 1). В рекламе ОК слишком много внимания уделяется их возможности повышать кислотность содержимого желудка и кишечника и в результате тормозить размножение микроорганизмов - это слишком упрощённое объяснение механизма их действия, который к тому же не всегда проявляется. ОК не зависимо от выше указанного оказывают положительное влияние на переваримость протеина, всасывание аминокислот и их внутриклеточный обмен. Продуктивность часто повышается даже в тех случаях, когда кислоты не влияют на рН содержимого желудочно-кишечного тракта.

В то же время корма с отрицательной ВКАБ в ростовой период вызывают снижение аппетита и торможение роста. Так, увеличение ВКАБ рациона с -85 до 0, +100, +175, +277 и +341 мэкв/кг выражено повышало рост поросят при увеличении ВКАБ до 0 и, затем он мало изменялся в дальнейшем. Выше описанный опыт проводили на поросятах, прошедших критический послеотъёмный период, поэтому оптимальная продуктивность была получена при потреблении кормов с ВКАБ +175 - +277 мэкв/кг (Patience, et al. 1987). В других экспериментах также наблюдали угнетение аппетита при снижении ВКАБ корма для поросят в ростовой период (Yen et al. 1981). Это не является неожиданным, так как добавляемые в корм хлористый кальций и другие ацидогенные соли горькие и могут ограничивать потребление корма.

Из имеющихся в научной литературе данных следует, что для поросят в ростовой период желательная ВКАБ комбикорма находится в пределах от 100 до 275 мэкв/кг.

Коэффициенты корреляции между ВКАБ и ростом поросят составляли 0,8396 - 0,8994 (Qniniou N. 2002).

Корма с низкой ВКАБ положительно влияют не только на поросят-отъёмышей, но и на свиноматок во время опороса и лактации. Этот период жизни взрослых свиней требует особого внимания. Последние дни перед опоросом и сразу после него характеризуются низким усвоением кальция, сопровождающимся гипокальцимией. Ей могут сопутствовать клинические признаки или она протекает в субклинической не регистрируемой форме. Заболевание обусловлено снижением усвоения кальция и ослаблением поступления кальция в кровь из костей. Эффективность этого механизма падает при скармливании свиноматкам типичных кормов с ВКАБ от +185 до +220 мэкв/кг. При низкой концентрации кальция в крови падает тонус мышц, в том числе и мышц матки, что ведёт к увеличению продолжительности опороса. Время от начала родов до рождения последнего поросёнка увеличивается настолько, что последние поросята подвергаются внутриутробной гипоксии и рождаются ослабленными или мертвыми. Происходит задержка последа со всеми вытекающими последствиями. У таких свиноматок ослабляется секреция окситоцина и они продуцируют меньше молока (Cline T.R., Ricbert B.T. 2001) - в результате происходит торможение роста поросят.

Другая проблема этого периода: связана с тем, что при относительно высоком ВКАБ корма, снижается кислотность мочи свиноматок, возрастая до рН 7 и более, создавая условия для развития микрофлоры в мочеполовых путях. Инфекции мочеполового тракта особенно широко распространены у свиноматок второго опороса и старше. На основании многочисленных наблюдений установлено, что в разных ситуациях мочеполовым инфекциям может подвергаться от 15 до 80% поголовья. В результате поражается мочевой пузырь и далее микрофлора может подниматься до почек, вызывая пиелонефриты. Кроме того может происходить отёк вымени, а также наблюдаться метрит, и агалактия. (Padoan. 2008.) При понижении ВКАБ корма до отрицательных значений возрастает мобилизация кальция из костей и повышается его концентрация в крови, что нормализует тонус животных. Одновременно повышается поступление в кровь ионов водорода. Избыточные катионы выделяются через почки, (Seldin , Giebisch. 1989) ухудшая условия для размножения микроорганизмов в мочеполовом тракте.

В исследованиях для супоросных свиноматок приготовили комбикорм на основе пшеницы, ячменя и соевого шрота, который имел ВКАБ +375 мэкв/кг. Применения ацидогенные добавки, ВКАБ снижали до +169, +38 и -93 мэкв/кг. В результате скармливания этих кормов за 10 дней до опороса рН мочи снижалась с 7,2 до 6,8; 6,6 и <6,3 (Hohler u. a. 2000).

