WYBRANE PARAMETRY FERMENTACJI W JELICIE ŚLEPYM KRÓLIKA. Wojciech Zawadzki, Dorota Miśta, Jarosław Popiel

Transkrypt

1 Acta Sci. Pol., Medicina Veterinaria 4(1) 2005, 3-14 WYBRANE PARAMETRY FERMENTACJI W JELICIE ŚLEPYM KRÓLIKA Wojciech Zawadzki, Dorota Miśta, Jarosław Popiel Akademia Rolnicza we Wrocławiu Streszczenie. Wytwarzanie lotnych kwasów tłuszczowych (LKT) w przewodzie pokarmowym królika związane jest z implantacją flory celulolitycznej, która ma miejsce w ok. 3 tygodniu Ŝycia zwierzęcia. LKT powstają w wyniku fermentacji włókna wchodzącego w skład paszy (częściowo z NDF włókna detergentowego obojętnego, częściowo z pektyn i włókna rozpuszczalnego w wodzie), a takŝe z innych składników pokarmu oraz materiału endogennego. Ogólna ilość tych kwasów w jelicie ślepym królika ustala się po 40 dniu Ŝycia zwierzęcia i wynosi przeciętnie od 31,8 do 88,5 mmol/dm 3, przy czym odwraca się stosunek kwasu propionowego do masłowego. W tym jelicie profil LKT jest specyficzny, z przewagą octanu (60 do 80 moli na 100 moli wyprodukowanych LKT), mniejszą ilością maślanu (8 do 20 moli/100 moli LKT) i jeszcze mniejszą propionianu (3 do 10 moli/100 moli LKT). Dobowy cykl aktywności fermentacyjnej w jelicie ślepym królika pokrywa się z podobnym rytmem wchłaniania i metabolizmu lotnych kwasów tłuszczowych. Tkanki jelita grubego metabolizują w największym stopniu maślan, następnie propionian, a w najmniejszym stopniu octan. Wszystkie LKT są wykorzystywane jako źródło energii dla przemian podstawowych (pokrywają 30-40% zapotrzebowania organizmu), wzrostu zwierzęcia oraz do lipogenezy. Poza dostarczaniem energii metabolicznej, LKT oddziałują takŝe w róŝny sposób na śluzówkę jelita grubego. Wpływają m.in. na wzrost ph międzykomórkowego, pęcznienie komórek, modulują wchłanianie sodu i wydzielanie chloru, stymulują uwalnianie mucyn i wzmagają przepływ krwi w błonie śluzowej. Przypuszcza się takŝe, Ŝe LKT są czynnikiem stymulującym wzrost śluzówki okręŝnicy. Prowadzi się badania nad zastosowaniem LKT w terapii róŝnych schorzeń jelita grubego. Słowa kluczowe: królik, jelito ślepe, lotne kwasy tłuszczowe WSTĘP Termin lotne kwasy tłuszczowe (LKT) dotyczy zarówno samych kwasów (znanych pod nazwą krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych), jak i ich form zdysocjowanych Adres do korespondencji Corresponding author: Wojciech Zawadzki, Katedra Fizjologii Zwierząt, Akademia Rolnicza we Wrocławiu, ul. C.K. Norwida 31, Wrocław; waza@ozi.ar.wroc.pl

2 4 W. Zawadzki i in. (anionów). LKT zawierają od 1 do 7 atomów węgla i występują zarówno w postaci łańcuchów prostych, jak i rozgałęzionych. Zaliczamy do nich kwasy: mrówkowy, octowy, propionowy, masłowy, izomasłowy, walerianowy, izowalerianowy, 2-metylomasłowy, heksanowy oraz heptanowy [Bergman 1990]. LKT, najlepiej poznane u przeŝuwaczy, są najwaŝniejszym produktem końcowym fermentacji zachodzącej przy udziale mikroorganizmów w ich przewodzie pokarmowym. Powstają przede wszystkim w wyniku rozkładu węglowodanów wchodzących w skład komórek roślinnych: celulozy, hemicelulozy, pektyn, skrobi, dekstranów oraz węglowodanów rozpuszczalnych (mono-, disacharydów) i są wchłaniane przewaŝnie przez ścianęŝwacza do krwi Ŝyły wrotnej [Cook i Miller 1965, Marty i Vernay 1984]. Obok LKT produktami fermentacji są takŝe kwas mlekowy oraz gazy, jak dwutlenek węgla i metan oraz amoniak powstający podczas fermentacji białek. Spośród LKT w największej ilości produkowane są kwasy: octowy, propionowy oraz masłowy. PoniewaŜ są one słabymi kwasami o pk wynoszącym od 4,79 do 4,87, a ph komór fermentacyjnych w przewodzie pokarmowym jest zbliŝone do obojętnego, to w 90-99% LKT występują w formach zjonizowanych [Bergman 1990]. Związki te są podstawowym źródłem energii dla przeŝuwaczy i pokrywają 70-80% zapotrzebowania na energię tych zwierząt, przy czym 50% energii pochodzi z kwasu octowego [Bergman i in. 1965], występującego często w stęŝeniu przewyŝszającym wszystkie pozostałe aniony kwasów organicznych. W duŝej ilości występują równieŝ kwas propionowy i masłowy, lecz ich stęŝenia mogą się róŝnić w zaleŝności od odŝywiania się zwierzęcia, a co za tym idzie, flory zasiedlającej jego przewód pokarmowy [Adjiri i in. 1992]. Lotne kwasy tłuszczowe powstają takŝe w wyniku fermentacji bakteryjnej w przewodzie pokarmowym innych roślinoŝernych i wszystkoŝernych ssaków (świnia, człowiek) oraz w znacznie mniejszej ilości