Józef Krzyżewski
Instytut Genetyki i Hodowli Zwierząt Polskiej Akademii Nauk w Jastrzębcu
Optymalne pokrycie potrzeb pokarmowych wysokowydajnych krów jest możliwe do osiągnięcia tylko wówczas, jeśli będzie się w ich żywieniu uwzględniać skomplikowane procesy zachodzące w przewodzie pokarmowym. Przeżuwacze, do których należy krowa, dzięki specyficznej budowie przewodu pokarmowego, są zdolne wykorzystywać pasze, z wysoką zawartością węglowodanów strukturalnych, w tym m.in. celulozy. Są to pasze objętościowe (zielonki, kiszonki, siano), które przetwarzane są przez przeżuwacze na wysokowartościowe produkty, jakimi są mleko i mięso.
Co mieści żwacz?
Przewód pokarmowy przeżuwaczy charakteryzuje się bardzo dużą pojemnością; u dorosłej krowy całkowita objętość wynosi około 360 litrów, w tym objętość czterokomorowego żołądka (żwacza, czepca, ksiąg i trawieńca) wynosi ok. 250 litrów (ok. 70%). Największą i najważniejszą częścią żołądka jest żwacz o pojemności około 160 litrów (zajmuje blisko połowę, bo około 45% pojemności całego przewodu pokarmowego). W żwaczu zachodzą różnorodne procesy fermentacyjne, które decydują nie tylko o zdrowiu zwierzęcia oraz zaopatrzeniu w różne prekursory amino-, gluko- i lipogenne, które w przypadku krowy mlecznej decydują o ilości i jakości uzyskiwanego mleka. Fermentację pobranej paszy prowadzą żyjące w żwaczu bakterie, pierwotniaki i grzyby.
■ Bakterie
U dorosłej krowy w 1 ml treści żwacza znajduje się około 60 miliardów bakterii. Masa tych drobnoustrojów w całym żwaczu waha się w granicach 2-6 kg i zależy prawie wyłącznie od składu dawki pokarmowej. Bakterie żwaczowe należą do różnych gatunków i pełnią różnorodne funkcje. Najważniejszą grupę pod względem ilościowym i jakościowym stanowią bakterie celulolityczne, hemicelulolityczne i pektynolityczne. Enzymy wytwarzane przez te bakterie posiadają zdolność rozkładania tzw. kompleksu ligninowo-celulozowego, znajdującego się w ścianach komórek pasz objętościowych i tym samym przyczyniają się do uwolnienia składników pokarmowych znajdujących się w ich wnętrzu. Należy przy tym wyraźnie podkreślić, że takich zdolności nie posiadają inne enzymy produkowane przez organizmy zwierząt, posiadających żołądek jednokomorowy (trzoda chlewna, drób). Inna grupa drobnoustrojów to bakterie proteolityczne i dezaminacyjne, które prowadzą rozkład białek do amoniaku i kwasów tłuszczowych. Z żywieniowego punktu widzenia rozkład białka paszy w niektórych przypadkach jest niepożądany, jednakże dzięki obecności innych drobnoustrojów, występujących w znacznej przewadze, powstający amoniak z rozkładu białka jest ponownie wykorzystywany do syntezy białka bakteryjnego, gdyż wszystkie szczepy bakterii żwaczowych potrzebują do swojego wzrostu prostych związków azotowych niebiałkowych i łatwostrawnej energii. Pozostałe szczepy bakterii żyjących w żwaczu w zależności od ich rodzaju i aktywności zaliczane są do grupy drobnoustrojów amylolitycznych (rozkładających skrobię, zawartą głównie w paszach treściwych), lipolitycznych (rozkładających tłuszcz paszy), metanogennych (redukujących dwutlenek węgla do metanu), ureolitycznych (rozkładających mocznik) itp. Wszystkie bakterie systematycznie namnażają się i obumierają; te obumarłe razem ze składnikami paszy, które nie uległy rozkładowi w żwaczu są trawione w dalszych odcinkach przewodu pokarmowego.
