Обзор статьи: «Перспективы азота в питании молочного скота». Часть 1

▶ Введение

Коллеги, в марте этого года в Journal of Dairy Science вышел масштабный обзор научных статей о протеиновом питании молочного скота. Он посвящён эффективности использования азота жвачными, и наглядно демонстрирует на чём нам стоит сфокусироваться для оптимизации производства молока.

Чтобы познакомить вас с главными тезисами о протеиновом кормлении, команда Лаборатории ЯРВЕТ подготовила для вас серию обзоров на этот масштабный материал. В них мы рассмотрим как использовать полученную информацию в повседневной практике с опорой на возможности лабораторной диагностики. Если вам важно ознакомиться оригиналом статьи, то вы можете сделать это по ссылке: https://doi.org/10.3168/jds.2025-27276

▶ Актуальность обзора. Чему он посвящён:

Эффективность использования азота жвачными ограничена: в среднем лишь 25–29 % потребленного азота превращается в молочный белок, остальное уходит с мочой и навозом.

Для нас в России эта проблема эта не столько экологическая, сколько экономическая. Если мы не понимаем, как корова использует азот, мы неизбежно перекармливаем её протеином. И это означает не только лишние траты на корма, но и скрытые потери продуктивности из-за дисбалансов в рубце.

Современная стратегия кормления должна быть направлена на снижение общего уровня сырого протеина (СП) в рационе за счет более рационального использования азота для белкового обмена. Это единственный способ одновременно удерживать продуктивность и снижать затраты на корма. Но реализовать такую стратегию можно только при точном понимании того, что происходит с азотом на каждом этапе, поэтому важно получать полные и достоверные данные о ваших кормах и управлять ими.

▶ ОБЗОР «Перспективы азота в питании молочного скота». Часть 1.

Содержание:

• 1. Про эффективность использования азота

Авторы рассматривают мета-анализ базы данных Пенсильванского университета (PSDND): более 2 500 наблюдений на голштинах со средней продуктивностью ~41 кг/день. Что важно: из базы исключили данные по новотельным коровам, чтобы убрать влияние отрицательного энергетического баланса. Средний день лактации в выборке 136 ± 54 дней. То есть мы смотрим на установившуюся лактацию, где факторы роста и мобилизации резервов уже не маскируют эффекты кормления.

Авторы провели регрессионный анализ и получили прямые количественные связи между содержанием сырого протеина в рационе и ключевыми показателями. Данные сведены в Таблицу 1 оригинальной статьи, но мы разберем самое важное.

Что происходит, когда мы увеличиваем содержание СП в рационе на 1% (например, с 15% до 16%):

Оптимум потребления сухого вещества

Особый интерес представляет Рисунок 2, график А. Авторы сгруппировали данные по содержанию СП в рационе с шагом 0.5% — от 13.5% до 17.5%. И получили четкую картину:

• До 15.5% СП потребление сухого вещества (ПСВ) растет.
• Пик ПСВ приходится на интервал 15.5–16.0% CП.
• Выше 16.0% CП потребление корма начинает снижаться.

Это важнейший вывод, который расходится с некоторыми более ранними мета-анализами, предполагавшими линейный рост ПСВ с увеличением CП вплоть до 17.5% и выше. Авторы объясняют это тем, что здесь рационы с высоким CП (свыше 16.5%) имели и более высокую энергетическую плотность за счет концентратов, что может маскировать истинный эффект протеина.

Что это значит для практики:

Есть зона оптимума, за которой дополнительные вложения в протеин не окупаются. Любое удорожание рациона за счет ввода протеина должно быть оправдано реальной прибавкой продуктивности. Если мы не контролируем потери в ходе белкового обмена, эффект от дополнительного протеина будет съеден ростом затрат.

Также есть вывод для нас, как для лаборатории: ошибка в определении СП на входе ведет к пропорциональной ошибке во всех расчетах:
• Ошибка в 0.5% СП → ошибка в прогнозе потерь азота ~14 г/день
• Ошибка в 1% СП → ошибка в прогнозе MUN ~1.1 мг/дл

Вывод о том, что +28.8 г N с мочой, –1.78 п.п. MNE — работают только тогда, когда мы точно знаем, сколько протеина в корме на входе.

Именно поэтому в лаборатории ЯРВЕТ мы в основном используем метод Дюма (сжигание). Он дает минимальную погрешность и наиболее точную оценку азота по сравнению с классическим методом по Кьельдалю. Это фундамент для корректного расчета всех последующих фракций и балансов.