u zwierząt mięsoŝernych. Potwierdzili to juŝ w swoich badaniach Elsden i in. [1946] oraz Phillipson [1947]. Prześledzili oni poziom LKT w poszczególnych odcinkach przewodu pokarmowego szczura, królika, świni, konia, owcy, krowy, jelenia i psa. Fermentacja zachodzi u nich dogłowowo od części Ŝołądka wydzielającej kwas (przeŝuwacze, wielbłądy, hipopotamy, niektóre małpy i torbacze) albo odbywa się w jelicie ślepym i okręŝnicy (gryzonie, zajęczaki, konie, słonie oraz wszystkie ssaki wszystkoŝerne i mięsoŝerne) [Bergman 1990]. Lotne kwasy tłuszczowe są głównymi anionami w treści jelita grubego takŝe u ptaków [Engelhardt i in. 1998]. NiezaleŜnie od miejsca fermentacji w 95-99% LKT są bardzo szybko wchłaniane przez przewód pokarmowy [Sellin 1999, Engelhardt i in. 1998]. W przypadku fermentacji zachodzącej w przedŝołądkach, białko mikroorganizmów oraz syntetyzowane przez nie witaminy trawione są i wchłaniane w jelicie cienkim, natomiast podczas gdy fermentacja zachodzi w jelicie grubym, pojawia się problem braku enzymów proteolitycznych w okręŝnicy i odpowiedniego układu transportującego aminokwasy oraz witaminy. KOPROFAGIA W celu lepszego wykorzystania komórek drobnoustrojów, u niektórych zwierząt, jak np. gryzoni, występuje zjawisko zjadania i powtórnego trawienia własnego kału, zwane koprofagią. U zajęczaków (królik), a takŝe niektórych gryzoni (wiewiórka ziemna, bóbr) obserwujemy doskonalszą jej formę, zwaną cekotrofią, polegającą na oddzieleniu gorzej strawnych lub mniej odŝywczych cząstek treści jelita grubego i wydaleniu ich w Acta Sci. Pol.

3 Wybrane parametry fermentacji... 5 postaci kału twardego, podczas gdy bakterie, płyn i małe cząstki treści jelita ślepego są w większości zachowywane dzięki transportowi wstecznemu w okręŝnicy bliŝszej. Z tego materiału produkowany jest tzw. kał miękki, otoczony śluzem, który jest zjadany bezpośrednio z odbytu [Vernay 1987, Cheeke 1987, Carabaño i Piquer 1998, Bergman 1990]. Zjawisko cekotrofii prowokowane jest przez bodźce chemiczne i fizyczne, przekazywane drogami nerwowymi lub hormonalnymi, będące wynikiem aktywności drobnoustrojów zasiedlających jelito grube [Taffani 1981]. WaŜną rolę w mechanizmie powstawania kału miękkiego przypisuje się endogennym prostaglandynom [Carabaño i Piquer 1998]. Cekotrofia zapewnia maksymalne wykorzystanie paszy zarówno przy diecie bogatej we włókno (niskoenergetycznej), jak i zawierającej je w mniejszej ilości [Robinson i in. 1985]. Szczególne znaczenie cekotrofii przypisuje się w przypadku trawienia białek; cekotrofy są takŝe bogate w witaminy z grupy B [Cheeke 1987]. Mechanizm ten jest nieodłącznym zjawiskiem fizjologii królika, któremu poświęca się ostatnio coraz więcej uwagi ze względu na znaczny wzrost spoŝycia jego mięsa w wielu krajach, zwłaszcza na południu Europy, we Włoszech, Francji i Hiszpanii [Colin i Lebas 1995, Gidenne 1997]. Fizjologia trawienia w jelicie ślepym i okręŝnicy królika jest specyficzna i tylko częściowo moŝna ją porównać z fizjologią trawienia innych zwierząt monogastrycznych, jak świnia, koń czy szczur [Gidenne 1997]. Fermentacja zachodząca przy udziale mikroorganizmów w jelicie ślepym królika, wraz ze zjawiskiem cekotrofii, pozwala mu uzyskać dodatkową energię, aminokwasy oraz witaminy. ROLA FLORY JELITOWEJ W PROCESIE TRAWIENIA U KRÓLIKA Flora zasiedlająca jelito ślepe królika charakteryzuje się powolną implantacją (przewaŝnie brak flory do 3 dnia Ŝycia) oraz stosunkowo prostym składem. Są to głównie bakterie z rodzaju Bacteroides [Gouet i Fonty 1973, Carabaño i Piquer 1998], w ilości bakterii/g treści, a bakterie z grup: Bifidobacterium sp., Clostridium sp., Streptococcus sp., Enterobacter sp. uzupełniają tę populację dając w sumie bakterii/g [Bonnafous i Raynaud 1970, Gouet i Fonty 1979, Forsythe i Parker 1985a, Carabaño i Piquer 1998]. W jelicie ślepym wykryto róŝnorodną aktywność bakteryjną: celulolityczną, pektynolityczną, ksylanolityczną [Boulahrouf. i in. 1991], ureolityczną [Forsythe i Parker 1985b], proteolityczną [Emaldi i in. 1979] oraz amylolityczną [Padilha i in. 1995], a takŝe, od 36 dnia Ŝycia królika, aktywność metanogenną [Piattoni i in. 1996]. Wytwarzanie metanu w przewodzie pokarmowym młodych zwierząt jest często związane z wprowadzeniem paszy objętościowej [Zawadzki i in. 1984], a ilość tego gazu pozostaje w ścisłym związku z produkcją LKT, zwłaszcza kwasu propionowego, którego zawartość