Биологические функции каротиноидов при воспроизводстве крупного рогатого скота

Каротиноиды представляют собой группу пигментов, входящих в состав клеток микроорганизмов, высших растений, водорослей, животных и человека. Установлено, что половина молекулы в-каротина представляет собой одну молекулу витамина А, и именно это фундаментальное открытие явилось основой «провитаминной концепции» некоторых каротиноидов и оказало огромное влияние на их дальнейшее исследование [1, 10].

Каротиноидные композиции у различных видов живых организмов отличаются не только по количественному содержанию, но и по качественному составу. Наиболее распространенным и изученным является в-каротин (считается, что именно из его одной молекулы в организме образуется две молекулы ретинола), тогда как другой распространенный представитель группы каротиноидов — ликопин провитаминной активностью не обладает [5, 6].

В настоящее время проведено множество исследований, доказывающих биологическую важность каротиноидов, не связанную с А-витаминной активностью. В организме они выступают в роли антиоксидантов, проявляют антистрессорные свойства, влияют на иммунную систему и стабильность генетического материала, увеличивают иммунокомпетентность и контактное взаимодействие клеток, на клеточном и молекулярном уровне предотвращают трансформации, индуцированные генотоксическими веществами, окислителями, рентгеновским излучением. Выявлено, что каротиноиды влияют на эндокринную систему, особенно связанную с репродуктивными процессами. Недостаток каротина в организме является одной из причин бесплодия животных, у которых нарушаются овуляция и течка, охота проявляется с запозданием или бывает слабо выраженной [2, 8, 9, 11, 13].

Обычно в организм животных каротиноиды поступают с кормом (в летний период источником каротиноидов является трава, корнеплоды, в зимний — сено, силос, травяная мука, тыква, морковь и др.). Концентрация и состав каротиноидов в кормах зависят от многих причин: вида и сорта кормовых культур, фазы вегетации, географического расположения и соответственно — климатических условий, агротехники возделывания, условий уборки и хранения. Всегда считалось, что при достаточном потреблении свежих зеленых кормов в летний период или консервированных кормов высокого качества — в зимний, организм животных получает эти терпеноиды в большем количестве [4, 14, 19]. Действительно, уровень каротина в сыворотке крови крупного рогатого скота резко колеблется в зависимости от условий кормления животных и сезонности года. В летний период при пастбищном содержании животных (либо когда кормление животных осуществляется зеленой массой надлежащего качества), уровень каротина в сыворотке крови высок и регистрируется в диапазоне 0,9−2,0 мг%, тогда как в зимнее время при переводе животных на стойловое содержание количество каротина в сыворотке крови уменьшается до 0,4−1,0 мг%. Однако при составлении рационов необходимо обращать внимание на то, что каротиноиды в процессе заготовки и хранения кормов быстро разрушаются, и в большинстве случаев обеспечить животных каротином в зимне-стойловый период в хозяйствах практически невозможно. Особенно с учетом того, что за 9−12 месяцев хранения потери в-каротина в сене достигают 60−90% [3, 12, 18]. Потребность организма животных в каротине возрастает при наличии в кормах микотоксинов, избытке в рационе тяжелых металлов, нитритов, нитратов, при нарушении пищеварения, воздействии различных стресс-факторов, при лечении гепатотоксичными препаратами. Часто снижение содержания каротина в организме происходит в результате плохого его усвоения при самых различных патологиях, особенно при заболеваниях печени [7, 16, 17]. Каротиноидные препараты достаточно широко применяются в здравоохранении, однако в ветеринарии и животноводстве их использование ограничено. В рамках биохимического мониторинга крови крупного рогатого скота нами выявлена значительная гипокаротинемия у большинства обследованных животных. При этом коровы, у которых регистрировался низкий уровень каротинового статуса организма, чаще всего оказывались проблемными по воспроизводительным способностям [15].

С учетом этого, нами впервые изучено влияние каротиноидов: в-каротина (обладающего провитаминной активностью) и ликопина (не способного превращаться в витамин А) на метаболический профиль и воспроизводительную функцию высокопродуктивного молочного скота.

