A. PECHOVÁ, L. PAVLATA
Fakulta veterinárního lékařství Veterinární a farmaceutické univerzity Brno
Veterinářství 2008;58:33-36.
SOUHRN
Pechová A., Pavlata L. Zdravotní aspekty použití propylenglykolu ve výživě dojnic.
Propylenglykol (1, 2 propandiol) patří mezi nejčastěji využívané energetické doplňky pro dojnice v peripartálním období. K léčbě ketózy je používán již od 50. let minulého století. V posledním desetiletí stoupá zájem o využívání propylenglykolu jako krmného aditiva a prakticky každá výživářská firma jej nabízí ať už v čisté formě nebo jako součást různých specialit. Z pozice veterinárního lékaře je však nutné podrobně znát metabolismus propylenglykolu, jeho využití v organismu a případná zdravotní rizika. Cílem tohoto přehledu je shrnutí současných znalostí o tom, jakým způsobem je propylenglykol metabolizován v bachoru a v játrech a dále zhodnocení jeho vlivu na krevní metabolity, jaterní parenchym, příjem krmiva a produkci mléka.
SUMMARY
Pechová A., Pavlata L. Health aspects of propyleneglycol use in nutrition of dairy cows.
Propyleneglycol (1, 2 propandiol) belongs to the most frequent energetic supplement used in dairy cows in peripartal period. This remedy has been employed since the 50´s of the last century. Concern in propyleneglycol usage as a feed additive has been increasing in the last ten years and each feed company offers this product in pure form or as a part of various specialities. From the point of a veterinarian, there is necessary to known closely propylene glycol metabolism, its use in organism and appropriate health risk. The goal of this survey is summarising of current knowledge on propyleneglycol metabolism in both rumen and liver including evaluation of its influence on blood metabolites, liver parenchyma, feed income and milk production.
Metabolismus propylenglykolu v bachoru
Propylenglykol aplikovaný do bachoru je metabolizován velmi rychle, takže během jedné až dvou hodin se jeho množství sníží na polovinu, a do tří hodin jeho množství klesne o 80 – 90 %. Rychlé snížení koncentrace propylenglykolu je způsobeno jednak jeho přímou absorpcí přes stěnu bachoru, dále dochází k jeho fermentaci a část je pasážována přes další části zažívacího traktu do střev. Propylenglykol je vysoce stravitelný, takže při dávce 200 – 2200 g na den nebyly detekovány zbytky propylenglykolu v trusu. Faktory, které ovlivňují proporci mezi absorpcí a fermentací propylenglykolu v bachoru nebyly doposud přesně specifikovány. Podle některých studií je většina podaného propylenglykolu absorbována přímo, ale výsledky jiných studií ukazují na významný podíl fermentace v bachoru.
V bachoru je propylenglykol konvertován na kyselinu propionovou a dochází ke snížení poměru acetát/propionát. Stupeň ovlivnění produkce jednotlivých těkavých mastných kyselin (TMK) je závislý na složení krmné dávky, dávce a způsobu podání propylenglykolu. Zvýšené zastoupení kyseliny propionové bylo zjištěno při dávkách vyšších než 200 g na kus a den. Při dávce propylenglykolu 330 až 690 g jako součásti směsné krmné dávky (TMR) bylo zjištěno zvýšení zastoupení kys. propionové o 3 – 5 mol% a snížení kys. octové o 3 – 4 mol%.1-3 Při podání propylenglykolu jalovicím na restringované krmné dávce ve formě perorálního nálevu v dávce 300 – 920 g došlo ke zvýšení zastoupení kyseliny propionové až o 16 mol% a snížení kyseliny octové až o 20 mol%.4 Pokud jde o zastoupení kyseliny máselné, nejsou výsledky pokusů zcela konzistentní, ale většina autorů se shoduje na tom, že produkce kyseliny máselné není podáním propylenglykolu signifikantně ovlivněna.
Zvýšení zastoupení kyseliny propionové může představovat riziko z hlediska poklesu pH bachorové tekutiny a vzniku bachorové acidózy. Jako rizikové se v tomto směru jeví především perorální aplikace vyšších dávek propylenglykolu. Při dávkách propylenglykolu 200 – 690 g na kus a den nebylo zjištěno snížení pH bachorové tekutiny. Příčinou je pravděpodobně to, že při těchto dávkách nedošlo ke zvýšení celkové produkce TMK.
Metabolismus propylenglykolu v játrech
Metabolické cesty propylenglykolu jsou schematicky znázorněny na schématu 1. Hlavním metabolitem propylenglykolu je oxalacetát, na který je propyenglykol metabolizován přes pyruvát. Část propylenglykolu může být rovněž konvertována na laktát, který je dále metabolizován přes pyruvát a oxalacetát. Tato konverze na laktát může představovat zdravotní riziko při podání vyšších dávek propylenglykolu.