w ogólnej puli LKT rośnie w czasie hamowania metanogenezy [Zawadzki i in. 2001, Zawadzki i in. 2002]. W porównaniu ze Ŝwaczem zwierząt przeŝuwających, aktywność fibrolityczna jelita ślepego jest niŝsza, podczas gdy amylolityczna i proteolityczna relatywnie wyŝsza [Gidenne 1997]. Próby podziału flory jelita ślepego na bakterie związane z frakcją stałą i płynną treści, jak to ma miejsce w Ŝwaczu, nie są uzasadnione ze względu na wysoką homogenizację treści jelita ślepego [Jehl i Gidenne 1996]. Aktywność pektynolityczna została stwierdzona na stosunkowo wysokim poziomie takŝe w Ŝołądku królika [Marounek i in. 1995]. Aktywność fibrolityczna w Ŝołądku i jelicie cienkim królika to fenomen jak dotychczas nie do końca wyjaśniony [Gidenne 1997]. Implantacja flory celulolitycznej rozpoczyna się juŝ ok. 3 tygodnia Ŝycia zwierzęcia, kiedy królik zaczyna pobierać pokarm stały. Pomiędzy 7 Medicina Veterinaria 4(1) 2005

4 6 W. Zawadzki i in. a 9 tygodniem Ŝycia królika liczebność jej wzrasta z 10 4 do 10 7 bakterii/g treści jelitowej, podczas gdy flora amylolityczna i ogólna liczba beztlenowców ustalają się juŝ 15 dnia Ŝycia (odpowiednio i bakterii/g treści) [Gidenne 1996, Padilha i in. 1995]. W przeciwieństwie do celulolitycznej, flora Colibacilli związana jest ze zwierzętami karmionymi mlekiem matki. Jednocześnie z rozwojem bakterii celulolitycznych rośnie produkcja lotnych kwasów tłuszczowych i pomiędzy 15 a 25 dniem Ŝycia zwierzęcia stęŝenie ich wzrasta ok. czterokrotnie [Padilha i in. 1995], przy czym odwróceniu ulega stosunek kwasu propionowego do masłowego [Gidenne 1996, Padilha i in. 1995, Piattoni i in. 1995, Piattoni i in. 1996, Vernay i Raynaud 1975]. ROLA LOTNYCH KWASÓW TŁUSZCZOWYCH W PRZEWODZIE POKARMOWYM KRÓLIKA Obecności flory celulolitycznej towarzyszy produkcja kwasów: octowego, propionowego i masłowego oraz amoniaku, natomiast przy udziale flory amylolitycznej powstają rozgałęzione kwasy tłuszczowe (BCFA branched chain fatty acids) i kwas walerianowy [Padilha i in. 1995]. StęŜenie wyprodukowanych LKT zaleŝy równieŝ od statusu fizjologicznego zwierzęcia oraz odcinka przewodu pokarmowego (rys. 1). 2 1,8 1,6 g CH3COOH / 100 g suchej masy g acetic acid per 100 g dry matter 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 śołądek Stomach Jelito cienkie Small intestine Jelito slepe Caeum OkręŜnica Colon Jelito proste Rectum Królik Rabbit Rys. 1. Średnie wartości lotnych kwasów tłuszczowych (LKT) w treści przewodu pokarmowego królika [wg Elsden i in oraz Philipson 1947] Fig. 1. Average concentration of volatile fatty acids in the ingesta of different parts of the rabbit s alimentary tract [according to Elsden et al 1946 and Philipson 1947] Jelito ślepe królików wolnych od patogenów (SPF specific pathogen free) zasiedlane jest mniejszą ilością bakterii celulolitycznych, co związane jest z mniejszą ilością produkowanych LKT (o ok. 50%) w porównaniu z królikami utrzymywanymi w chowie Acta Sci. Pol.

5 Wybrane parametry fermentacji... 7 tradycyjnym [Gidenne 1996]. Ogólna ilość LKT wyprodukowanych w jelicie ślepym ustala się po 40 dniu Ŝycia [Padilha i in. 1995, Piattoni i in. 1995] i wynosi przeciętnie od 31,8 do 88,5 mmol/dm 3 treści jelitowej [Bellier i Giddene 1996, García i in. 2002, Gidenne i in. 1998, Gidenne i in. 2002, Piattoni i in. 1995], przy czym niŝszy poziom LKT stwierdzono przy podawaniu paszy o duŝym udziale ligniny we włóknie detergentowym obojętnym (NDF Neutral Detergent Fibre) [Carabaño i in. 1988, Chiou i in. 1994, García i in. 2000]. W tych granicach mieszczą się takŝe wyniki doświadczeń przeprowadzonych na treści jelita ślepego metodą in vitro [Adjiri i in. 1992, Marounek i in. 1999]. Przy uŝyciu tej metody stwierdzono ponadto prawie stały poziom LKT pomiędzy 4 a 11 tygodniem Ŝycia królika (70,0 do 77,3 µmola/g treści) [Marounek i in. 1999]. Profil LKT w jelicie ślepym królika jest specyficzny (rys. 2), z przewagą octanu (60 do 80 moli na 100 moli wyprodukowanych LKT), mniejszą ilością maślanu (8 do 20 moli/100 moli LKT) i jeszcze mniejszą propionianu (3 do 10 moli/100 moli LKT), lecz proporcje te zmieniają się w ciągu dnia, co ma związek ze zjawiskiem cekotrofii [Carabaño i Piquer 1998, Gidenne 1996]. Podobne relacje pomiędzy stęŝeniami poszczególnych kwasów uzyskano w doświadczeniu przeprowadzonym metodą in vitro, gdzie stosunek stęŝeń molowych kwasów octowego : propionowego : masłowego