Цель работы заключалась в определении влияния каротиноидов на воспроизводительную функцию крупного рогатого скота.

Методика. Научно-производственные опыты проводились животноводческих хозяйствах Краснодарского края и Ростовской области (ОАО «Агрообъединение «Кубань» Усть-Лабинского района, ОАО племзавод «им. В. И. Чапаева» Динского района и др.) на коровах голштино-фризской и айширской пород.

Для изучения биологической функции каротиноидов использовали препараты, представляющие собой масляные растворы для инъекций: в-каротина (выпускаемого по ФС 42−3867), который получают из биомассы культуры гриба Blakeslea trispora и ликопина, выделяемого из растительного сырья.

Коровам опытных групп в период сухостоя и в течение двух недель после родов каротиноидный препарат вводили подкожно в дозе 10 мл на животное с интервалом в 7 дней. Коровы контрольных групп служили биологическим контролем. В течение эксперимента за животными велось клиническое наблюдение, учитывалась частота задержания последа, течение инволюции матки, заболеваемость послеродовыми эндометритами, восстановление половой цикличности. У ряда животных из всех групп для лабораторных исследований в динамике отбирались пробы крови, а также секрет из матки (на 4, 7, 15 и 21-й дни после родов), в котором определялось количество лизоцима, бактерицидная активность, титры иммуноглобулинов, А и М.

Биохимические исследования проводились на автоматическом анализаторе Vitalab Flexor Junior (Vital Scentific N.V., Нидерланды), уровень каротина и витамина, А в крови — в соответствии с методическими указаниями по применению унифицированных методов исследований крови, мочи и молока в ветеринарных лабораториях, а также методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Бактерицидная активность сыворотки крови определялась нефелометрическим методом по отношению к референтному штамму Escherichia coli 0₅₅ в модификации Краснодарского научно-исследовательского ветеринарного института; лизоцимная активность сыворотки крови — нефелометрическим методом с Micrococcus lysodeikticus; определение классов иммуноглобулинов — методом радиальной иммунодиффузии.

Характер течения родов и послеродового периода учитывали, пользуясь стандартными приемами клинического исследования.

Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Statistica v. 6. Критерий достоверности определяли по таблице Стьюдента.

Результаты. Многолетними исследованиями, проведенными в Краснодарском научно-исследовательском ветеринарном институте, установлено, что при биохимическом анализе крови крупного рогатого скота из различных животноводческих хозяйств южного региона РФ недостаток каротина в сыворотке выявляется в 45−100% исследуемых образцов. При нарушении функции печени у животного уровень каротина в крови снижен практически всегда, вплоть до следовых концентраций. При этом коровы, у которых регистрировался низкий каротиновый статус организма, чаще всего оказывались проблемными и по воспроизводительным способностям.

На основе скрининговых лабораторных исследований крови подтверждено, что показатель каротина крови не может служить критерием обеспеченности организма животных витамином А, и наоборот. В практике нередки случаи проявления признаков А-витаминной недостаточности при достаточно высоком уровне каротина в крови и, наоборот, иногда при низком содержании каротина в организме регистрируется нормальное или повышенное состояние А-витаминного обмена. Последнее чаще наблюдается при инъекциях или скармливании животным высоких доз ретинола.

В большинстве случаев это происходит ввиду того, что при диспансеризации крупного рогатого скота биохимические исследования крови по витаминному профилю животных обычно включают определение концентрации только каротина в сыворотке (плазме). Это обусловлено тем, что в рутинных анализах применяется методика фотометрического определения каротина, при которой проведение подобного исследования для заказчика затратным не является. Если же проводить мониторинг содержания витамина, А в организме животных, применяя не ручные методики (с низкой степенью достоверности), а использовать, например, высокоэффективную жидкостную хроматографию, то подобные исследования смогут дать объективную картину состояния витаминного обмена у животных. Однако при этом стоимость работ существенно возрастет. Следовательно, получая заключение по биохимическому анализу крови, в котором установлено недостаточное содержание каротина в организме животных, зооветеринарная служба хозяйства увеличивает норму ввода в корма ретинола или проводит инъекции витамина животным. При этом дефицит каротиноидов в организме и связанные с ним патологии устранить не удается.

