1. Кетоновые тела, их образование и биологическое значение, пути использования
Кетоновые тела (бета-оксимасляная кислота, ацетоуксусная кислота, ацетон) промежуточные продукты обмена белков, жиров и углеводов. Нарушение обмена веществ способствует увеличению уровня кетоновых тел в молоке, моче, крови животных.
При острой форме кетоза отношение кетоновых тел в организме увеличивается за счет роста содержание ацетона и ацетоацетата и наблюдается стойкая кетонемия.
Кетоновые тела, как и жирные кислоты, жиры и холестерин главным образом синтезируются в печени.
Биосинтез кетоновых тел происходит следующим образом. Увеличение концентрации ацетил-КоА в митохондриях гепатоцитов приводит к присоединению молекул ацетил-КоА, что приводит к образованию ацетоацетил-КоА. Присоединение еще одной ацетильной группы приводит к 3-гидрокси-З-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА), который после отщепления ацетил-КоА превращается в ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) (цикл Линена). При восстановлении последней получается3-гидроксибутират, а при неферментативном декарбоксилировании — ацетон.
Все три соединения принято называть «кетоновыми телами», что не совсем правильно, поскольку в 3-гидроксимасляной кислоте отсутствует кетогруппа.
Поступая в кровь из печени кетоновые тела очень хорошо растворимы. В фазе голодания происходит постепенной нарастание концентрации кетоновых тел в крови животных.
Наряду с жирными кислотами 3-гидроксибутират и ацетоацетат в этот период являются основными энергоносителями. Ацетон, не имеющий метаболической ценности, удаляется через легкие. После 1-2 недели голодания кетоновые тела начинают использоваться в качестве источника энергии нервными тканями. Однако при этом для обеспечения цитратного цикла необходимо минимальное количество глюкозы.
При превышении уровня концентрации кетоновых тел выше уровня потребности организма, происходит накопление их в крови (кетонемия), после чего кетоновые тела выводятся с мочой(кетонурия). Данные заболевания отмечаются при заболевании диабетов или например при продолжительном голодании. Данные заболевания опасны тем, что может произойти нарушение ионного гомеостаза из-за изменения рН в крови, животное может потерять сознание, что в значительной степени опасно для здоровья.
Ацетоновые тела обнаруживаются в моче и молоке животных при острой форме кетоза. Содержание ацетоновых тел в молоке увеличивается до 20-80 мг% при норме данного показателя 8 мг%, в крови до 15-60 мг% при нормативном показателе 1-5 мг%, а в моче до 100-500 мг% при норме 5-10 мг%. Кроме этого происходит снижение уровня глюкозы в крови ниже 30 мг% при нормативном показателе 40-60 мг%, а также снижение уровня резервной щелочности.
У коров больных кетозом в крови увеличивается уровень ЛЖК, НЭЖК, молочной, пировиноградной кислот, тироксина. В рубцовом содержимом снижается рН, повышается концентрация масляной кислоты, аммиака, кетоновых тел [1].
Прихроническом кетозе и вторичной остеодистрофии в крови содержание кетоновых тел повышено незначительно, снижается содержание гемоглобина, мочевины, кальция, резервной щелочности, сахара, а также происходит повышение в крови общего белка, активности аспартатаминотрансферазы и лактатдегидрогеназы [10].
2. Биохимические основы кетоза
Кетоз коров приводит к нарушению обмена веществ в организме животных. При кетозе животных снижается уровень глюкозы в крови, гликогена в печени, происходит увеличение уровня кетоновых тел в крови.
При этом нарушается обмен веществ и процесс пищеварения в организме животных. Признаки болезни чаще всего появляются в субклинической форме.
Впервые кетоновые тела были диагностированы в 1911 году в моче животных. После чего были изучены особенности кетоза более подробно. Данное заболевание наносит значительный экономический урон всем сельскохозяйственным организациям в отрасли животноводства и имеет высокий уровень распространения во многих странах.
В среднем 10-20 % поголовья стада заболевает кетозом, что приводит к недополучению молока до 30-50 %, увеличиваются затраты на лечение, необходимо производить выбраковку больных животных.
После проведения лечения уровень продуктивности коров снижается в значительной степени, укорачивается продолжительность лактации.
Существует установленная взаимосвязь заболевания кетозом у потомста переболевших им животных [14].
Причиной увеличения количества кетоновых тел может быть несбалансированность поступления кислот (пропионовой, уксусной, маслянной). Так, установлено что масляная кислота способствует увеличению количества кетонных тел, пропионовая кислота обладает глюкогенным эффектом, а уксусная кислота не способствует появлению глюкозы в крови. Соответственно, при нарушении концентрации кислот в крови могут создаться условия для возможного образования излишнего количества кетоновых тел в организме животного.