wynosił 70,8:6,3:22,9 [Zawadzki i Połozowski 1997]. Zwraca uwagę stosunkowo duŝa procentowa zawartość kwasu masłowego w całkowitej ilości LKT w treści jelita ślepego królika w porównaniu ze stęŝeniem tego kwasu uzyskanym w wyniku fermentacji treści Ŝwacza owiec, gdzie proporcje wymienionych LKT wynosiły odpowiednio: 74:23:3 [Zawadzki i Malicki 1995]. Ponadto zawartość maślanu w ogólnej puli LKT jelita ślepego królika znacznie wzrasta wraz ze spadkiem stosunku zawartości włókna do skrobi w pokarmie [Lebas i in. 1998]. Badania in vitro wykazały równieŝ, Ŝe wzorzec LKT jest specyficzny dla flory jelita ślepego danego gatunku zwierzęcia, gdyŝ jedynie posiew bakterii z jelita ślepego królika nadał fermentacji profil charakterystyczny dla gatunku. Efektu tego nie uzyskano po dodaniu do fermentowanej treści inoculum z treści Ŝwacza krowiego, chociaŝ fermentowanym substratem był w obydwu przypadkach poddany odpowiedniej obróbce pokarm króliczy [Adjiri i in. 1992]. Pomiar poziomu końcowych produktów fermentacji jest wskaźnikiem jakościowym aktywności bakteryjnej w jelicie ślepym [Bellier 1994, Gidenne 1997]. Aktywność ta odgrywa kluczową rolę w fizjologii trawienia i zdrowiu królika. Zmiany w Ŝywieniu mogą modyfikować fermentowaną treść jelita ślepego, a co za tym idzie, aktywność mikroorganizmów i stabilność flory bakteryjnej. Aktywność fermentacyjna bakterii zmienia się w zaleŝności od rodzaju wydalanego kału, przy czym okres wydalania kału twardego charakteryzuje się wyŝszą produkcją LKT niŝ okres cekotrofii, w czasie którego nie przekracza ona 25% wyprodukowanych w ciągu doby LKT [Gidenne 1995, Gidenne 1997]. Dobowy cykl aktywności fermentacyjnej w jelicie ślepym pokrywa się z podobnym rytmem wchłaniania i metabolizmu lotnych kwasów tłuszczowych. Poziom wody, elektrolitów i LKT w jelicie grubym zmienia się cyklicznie wraz ze zmianami wzorca wydalania. W czasie produkcji kału miękkiego woda, jony: sodowy i chlorkowy oraz LKT są wchłaniane, a jon potasowy jest wydzielany (jak to ma miejsce u innych ssaków), natomiast w fazie produkcji kału twardego zachodzą dwa przeciwstawne zjawiska: sekrecja w okręŝnicy wstępującej i absorpcja w pozostałym jej odcinku. Wchłanianie wody, Na, K, Cl oraz LKT wzrasta i w ten sposób zostaje wydalony tylko materiał o niskiej wartości odŝywczej [Vernay i in. 1984]. Tak więc kał Medicina Veterinaria 4(1) 2005

6 8 W. Zawadzki i in. twardy bogaty jest we włókno, ubogi natomiast w białko, substancje rozpuszczalne w wodzie oraz witaminy, podczas gdy kał miękki przypomina swym składem zawartość jelita ślepego [Bonnafous i Raynaud 1970, Vernay 1987, Vernay i Raynaud 1975]. Zarówno wchłanianie roztworów, jak i katabolizm LKT zwiększają się w fazie kału twardego, kiedy rośnie aktywność nadnerczy. Poziom aldosteronu w osoczu krwi wykazuje cykliczną zmienność analogiczną do zmian w jelicie grubym, przy czym w czasie produkcji kału twardego zarejestrowano najwyŝsze jego stęŝenie [Vernay i in. 1984]. Lotne kwasy tłuszczowe, przy odpowiednim stęŝeniu w jelicie ślepym, wpływają na jego motorykę oraz na zachowanie pokarmowe królików. Skurcze jelita ślepego stymulowane są przez LKT, a hamowane przez znaczne nagromadzenie kwasu mlekowego [Demaux i in. 1973, Taffani 1981]. Usunięcie jelita ślepego znosi dualizm wydalania kałowego i królik produkuje tylko jeden rodzaj odchodów pośrednich aŝ do wytworzenia nowego jelita ślepego po upływie ok. dwu tygodni po zabiegu [Yoshida i Kandatsu 1968]. Rys. 2. Procentowy udział lotnych kwasów tłuszczowych wytwarzanych w jelicie ślepym królika w ogólnej puli LKT Fig. 2. The percentage composition of volatile fatty acids produced in the rabbit s cecum among total amount of VFA WPŁYW WŁÓKNA NA PROCESY TRAWIENNE U KRÓLIKA LKT powstają nie tylko w wyniku fermentacji włókna wchodzącego w skład paszy (częściowo z NDF, częściowo z pektyn i włókna rozpuszczalnego w wodzie), lecz takŝe z materiału endogennego i innych składników pokarmu [Gidenne i in. 1998]. Włókno pokarmowe stanowią składniki ściany komórek roślinnych, które moŝemy podzielić na 4 klasy polimerów nierozpuszczalnych w wodzie (ligniny, celuloza, hemiceluloza, pektyny) oraz jedną klasę rozpuszczalnych w wodzie nieskrobiowych polisacharydów i oligosacharydów. Ligniny to jedyne polimery ściany komórkowej niebędące cukrami, o polifenolowej strukturze. Nie są trawione w Ŝołądku ani jelitach zwierząt domowych. Acta Sci. Pol.