Пути решения проблемы могут быть найдены путем разработки высокотехнологичного производства каротиноидов и выпуска препаратов нового поколения. В фармацевтической промышленности альтернативу природным источникам каротина составляют каротиноидные препараты (микробиологического и химического синтеза), предназначенные для применения в ветеринарии и животноводстве.

Так, в результате широких производственных испытаний (в эксперименте было использовано 3680 животных) установлена высокая профилактическая эффективность инъекционной формы масляного раствора в-каротина при послеродовых осложнениях у коров. Его применение в последние сроки беременности и сразу после родов позволяет значительно сократить развитие акушерско-гинекологической патологии у коров (таблица).

Таблица — Профилактическая эффективность масляного раствора в-каротина при послеродовых заболеваниях у коров (M±m; n =1840).

Заболевание.	Контрольная группа.	Опытная группа.
	Количество животных.	%.	Количество животных.	%.
Задержание последа.		17,4.		9,3.
Гнойно-катаральный эндометрит.		35,5.		21,8.
Персистентное желтое тело.		17,4.		8,4.
Гипофункция яичников.		34,0.		24,0.
Период бесплодия (дней).	88,5±3,5.	71,3±4,2.

Как видно из представленных в таблице данных, у коров опытной группы относительно контрольных аналогов задержание последа снизилось в 1,87 раз, заболеваемость эндометритом уменьшилась на 13,7%. Животных с гипофункцией яичников и персистентным желтым телом выявлено на 10% и на 9% меньше. Период бесплодия сократился в среднем на 17 дней.

При исследовании секрета в послеродовом периоде (n = 50) у животных контрольной группы установлено снижение показателей местной иммунной реактивности матки. В то же время при инъекционном введении в-каротина на 4-й день после родов у коров опытной группы зарегистрировано увеличение уровня Jg М в 3,3 раза, Jg, А? в 2,5 раза; через 21 день после родов разница в показателях несколько снизилась (по Jg М — в 2 раза, Jg A — в 1,9 раза). Бактерицидность секрета у коров опытной группы была в 1,8 раза, а количество лизоцима — в 2 раза выше, чем у животных контрольной. Таким образом, проведенные нами исследования показывают, что каротиноиды повышают местную резистентность матки коров.

Биохимические исследования крови животных (n = 50) показали, что применение в-каротина в виде инъекций коровам в период сухостоя поддерживает высокий уровень витамина, А и каротина в организме, что создает благоприятные условия для течения метаболических процессов, связанных с обеспечением родового акта и нормальной послеродовой инволюции половых органов. Анализ динамики ретинола и каротина показал, что в опытных группах их уровни превышали значения по витамину, А в 1,3 раза (1,26±0,14 мкМ/л против 0,97±0,09 мкМ/л) и в 1,8 раз по каротину (0,34±0,03 мг/% против 0,61±0,11 мг/%) в сравнении с показателями интактных животных при степени достоверности (Р < 0,05).

В ходе лабораторных исследований крови установлено, что каротиноиды оказывают положительное влияние на общую естественную резистентность и факторы иммунитета животных. Инъекции в-каротина коровам в период сухостоя повышали процент активных фагоцитов, их поглотительную и переваривающую способность. Так, сразу после родов у коров опытных групп в сравнении с контролем фагоцитарное число и процент переваривания нейтрофилов повысились на 8,5%, разница по количеству В-клеток достигала 9,1%, по Т-клеткам — 6,7%. В гуморальном звене иммунитета установлено достоверное увеличение Ig А. При сравнении уровня лизоцимной активности сыворотки крови отмечалось его снижение у всех животных сразу после родов, но в опытных группах этот процесс был менее выраженным.

Следовательно, обладая оптимизирующим влиянием на естественную резистентность и факторы иммунитета, каротиноиды являются звеном адаптации животного к родам и послеродовому периоду.