• 2. Протеин и энергия: работают только вместе

Авторы статьи подчеркивают важную вещь: продуктивный ответ на добавление протеина часто обусловлен не самим протеином, а сопутствующим увеличением потребления энергии. Механизм называют «pull effect» — эффект притяжения.

Как это работает? Поступление аминокислот в ткани стимулирует синтез белка в молочной железе. Увеличиваются потребности животного в энергии для процесса синтеза, следовательно она начинает больше есть. В результате растет и потребление корма, и надой. Эффект был убедительно показан в экспериментах — ПСВ увеличивалось, даже если рубец напрямую не стимулировали.

Авторы приводят данные анализа, выполненного в Институте природных ресурсов Финляндии (LUKE). В выборке 458 средних значений из экспериментов с добавками протеина при одинаковой доле концентратов, где основным кормом был травяной силос. Ключевые цифры по переваримости (Таблица 3 в статье). Мы выделим главное – эффект увеличения СП на 1 г/кг СВ:

• +0,33 г/кг – переваримость ОВ (261 наблюдений)
• +0,81 г/кг – переваримость НДК (196 наблюдений)
• +1,39 г/кг – переваримость истинного протеина (249 наблюдений)

Улучшение переваримости органического вещества идет целиком за счет улучшения переваримости НДК, поскольку переваримость нейтрально-детергентного растворимого остатка практически не менялась (–0.02 г/кг).

Авторы также сделали вывод, что эффект добавки протеина на переваримость наиболее выражен на низких уровнях СП (<13 %СВ) и постепенно затухает при приближении к оптимуму.

Механизмы: почему протеин улучшает переваримость клетчатки

Авторы обсуждают четыре возможных механизма:

1. Устранение дефицита РП (RDP). Когда в рубце не хватает доступного азота, целлюлозолитические бактерии просто не могут размножаться. Добавка протеина снимает это ограничение. В выборке LUKE отклик по переваримости ОВ в исследованиях с низким СП (<130 г/кг) был выше (0.51 против 0.33 г/кг на 1 г СП/кг ПСВ), что подтверждает эту гипотезу.
2. Более высокая собственная переваримость протеиновых добавок. Например, рапсовый шрот может иметь более высокую потенциальную переваримость клетчатки, чем зерновые, которые он замещает. Однако анализ показал, что концентрация нНДК была положительно связана с СП (из-за высокого содержания рапса), что не подтверждает этот механизм как главный.
3. Буферный эффект. Замещение крахмала протеином может повышать pH рубца, улучшая условия для целлюлозолитиков. Но эффекты протеина на pH обычно малы (Rinne et al., 2015; Krizsan et al., 2017), так что вклад этого механизма, скорее всего, невелик.
4. Прямая стимуляция бактерий пептидами и аминокислотами. Это самый интересный механизм. Еще классические работы (Maeng et al., 1976; Cotta and Russell, 1982) показали, что α-амино-азот (пептиды, АК) стимулирует рост бактерий эффективнее, чем чистый аммиак. Исследования Broderick и Reynal (2009) подтвердили это in vivo: замена соевого шрота на мочевину при сохранении уровня RDP/RUP привела к линейному снижению микробного синтеза на 98 г/день (–25%).

Что это значит для практики

При оценке эффективности рациона нужно учесть, что увеличение продуктивности после увеличения количества сырого протеина могло быть связано со стимуляцией переваримости клетчатки, а не реакцией на сам протеин.

Но чтобы этот эффект был достигнут, помните, что бактерии стимулирует аминокислотный азот, а не чистый аммиак. Поэтому добавление мочевины, наоборот, будет снижать работу микробиоты. Важно следить за источниками поступления небелкового азота и ограничивать их использование в рационе.

• 3. Эксперименты с низкопротеиновыми диетами: роль аминокислот

Серия экспериментов в Пенсильванском университете (Lee et al., 2011b, 2012b; Giallongo et al., 2015, 2016) позволяет увидеть, как взаимодействие протеина и энергии работает на практике (Рисунки 3 и 4).