7 Wybrane parametry fermentacji... 9 Hemicelulozy i pektyny są szybciej hydrolizowane i fermentowane w przewodzie pokarmowym niŝ celuloza. Rozpuszczalne w wodzie nieskrobiowe polisacharydy i oligosacharydy stanowią zazwyczaj niewielki procent pokarmu dla zwierząt. NaleŜą tu np. arabinoxylany (w pszenicy, jęczmieniu), β-glukany (w jęczmieniu),, α-galaktozydy (w łubinie), czy teŝ rozpuszczalne pektyny (w wysłodkach owocowych i buraczanych, ponad 10% s. m.). Tabela 1. Wydajność strawności poszczególnych frakcji włókna (%) w przewodzie pokarmowym rosnących królików [wg Gidenne i Lebas 2002] Table 1. Efficiency of digestibility of fibre fractions (%) in the digestive tract of growing rabbits [according to Gidenne and Lebas 2002] Średnio Mean Zakres Limits Ligniny (ADL) Lignins do +50 Celuloza (ADF-ADL) Cellulose do 37 Hemiceluloza (NDF-ADF) Hemicellulose do 60 Pektyny (kwasy uronowe) Pectins (total uronic acids) do 85 ADF włókno detergentowe kwaśne acid detergent fibre =lignoceluloza NDF włókno detergentowe obojętne neutral detergent fibre W Ŝywieniu królików oszacowanie zawartości włókna w paszy jest sprawą priorytetową, poniewaŝ jego niedobór prowadzi do zaburzeń w trawieniu, biegunek i upadków. Bakteryjna aktywność fibrolityczna w jelicie ślepym królika jest najwyŝsza dla pektyn, następnie dla hemiceluloz, a później celulozy [Gidenne i in. 2002]. Odpowiada to liczebności bakterii fibrolitycznych w jelicie ślepym, z których w większej liczbie występują pektynolityczne ( cfu/g) w porównaniu do celulolitycznych ( cfu/g) [Forsythe i Parker 1985a, Boulahrouf i in. 1991]. Kwasy uronowe są takŝe waŝnym czynnikiem modulującym aktywność fermentacyjną w jelicie ślepym [Garcia i in. 2000]. Podejmowane były próby zastąpienia skrobi w paszy przez hemicelulozy i pektyny, zawarte np. w otrębach pszennych i wysłodkach buraczanych [Gidenne i Lebas 2002]. Ponadto na aktywność mikroorganizmów moŝe wpływać źródło włókna, niezaleŝnie od jego jakości. Dostarczanie włókna z jednego źródła botanicznego nie pozwala na fermentację w jelicie ślepym i utrzymanie zdrowia [Gidenne i in. 1998]. Problem ten nie występuje przy podawaniu pasz granulowanych, zawierających róŝnorodne rośliny. Zapotrzebowanie na włókno widoczne jest juŝ u młodych królików w okresie poodsadzeniowym. Niski poziom włókna w paszy powoduje gorszy wzrost w czasie 2 tygodni po odsadzeniu [Gidenne i Lebas 2002], co jest związane z gorszym przyjmowaniem paszy lub zaburzeniami trawiennymi. Przyjmowanie z pokarmem du- Ŝych ilości włókna powoduje natomiast rozcieńczenie energii zawartej w paszy. Jeśli udział włókna w paszy przekracza 25%, zwierzę nie moŝe na tyle zwiększyć spoŝycia pokarmu, by zaspokoić całkowicie potrzeby energetyczne, czego konsekwencją jest gorszy wzrost, lecz bez zaburzeń trawiennych. Dlatego tak waŝne jest dobranie odpowiednich ilości poszczególnych frakcji włókna w paszy. Medicina Veterinaria 4(1) 2005

8 10 W. Zawadzki i in. Wzrost zawartości lignin w paszy królików obniŝa stęŝenie jelitowych LKT i podwyŝsza ph, co moŝe umoŝliwić proliferację flory patogennej. Otręby sojowe sąźródłem włókna o niskiej zawartości lignin (ok. 3% ADL w s.m.), a więc włączenie ich w skład paszy obniŝa zawartość w niej lignin. ObniŜenie poziomu ADL w paszy z 59 do 33g/kg s.m. powoduje wzrost liniowy LKT w jelicie ślepym (o 22%), stęŝenia molowego kwasu propionowego (o 30%) oraz spadku kwasu masłowego (o 25%) [Nicodemus i in. 1998]. Obserwując stęŝenie lotnych kwasów tłuszczowych w przewodzie pokarmowym królików głodzonych stwierdzono znaczny spadek ogólnej ilości LKT, dotyczący głównie kwasu masłowego, przy czym produkcja kwasu octowego zmniejszyła się w niewielkim stopniu. Wyniki te nasunęły przypuszczenie o produkcji endogennego kwasu octowego, nie zachodzącej dla dwóch pozostałych kwasów. Pozbawienie pokarmu moŝe spowodować spadek aktywności niektórych wyspecjalizowanych bakterii, w tym przypadku Butyrivibrio sp., powodujący w konsekwencji znaczne zmniejszenie stęŝenia kwasu masłowego [Vernay i Raynaud 1975]. WCHŁANIANIE LKT I ODDZIAŁYWANIE NA ŚLUZÓWKĘ JELITA GRUBEGO Lotne kwasy tłuszczowe są szybko wchłaniane przez śluzówkę jelita ślepego oraz okręŝnicy i zaspokajają potrzeby energetyczne królika w 30-40% [Marty i Vernay 1984, Parker 1976]. Szybkość wchłaniania w jelicie grubym wzrasta liniowo wraz ze wzrostem stęŝenia LKT w roztworze wypełniającym jelito [Engelhardt i in. 1998]. LKT są anionami najliczniej występującymi