В следующей серии экспериментов при изучении эффективности применения каротиноида, не обладающего провитаминной активностью, для улучшения воспроизводительных функций в сухостойный период коровам (n = 45) подкожно вводили масляный раствор ликопина с массовой долей действующего вещества 0,2% по 10 мл на животное один раз в семь дней в течение двух месяцев. В контрольной группе животных (n = 45) ликопин не применяли.

В результате эксперимента было установлено, что в опытной группе задержание последа было выявлено только у шести коров (13,3% случаев), а в контрольной группе — у 15 (33,3%). Применение ликопина благоприятно сказалось на послеродовом состоянии коров: в опытной группе эндометрит выявлен у 12 коров (26,7%), тогда как в контрольной группе? у 21 (46,7%). Под влиянием препарата период бесплодия сократился в среднем на 14 дней.

В группе коров, получавших ликопин, заболеваемость новорожденных телят диспепсией в сравнении с контролем снизилась на 26,7%, бронхопневмонией — на 13,3%. Животные из контрольной группы более тяжело переносили заболевание, в результате два теленка пали, а в опытной группе случаев летального исхода отмечено не было.

Следовательно, введение ликопина коровам в период сухостоя обеспечивает улучшение их воспроизводительной функции и получение жизнеспособного приплода.

В поздний предродовой и ранний послеродовой периоды одним из факторов, ведущим к развитию осложнений послеродового периода у коров и оказывающим неблагоприятное воздействие на потомство, является дисбаланс в течении антиоксидантных процессов в организме животного. Позитивное влияние ликопина на показатели, характеризующие интенсивность перекисного окисления липидов у коров, проявилось в снижении концентрации продуктов липопероксидации (диеновых конъюгатов? на 16,6%, кетодиенов? на 35,7% и малонового диальдегида? на 11,3%). Таким образом, позитивные свойства каротиноидов проявляются снижением активации свободнорадикального окисления липидов в критический период перед родами, и тем самым создаются более благоприятные условия для метаболических процессов в организме, что положительно сказывается на функционировании репродуктивной системы животных.

В научной литературе приведены результаты экспериментов по изучению влияния каротиноидов на воспроизводительную функцию животных. Полученные нами данные расширяют знания о значении этих веществ в функционировании репродуктивной системы крупного рогатого скота, причем, опыты по изучению ликопина доказывают самостоятельную роль каротиноидов в этих процессах, не связанную с А-витаминой активностью. Применение каротиноидов стельным коровам оказывает позитивное влияние на биологический комплекс «мать-плод-новорожденный», улучшая состояние здоровья и сохранность новорожденных телят.

Вывод

Таким образом, лечебно-оздоровительные функции каротиноидов (независимо от их провитаминной активности) проявляются улучшением витаминного обмена, местного и общего иммунитета, интенсификацией антиоксидантной защиты организма животных, что способствует улучшению воспроизводительной способности коров и получению более жизнеспособного приплода.

Список литератур

Антипов В. А. Бета-каротин: значение для жизни животных и птиц, их воспроизводства и продуктивности /В. А. Антипов, А. Н. Турченко, В. Ф. Васильев, В. С. Самойлов, Р. В. Казарян, Е. В. Кузьминова, Л. В. Полищук //Краснодар. — 2006. — 91 с.

Антипов В. А. Влияние каротина микробиологического на воспроизводительную функцию коров / В. А. Антипов, А. Н. Турченко, А. В. Чащин, Е. В. Кузьминова, Д. Н. Уразаев // В сборнике: Новые фармакологические средства для животноводства и ветеринарии, Материалы научно-практической конференции. — Краснодар. — 2001. — С. 8−9.

Антипов В. А. Изучение эффективности каротин-содержащего препарата для лечения и профилактики послеродовых осложнений у коров / В. А. Антипов, Д. Н. Уразаев, Е. В. Кузьминова // Ветеринарная практика. — 2003. — № 1. — С. 21.

Антипов В. А. Фармако-токсикологическая оценка технического препарата бета-каротина / В. А. Антипов, Д. Н. Уразаев, Е. В. Кузьминова // В сборнике: Разработка и освоение производства нового поколения лекарственных средств для животных и их применения в ветеринарной практике. — 2000. — С. 69−70.

