Подход к решению проблемы детоксикации кормов

13 мая 2016

М. МАЛКОВ, канд. биол. наук, Т. ДАНЬКОВА, Н. МАЛКОВ

При анализе ситуации с интоксикацией сельскохозяйственных животных и птицы становится все более заметным влияние микотоксинов в кормах и силосе на стабильность производственных показателей (получение яйца, молока, мяса). Значительный рост предложений по так называемым универсальным нейтрализаторам токсинов (при этом речь может идти только о снижении их концентрации до безопасного уровня) свидетельствует о нерешенной до сих пор проблеме. Это подтверждает и постоянная ротация в хозяйствах данных нейтрализаторов. В то же время окончательно решить проблему, казалось бы, должны результаты с 95-98% связывания всех токсинов, о чем свидетельствуют многочисленные публикации на тему их эффективности на свиньях и птице. Но почему-то ничего подобного не происходит на практике. Как это объяснить?

Дело в том, что микотоксины так или иначе находятся в связанном состоянии с компонентами корма, и поэтому не так важно, где произошло их связывание (контаминация) — в поле или в хранилище. Зачастую мы не проверяем, поэтому не знаем, в каком именно соотношении находятся они в корме. Кроме того, на рынке нет универсальных сорбентов, которые могли бы сорбировать все виды микотоксинов. Важно также понимать, что доля вводимого в комбикорм сорбента ничтожно мала по сравнению с объемом корма. Далее: компоненты корма расщепляются в кишечнике микробиотой и собственными ферментами животного. Здесь происходит «пересадка» освободившихся токсинов на сорбент-нейтрализатор, который в идеале должен соответствовать следующим требованиям: обладать потенциально высокой способностью к сорбции и минимальной десорбцией при создавшемся рН кишечника; быть в достаточном количестве; иметь в своем составе субстанции, блокирующие «захват» токсинов гепатоцитами печени.

В наших многолетних исследованиях, которые были опубликованы ранее, показано, что неизбирательная сорбция (связывание) токсинов с компонентами корма достигает 90%, и оценка эффективности сорбции используемых нейтрализаторов в этих условиях некорректна. Происходит очевидная подмена результатов, и приводимые в отчетах эффекты на животных и птице можно уверенно отнести на счет различных компонентов в составе нейтрализаторов (иммуностимуляторы, гепатопротекторы, витамины, антиоксиданты и т.д.). В качестве примера рассмотрим ситуацию с Т-2 токсином, который находится в составе комбикорма, зерновых культур и шротов в концентрациях, вызывающих серьезные проблемы в организме животных и птицы, в том числе снижение производственных показателей.

Как известно, Т-2 токсин образуется грибами-продуцентами рода Fusarium при выращивании зерновых и их последующем хранении при повышенной влажности. Удержание этого токсина (так же, как и ДОН) на субстратах корма осуществляется, по-видимому, путем ван-дер-ваальсовых взаимодействий, но не специфического связывания. Таким образом, при разрушении корма трихотеценовые токсины должны высвобождаться и в кишечнике сорбироваться на предлагаемые нейтрализаторы при условиях, благоприятных для сорбции. Ранее мы проверили на модели желудка и кишечника возможность сорбции Т-2 токсина и ДОН разными нейтрализаторами-сорбентами (принятая норма ввода — 0,2%), в том числе наиболее востребованными. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1. Адсорбция Т-2 токсина (МДУ=100 мкг/кг) и дезоксиниваленола (МДУ=1000 мкг/кг) при различном рН

