Связь мастита и минерального питания молочных коров

Мастит – одно из самых затратных заболеваний молочных коров, вызывающее высокие экономические потери и наносящее серьезный ущерб молочной промышленности (Romero et al., 2018). Потери вызываются не только экономическим проблемам, связанными с понижением качества и количества молока, использованием антибиотиков и потребностью в дополнительных затратах труда; болезнь существенно воздействует на благополучие животных, продолжительность их продуктивного использования, а также влияет на здоровье населения. 

Воспаление вымени в основном провоцируют бактерии, в первую очередь стафилококки и стрептококки, хотя с маститом могут быть связаны и вирусы, грибки, микроскопические водоросли (Ruegg et al., 2017). Кроме того, на развитие болезни действуют такие неинфекционные факторы, как наследственность, условия содержания и рацион: они также могут влиять на возникновение мастита и его тяжесть (Abebe et al., 2016). 

Доказано, что любой дефицит питательных веществ приводит к ослаблению иммунного ответа и, следовательно, может выступать предрасполагающим фактором для колонизации вымени патогенами. Минеральные вещества в основном участвуют в формировании структурных компонентов тканей и органов, правильном функционировании ферментов, гормонов, витаминов. В зависимости от концентрации в организме минеральные вещества делят на две группы.

Макроэлементы присутствуют в плазме в относительно высоких концентрациях и поступающие с кормами в граммах. Группа включает кальций, фосфор, натрий, хлор, калий, серу и магний. 

Микроэлементы содержатся в плазме в относительно невысоких концентрациях и поступают с кормами в миллионных долях (ppm – пропромилле, частей на миллион). В этой группе состоят железо, медь, марганец, цинк, кобальт, хром, йод, молибден, селен.

В ветеринарии КРС дефицит минералов зачастую связан с характерными нарушениями обмена веществ — гипокальциемией (молочной лихорадкой), гипофосфатемией, гипомагниемией (тетанией). Однако в некоторых случаях дефицит проявляется не клиническими, а скорее субклиническими изменениями, в первую очередь иммуносупрессией, которая является предрасполагающим фактором развития инфекционных заболеваний, в т.ч. и  мастита. 

Ключевым фактором, определяющим концентрацию того или иного минерала в организме, является его поступление с рационом. Потребности молочных коров в определенных минеральных веществах в зависимости от физиологического состояния животных представлены в Таблице 1 (см. ниже). 

В молочном скотоводстве использование минеральных добавок — популярная практика для улучшения показателей воспроизводства (Chester-Jones et al., 2013; Molefe and Mwanza, 2020). Но изучено и их влияние на состояние здоровья коров, в т.ч. в профилактике мастита. Характеристика некоторых минеральных веществ, влияние их дефицита на дисфункцию иммунной системы и, как следствие, возникновение мастита, описаны ниже.

Необходим для различных функций организма. Образует структурные элементы тела (костная, зубная ткани), необходим для сокращения мышц — как скелетных, так и гладких, в т.ч. сфинктеров сосков, эффективное сокращение которых после доения имеет решающее значение для предотвращения проникновения микробов в вымя (DeGaris et al., 2018). 

Kimura et al. (2006) наблюдали, что у коров джерсейской породы перед отелом снижается концентрация кальция в мононуклеарах (крупные одноядерные клетки лимфоидного ряда, похожие на нормальные клетки крови моноциты — п.п.) периферической крови, что напрямую влияет на нормальное функционирование лейкоцитов (Zhang et al., 2019). Ducusin et al. (2003) и Martinez et al. (2012) выявили снижение фагоцитарной активности нейтрофилов, полученных от коров голштинской породы с гипокальциемией, по сравнению с коровами с нормальным уровнем кальция. Эти авторы указали на субклиническую гипокальциемию как на предрасполагающий к инфекциям фактор. В исследовании, проведенном на коровах голштинской породы Hisaeda et al. (2020), концентрация кальция в крови была значительно ниже у животных с острым колиформным маститом по сравнению со здоровыми. Авторы предположили, что это происходит из-за продукции воспалительных цитокинов у коров с маститом, что снижает секрецию паратгормона, влияет на превращение формы витамина D 25-ОН-D в 1,25-D и, следовательно, снижает концентрацию кальция. 

85% фосфора сконцентрировано в костной системе, он является важным компонентом нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), содержится в высокоэнергетических соединениях (АТФ), задействован в буферизации pH (буферной системе) жидкостей организма. Дефицит фосфора, особенно в период отела и в начале лактации, связан уменьшением продуктивности, снижением потребления кормов, повышенным риском заболеваемости новотельных коров. Eisenberg et al. (2019) заявили, что гипофосфатемия негативно влияет и на фагоцитарную активность, и на количество гранулоцитов у исследованных молочных коров голштинской породы в транзитный период. Механизм, связанный с нарушением активности иммунных клеток у коров с дефицитом фосфора, пока полностью не исследован. Выявлено, что у других видов животных, например, крыс, содержание АТФ в лейкоцитах при гипофосфатемии понижается, что может объяснить ухудшение фагоцитарной активности (Kiersztejn et al., 1991).

Важно подчеркнуть, что существуют опасения по поводу загрязнения окружающей среды фосфором с навозом, в связи с чем многие специалисты предлагают более ограниченно и рационально использованию его в кормлении КРС.