• Во всех четырех экспериментах снижали СП примерно на 2 процентных пункта (с ~16.7% до ~14.8%). Но результаты были разными.
• В трех из четырех экспериментов снижение СП привело к статистически значимому падению ПСВ и надоя. В одном эксперименте (Giallongo et al., 2015) ПСВ и надой не изменились.
• Почему? Авторы проанализировали плазму крови на аминокислоты. Оказалось, что в экспериментах, где упала продуктивность, резко упал уровень гистидина (His) в плазме. В эксперименте Giallongo et al., 2015, где продуктивность сохранилась, уровень His не изменился.
• Но ценой чего? В этом эксперименте коровы на низком протеине теряли вес (прирост 16 г/день против 289 г/день на контроле, P=0.03). Они поддерживали удой за счет мобилизации резервов тела. Но как вы понимаете это не может продолжаться бесконечно.
• Вывод: снижение протеина без потери продуктивности возможно только при условии, что мы точно знаем аминокислотный профиль рациона и можем покрыть потребность в лимитирующих аминокислотах (особенно гистидине) за счет транзитных источников. Если этого не сделать, корова либо упадет в удое, либо начнет «есть себя».

Энергетическая обеспеченность меняет всё

Авторы провели отдельный анализ по базе LUKE, разделив диеты на высокоэнергетические (HE: ОЭ ≥ 11.5 МДж/кг СВ) и низкоэнергетические (LE: ОЭ < 11.5 МДж/кг СВ). Результаты сведены в Таблицу 4.

Самый показательный результат – отклик на увеличение обменного протеина. Прибавка белка молока на 1 кг ОП:

• 432 г/день – высокоэнергетические диеты (HE)
• 370 г/день – низкоэнергетические диеты (LE)
• 62 г/день (P = 0.01) – разница. То есть эффективность использования дополнительного протеина на энергонасыщенных рационах выше на 16%.

Авторы также оценили долю прироста СП и ОЭ, которая переходит в молоко:

• Только 10–12 % прироста потребления СП превращается в белок молока.
• Около 40 % прироста потребления ОЭ превращается в энергию молока.

Разница колоссальная. Это еще раз доказывает: без энергии протеин бесполезен. Если мы добавляем протеин, но не контролируем энергетическую составляющую, мы просто увеличиваем нагрузку на печень.

Что это значит для практики:

• Во-первых, протеин и энергия должны оцениваться комплексно. Если при адекватном уровне протеина мочевина в крови и молоке повышена, то причина может быть не в избытке протеина, а в дефиците легкодоступных углеводов для утилизации аммиака в рубце. Значит, нам нужно смотреть на переваримость клетчатки, скорость расщепления крахмала и скорость переваривания белка, чтобы сбалансировать их относительно друг друга.

• Во-вторых, нам нужно знать, какая часть протеина реально дойдет до кишечника. Это требует определения транзитного протеина (RUP) и его кишечной переваримости. Методы in situ и in vitro, которые мы используем в лаборатории, позволяют вам получить эти данные для каждого конкретного корма. Потому что табличные значения могут не соответствовать реальности, что мы и видим на практике.

• В-третьих, нам нужно знать качество протеина, а не только его количество, а значит нам важен анализ кормов на содержание небелкового азота и аминокислотный состав. Без этого невозможно снижение протеина без снижения продуктивности.

• Ключевые выводы по первой части

1. Эффективность использования азота имеет четкие количественные закономерности. Каждый лишний процент СП сверх оптимума (15.5–16.0%) увеличивает потери азота с мочой на 28.8 г/день и снижает MNE на 1.78 п.п. без гарантированного прироста продуктивности.
2. Протеин работает только в связке с энергией. На высокоэнергетических рационах отдача от дополнительного MP на 16% выше, чем на низкоэнергетических. Без энергии протеин идет в мочу, а не в молоко.
3. Протеин напрямую влияет на переваримость клетчатки. Добавка протеина увеличивает переваримость НДК на 0,81 г/кг на каждый 1 г/кг СВ прироста СП, причем механизм связан не только с устранением дефицита RDP, но и с прямой стимуляцией бактерий пептидами.
4. Снижение протеина требует аминокислотного контроля. Эксперименты Пенсильванского университета показали, что при снижении СП с 16.7% до 14.8% продуктивность падает только тогда, когда падает уровень гистидина в плазме. Если гистидин удается удержать (за счет высокого RUP), продуктивность может сохраниться, но часто ценой резервов тела.
5. Точность входных данных определяет все. Ошибка в 0.5% СП на входе дает ошибку в прогнозе потерь азота ~14 г/день. И без точного определения сырого протеина, его транзитности и кишечной переваримости, аминокислотного состава и небелкового азота, невозможно просчитать эти потери и откалибровать рацион под эффективную работу физиологии животного.