Бетаин — это встречающееся в природе соединение, широко распространенное в растениях и животных. В качестве кормовой добавки он поставляется в безводной форме или в форме гидрохлорида. Его можно добавлять в корма для животных для различных целей.
Во-первых, эти цели могут быть связаны с очень эффективной способностью бетаина выступать в качестве донора метильных групп, что происходит главным образом в печени. Благодаря переносу нестабильных метильных групп стимулируется синтез различных соединений, таких как метионин, карнитин и креатин. Таким образом, бетаин влияет на белковый, липидный и энергетический обмен, тем самым благотворно изменяя состав туши.
Во-вторых, цель добавления бетаина в корм может быть связана с его функцией защитного органического проникающего вещества. В этой функции бетаин помогает клеткам по всему организму поддерживать водный баланс и клеточную активность, особенно в периоды стресса. Хорошо известным примером является положительное воздействие бетаина на животных, подверженных тепловому стрессу.
У свиней описаны различные полезные эффекты добавления бетаина. В данной статье основное внимание будет уделено роли бетаина как кормовой добавки в поддержании здоровья кишечника у отъемышей поросят.
В нескольких исследованиях бетаина сообщалось о его влиянии на усвояемость питательных веществ в подвздошной кишке или во всем пищеварительном тракте свиней. Многократные наблюдения за повышением усвояемости клетчатки (сырой клетчатки или нейтральной и кислотно-детергентной клетчатки) в подвздошной кишке указывают на то, что бетаин стимулирует ферментацию бактерий, уже присутствующих в тонком кишечнике, поскольку клетки кишечника не вырабатывают ферменты, расщепляющие клетчатку. Клетчатка растения содержит питательные вещества, которые могут высвобождаться в процессе расщепления этой микробной клетчатки.
Таким образом, наблюдалось также улучшение усвояемости сухого вещества и сырой золы. На уровне всего пищеварительного тракта сообщалось, что у поросят, получавших добавку 800 мг бетаина/кг корма, улучшилась усвояемость сырого протеина (+6,4%) и сухого вещества (+4,2%). Кроме того, другое исследование показало, что при добавлении 1250 мг/кг бетаина улучшилась кажущаяся общая усвояемость сырого протеина (+3,7%) и эфирного экстракта (+6,7%).
Одной из возможных причин наблюдаемого повышения усвояемости питательных веществ является влияние бетаина на выработку ферментов. В недавнем исследовании in vivo, посвященном добавлению бетаина к корму отъемышей, была оценена активность пищеварительных ферментов (амилазы, мальтазы, липазы, трипсина и химотрипсина) в химусе (рис. 1). Все ферменты, кроме мальтазы, показали повышенную активность, и эффект бетаина был более выраженным при дозе 2500 мг бетаина/кг корма, чем при дозе 1250 мг/кг. Повышение активности может быть результатом увеличения выработки ферментов или повышения каталитической эффективности ферментов.
Рисунок 1. Активность пищеварительных ферментов в кишечнике поросят, получавших бетаин в дозах 0 мг/кг, 1250 мг/кг или 2500 мг/кг.
В экспериментах in vitro было доказано, что добавление NaCl для создания высокого осмотического давления ингибирует активность трипсина и амилазы. Добавление различных концентраций бетаина в этом эксперименте восстанавливало ингибирующее действие NaCl и повышало активность ферментов. Однако, когда NaCl не добавляется в буферный раствор, бетаин не влияет на активность ферментов при более низкой концентрации, но проявляет ингибирующее действие при более высокой концентрации.
Увеличение показателей роста и коэффициента конверсии корма у свиней, получавших бетаин с кормом, объясняется не только повышенной усвояемостью. Добавление бетаина в рацион свиней также снижает потребность животного в энергии для поддержания жизнедеятельности. Гипотеза этого наблюдаемого эффекта заключается в том, что когда бетаин может использоваться для поддержания внутриклеточного осмотического давления, снижается потребность в ионных насосах, процесс, требующий энергии. В случае ограниченного потребления энергии эффект от добавления бетаина, как ожидается, будет более выраженным за счет увеличения энергоснабжения для роста, а не для поддержания жизнедеятельности.
Эпителиальные клетки, выстилающие стенку кишечника, должны справляться с крайне изменчивыми осмотическими условиями, создаваемыми содержимым просвета во время переваривания питательных веществ. В то же время эти кишечные клетки должны контролировать обмен воды и различных питательных веществ между просветом кишечника и плазмой. Для защиты клеток от этих сложных условий важным органическим проникающим веществом является бетаин. При наблюдении за концентрацией бетаина в различных тканях было обнаружено, что его содержание в кишечной ткани довольно высокое. Кроме того, было замечено, что эти уровни зависят от концентрации бетаина в рационе. Сбалансированные клетки будут обладать лучшей пролиферацией и лучшими восстановительными способностями. Поэтому исследователи обнаружили, что повышение уровня бетаина у поросят увеличивает высоту ворсинок двенадцатиперстной кишки и глубину крипт подвздошной кишки, а также делает ворсинки более однородными.