Играет важную роль в клеточном метаболизме и выступает в качестве кофактора для более чем 300 ферментов, включая щелочную фосфатазу и ферменты цикла Кребса. Основным местом всасывания Mg2+ является рубец, на этот процесс может влиять тип рациона и уровень других минералов (Mattioli et al., 2006). 

Магний является неотъемлемой частью врожденного иммунитета. Weglicki et al. (1992) наблюдали повышение уровня воспалительных цитокинов (IL-6, TNF-α) у крыс, лишенных магния в течение трех недель. Van Orden et al. (2006) зафиксировали увеличение общего уровня лейкоцитов у крыс, получавших рацион с чрезвычайно низким содержанием магния, по сравнению с контролем (30 ppm). Принимая во внимание эти результаты, можно предполагать, что магний является важным фактором и для иммунитета молочных коров. Пока неясно, действует ли сам дефицит магния как воспалительный фактор или, скорее, приводит к иммуносупрессии, которая, в свою очередь, способствует воспалению. Необходимы дополнительные исследования непосредственно на КРС, чтобы полностью понять его роль. 

Хорошо описано, что добавки с селеном положительно влияют на рост, репродуктивную функцию и состояние здоровья КРС (Ullah et al., 2020). Дефицит селена может вызвать задержку роста телят, иммуносупрессию, нарушения воспроизводства. Что касается иммунной системы, селен содержится в активном центре фермента глутатионпероксидазы (GSH-Px) и поэтому обладает антиоксидантным действием. По этой причине ввод селена может привести к положительным клиническим реакциям при различных состояниях, связанных с повышенным окислительным повреждением клеток, в т.ч. и при мастите. Кроме того, исследования in vitro (Machado et al., 2014), на нейтрофилах КРС продемонстрировали, что добавки с селеном улучшают хемотаксическую активность, фагоцитоз, активность супероксиддисмутазы (SOD) и внутриклеточную антибактериальную активность в отношении S. aureus (Hoggan et al., 1990). Более поздние опыты (Jing et al., 2020) показали, что селен играет главную роль в регуляции иммунитета и воспаления, влияя на дифференциальную экспрессию экзосомальных генов РНК, что важно в профилактике мастита. Sripad et al. (2016) и Hoque et al. (2016) сообщили о наибольшей эффективности лечения мастита при сочетании применения антибиотика с вводом в рацион добавки селена. Также они наблюдали более низкую заболеваемость клиническим маститом, когда голштинские коровы получали добавки с этим минералом, или, в случае заболевания, более короткую продолжительность проявления клинических признаков. В свою очередь, уровень соматических клеток в молоке отрицательно коррелирует с содержанием селена в сыворотке крови (Wang et al., 2021). Особое внимание следует уделить форме скармливаемого селена, поскольку его органические источники (селеновые дрожжи и Se-Met) считаются более эффективными и биодоступными по сравнению с неорганическими. В настоящее время все больше внимания привлекает наноселен (продукт микробного синтеза — п.п.) из-за многочисленных преимуществ для здоровья животных по сравнению с неорганическими и органическими источниками (Pieszka et al., 2019). 

Необходима для обеспечения структурных и каталитических свойств купроферментов — цитохром-С-оксидазы, супероксиддисмутазы и т.д. Кроме того, считается, что медь проявляет антибактериальные свойства против бактерий, выделенных от коров, больных маститом. Согласно Reyes-Jara et al. (2016), медь угнетает рост таких распространенных маститных микроорганизмов, как Escherichia coli и коагулазонегативных стафилококков. Исследования in vivo показали, что ввод добавки с медью в рацион молочных коров голштинской породы в течение 100 дней (20 ppm в опытной группе, 6,5 ppm в контроле) привело к уменьшению клинического ответа, когда животных экспериментально заражали E. coli интрамаммарно (Scaletti et al., 2003). Дефицит меди приводит к нарушению фагоцитоза и снижению активности ферментов (Babu, Failla, 1993). 

Этот микроэлемент играет важную роль в поддержании микрофлоры рубца и синтезе белка. Он также является кофактором ряда ферментов-оксидоредуктаз и участвует в образовании кератина. В некоторых исследованиях сообщалось, что ввод в рацион добавок с цинком снижает уровень соматических клеток (Chandra et al., 2015) и содержание амилоида А в молоке (Cope et al., 2009). Интактный эпителий молочной железы, непроницаемый для микроорганизмов, является врожденным компонентом иммунной системы вымени. Weng et al. (2018) сообщили об улучшении целостности эпителия молочной железы, когда коровам голштинской породы скармливали добавки с цинком. Цинк требуется для развития и правильного функционирования клеток, обеспечивающих врожденный иммунитет, в первую очередь нейтрофилов.

При управлении кормлением в молочном хозяйстве особое внимание следует уделять минеральным веществам, поскольку они участвуют в различных биологических процессах. Таким образом, они влияют на ключевые аспекты молочной продуктивности. Минералы необходимы для функционирования иммунных клеток, поэтому любой их дефицит минералов может привести к угнетению иммунитета. Мастит является распространенной проблемой даже в хозяйствах с высоким уровнем ветеринарно-зоотехнической работы, минеральные добавки могут помочь повысить иммунную защиту молочной железы и снизить риск воспаления вымени.