Metionin a lyzin byly nejčastěji identifikovány jako dvě nejvíce limitující aminokyseliny pro dojnice v období laktace. Je to do značné míry dáno jejich nízkými koncentracemi v krmivech bílkovinné povahy ve srovnání s jejich koncentracemi v mléce a bachorem vytvořené bakteriální bílkovině. Posoudit produkty obsahující syntetický metionin, navržené k dodávání metioninu přežvýkavcům, je cílem následujícího příspěvku.
Zájem o ochranu volného metioninu před odbouráním v bachoru sahá do 60. a na počátek 70. let minulého století, kdy se ve studiích zahrnujících podávání infuzí do slezu, střev a žilního systému zjistilo, že profil absorbovaného metioninu u přežvýkavců není vždy optimální. (Chalupa, 1975; Schwab, 1995).
Tyto studie ukázaly, že sirné aminokyseliny jsou jednoznačně prvním limitujícím faktorem pro růst vlny a hmotnostní přírůstky u ovcí a že metionin je první limitující aminokyselinou pro rostoucí skot a dojnice v období laktace.
Z tohoto důvodu začalo několik laboratoří vymýšlet postupy k ochraně metioninu před odbouráváním v bachoru (Chalupa, 1975). Když bylo objeveno, že lyzin je druhou limitující aminokyselinou pro rostoucí jehňata a první nebo druhou limitující aminokyselinou pro rostoucí skot a dojnice v období laktace, dostala se do popředí zájmu i ochrana lyzinu.
Zhodnocena byla řada metod fyzické ochrany metioninu a lyzinu před odbouráváním v bachoru.
Počáteční pokusy se zaměřily na ochranu metioninu pomocí lipidů, často v kombinaci s anorganickými materiály a sacharidy coby stabilizátory, změkčovadly a plnidly.
Například společnost Delmar Chemicals of Canada v 60. letech minulého století vyvinula produkt, v němž bylo jádro DL-metioninu, koloidního kaolinu a tristearinu obaleno tenkou vrstvou tristearinu. Tento produkt obsahoval 20 % metioninu.
Několik let nato představila norská společnost Rumen Kjemi a/s of Oslo o něco účinnější produkt (Ketionin®), který vykazoval vyšší uvolňování zapouzdřeného metioninu ze střeva. Tento produkt obsahoval 30 % DL-Met, 2 % glukózy, 4 % stabilizačních, antioxidačních a ochucujících činidel, 6 % CaCO3 a 58 % tristearinu a kyseliny olejové.
Bylo hodnoceno i několik dalších produktů obsahujících lipidy chráněný metionin (Loerch and Oke, 1989; Schwab, 1995). Nejdůležitějším úkolem při využívání lipidů jako prvotního zapouzdřovacího materiálu je určit kombinaci materiálů a postup zajišťující vysoký únik metioninu z bachoru a zároveň jeho uvolňování ve střevu.
Do dnešního dne je nejúčinnější metodou pokrytí povrchu metioninu syntetickými polymery, které jsou odolné vůči enzymům a citlivé na pH, takže jsou nerozpustné v pH neutrálnějším prostředí trávené stravy v bachoru, ale vysoce rozpustné v kyselém slezu.
Tato metoda zajišťuje zásobovací systém po opuštění bachoru, který je nezávislý na enzymatické funkci, a místo toho spoléhá v oblasti ochrany aminokyselin v bachoru a uvolňování ve střevu na rozdíly v pH mezi bachorem a slezem. Polymerem chráněný metionin má vyšší koeficienty ochrany v bachoru a uvolňování ve střevu než jiné produkty. Patentová práva na používání polymerů citlivých na pH k ochraně živin před odbouráním v bachoru v současné době vlastní společnost Adisseo, Inc., Antony France.
Další metodou, která byla zkoumána za účelem zvýšení zásobování přežvýkavců metioninem, je použití analogů a derivátů metioninu.