Сорбент Т-2 токсин Дезоксиниваленол
Кислая среда Слабощелочная среда Кислая среда Слабощелочная среда
мкг/кг % мкг/кг % мкг/кг % мкг/кг %
  1. Алюмосиликаты + бентониты + органические кислоты + гепатостимуляторы + протеолитический комплекс + фунгистатики + нуклеозиды
6,4 6,4 4,13 4,13 377 37,7 0  0
  1. Неорганический сорбент (специальным образом обработанные цеолиты) + биотрансформирующий фермент
0 0 0 0 220 2,2 0  0
  1. Смесь из адсорбентов + дрожжи+ соли пропионовой кислоты
0 0 0 0 202 20,2 0  0
  1. Сорбент органической природы (полисахариды)
0 0 0 0 136 13,6 0  0
  1. Бентониты + дрожжи + полисахариды растительного происхождения
0 0 0 0 197 19,7 0  0
  1. Глинистые субстанции + продукты переработки дрожжей + органические кислоты + антиоксиданты + растительные экстракты
0 0 0 0 272 27,2 0  0
  1. Модифицированные бентониты, минералы, силикаты, хелаты (Фунгистат ГПК)
2,2 2,2 0 0 474 47,4 0  0
  1. Клиноплитонит, природный минерал, специальным образом обработанный
0 0 0 0 237 23,7 0  0

Изображенные на рисунке структурные формулы (строение) молекул дезоксиниваленола и Т-2 токсина наглядно показывают, что токсины при вводе 0,2% нейтрализатора и отсутствии компонентов корма не обладают в условиях кишечника способностью к сорбции. И это объяснимо. 

Структурные формулы (строение) молекул дезоксиниваленола (ДОН) и Т-2 токсина

Оба токсина в соответствии со структурой обладают неплоским каркасным скелетом и сравнительно невысокой полярностью. Если молекула ДОН имеет сопряженный фрагмент хоть и небольшой, но все-таки способный к П-П взаимодействиям (имеется ввиду С-С связь, сопряженная с С=0 группой), а также две протонодонорские гидроксигруппы, то в случае Т-2 токсина, где вообще нет элементов сопряжения и содержится всего одна гидроксигруппа, возможности к связыванию с сорбентом совсем мизерны. Однако, как видно из данных таблицы 1, Т-2 токсин в минимальной степени может связываться сорбентами Фунгистат-ГПК — 2,2% при максимально допустимом уровне этого микотоксина. Что касается охратоксина, зеараленона и фумонизина, то их молекулы довольно полярны и наделены протонодонорскими функциями, благодаря чему склонны к связыванию с полярными сорбентами. Афлатоксин нейтрален, поэтому в слабощелочной среде высокой сорбцией по отношению к этому токсину обладает ряд сорбентов.

Мы предположили, что в составе цеолитов и бентонитов присутствуют субстанции, которые в синергидном режиме определяют потенциальную способность сорбентов к связыванию Т-2 токсина и ДОН. Были проведены исследования по сравнительной потенциальной возможности сорбции этих токсинов различными сорбентами. Концентрация сорбентов взята в избытке, то есть она в несколько раз превышает обычные нормы ввода. В таблице 2 приведена их сорбционная характеристика, в таблице 3 — результаты по сорбции/десорбции ими различных микотоксинов.

Таблица 2. Сравнительная характеристика различных сорбентов на модели желудок-кишечник по отношению к Т-2 токсину при его концентрации в смеси 0,1 мкг/кг 

Образец Сорбент и его состав, % Адсорбция в кислой среде, % Десорбция в слабощелочной среде, % ПКПД, %
1 Цеолит-бентонит:
цеолит — 20%, монтмориллонит — 20%,
коллоид кремния (кристобалит) — 10, карбонат кальция — 45
51 64 18,2
2 Цеолитсодержащий трепел:
клиноптилолит  — 40, монтмориллонит — 10,
кристобалит — 25, кварц — 15, гидрослюда — 8, кальций — 2
64 38 39,5
3 Цеолит:
клиноптилолит — 33, кристобалит — 21, кварц — 15, кальций — 6
80 19,3 64
4 Трепел:
монтмориллонит — 23, кристобалит — 44, кварц — 20, слюда — 2
82 21 65
5 «Смекта» (кристобалит) 40 42 23
6 Окись кремния 35 37 25
7 Доломитовая мука: карбонат кальция — 50%, карбонат магния — 50% 45 51 26
8 Клеточные стенки пивных дрожжей 29 13 25
  Сорбент на основе ракообразных 28 0 28