Букин Ю. В. Бета-каротин? фактор здоровья / Ю. Ф. Букин: М., 1995. — 45 с.

Дорожкин В. Метаболизм бета-каротина / В. Дорожкин, Л. Резниченко //Птицеводство. — 2004. — № 3. — С. 6−7.

Клебанов Г. И. Антиоксидантные свойства ликопина /Г. И. Клебанов, А. Б. Капитанов, Ю. О. Теселкин //Биол. мембраны. — 1998. — 15(2). — С. 227−237.

Кощаев А. Г. Гликемия как основной маркер метаболических нарушений у коров в переходный период / А. Г. Кощаев, В. В. Усенко, А. В. Лихоман, Н. С. Комарова // Зоотехния. — 2016. — № 1. — С. 19−20.

Кощаев А. Г. Причины и последствия обменных нарушений в организме молочных коров в переходный период / А. Г. Кощаев, В. В. Усенко, Л. Д. Яровая, А. В. Лихоман, Н. С. Комарова // Вестник Курганской ГСХА. — 2016. — № 1 (17). — С. 25−28.

Кудинова С. П. Перспективы использования в-каротина /С. П. Кудинова, Р. В. Казарян //Пищевая промышленность. — 1990. — № 9. — С. 60−61.

Кузьминова Е. В. Фармакология и применение каротиноидов в животноводстве и ветеринарии: дис. … д-ра вет. наук: 16.00.04 /Кузьминова Елена Васильевна. — Краснодар, 2007. — 381 с.

Кузьминова Е. В. Применение биологически активных веществ для нормализации обменных процессов у животных /Е.В. Кузьминова, М. П. Семененко, Е. А. Старикова, Е. В. Тяпкина /Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. 11 (109). — С. 80 083.

Повышение сохранности и продуктивности здоровья импортного молочного скота /В. А. Антипов, М. П. Семененко, Н. Ю. Басова, А. Н. Турченко, А. Я. Сапунов, Е. В. Кузьминова и др. //Краснодар, 2009. — 63 с.

Семененко М. Влияние препаратов карсел и моренит на биохимический статус крови /М. Семененко, Е. Кузьминова, А. Шипицин //Молочное и мясное скотоводство. — 2006. — № 6. — С.35−36.

Чиркин А. А. Бета-каротин — активный фактор в борьбе с экопатологией человека /А. А. Чиркин, Р. В. Казарян, Н. П. Поддубный //В тез. докладов III национального конгресса «Человек и лекарство». М., 1996. — С. 295−296.

Щукина И. В. Использование биотехнологических методов воспроизводства для повышения экономической эффективности производства говядины /И. В. Щукина, А. Г. Кощаев // Ветеринария Кубани. — 2014. — № 5. — С. 17−21.

Koshchaev A. G. Peculiarities of formation of the charolais cattle gene pool in the south of Russia / A. G. Koshchaev, I. V. Shchukina, O. V. Koshchaeva //Advances in Agricultural and Biological Sciences. — 2016. — V. 2. — № 3. — С. 23−32.

Kuzminova E. V. Influence of the carotenoid-based preparations on the metabolic and antioxidant protection of the cows' body /E. V. Kuzminova, M. P. Semenenko, A. G. Koshchaev //Advances in Agricultural and Biological Sciences. — 2015. — V.1 — № 3. — Р. 33−40.

Lu S., Li L. Carotenoid metabolism: biosynthesis, regulation and beyond /Journal of Integrative Plant Biology. — 2008. — № 50. — Р.778−785.

References

Antipov V. A. Beta-karotin: znachenie dlja zhizni zhivotnyh i ptic, ih vosproizvod-stva i produktivnosti /V. A. Antipov, A. N. Turchenko, V. F. Vasil’ev, V. S. Samojlov, R. V. Kazarjan, E. V. Kuz’minova, L. V. Polishhuk //Krasnodar. — 2006. — 91 s.

Antipov V. A. Vlijanie karotina mikrobiologicheskogo na vosproizvoditel’nuju funkciju korov / V. A. Antipov, A. N. Turchenko, A. V. Chashhin, E. V. Kuz’minova, D. N. Urazaev // V sbornike: Novye farmakologicheskie sredstva dlja zhivotnovodstva i ve-terinarii, Materialy nauchno-prakticheskoj konferencii. — Krasnodar. — 2001. — S. 8−9.