Aminokyselinové deriváty jsou volné aminokyseliny, v nichž byla k a-aminoskupině přidána blokující chemická skupina nebo v nichž došlo k modifikaci acylové skupiny. K derivátům metioninu prokazujícím odolnost vůči odbourávání v bachoru patří např. isopropyl-DL-Met, t-butyl-DL--Met, N-stearoyl-DL-Met, N-oleoyl-DL-Met a capryl-caproylic-DL--Met (Loerch and Oke, 1989).
Existují důkazy, že míra úniku aminokyseliny z bachoru je vyšší u alkylesterů s kratším než delším řetězcem. Ačkoli tyto deriváty i další jsou jistým příslibem, většina z nich nebyla prozkoumána natolik, aby bylo možné určit míru, v jaké dokáží zvýšit přísun absorbovatelného metioninu po opuštění bachoru.
Aminokyselinové analogy jsou vytvářeny substitucí a-aminoskupiny aminokyseliny nedusíkovou skupinou, jako je např. skupina hydroxylová. Nejprostudovanějším aminokyselinovým analogem je Met hydroxyanalog (MHA; DL-a-hydroxy-g-merkaptobutyrát) či lépe kyselina 2-hydroxy-4-(methylthio)máselná (HMB).
Studie ukazují, že volná HMB je odolnější vůči odbourávání v bachoru než volný metionin, že může být absorbována z bachoru a knihy cestou pasivní difuze a že přežvýkavci mají enzymy pro přeměnu HMB na metionin. Nicméně, vzhledem k pozorovanému minimálnímu účinku na koncentrace metioninu a mléčného proteinu v krvi při přidávání do krmiva dojnic krmených stravou postrádající metionin, se zdá, že její schopnost nahradit absorbovaný metionin u dojnic je minimální.
Nedávné výzkumy ukázaly, že některé estery HMB zvyšují únik HMB z bachoru, alespoň zčásti díky jejich zjevné schopnosti být absorbován stěnou bachoru. Ukázalo se, že isopropylester HMB je vynikající náhradou absorbovaného metioninu (Robert et al., 2001b, Schwab et al., 2001).
Příkladem polymerem chráněného produktu citlivého na lipidy a pH je Smartamine™ M (Adisseo, Inc., Antony France). Jde o produkt s pokrytým povrchem obsahujícím minimálně 75 % DL-Met.
Malé kuličky (2 mm) se skládají z jádra DL-Met a etylcelulózy pokrytého vrstvou kyseliny stearové, jež obsahují malé kapičky poly(2-vinylpyridin-co-styrenu). Tento kopolymer představuje 3 % hm. konečného produktu. Zdá se, že přítomnost kopolymeru mění stereochemii kyseliny stearové tak, že se zvyšuje odolnost povrchové vrstvy vůči odbourávání v bachoru. Přítomnost kopolymeru v důsledku jeho rozpustnosti při nízkém pH rovněž umožňuje rychlé uvolňování metioninu ve slezu.
Analogy metioninu
Koenig et al. (1999) uvedli, že 50 % HMB uniklo odbourání v bachoru a bylo tak k dispozici pro absorpci po opuštění bachoru u dojnic v období rané laktace.
Postup spočíval v krmení krav pulzní dávkou 90 g Alimetu (88% vodný roztok HMB, Novus International, Inc. St. Louis, MO) a 600 ml Cr-EDTA, kapalného markeru smíchaných s 2 kg mletého kukuřičného zrna.
Únik HMB z bachoru se počítal z konstant frakční rychlosti pro vymizení HMB z bachoru a průchodu tekutiny. Z následných studií využívajících kontinuálního kultivačního systému vyplynuly hodnoty úniku z bachoru ve výši 22 až 43 % HMB (Vázquez--Anón et al. (2001). Další výzkumy ukázaly, že HMB může být absorbována epitelem bachoru či slezu (McCollum et al., 2000), a že pokud dojde k absorpci, může se změnit v metionin (Belasco, 1972, 1980; Papas et al., 1974; Wester et al., 2000 a, b)
Tato zjištění vedla k používání HMB jako náhrady metioninu chráněného proti degradaci v bachoru (RPMet) u dojnic v období laktace.