Hepatální koncentrace oxalacetátu je nízká u ketózních krav a tento metabolit je pokládán za klíčový faktor, který rozhoduje o tom, zda acetyl-Co-A jako produkt beta-oxidace mastných kyselin vstoupí do cyklu trikarbonových kyselin nebo do ketogeneze. Působení propylenglykolu v prevenci ketózy je tedy v umožnění oxidace acetyl-Co-A v cyklu trikarbonových kyselin díky zvýšení dostupnosti oxalacetátu.
Propylenglykol slouží rovněž jako významný prekurzor glukózy. Zvýšení glukoneogeneze je při podání propylenglykolu dosaženo nejen díky zvýšené produkci oxalacetátu, ale rovněž díky zvýšené produkci kyseliny propionové v bachoru, která je v játrech využívána ke glukoneogeneze. Zvýšená produkce glukózy pak stimuluje sekreci inzulinu z pankreasu, snižuje se mobilizace mastných kyselin z tukové tkáně a následně množství substrátu pro ketogenezi.5
Vliv propylenglykolu na vybrané parametry krve a zdravotní stav
Obecně má propylenglykol pozitivní vliv na parametry charakterizující energetický metabolismus dojnic. Při podávání propylenglykolu bývají zjišťovány vyšší koncentrace glukózy a inzulinu a naopak nižší koncentrace neesterifikovaných mastných kyselin (NEMK) a beta-hydroxybutyrátu (BHB) v krvi. Nicméně výše odpovědi se výrazně liší mezi jednotlivými pokusy. V některých pokusech nebyl zjištěn žádný efekt podávání propylenglykolu, zatímco v jiných pokusech došlo k signifikantnímu ovlivnění sledovaných parametrů. Rozdíly mezi jednotlivými studiemi jsou pravděpodobně způsobeny řadou faktorů, jako je doba odběru vzorků vzhledem k aplikaci propylenglykolu, způsob podání, fyziologický stav zvířat, dávka propylenglykolu apod.
Důležitou roli hraje fyziologický stav zvířat při zařazení do pokusu. Výsledky řady pokusů zpracovali Nielsen and Ingvartsen.5 Z jejich shrnutí je zřejmé, že pozitivní odpověď na suplementaci dojnic propylenglykolem byla zjištěna v těch pokusech, kde bylo v kontrolní skupině zjištěno narušení energetického metabolismu. Konkrétně čím vyšší byla koncentrace neesterifikovaných mastných kyselin v krvi dojnic kontrolní skupiny, tím výraznější bylo jejich snížení v pokusných skupinách dostávajících propylenglykol. Z praktického hlediska lze tedy očekávat pozitivní vliv preventivního podávání propylenglykolu především při alteraci metabolismu z důvodu energetického deficitu. Pro docílení ekonomické návratnosti je proto vhodné provést vyšetření dojnic na parametry energetického metabolismu (NEMK, BHB, glukóza) a na základě výsledku tohoto vyšetření teprve doporučit preventivní podávání propylenglykolu. Zvýšené koncentrace NEMK v peripartálním období jsou zjišťovány především u krav ve velmi dobré až tučné kondici. Proto je kondice dojnic v předporodním období důležitým faktorem pro doporučení preventivního podávání propylenglykolu.
Dalším faktorem, který ovlivňuje odpověď zvířat je dávka propylenglykolu. V grafu 1 jsou shrnuty výsledky pokusů s různými dávkami propylenglykolu u krav v období rozdojování, ve středu laktace a u jalovic na restringované krmné dávce. Grummer a kol.4 podávali jalovicím na restringované krmné dávce propylenglykol v rozmezí od 0 do 919 g na kus a den a zjistili snížení NEMK při stoupající dávce propylenglykolu. Pozitivní vliv zvýšení dávky podávaného propylenglykolu u dojnic v období rozdojování zjistili rovněž Sauer a kol.6 Další autoři však pozitivní vliv preventivního podávání vyšších dávek propylenglykolu nepovrdili.2
S narušením energetického metabolismu úzce souvisí vznik steatózy jater. V řadě studií bylo sledováno ukládání tuku v játrech v peripartálním období. Při podávání propylenglykolu byla v některých studiích zjištěna redukce obsahu tuku v játrech,7,8 ale jiné ji naopak popírají.9 Rozdílné výsledky jsou v souladu s vlivem suplementace propylenglykolu na koncentrace NEMK v krvi, jejichž vysoká koncentrace v krvi představuje hlavní riziko pro zvýšení ukládání tuku v játrech. Pozitivní výsledky je možno očekávat především ve stádech s velmi dobrou až tučnou kondicí v předporodním období a při závažnější alteraci energetického metabolismu.