w świetle okręŝnicy i absorbowane są częściowo w postaci nie zdysocjowanej u królika w okręŝnicy bliŝszej, a częściowo jako aniony poprzez proces wymiany z anionami dwuwęglanowymi w tzw. transporcie elektroneutralnym, występującym w pozostałych segmentach okręŝnicy królika [Engelhardt i in. 1998, Sellin 1999]. Tkanki jelita grubego metabolizują kwas octowy, propionowy i masłowy w mitochondriach na drodze β-oksydacji. Podczas gdy komórki nabłonkowe jelita cienkiego czerpią energię z glutaminy oraz glukozy znajdujących się w świetle jelita, w jelicie grubym w tym celu wykorzystywane są takŝe LKT. Brak tych kwasów w świetle okręŝnicy moŝe spowodować tzw. zapalenie okręŝnicy na tle odŝywczym (nutritional colitis) [Roedriger 1980]. NajwaŜniejszym paliwem oddechowym dla ściany okręŝnicy jest maślan, następnie propionian, a w najmniejszym stopniu octan. W tej samej kolejności następuje wchłanianie powyŝszych LKT do krwi, niezaleŝnie od profilu fermentacji [Vernay 1987]. Większa część maślanu jest zazwyczaj utleniana do CO 2 lub ciał ketonowych w śluzówce okręŝnicy, propionian jest tutaj metabolizowany w mniejszym stopniu, natomiast octan jest w większości transportowany Ŝyłą wrotną do wątroby (wraz z pozostałą częścią maślanu i propionianu) [Bergman 1990]. Wchłonięty do krwi propionian i maślan metabolizowany jest u królika głównie przez wątrobę (w ok %), octan natomiast przez otaczające ją tkanki (w wątrobie tylko w 21-37%) [Vernay 1987]. Wszystkie LKT są wykorzystywane jako źródło energii dla przemian podstawowych, wzrostu zwierzęcia oraz do lipogenezy [Bergman 1990, Taffani 1981]. Octan bierze udział w syntezie cholesterolu w wątrobie [Gidenne i in. 1998; Vernay 1987]. Rozkład LKT w wątrobie, podobnie jak ich absorpcja w jelicie grubym, wzrasta w fazie kału twardego [Marty i Vernay 1984, Vernay 1987]. Ponadto przypuszcza się, Ŝe LKT są czynnikiem stymulującym wzrost błony śluzowej okręŝnicy [Chiou i in. 1994]. Acta Sci. Pol.

9 Wybrane parametry fermentacji Poza dostarczaniem energii metabolicznej, LKT oddziałują takŝe w róŝny sposób na śluzówkę jelita grubego. Wpływają one m.in. na wzrost ph międzykomórkowego, pęcznienie komórek, modulują wchłanianie sodu i wydzielanie chloru, stymulują uwalnianie mucyn i wzmagają przepływ krwi w błonie śluzowej [Engelhardt i in. 1998, Sellin 1999]. Po dyfuzji w formie niezdysocjowanej przez błonę komórkowąśluzówki LKT natychmiast dysocjują i uwalniają protony, które powodują spadek ph, stymulują wymianę Na + /H + i hamują kanały potasowe wraŝliwe na ph. Stymulacja wymiany prowadzi z kolei do wzrostu objętości komórek, czyli pęcznienia [Sellin 1999]. Pęcznienie komórek dotyczy odcinka dalszego i bliŝszego okręŝnicy. W odcinku dalszym wzrost objętości komórek spowodowany jest działaniem pompy sodowo-protonowej, a w odcinku bliŝszym przypuszczalnie jest niezaleŝny od sodu, lecz od jonów HCO 3 [Engelhardt i in. 1998, Sellin i in. 1993, Sellin i Shelat 1996]. Ponadto prowadzi ono do serii reakcji homeostatycznych mających przywrócić wyjściowy stan objętości oraz ph komórek, co z kolei powoduje włączenie specyficznych transporterów i modyfikację transportu innych rozpuszczonych substancji i elektrolitów [Sellin 1999], czego przykładem moŝe być wpływ na zwiększenie wchłaniania jonów sodu, wapnia i magnezu oraz wydzielania jonów chloru i potasu [Engelhardt i in. 1998]. Przypuszcza się, Ŝe istnieje interakcja pomiędzy metabolizmem lotnych kwasów tłuszczowych a rozwojem zapalenia wrzodziejącego okręŝnicy, uchyłkowatością i rakiem okręŝniczo-rektalnym. Przeciwstawne oddziaływania LKT na proliferację i apoptozę normalnych kolonocytów i komórek raka okręŝnicy otwiera moŝliwości prewencji oraz terapii pacjentów ze schorzeniami okręŝnicy. Terapia tymi kwasami byłaby równieŝ uzasadniona w przypadku biegunki związanej z podawaniem antybiotyków [Cook i Sellin 1998]. Sugeruje się, Ŝe lotne kwasy tłuszczowe, a zwłaszcza kwas masłowy, są konieczne dla utrzymania stanu zdrowia jelita grubego [Engelhardt i in. 1998]. PIŚMIENNICTWO Adjiri D., Bouilier-Oudot M., Lebas F., Candau M., In vitro simulation of rabbit caecal fermentation in a semi-continuous flow fermentor. II. Effect of inoculum type. Reprod. Nutr. Dev., 32, Bellier R., Contrôle nutritionnel de l activé fermentaire caecale chez le lapin. Praca dokt., Ecole Nationale Supérieure Agronomique, Institut National polytechnique de Tolouse. Bellier r., Giddene T., Consequences of reduces