Otázkou však stále zůstává, do jaké míry HMB ve výživě nahrazuje absorbovaný metionin při produkci mléčné bílkoviny u dojnic.
Mnoho studií ukázalo, že obsah bílkoviny v mléce je citlivý na dostatečnost metioninu v MP a že se procento mléčné bílkoviny zvyšuje, je-li zlepšen obsah metioninu v metabolizovatelné bílkovině (Guinard and Rulquin, 1995; Schwab et al 1976,1992; NRC, 2001; Pisulewski et al, 1996).
A přesto přidání HMB do stravy zřetelně postrádající metionin nevedlo ke zvýšení koncentrací mléčné bílkoviny (Ellis, 1986; Ellis et al., 1986; Johnson et al., 1999; Rode et al., 1998). Přidávání HMB do stravy mělo navíc jen malý nebo žádný vliv na koncentrace metioninu v krvi (Johnson et al., 1999; Papas et al., 1974; Polan et al., 1970; Robert et al., 1997).
Tato pozorování zpochybňují používání HMB jako náhrady MPMet, přidávaného do krmiva za účelem dosažení požadované koncentrace metioninu v MP a zvýšení jeho přísunu do mléčné žlázy.
V nedávné době bylo prokázáno, že isopropylester HMB (HMBi) je jako zdroj metioninu v MP pro dojnice v období laktace podstatně účinnější než HMB (Robert et al., 2001a,b). Vědci informovali, že HMBi je z 56 % tak účinný ve zvyšování koncentrací metioninu v krvi jako Smartamine M™.
Tyto dva zdroje metabolizovatelného metioninu byly podávány pulzní dávkou v ekvimolárních množstvích (49 g ekvivalentu metioninu) nedojícím kravám krmeným 8,5 kg/den sušiny. V předešlých pracích využívajících podobnou techniku krevní odezvy informovali stejní pracovníci, že HMB byla pouze ze 3 % tak účinná ve zvyšování koncentrací metioninu v krvi jako Smartamine M™ (Robert et al., 1997).
Podobné výsledky byly získány v nedávné studii prováděné na univerzitě v New Hampshire.
Schwab et al. (2001) odhadli, že HMBi je z 53 % tak účinný při zvyšování procenta mléčné bílkoviny jako Smartamine M™. Aby bylo možno odhadnout „biodostupnost metioninu“ u HMB a HMBi pro dojnice v období laktace, byly provedeny titrace podle odezvy na dávku s použitím skutečného obsahu bílkoviny v mléce jako kritéria odezvy.
Byly použity čtyři zdroje metioninu: 1) Smartamine M™, 2) HMB, 3) HMBi a 4) kombinace 1/3 HMB a 2/3 HMBi (HMB/HMBi).
Na základě rozdílů v gradientu bylo vypočteno, že HMB byla z 53 % tak účinná jako Smartamine M™ a kombinace HMB/HMBi ze 43 % tak účinná jako Smartamine M™.
Výsledky pokusu ukázaly, že HMB neposkytuje buď žádný metionin, nebo jen jeho malé množství pro syntézu mléčné bílkoviny. Smartamine M™ i HMBi však byly účinné v poskytování RPMet, jak dokazuje zvýšení koncentrace mléčné bílkoviny.
Komerčními produkty jsou Alimet® (Novus International, Inc. St. Louis, MO, USA) a Rhodimet™ AT88 (Adisseo, Inc., Antony France). Oba představují kapalné zdroje HMB. Chemicky jde o tytéž sloučeniny a obě se hojně užívají jako náhrada metioninu ve výživě drůbeže a prasat. Novus International má Alimet™ patentovaný i pro použití u dojnic a doporučuje jeho používání jako zdroje RPMet.