При недостатке энергии в период раздоя животного могут также создаться условия для образования излишних кетоновых тел. Высококонцентратный тип кормления, недостаточность движения, низкий уровень клетчатки в рационах также могут способствовать возникновению данного заболевания.
Существуют споры о том, что на предрасположенность к кетозу может влиять породная принадлежность. Однако возникновение заболевания относят к некоторым семействам и линиям, что обусловлено наследственной низкой адаптационной способностью надпочечников.
Таким образом, самая главная причина возникновения кетоза, как заболевания является несбалансированность рационов, в частности снижение содержания энергии и углеводов в кормах. Так, при продолжительном голодании возникает «Голодный» кетоз.
На образование кетоновых тел в организме животных может повлиять также высококонцентрированные рационы. Это обусловленно в частности избыточным поступлением в организм животных белка, опастность чего давно известна животноводам. Причиной кетоза также может быть и использование в кормлении животных силоса низкого качества, с содержанием большого количества маслянной кислоты. Слишком обильное кормление коров в сухостойный период также может привести к возникновению болезни кетоза [11].
Таким образом увеличение кетоновых тел (в 2-5 раз) в организме животных указывает на развитие болезни в организме животного, в ввиду нарушения в нем обмена веществ.
Механизм развития кетозов хорошо изучен. Происходит увеличение уровня свободных жирных кислот в крови, усиление их транспорта в митохондрии, повышенная продукция молекул ацетилКоА. Чтобы вызвать кетоз у молочных коров, необходимо иметь одновременно фактор мобилизации липидов и дефицит глюкозы и глюкозообразователей, таких как пропионовая кислота, глицерин, аланин и др.
Такая ситуация часто наблюдается при использовании рационов с низким содержанием углеводов. Кетоз не развивается у животного до тех пор, пока не происходит увеличение свободных жирных кислот в крови в результате липолиза триглицеридов в жировой ткани. Это приводит к значительному количеству молекул ацетилоА, тогда как концентрация щавелево-уксусной кислоты понижается при дефиците глюкозы. Щавелево-уксусная кислота синтезируется из пировино-градной кислоты, продукта гликолиза. При длительном голодании или в случае сахарного диабета щавелевоуксусная кислота расходуется на образование глюкозы путем глюконеогенеза, а значит, она недоступна для реакции с ацетилКоА. Врезультате, без должного уровня щавелевоуксусной кислоты цикл трикарбоновых кислот не способен полностью окислять повышенное количество молекул ацетилоА, а поэтому они поступают в реакции синтеза кетоновых тел.
Образование кетоновых тел возможно и из отдельных аминокислот, получивших название кетогенных. В их числе: тирозин, лейцин, изолейцин, фенилаланин. Название кетогенных эти аминокислоты получили потому, что в процессе их катаболизма в организме образуются ацетилКоА или ацетоацетилКоА, из которых и происходит синтез кетоновых тел. Так как ацетоацетат и гидроксибутират являются кислотами, их наличие в организме в высокой концентрации нарушает буферную способность животного, вызывая сдвиг кислот но щелочного равновесия в кислую сторону (ацидоз). Врезультате происходит выход Н+ в мочу в сопровождении воды, ионов Na+ и K+. Возникает дегидратация с сильной жаждой [7].
Наиболее сильно болезнь кетоза может проявится в перод раздоя коровы, в пик молочной продуктивности. При этом у коров наблюдается высокая потребность в питательных веществах, которую за счет кормов сложно удовлетворить в данный период и происходит быстрая потеря живой массы, сопровождаемая кетозом.
Продолжительное воздействие кетоновых тел на щитовидную и околощитовидные железы способствует развитию вторичной остеодистрофии и гипофункции органов. При недостатке в кормлении витаминов и микро-макроэлементов течении кетоза усугубляется.
При перекорме животных высокобелковыми кормами, при насыщении организма кетогенными аминокислотами, такими как лейцин, триптофан, лизин и другие, так же может усугубиться течение кетоза. Это обусловлено образованием ацетоуксусной кислоты в процессе превращения аминокислот. Часть недостаточного количества глюкозы в крови животные могут компенсировать за счет снижения удоя, происходит возникновение гипогликемии, не устранимую за счет глюконеогенеза. На возникновение гипогликемии в свою очередь влияет недостаток оксалацетата, который является компонентов всех глюкогенных соединений, влияющих на цикл трикарбоновых кислот.
В результате развития заболевания нарушается взаимосвязь уровня инсулина и глюкозы в крови больных животных. При остром течении болезни у животных снижается уровень инсулина в крови, уменьшается интенсивность его секреции, что обусловлено функциональной недостаточностью клеток поджелудочной железы.
В свою очередь, при этом происходит снижение уровня сахара в крови больного животного, что усиливает процесс липолиза, в результате чего интенсивно образуются жирные кислоты и ацетил-КоА, который вместе с оксалацетатом образует ацетоацетил-КоА.