fibre intake on digestion, rate of passage and caecal microbial activity in the young rabbit. Br. J. Nutr., 75, Bergman E.N., Energy Contributions of Volatile Fatty Acids from the Gastrointestinal tract in various species. Physiol. Rev. 70, Bergman E.N., Reid R.S., Murray M.G., Brockway J.M., Whitelow F.G., Interconversions and production of volatile fatty acids in the sheep rumen. Biochem. J., 97, Bonnafous R., Raynaud P., Variations in the density of microoganisms in the colon of the domestic rabbit. Experientia, 26, Boulahrouf A., Fonty G., and Gonet P., Establishment, counts and identification of the fibrolytic bacteria in the digestive tract of rabbit. Influence of feed cellulose content. Current Microbiol., 22, 1-25 Carabaño R., Fraga M.J., Santoma G., de Blas J.C., Effect of diet on composition of caecal contents and on excretion and composition of soft and hard feces of rabbits. J. Anim. Sci., 66, Medicina Veterinaria 4(1) 2005

10 12 W. Zawadzki i in. Carabaño R., Piquer J., The Digestive System of the Rabbit. [W:] C. de Blas and J. Wiseman (Ed.): The Nutrition of the Rabbit. Commonwealth Agricultural Bureau, Wallingford, U.K., Cheeke P.R., Rabbit Feeding and Nutrition. Academic Pres, New York. Chiou, P. W. S., B. Yu, C. H. Lin., Effect of different components of dietary fibre on the intestinal morphology of domestic rabbits. Compt. Biochem. Physiol., 108A, Colin M., Lebas F., Le lapin dans le monde. Assoc. Fr. Cuniculture Ed., Lempdes, France. Cook R.M., Miller L.D., Utilization of volatile fatty acids in ruminants. Removal from portal blood by the liver. J. Dairy Sci., 48, Cook S.I., Sellin J.H., Reviev article: Schort chain fatty acids in health and disease. Aliment. Pharmacol. Ther., 12, Demaux G., Guemon L., Le Bars H., Influence de l administration d acide lactique sur la motricité caecale du lapin. J. Physiol., 67, 265A. Elsden S.R., Hitchcock M.W.S., Marshall R.A., Phillipson A.T., Volatile acids in the digestion of ruminants and other animals. J. Exp. Biol. 22: Emaldi O., Crociani F., Matteuzi D., and Proto V., A note on the total viable counts and selective enumeration of anaerobic bacteria in the cecal content, soft, and hard feces of rabbit. J. Appl. Bacteriol., 46, Engelhardt W., Bartels J., Kirchberger S., Meyer zu Düttingdorf H.D., Busche R., Role of schort-chain fatty acids in the hind gut. Vet. Quart., 20, Supplement 3, Forsythe S.J., Parker D.S., 1985a. Nitrogen metabolism by the microbial flora of the rabbit caecum. J. Appl. Bacteriol., 58, Forsythe S.J., Parker D.S., 1985b. Urea turnover and transfer to the digestive tract in the rabbit. Br. J. Nutr., 53, García J., Carabaño R., Pérez-Alba L., de Blas J.C., Effect of fiber source on cecal fermentation and nitrogen recycled through cecotrophy in rabbits. J. Anim. Sci., 78, García J., Nicodemus N., Carabaño R., de Blas J.C., Effect of inclusion of defatted grape seed meal in the diet on digestion and performance of growing rabbits. J. Anim. Sci., 80, García J., Villamide M. J., de Blas C.J., Energy, protein and fibre digestibility of sunflower hulls, olive leaves and NaOH-treated barley straw for rabbits. World Rabbit Sci., 4, Gastrointestinal Tract in Various Species. Physiol. Reviews, 70, Gidenne T., Effect of fibre level reduction and gluco-oligosaccharides addition on the growth performance and caecal fermentation in the growing rabbit. Anim. Feed Sci. Technol., 56, Gidenne T., Nutritional and ontogenic factors affecting rabbit caeco-colic digestive physiology. [W:] Lebas F.: (Ed) Proceedings of the 6th world Rabbit Congress, Toulouse, 1, Gidenne T., Caeco-colic digestion in the growing rabbit: impact of nutritional factors and related disturbances. Liv. Prod. Sci., 51, Gidenne T., Carabaño R., Garcia J., de Blas C.: Fibre Digestion. [W:] C. de Blas and J. Wiseman, The Nutrition of the Rabbit. Commonwealth Agricultural Bureau, Wallingford, U.K. s Gidenne T., Jehl N., Segura M., Michalet-Doreau B., Microbial accivity in the caecum of the rabbit around weaning: impact of a dietary fibre deficiency and of intake level. Anim. Feed Sci. Technol., 99, Gidenne T., Lebas F., Role of dietary fibre in rabbit nutrition and digestive troubles prevention. 2 nd Rabbit Congress of the America, Habana City Cuba, June 19-22, pages Gouet P., Fonty G., Evolution de la microflore digestive du lapin holoxénique de la naissance au sevrage. Ann. Biol. Anim. Biochim. Biophys., 13, Acta Sci. Pol.