Zodpovědné používání produktů metioninu chráněného proti degradaci v bachoru jakož i analogů metioninu coby náhrady metioninu vyžaduje odhad jejich schopnosti poskytnout (nebo ušetřit) absorbovaný metionin. Tyto odhady „biodostupnosti metioninu“ musí být co nejpřesnější a nejspolehlivější v podmínkách, v nichž jsou tyto produkty přidávány do krmiva.
Metody přístupu
Všeobecně schválené, normalizované postupy pro získání odhadu biodostupnosti metioninu bohužel neexistují. Tyto postupy jsou potřeba k dosažení jednotnosti v odhadech biodostupnosti metioninu a k přesnějšímu srovnání účinnosti různých produktů. Současné metody lze rozdělit na faktoriálové přístupy, přístupy na základě krevní odezvy a přístupy na základě odezvy v produkci.
Faktoriálový přístup představuje nezávislá měření úniku z bachoru, vymizení ze střeva (stravitelnost) a v případě volných či chráněných forem HMB metabolické konverze na metionin. K tomu jsou potřeba zvířata s kanylami zavedenými do bachoru, dvanácterníku a nejlépe i do ilea. Odhady úniku metioninu z bachoru a vymizení ze střeva u RPMet produktů byly získány s použitím jednak postupu in situ s nylonovým vakem, jednak in vivo postupu, v němž se zvířatům zavádí kanyly. Použití postupu in situ vyžaduje měření rychlosti průchodu produktů RPMet z bachoru. Tento postup není vhodný pro rozpustné produkty, jako jsou HMB a HMBi.
Přístupy na základě krevní odezvy jsou atraktivní alternativou faktoriálových postupů, neboť jsou snáze proveditelné a umožňují hodnocení kapalných či práškovitých produktů.
Studie na dojnicích prokázaly existenci lineárního vztahu mezi zvyšujícím se množstvím dodaného absorbovatelného metioninu a koncentracemi metioninu v plazmě.
Byly použity dvě varianty tohoto přístupu. První je přístup založený na odezvě na dávku, který představuje určení rozdílů v gradientu měřených koncentrací metionin v krvi mezi stupňovanými výživovými dávkami produktu a stupňovanými intestinálními dávkami infuze metioninu.
Druhou variantou je přístup na základě „plochy pod křivkou“ (AUC). Tento přístup představuje podávání pulzních dávek ekvimolárních množství různých zdrojů metioninu do bachoru a srovnávání AUC vzniklých odezvových křivek metioninu v plazmě. K získání odhadů biodostupnosti metioninu v metioninových produktech byl použit Smartamine™ M jako pozitivní kontrola s předpokladem, že jeho biodostupnost metioninu je 80 %.
Přístup na základě odezvy v produkci se v poslední době používá k získání odhadů biodostupnosti metioninu pro volné sloučeniny HMB a HMBi (Schwab et al., 2001).
Tento přístup, jak už bylo dříve popsáno, představuje stanovení rozdílů v gradientu měřených koncentrací mléčné bílkoviny mezi stupňovanými výživovými dávkami HMB produktů a přípravku Smartamine™ M, kdy krávy dostávají krmivo postrádající metionin. Četné studie na dojnicích ukazují, že obsah mléčné bílkoviny v mléce je citlivější na malé změny v koncentracích met v metabolizovatelné bílkovině než výnos mléka.
Srovnání produktů
Zdá se, že ze všech produktů popsaných v tomto článku má Smartamine™ M největší účinnost coby zdroj absorbovatelného metioninu.