■ Pierwotniaki
Obok bakterii w treści żwacza występują także pierwotniaki w ilości 0,5-3 milionów w 1 ml treści żwacza. Łączna ich masa w treści przedżołądków dorównuje masie bakterii. Ogłoszenie przez naukowców brytyjskich wyników badań w latach czterdziestych ubiegłego wieku odebrano jako wielką sensację, wykazano bowiem, że przeżuwacze uważane do tamtego czasu za zwierzęta typowo roślinożerne, w znacznym stopniu odżywiają się także białkiem zwierzęcym (pierwotniaki należą do świata zwierzęcego). Zarówno rodzaj pierwotniaków jak ich ilość zależą od składu dawki pokarmowej i jakości pasz wchodzących w jej skład. Utarło się powiedzenie, że ilość pierwotniaków jest żywym barometrem, określającym jakość dawki pokarmowej. Skarmianie zatem dobrej jakości pasz, zwłaszcza objętościowych, sprzyja rozwojowi pierwotniaków. Żywienie zaś dawkami z większym udziałem pasz treściwych prowadzi do zmniejszenia ich populacji wskutek obniżenia pH. Już przy pH = 6,0 liczba pierwotniaków gwałtownie zmniejsza się, zaś przy pH = 5,0 giną one całkowicie, co oznacza, że żwacz przestaje normalnie funkcjonować, a w skrajnych przypadkach procesy w nim zachodzące ustają całkowicie. Funkcja pierwotniaków w żwaczu polega głównie na gromadzeniu w swoim ciele węglowodanów, które w ten sposób są chronione przed rozkładem bakteryjnym.
Źródłem białka dla pierwotniaków są bakterie. Wartość biologiczna białka pierwotniaków jest większa niż białka bakterii. Zatem pierwotniaki przyczyniają się do poprawy wartości odżywczej białka. Przyjmuje się, że aktywność pierwotniaków w przedżołądkach przeżuwaczy stanowi 20-25% aktywności wszystkich żyjących tam mikroorganizmów.
■ Grzyby
W żwaczu żyją także grzyby. Pełnią one korzystną funkcję, polegającą na rozpoczęciu rozkładu kompleksu ligninowo-celulozowego, znajdującego się w komórkach roślin należących do grupy pasz objętościowych.
Pełna informacja o ilości białka
Ten znaczący udział drobnoustrojów żwaczowych w przemianach i syntezie białka bakteryjnego oraz białka pierwotniaków zdecydował o uwzględnieniu tej puli białka mikrobiologicznego, w nowoczesnych, aktualnie obowiązujących u nas normach żywienia przeżuwaczy (INRA, DLG). Aby krowę racjonalnie żywić dzisiaj już nie wystarcza informacja o ilości dostarczonego krowie mlecznej tzw. białka ogólnego w dawce pokarmowej. Do pełnego pokrycia zapotrzebowania krowy na białko niezbędna jest informacja o ilości białka pochodzącego z paszy, które nie uległo rozkładowi w żwaczu oraz o ilości białka drobnoustrojów (obumarłych w żwaczu bakterii i pierwotniaków), dochodzącego do jelita cienkiego i tam trawionego.