Таблица 3. Результаты по сорбции/десорбции токсинов сорбентами различного происхождения

Микотоксин Образец Содержание сорбента* Адсорбция,% Десорбция, % ПКПД, %
Афлатоксин (0,025 мг/кг) 8 10 кг/т 100 7 93
1 кг/т 0 0 0
3 и 4 (смесь) 10 кг/т 100 1,2 99
1 кг/т 0 0 0
Т-2 токсин (0,100 мг/кг) 8 10 кг/т 29 13 15
1 кг/т 0 0 0
3 и 4 (смесь) 10 кг/т 84 11 75
1 кг/т 0 0 0
ДОН (2,0 мг/кг) 1 10 кг/т 18 0 18
2 10 кг/т 0 0 0
3 10 кг/т 0 0 0
4 10 кг/т 0 0 0
Зеараленон (2,0 мг/кг) 3 и 4 (смесь) 10 кг/т 100 0 100
8 10 кг/т 58 62 22

* Все сорбенты, используемые в опыте, взяты с избытком в отношении принятых норм ввода (0,1-0,5%).

Наибольшую потенциальную способность к сорбции Т-2 токсина проявили минеральные сорбенты (образцы 3 и 4), содержащие в определенных соотношениях повышенные концентрации клиноптилолитов, монтмориллонитов и кристобалита. Эти же сорбенты, взятые в соотношении 1:1, обладают высокой потенциальной способностью к сорбции афлатоксина и зеараленона. В то же время почти все исследованные сорбенты, даже в больших дозах, плохо связывали ДОН. Правда, в некоторой степени лучше этот токсин был адсорбирован сорбентом, состав которого отличался от других содержанием 45% карбоната кальция на фоне монтмориллонита и кристобалита (образец 1). Вероятно, повышение степени связывания неполярных токсинов (Т-2, ДОН) при возрастании ввода сорбентов объясняется увеличением сорбционной способности одного из их компонентов либо сочетанием в смеси. Однако на практике усилить это свойство очень сложно.

Мы изучили динамику снижения сорбционной способности к Т-2 токсину сорбентов 3 и 4 при сокращении нормы их ввода (табл. 4). Как оказалось, абсорбция Т-2 токсина уменьшается не пропорционально. Более того, наблюдается стабилизация показателя абсорбции для сорбента 4 при снижении его дозы почти в 10 раз. Таким образом, возможно изменять количество вводимого нейтрализатора в зависимости от токсиновой нагрузки в кормах, ставя целью снижение уровня микотоксинов до безопасного. Однако, как упоминалось выше, необходимо принимать во внимание большую разницу в объемах корма и сорбента. Роль сорбентов в этой ситуации не так высока, как это принято представлять.

Таблица 4. Данные по эффективности сорбции Т-2 токсина концентрацией 0,1 мг/кг сорбентами 3 и 4 при последовательном снижении нормы ввода

Сорбент Концентрация сорбента, % Адсорбция, % Десорбция, % ПКПД, %
3 (смесь адсорбентов + дрожжи + соли пропионовой кислоты) 100 80 19,3 64
50 57 25 43
25 30 28 22
12,5 21 33 14
4 (сорбент органической природы (полисахариды)) 100 82 21 65
50 66 25 49,5
25 37 25 28
12,5 33 25 25

При разработке и конструировании нейтрализатора нового типа Неофунгистата мы обнаружили возможность усиления роли сорбента в деактивации микотоксинов. Но при этом мы не испытывали иллюзий в отношении полноты сорбции токсинов из кишечника.

Дело в том, что у находящихся в свободном виде токсинов всегда есть две основные мишени — печень и желудочно-кишечный тракт. От их воздействия также страдает микробиота кишечника. Необходимо помнить, что все известные токсины являются вторичными метаболитами грибов, актиномицетов, бактерий и образуются в условиях замедления роста этих микроорганизмов. При сборе и хранении урожая зерновых мы наблюдаем поверхностный рост биомассы гриба, а затем его споруляцию. В фазе, предшествующей споруляции, образуется целый ряд «вторичных» субстанций, в том числе пигменты, антибиотики, токсины. Концепция «вторичного синтеза» предполагает в виде одного из механизмов накопление этих соединений в клетке в качестве углеродного резерва, который может быть использован в условиях голодания, в том числе при прорастании спор. Ранее нами этот процесс был изучен в отношении биосинтеза гризеофульвина культурой Penicillium nigricans.