Studie s nylonovým vakem ukazují na vysokou stabilitu v bachoru přesahující 90 % za 24 hodin a uvolnění ze střeva blížící se 90 % (stanoveno buď na základě množství uvolněného po jedné hodině v HCl-pepsinovém roztoku pH 2,0, nebo pomocí techniky mobilního vaku po vystavení HCl-pepsinovému roztoku). In vivo pokus se zaváděnými kanylami zahrnující dojnice v období rané laktace ukázal průměrné hodnoty úniku z bachoru ve výši 90 % u čtyř různých diet a průměrnou hodnotu vymizení ze střeva ve výši 98 %, z čehož vyplývá průměrná biodostupnost metioninu ve výši 88 % (Robert and Williams, 1997).
Několik studií používajících různé výše zmíněné přístupy plus studie in vitro ukázaly, že přípravek Mepron® M85 coby zdroj absorbovatelného metioninu se v účinnosti nachází mezi přípravkem Smartamine™ M a produkty chráněnými lipidy.
Bylo dokázáno, že Mepron® M85 je v bachoru odbouráván rychleji než Smartamine™ M, což vede ke značně menším nárůstům koncentrací sirných aminokyselin v plazmě než u přípravku Smartamine™ M.
Souhrn pokusů in situ s nylonovým vakem ukazuje, že hodnoty ochrany v bachoru jsou přibližně 90 % po dvou hodinách, 85 % po šesti, 70 % po 12, 60 % po 24 a 15 % po 96 hodinách. K výpočtu úniku z bachoru jsou zapotřebí odhady rychlosti průchodu z bachoru, což ještě nebylo popsáno. Mepron® M85 je také méně stravitelný v tenkém střevě než Smartamine™ M.
Použití techniky mobilního vaku ukázalo, že 25 až 70 % přípravku Mepron® M85, který vstoupí do tenkého střeva, je vyměšováno ve výkalech, kdy při vyšších dávkách krmiva je vyměšováno větší množství přípravku. Zdá se sporné, je-li technika mobilního vaku vhodná k měření uvolňování metioninu ve střevech z RPMet produktu typu Mepron® M85, který spoléhá při odbourávání na abrazi a fyzikální síly.
Jak již bylo dříve zmíněno, zdá se, že z analogů metioninu pouze HMBi dodává významné množství metioninu dojnicím v období laktace.
Souhrn a závěr
Dokud nebude k dispozici produkt HMBi (v dnešní době je již na trhu k dispozici pod komerčním názvem Metasmart – pozn. překladatele), patří k možným zdrojům metioninu ke zvýšení přísunu metabolizovatelného metioninu dojnicím pouze popsané RPMet produkty.
Použití těchto produktů spolu se selektivním používáním bílkovinných doplňků poskytuje výživovým specialistům pro dojený skot možnost vytvářet přiměřenější rovnováhu mezi lyzinem a metioninem v krmivu.
Klíčové informace
- Podle americké National Research Council mají být koncentrace lyzinu a metioninu v metabolizovatelné bílkovině k jejímu maximálnímu využití pro produkci mléčné bílkoviny 7,2 a 2,4 %.
- Těchto koncentrací však nelze téměř za žádných okolností dosáhnout, a proto autoři příspěvku používají tzv. praktická doporučení pro lyzin a metionin v metabolizovatelné bílkovině ve výši 6,6 a 2,2 %.
- Obecně vzato lze těchto koncentrací dosáhnout v krmivu na bázi kukuřice použitím kombinace bílkovinných doplňků s vysokým obsahem lyzinu (např. krev, ryby a sójové pokrmy) a produktu obsahujícího metionin chráněný proti degradaci v bachoru, dále pak omezením příjmu bílkoviny nedegradovatelné v bachoru na požadované hodnoty.
Prof. Charles G. Schwab,
Dr. Ryan S. Ordway,Univerzita New Hampshire, Durham (USA),
katedra výživy zvířat
Překlad příspěvku ze semináře společnosti Kemin Central Europe