Wartość biologiczna białka bakterii (skład aminokwasowy), a tym samym jego przydatność dla pokrycia potrzeb pokarmowych przeżuwacza, jest większa niż niektórych białek paszy. Ubocznym produktem działalności bakterii są kwasy tłuszczowe, głównie tzw. lotne (LKT), tj. octowy, propionowy i masłowy, które po wchłonięciu przez ścianki żwacza do krwi są podstawowym źródłem energii dla przeżuwacza. W zależności od składu dawki pokarmowej zmieniają się proporcje ilościowe między poszczególnymi grupami i w efekcie także wzajemne relacje między wymienionymi kwasami. Nie jest to obojętne dla hodowcy, gdyż przy różnych kierunkach produkcji wymagane są określone proporcje między poszczególnymi LKT. Przy skarmianiu pasz objętościowych zwiększa się produkcja kwasu octowego, który m.in. jest zużywany do syntezy tłuszczu mleka. Wynika stąd, że w dawce pokarmowej powinna znajdować się odpowiednia ilość pasz włóknistych, zawierających celulozę. Przy skarmianiu pasz treściwych zwiększa się udział kwasu propionowego, który jest substratem energetycznym. Kwas ten jest prekursorem glukozy i następnie laktozy (cukru mlekowego); od ilości wytwarzanej laktozy zależy ilość produkowanego mleka. Przeciętnie w żwaczu krowy powstaje 3-5 kg kwasów tłuszczowych w ciągu doby, co stanowi równoważnik 50-80 litrów octu 6%. Energia zawarta w tych kwasach pokrywa co najmniej 40% zapotrzebowania krowy na energię; pozostała ilość potrzebnej energii pochodzi ze składników paszy, które nie zostały rozłożone w żwaczu. W zależności od rodzaju dawki pokarmowej i warunków panujących w żwaczu, 50-90% białka dochodzącego do dwunastnicy to białko bakteryjne, zaś pozostała ilość to nierozłożone w żwaczu białko paszy.
Szczególnie krowy wysokowydajne
W przypadku krów wysokowydajnych należy dążyć do tego, aby co najmniej 30% białka zawartego w paszy nie uległo rozkładowi w żwaczu. Aby to uzyskać opracowano technologię produkcji tzw. białka chronionego, którego drobnoustroje nie mogą rozłożyć w żwaczu. Należy liczyć się z tym, że ponad połowa pobranej suchej masy paszy ulega bakteryjnemu rozkładowi w żwaczu, w tym nawet do 90% białka, 10-40% tłuszczu, 30-60% celulozy zawartej głównie w paszach objętościowych oraz 95% węglowodanów łatwostrawnych, tj. skrobi, dwucukrów i cukrów prostych zawartych głównie w paszach treściwych. Procesom fermentacyjnym w żwaczu towarzyszy powstawanie znacznych ilości gzów, głównie dwutlenku węgla i metanu; każdego z tych gazów powstaje po ok. 400 litrów/dobę. Produkcja metanu związana jest ze stratą ok. 10% energii brutto paszy. Szczególnie dużo metanu tworzy się przy skarmianiu pasz zawierających znaczne ilości łatwostrawnych węglowodanów, np. melasy lub buraków półcukrowych.
Właściwie dobrane komponenty paszy
Prawidłowy przebieg procesów fermentacyjnych w żwaczu ma miejsce tylko wówczas, gdy dawka pokarmowa składa się z właściwie dobranych komponentów. Decyduje o tym przede wszystkim stosunek ilości suchej masy pasz objętościowych do ilości suchej masy pasz treściwych. Stosunek ten, nawet w przypadku krów o bardzo wysokiej wydajności mleka, nie może przekraczać 60:40. Aby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie żwacza co najmniej 20% strukturalnego włókna paszowego, znajdującego się w dawce pokarmowej powinno pochodzić z pasz objętościowych. Należy dołożyć starań, aby 10-15% włókna znajdowało się w cząstkach paszy o długości ponad 4 cm. Tylko cząstki paszy o takiej długości stymulują procesy przeżuwania, w trakcie których powinna być wydzielona odpowiednia ilość śliny (co najmniej 200 litrów na dobę), która jest niezbędna do utrzymywania kwasowości (pH) żwacza na odpowiednim poziomie, optymalnym dla rozwoju drobnoustrojów. Cząstki paszy o podanej długości są niezbędne również do utrzymania luźnej, porowatej struktury masy pokarmowej znajdującej się w żwaczu, co zapewnia jego właściwą motorykę i ułatwia dostęp do cząstek paszy drobnoustrojom oraz enzymom trawiennym. Pasze treściwe znajdujące się w żwaczu w odpowiedniej proporcji do pasz treściwych sprzyjają rozwojowi brodawek na śluzówce żwacza, których ilość, wielkość i kształt decyduje o powierzchni chłonnej żwacza. Bezpośredni wpływ na rozwój brodawek mają kwas propionowy i masłowy, które powstają w wyniku fermentacji paszy treściwej.