Известно также, что токсины в кишечнике могут быть трансформированы ферментными системами микроорганизмов. Для этого необходимо, как нам представляется, выполнить следующие условия. Микробиота рубца и толстого отдела кишечника коров должна расти с определенной скоростью, то есть проявлять высокую активность в отношении многих источников углерода, в том числе некрахмалистых полисахаридов. В результате многочисленных опытов нами было показано, что лучше всего это достигается при использовании пищевых волокон, например фруктоолигосахаридов, обеспечивающих также профилактику отрицательного баланса энергии, в частности, устранение ее дефицита для иммунной системы. В рубце и кишечнике необходимо создать условия для окисления трудноусвояемых источников углеводов, в том числе токсинов. Индукция таких ферментных систем осуществляется по принципу диауксии. Обязательным условием при этом является присутствие в кишечнике небольшого количества легкоусвояемых углеводов.

Создание необходимых условий в кишечнике для дезактивации микотоксинов достигается путем ввода фруктоолигосахаридов и легкоусвояемых углеводов в состав нового нейтрализатора токсинов Неофунгистата.

Известно, что клетки печени — гепатоциты — повреждаются в результате воздействий триглицеридов (жировой гепатоз), лекарственных препаратов и ряда субстанций, содержащихся в корме, в том числе токсинов. Последние ингибируют активность РНК-полимеразы, синтез белков, дестабилизируют мембрану клеток, что в целом приводит к гибели гепатоцитов. Гистология и анализ ферментов печени подтверждают факт глубоких нарушений ее функции у сельскохозяйственных животных и птицы. Имеется прямая корреляция между состоянием печени и производственными показателями. Например, снижение активности глюконеогенеза в печени коров немедленно приводит к потерям молока.

По-видимому, главная задача заключается не столько в нейтрализации токсинов путем их связывания с сорбентами, что может быть проблематичным по изложенным причинам, а сколько в их разрушении (блокировке) в толстом отделе кишечника и недопущении к гепатоцитам печени.

Сконструированный новый нейтрализатор токсинов предусматривает активное функционирование нескольких направлений:

  • нейтрализация части токсинов в кишечнике путем связывания их с неорганическими сорбентами двух типов. Норма ввода сорбентов определяется в зависимости от вида микотоксинов и их нагрузки на комбикорм, зерновые, шрот, силос;
  • дезактивация токсинов в толстом отделе кишечника и в рубце при условии стимуляции роста микробиоты «незаменимыми» факторами роста;
  • блокирование системы «захвата» токсинов печенью с помощью используемых в составе Неофунгистата антиоксидантов-флавоноидов. Регенерация гепатоцитов путем ввода в него компонентов нуклеиновых кислот — нуклеозидов и нуклеотидов;
  • торможение роста грибов-продуцентов микотоксинов и вторичного синтеза их токсичных метаболитов путем ввода различных субстанций, в том числе пребиотиков, обладающих фунгистатической активностью, при одновременном поддержании безопасной влажности корма;
  • нейтрализация микотоксинов при включении Неофунгистата в состав регуляторного комплекса Байпас для свиней и птицы.

Последнее направление нейтрализации оказалось крайне эффективным в рационах кур-несушек и бройлеров. Использование Неофунгистата в рационах коров при норме 200-300 г/гол. в день и при содержании токсинов на максимально допустимом уровне и выше в кормах, зерне, силосе, сене, в особенности в весенне-летний период, резко снижает выбраковку коров и нормализует ситуацию, что также подтверждает высокую эффективность продукта.

 

Список литературы, использованной при подготовке статьи, можно запросить в редакции или у авторов. 

 

Заказать бесплатную консультацию
* Поля, обязательные для заполнения