В другом исследовании было отмечено увеличение высоты ворсинок в двенадцатиперстной кишке, тощей кишке и подвздошной кишке, но это не повлияло на глубину крипт. Как было замечено у бройлерных цыплят, зараженных кокцидиями, защитное действие бетаина на структуру кишечника может быть еще более значимым при определенных (осмотических) воздействиях.
Кишечный барьер в основном состоит из эпителиальных клеток, соединенных между собой белками плотных межклеточных соединений. Целостность этого барьера необходима для предотвращения проникновения вредных веществ и патогенных бактерий, которые в противном случае вызвали бы воспаление. Для свиней негативное воздействие на кишечный барьер считается результатом загрязнения корма микотоксинами или одним из негативных последствий теплового стресса.
Для оценки влияния на барьерный эффект часто используются тесты in vitro на клеточных линиях для измерения трансэпителиального электрического сопротивления (TEER). Применение бетаина позволяет наблюдать улучшение TEER в многочисленных экспериментах in vitro. При воздействии на батарею высокой температуры (42°C) TEER снижается (рисунок 2). Добавление бетаина в культуральную среду этих клеток, подвергшихся воздействию тепла, компенсировало снижение TEER, что указывает на повышение термостойкости.
Рисунок 2. Влияние высокой температуры и бетаина на трансэпителиальное сопротивление клеток (TEER) в условиях in vitro.
Кроме того, в исследовании in vivo на поросятах было измерено увеличение экспрессии белков плотных соединений (окклюдина, клаудина-1 и зонулы окклюденс-1) в ткани тощей кишки животных, получавших 1250 мг/кг бетаина, по сравнению с контрольной группой. Также, в качестве маркера повреждения слизистой оболочки кишечника, активность диаминооксидазы в плазме этих свиней была значительно снижена, что указывает на более прочный кишечный барьер. При добавлении бетаина в рацион свиней на стадии откорма было измерено увеличение прочности кишечника на разрыв во время убоя.
В последнее время ряд исследований связал бетаин с антиоксидантной системой и описал снижение количества свободных радикалов, снижение уровня малонового диальдегида (МДА) и повышение активности глутатионпероксидазы (GSH-Px).
Бетаин не только действует как осмопротектор у животных. Кроме того, многие бактерии могут накапливать бетаин посредством синтеза de novo или переноса из окружающей среды. Есть данные, свидетельствующие о том, что бетаин может оказывать положительное влияние на количество бактерий в желудочно-кишечном тракте отъемышей. Общее количество бактерий в подвздошной кишке, особенно бифидобактерий и лактобацилл, увеличилось. Кроме того, в фекалиях было обнаружено меньшее количество энтеробактерий.
Наконец, было отмечено, что влияние бетаина на здоровье кишечника отъемышей заключается в снижении частоты диареи. Этот эффект может быть дозозависимым: пищевая добавка в дозе 2500 мг/кг бетаина более эффективна, чем 1250 мг/кг бетаина, в снижении частоты диареи. Однако показатели отъемышей при двух уровнях добавки были схожими. Другие исследователи показали, что при добавлении 800 мг/кг бетаина частота и распространенность диареи у отъемышей ниже.
Бетаин имеет низкое значение pKa, около 1,8, что приводит к диссоциации бетаина гидрохлорида после приема внутрь, вызывая закисление желудка.
Интерес представляет потенциальное подкисление бетаингидрохлорида как источника бетаина. В медицине человека добавки бетаингидрохлорида часто используются в сочетании с пепсином для поддержки людей с проблемами желудка и пищеварения. В этом случае бетаингидрохлорид может использоваться в качестве безопасного источника соляной кислоты. Хотя информации об этом свойстве бетаингидрохлорида в кормах для поросят нет, оно может быть очень важным.
Хорошо известно, что pH желудочного сока отъемышей поросят может быть относительно высоким (pH>4), что влияет на активацию предшественника пепсина до его предшественника пепсиногена. Оптимальное переваривание белка важно не только для обеспечения хорошей усвояемости этого питательного вещества животными. Кроме того, несварение белка может вызывать вредное размножение условно-патогенных микроорганизмов и усугублять проблему диареи после отъема. Бетаин имеет низкое значение pKa, около 1,8, что приводит к диссоциации бетаина гидрохлорида после приема внутрь, вызывая закисление желудка.
Такое кратковременное закисление наблюдалось в предварительном исследовании на людях и исследованиях на собаках. После однократного приема 750 мг или 1500 мг гидрохлорида бетаина pH желудка собак, ранее получавших препараты, снижающие кислотность желудка, резко снизился примерно с 7 до 2. Однако у контрольных собак, не получавших лечения, pH желудка составлял около 2, что не было связано с добавлением гидрохлорида бетаина.
Бетаин оказывает положительное влияние на здоровье кишечника отъемышей. В данном обзоре литературы освещаются различные возможности применения бетаина для поддержания переваривания и усвоения питательных веществ, улучшения физических защитных барьеров, воздействия на микробиоту и повышения защитных способностей поросят.