Oprócz wspomnianej wyżej właściwej proporcji paszy objętościowej do paszy treściwej niezbędnym warunkiem przebiegu procesów fermentacyjnych w żwaczu jest podawanie obydwu grup pasz (objętościowych i treściwych) jednocześnie, najlepiej po ich dokładnym wymieszaniu ze sobą. Ten fizjologiczny wymóg, wskazujący na konieczność jednoczesnego podawania krowom wszystkich komponentów dawki pokarmowej, spowodował opracowanie dzisiaj powszechnie już stosowanej technologii żywienia wg systemu TMR przy użyciu wozów paszowych. Technologia ta zapewnia stabilną kwasowość żwacza, która jest niezbędna do optymalnego rozwoju żyjących tam drobnoustrojów (wykres 1).
Z danych zamieszczonych na wykresie nr 1 wynika, że optymalne pH dla rozwoju drobnoustrojów żwacza mieści się w przedziale 6,2-6,8. Warunek ten jest spełniony m.in. przy żywieniu w technologii TMR, co umożliwia częste pobieranie przez krowy niewielkich ilości paszy w okresie całej doby. Częste pobieranie paszy w małych ilościach wpływa korzystnie na stabilną kwasowość (pH) w żwaczu (wykres 2).
Zaburzony metabolizm powoduje choroby
Ze względu na skomplikowane procesy zachodzące w żwaczu wszelkie uchybienia związane z niewłaściwym żywieniem przejawiają się m.in. występowaniem tzw. chorób metabolicznych, które w znaczący negatywny sposób wpływają na wydajność mleka i rozród krów. Najczęściej występującą chorobą jest kwasica żwacza, spowodowana pobieraniem przez krowę nadmiernej ilości łatwo fermentujących węglowodanów, co ma miejsce przy skarmianiu osobno paszy treściwej i paszy objętościowej, zwłaszcza w przypadku żywienia krów o wysokiej wydajności i zużywaniu dużej ilości paszy treściwej. W wyniku gwałtownej fermentacji tej paszy prowadzonej przez bakterie, gromadzi się w żwaczu nadmierna ilość lotnych kwasów, przekraczająca zdolność wchłaniania ich do krwi przez błonę śluzową żwacza. Stan taki prowadzi do obniżenia pH treści żwacza, co sprzyja rozwojowi bakterii rozkładających skrobię i wykorzystujących cukier przy jednoczesnym zmniejszeniu populacji bakterii celulolitycznych, rozkładających celulozę. Obniżone pH sprzyja rozwojowi bakterii fermentacji mlekowej, które produkują duże ilości kwasu mlekowego. Ta nadmierna ilość kwasu mlekowego nie może być całkowicie zneutralizowana przez wydzielaną alkaliczną ślinę; jej ilość także zmniejsza się z powodu niedostatecznej ilości włókna strukturalnego pobieranego przez krowę, które zwiększa aktywność przeżuwania. Zanikają stopniowo ruchy żwacza, giną drobnoustroje i zanikają procesy fermentacyjne.
Schorzeniem przeciwstawnym do kwasicy jest zasadowica (alkaloza żwacza). Powstaje ona w przypadku skarmiania nadmiernej ilości pasz z wysoką zawartością białka (wysokobiałkowych pasz treściwych, bardzo młodej trawy, roślin motylkowatych itp.). Wytwarza się nadmierna ilość amoniaku, którego bakterie nie są w stanie zużyć do syntezy białka w swoim ciele. Amoniak jest zasadą, która neutralizuje kwasy, dzięki czemu wzrasta pH treści żwacza. W środowisku alkalicznym giną drobnoustroje, co prowadzi w skrajnych przypadkach również do całkowitego zatrzymania funkcji żwacza.