В более детальном исследовании изучено влияния кормов на свиноматок с ВКАБ от 0.0 до +500 мэкв/кг. Экспериментальные корма скармливали в течение 20 дней, начиная с 109 дня супоросности

Таблица 2

Влияние кормов с различной ВКАБ на свиноматок*

Показатели ВАКБ корма, мэкв/кг

0 100 200 350 500

Потреблено корма, кг/ го л/ день 5,2 5,6 5,5 5,4 5,6

Кровь

pH 7.33 7.36 7.39 7.41 7.43

НСОз-, ішпоі/Ь 19.0 21.4 25.1 25.5 28.8

N3, ттоІ/Ь 145.0 145.5 144.7 145.0 145.3

К, тліоІ/Ь 5.0 4.9 4.7 4.7 4.7

СІ, штюІ/Ь 109.8 108.0 104.0 102.4 101.4

ВКАБ, мэкв/л 40.2 42.4 45.4 47.3 48.6

Са ионизирован, мг/дл 5.5 5.3 5.2 5.1 5.0

Моча свиноматок

pH 4.87 5.01 6.64 7.00 7.70

К.О.Е., 1д 3.86 4.00 4.15 4.27 4.19

Поросят/опорос 10,7 10,5 10,5 10,3 10,3

Выжило к 10 ДНЯМ, % 94,7 93,0 92,9 91,5 91,2

Выжило к 21 дню , % 92,9 91,1 89,3 88,6 87,8

* Адаптировано из БеКоисЬеу Й а1. 2003.

В другом эксперименте при снижении ВКАБ типичного рациона, приготовленного на основе кукурузы и сои, было отмечено снижение рН мочи, содержания в ней микробных клеток и повышение числа выживших поросят-отъёмышей (ВеЯоисЬеу е! а1. 2000).

Подводя итоги обзору исследований, по изучению влияния КСС и ВКАБ на продуктивность свиней отметим, что, несмотря на то, что органические кислоты давно используются в качестве кормовых добавок, результаты их применения не устойчивы.. Последнее связано с тем, что их эффективность зависит от двух параметров: КСС и ВКАБ, которые в условиях практических хозяйств не учитывают. В связи с кризисом сельскохозяйственной науки в России, отечественные учёные не имеют возможности разрабатывать это направление. Возможно, КСС и ВКАБ оказывают влияние на проявление эффективности пробиотиков, однако в мировой науке это направление совершенно не изучено Рекомендации по применению импортных препаратов ОК, которые дают их продавцы, зачастую далеки от научных обоснований, поскольку не учитывают реальных КСС и ВКАБ рационов. Определение КСС не представляет сложности даже для лаборатории, располагающей простейшим оборудованием.

Важнейшим приёмом повышения сохранности и роста поросят отъёмышей, а также продуктивности свиноматок является регулирование ВКАБ рационов. ВКАБ является расчётной величиной, для определения которой необходимо определить сумму нормируемых элементов. В обычных рационах преобладают катионы, поэтому баланс ионов выражается положительной величиной, которая может находится в пределах +100 ... +400 мэкв/кг корма. В критические периоды роста поросят - со времени отъёма и последующие 3 недели целесообразно скармливать корма, ВКАБ которых составляет от -70 до 0,0 мэкв/кг, затем баланс ионов корма повышают до 150 ... 250 мэкв/кг. Корма с негативным балансом (от 0 до - 70 мэкв/кг) также следует скармливать свиноматкам, начиная с 10-12 дня до опороса и следующие 7-10 дней после него. Выше приведенные нормативны ВКАБ являются ориентировочными и требуют уточнения в конкретной ситуации. Надёжным критерием для принятия решения об оптимальной величине ВКАБ является рН мочи.

Расчёт ВКАБ и его изменение в нужном направлении не требует больших затрат, позволяя получить существенную прибыль

Для регуляции ВКАБ рационов в России существует единственная кормовая добавка, которую производит фирма «АгроБалт трейд», сопровождая её консультациями по применению.