11 Wybrane parametry fermentacji Gouet P., Fonty G., Changes in the digestive microflora of holoxenic rabbits from birth until adulthood. Ann. Biol. Anim. Biochim. Biophys., 19, Jehl N., Gidenne T., Replacement of digestible fibre by starch in the diet of the growing rabbit. II. Consequences for microbial activity in the caecum and on incidence of digestive disorders. Anim. Feed Sci. Technol., 61, Lebas F., Gidenne T., Perez J.M., Licois D., Nutrition and Pathology. [W:] C. de Blas and J. Wiseman (Ed.): The Nutrition of the Rabbit. Commonwealth Agricultural Bureau, Wallingford, U.K. s Marounek M., Fievez V. Mbanzamihigo L., Demeyer D., Martens L., Age and incubation time effects on in vitro caecal fermentation pattern in rabbits before and after weaning. Arch. Tierernahr., 52, Marounek M., Vovk S.V., Skrivanova V., Distribution of activity of hydrolytic enzymes in the digestive tract of rabbits. Br. J. Nutr., 73, Marty J., Vernay M., Absorption and metabolism of the volatile fatty acids in the hind-gut of the rabbit. Brit. J. Nutr., 51, Nicodemus N., Garcia J., Carabaño R., de Blas C., Effect of the inclussion of soybean hulls in comercial feeds on rabbit digestion and performance at varying dietary lignin concentration. American Soybean Association. Padilha M.T., Licois D., Gidenne T., Carre B., Fonty G., Relationships between microflora and caecal fermentation in rabbits before and after weaning. Reprod. Nutr. Dev., 35, Parker D.S., The measurement of production rates of volatile fatty acids in the caecum of the conscious rabbit. Br. J. Nutr., 36, Philipson A.T., The production of fatty acids in the alimentary tract of the dog. J. Exp. Biol. 23: Piattoni F., Demeyer D., Martens L., In vitro study of the age-dependent caecal fermentation pattern and methanogenesis in young rabbits. Reprod. Nutr. Dev., 36, Piattoni F., Martens L., Demeyer D., Age dependent variation of caecal contents composition of young rabbits. Arch. Tierernahr., 48, Robinson K.L., Cheeke P.R., Patton N.M., Effect of prevention of coprophagy on the digestibility of high-forage and high-concentrate diets. J. Appl. Rabbit Res., 8, Roedriger W.E., The colonic epithelium in ulcerative colitis: an energy deficient disease? Lancet, 2, Sellin J, Shelat H., Short-chain fatty acids (SCFA) volume regulation in proximal and distal rabbit colon is different. J. Membr. Biol., 150, Sellin J.H., SCFAs: The Enigma of Weak Electrolyte Transport in the Colon. News Physiol. Sci. 1999, 14, Sellin J.H., DeSoignie R, Burlingame S., Segmental differences in schort-chain fatty acid transport in rabbit colon: effect of ph and Na. J. Membr. Biol., 136, Taffani J.P., Etude de l utilisation digestive des fibres alimentaires ches le lapin par la technique du caecum artificiel. Praca dokt., Ecole Nationale Veterinaire d Alfort. Vernay M., Marty J., Moatti J.P., Absorption of electrolytes and volatile fatty acids in the hindgut of the rabbit. Circadian rhythm of hindgut electrolytes and plasma aldosterone. Br. J. Nutr., 52, Vernay M., Raynaud P., Distribution of volatile fatty acids in digestive tract contents of rabbit. II. Rabbits subjected to fasting. Ann. Rech. Vet., 6, Vernay M., Origin and utilization of volatile fatty acids and lactate in the rabbit: influence of the faecal excretion pattern. Br. J. Nutr., 57, Yoshida T., Kandatsu M., Studies on caecum digestion. On the composition of the digestive tract contents in the rabbit during the night. Jap. J. of Zoot. Sc., 39, Medicina Veterinaria 4(1) 2005

12 14 W. Zawadzki i in. Zawadzki W., Malicki A., Fermentacja Ŝwaczowa in vitro pod wpływem suszonego livexu czarnego. Med. Wet., 51, Zawadzki W., Połozowski A., Model fermentacji w treści jelit ślepych królików in vitro. Zesz. Nauk. AR Wroc., Wet., 57, Zawadzki W., Rudnicki J., Graczyk S., Malicki A., Tworek B., Wincewicz E., Baran M., Wytwarzanie gazów przez florę bakteryjną Ŝołądka i jelita ślepego koni. Med. Wet., 58, Zawadzki W., Wincewicz E., Borodulin-Nadzieja L., Wpływ nasion wiesiołka (Oenothera paradoxa) na produkcję metanu przez treśćŝwacza owiec. Med. Wet., 57, Zawadzki W., Zawadzki Z., Załucki G., Leroch Z., Wytwarzanie metanu przez hodowle mieszanej flory bakteryjnej Ŝwacza cieląt. Med. Wet., 40, SELECTED PARAMETERS OF FERMENTATION IN THE RABBIT S CAECUM Abstract. Production of volatile fatty acids (VFA) in the rabbit s digestive tract is connected with implantation of cellulolitic flora, which takes place abort the third week of life. VFA are produced as a result of fermentation of dietary fibre (partly NDF neutral detergent fibre, partly pectins and water-soluble fibre), as well as from other food components and endogenous material. The volume of these acids in the rabbit s caecum reaches its normal level after the 40 days of life and ranges on the average from 31,8 to 88,5 mmol/dm 3, with the simultaneous reversal of the propionate acid to butyric acid ratio. In this gut the VFA profile is specific, with a predominance of acetate (60-80 mol in 100 mol of the VFA produced), smaller amount of butyrate (8-20 mol/100 mol VFA) and an even smaller amount of propionate (3-10 mol/100 mol VFA). The day cycle of fermentation in the rabbit s caecum overlaps closely with the parallel rhythm of absorption and metabolism of volatile fatty acids. The large intestine tissues metabolize best butyrate, than propionate and in the smallest degree acetate. All volatile fatty acids are utilized as a source of energy for the basic metabolism (they cover 30-40% of the organism s requirement). Apart from supplying metabolic energy, VFA also have manifold effects on the mucosa of the large intestine. They influence among others the increase in inter-cellular ph or cell swelling, they modulate absorption of sodium and secretion of chlorine, they stimulate release of mucins and enhance the blood flow in mucosa. It is also supposed that volatile fatty acids stimulate the growth of colonic mucosa. Research is in progress on application of VFA in therapy of various large intestine disorders. Key words: rabbit, caecum, volatile fatty acids Zaakceptowano do druku Accepted for print: Acta Sci. Pol.