Antipov V. A. Izuchenie jeffektivnosti karotin-soderzhashhego preparata dlja lechenija i profilaktiki poslerodovyh oslozhnenij u korov / V. A. Antipov, D. N. Urazaev, E. V. Kuz’minova // Veterinarnaja praktika. — 2003. — № 1. — S. 21.

Antipov V. A. Farmako-toksikologicheskaja ocenka tehnicheskogo preparata beta-karotina / V. A. Antipov, D. N. Urazaev, E. V. Kuz’minova // V sbornike: Razrabotka i osvoenie proizvodstva novogo pokolenija lekarstvennyh sredstv dlja zhivotnyh i ih primenenija v veterinarnoj praktike. — 2000. — S. 69−70.

Bukin Ju. V. Beta-karotin? faktor zdorov’ja / Ju. F. Bukin: M., 1995. — 45 s.

Dorozhkin V. Metabolizm beta-karotina / V. Dorozhkin, L. Reznichenko //Pticevodstvo. — 2004. — № 3. — S. 6−7.

Klebanov G. I. Antioksidantnye svojstva likopina /G. I. Klebanov, A. B. Kapitanov, Ju. O. Teselkin //Biol. membrany. — 1998. — 15(2). — S. 227−237.

Koshhaev A.G. Glikemija kak osnovnoj marker metabolicheskih narushenij u korov v perehodnyj period / A.G. Koshhaev, V.V. Usenko, A.V. Lihoman, N.S. Komarova // Zootehnija. 2016. № 1. S. 19−20.

Koshhaev A.G., Usenko V.V., Lihoman A.V., Komarova N.S. Prichiny i posledstvija ob-mennyh narushenij v organizme molochnyh korov v perehodnyj period / A.G. Koshhaev, V.V. Usenko, L.D. Jarovaja, A.V. Lihoman, N.S. Komarova // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2016.№ 1 (17). S. 25−28.

Kudinova S. P. Perspektivy ispol’zovanija в-karotina /S. P. Kudinova, R. V. Kazarjan //Pishhevaja promyshlennost'. — 1990. — № 9. — S. 60−61.

Kuz’minova E. V. Farmakologija i primenenie karotinoidov v zhivotnovodstve i ve-terinarii: dis. … d-ra vet. nauk: 16.00.04 /Kuz'minova Elena Vasil’evna. — Krasnodar, 2007. — 381 s.

Kuz’minova E.V. Primenenie biologicheski aktivnyh veshhestv dlja normalizacii ob-mennyh processov u zhivotnyh /E.V. Kuz’minova, M.P. Semenenko, E.A. Starikova, E.V. Tjapkina /Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2013.? 11 (109).? S. 080?083.

Povyshenie sohrannosti i produktivnosti zdorov’ja importnogo molochnogo skota /V.A. Antipov, M.P. Semenenko, N.Ju. Basova, A.N. Turchenko, A.Ja. Sapunov, E.V. Kuz’minova i dr. //Krasnodar, 2009. 63 s.

Semenenko M. Vlijanie preparatov karsel i morenit na biohimicheskij status krovi /M. Semenenko, E. Kuz’minova, A. Shipicin //Molochnoe i mjasnoe skotovodstvo. — 2006. — № 6. — S.35−36.

Chirkin A. A. Beta-karotin — aktivnyj faktor v bor’be s jekopatologiej cheloveka /A. A. Chirkin, R. V. Kazarjan, N. P. Poddubnyj //V tez. dokladov III nacional’nogo kongres-sa «Chelovek i lekarstvo». M., 1996. — S. 295−296.

Shhukina I.V.Ispol'zovanie biotehnologicheskih metodov vosproizvodstva dlja povyshenija jekonomicheskoj jeffektivnosti proizvodstva govjadiny /I.V. Shhukina, A.G. Koshhaev // Veterinarija Kubani. 2014. № 5. S. 17−21.