Inną chorobą metaboliczną jest ketoza, która występuje głównie u krów wysokomlecznych w szczytowym okresie laktacji. Przyczyną tego schorzenia jest niewłaściwe żywienie krów w ostatniej tercji laktacji i w okresie zasuszenia, prowadzące do nadmiernego otłuszczania krów. Błąd polega na podawaniu krowom nadmiernej ilości paszy treściwej w stosunku do zapotrzebowania zwierzęcia przy jednocześnie niedostatecznej ilości paszy objętościowej. W wyniku fermentacji paszy treściwej powstaje duża ilość kwasu propionowego, który jest prekursorem tłuszczu, w tym przypadku odkładanego w ciele krowy.
Duże ilości saponin i niektórych białek znajdujących się w liściach roślin motylkowatych sprzyjają powstawaniu w żwaczu w wyniku fermentacji nadmiernych ilości gazów, co prowadzi do powstawania wzdęć. Aby temu zapobiec należy krowy stopniowo przyzwyczajać do skarmiania tych pasz, podawać jednocześnie pasze włókniste i dążyć do tego, aby w składzie botanicznym skarmianego porostu znajdowało się co najmniej 50% traw.
Skarmianie zbyt dużych ilości pasz treściwych przy jednocześnie ograniczonej ilości pasz włóknistych w końcowym okresie zasuszenia i bezpośrednio po wycieleniu może przyczynić się do przemieszczenia trawieńca wskutek gwałtownej fermentacji i powstawania nadmiernej ilości gazów.
Sposoby na poprawę funkcjonowania żwacza
Obecnie znanych jest wiele sposobów na poprawę funkcjonowania żwacza. W szczytowym okresie laktacji przy skarmianiu dużych ilości pasz treściwych podaje się krowom kwaśny węglan sodu (spożywczą sodę oczyszczoną), który neutralizuje nadmierną ilość powstających kwasów tłuszczowych. Prowadzi to do stabilizacji kwasowości (pH) treści żwacza i normalnego przebiegu procesów fermentacyjnych. Producenci dodatków paszowych oferują różne produkty, które regulują procesy fermentacyjne w żwaczu. Są to m.in. sole kwasu jabłkowego, które zwiększają populację bakterii Selenomonas ruminantium. Bakterie te wykorzystują kwas mlekowy i w ten sposób zapobiegają występowaniu kwasicy żwacza. Na rynku są dostępne również dodatki paszowe zawierające żywe komórki drożdży i wyciągi z ziół. Stabilizują one pH treści żwacza poprzez stymulowanie wzrostu niektórych grup drobnoustrojów, dzięki czemu zwiększa się ilość syntetyzowanego białka bakteryjnego, poprawia się strawność włókna surowego, zwiększa się ilość pobieranej paszy i w efekcie wzrasta ilość wytwarzanego mleka. Inne rodzaje dodatków o podobnym działaniu zawierają biopleksy z drożdżami, witaminami i chelatowanymi składnikami mineralnymi. Na rynku są dostępne również mieszanki paszowe uzupełniające, które zawierają w swoim składzie propionian i salicylan sodu, siarczany: magnezu, kobaltu, miedzi i manganu oraz węglan wapnia. Wymienione dodatki mogą zapobiegać dysfunkcji żwacza, zwłaszcza u krów wysokowydajnych, żywionych dużą ilością pasz wysokoenergetycznych.
Podsumowanie
W podsumowaniu należy bardzo wyraźnie podkreślić, że stosowanie nawet najlepszych dodatków do diet krów nie zagwarantuje prawidłowego przebiegu funkcji fermentacyjnych w żwaczu, jeżeli nie będziemy mieli do dyspozycji wysokiej jakości pasz objętościowych i nie dołożymy starań, aby dawka była starannie zbilansowana. Kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania żwacza ma skarmianie wszystkich komponentów diety po ich zmieszaniu. Nie należy zapominać o tym, że żywiąc krowę mleczną w pierwszej kolejności żywimy drobnoustroje żyjące w żwaczu. Wydajność i jakość mleka będzie zależała od warunków, jakie stworzymy w środowisku żwacza do wzrostu i rozwoju żyjących tam bakterii oraz pierwotniaków.