Vliv propylenglykolu na produkci mléka, příjem krmiva a reprodukci
Obecně lze říci, že ve většině studií nebyl prokázán signifikantní vliv suplementace propylenglykolu na dojivost. Určité pozitivní tendence v produkci mléka byly zjištěny u krav suplementovaných v peripartálním období a na začátku laktace, ale ve středu laktace nebyla většinou produkce mléka ovlivněna nebo byla zjištěna tendence mírného poklesu po suplementaci propylenglykolu. Nielsen and Ingvartsen5 zpracovali výsledky řady pokusů se suplementací propylenglykolu u krav na začátku laktace a vyjádřili v procentech rozdíly mezi pokusnými a kontrolními skupinami.
Z grafu je zřejmé, že suplementace propylenglykolu měla ve většině pokusů negativní vliv na koncentraci tuku v mléce. Tento vliv je pravděpodobně způsoben posunem v zastoupení jednotlivých TMK produkovaných v bachoru, kdy dochází k poklesu koncentrace kyseliny octové a zvýšení zastoupení kyseliny propionové. Snížení produkce kyseliny octové, která je důležitým prekurzorem pro syntézu mléčného tuku se pak odráží ve snížení tučnosti mléka. Dalším faktorem je snížení koncentrace NEMK v krvi, které jsou rovněž využívány k syntéze mléčného tuku. Zvýšení produkce mléka je dáno zvýšením příjmu energie krmnou dávkou, protože propylenglykol má vysoký obsah energie 23,7 MJ/kg sušiny.10
Překvapivá je tendence snížení koncentrace bílkoviny v mléce ve většině pokusů. Teoreticky by bylo pravděpodobnější zvýšení syntézy bílkoviny v mléčné žláze díky snížené spotřebě aminokyselin pro glukoneogenezi při podání propylenglykolu. Pozitivní vliv takto ušetřených aminokyselin by se pak mohl odrazit na syntéze mléčné bílkoviny především za předpokladu, že by tyto aminokyseliny byly limitující. Dalším faktorem, který by se mohl pozitivně odrazit na syntéze mléčného proteinu je zvýšení obsahu energie v krmné dávce. Jak je zřejmé z výsledků pokusů (graf 2), zvýšení koncentrace bílkoviny v mléce bylo zjištěno pouze výjimečně a ve velmi malé míře. Dávka propylenglykolu je zřejmě malá na to, aby významně zvýšila dostupnost energie pro syntézu bílkoviny v mléce a dostupnost aminokyselin, které jsou obecně považovány za limitující pro vyšší produkci mléka (methionin, lyzin) rovněž není významněji ovlivněna.
Vliv suplementace propylenglykolu na koncentraci laktózy v mléce studovalo méně autorů, ale většinou nezjistili signifikantní vliv. Pouze Fischer a kol.11 zjistili zvýšení koncentrace laktózy o 0,2 % při dávce 495 g na kus a den. Tyto výsledky jsou v souladu s tím, že koncentrace laktózy v mléce je složením krmné dávky ovlivňována pouze ve velmi malé míře. K jejímu významnému snížení dochází pouze při výskytu mastitid.
Vliv propylenglykolu na příjem sušiny krmné dávky byl sledován v poměrně malém množství experimentů. Obecně pak lze říci, že propylenglykol nezvyšuje příjem sušiny dojnicemi v postpartálním období, ale naopak představuje riziko snížení příjmu krmné dávky. Příčinou je to, že propylenglykol nepatří mezi nejchutnější aditiva pro dojnice. Myioshi a kol.10 zjistili snížení příjmu sušiny jeden až dva dny při polévání TMR 518 g propylenglykolu na kus a den. Obdobně snížení příjmu sušiny zjistili i Dhiman a kol.3 při dávce 680 g propylenglykolu v TMR. Negativní vliv nižší chutnosti propylenglykolu je možno obejít tím, že se použije propylenglykol ve formě nálevu nebo zamícháním do jadrné směsi při použití sypké formy (propylenglykol vázaný na nosiči). Při použití nižších dávek (200 – 400 g) nebyl negativní vliv na příjem sušiny zjištěn. Vedle vlivu na chutnost krmné dávky může být příjem krmiva po aplikaci propylenglykolu ovlivněn i zvýšením koncentrace inzulinu v krvi s následnou negativní zpětnou vazbou. Příjem sušiny v poporodním období je výrazně ovlivněn řadou dalších faktorů jako je kondice dojnic, funkce bachoru a metabolický stav dojnic. Pozitivní vliv suplementace propylenglykolu na příjem sušiny lze očekávat především při zvýšení celkového příjmu energie dojnicemi a následně snížení závažnosti energetického deficitu.
Ekonomické návratnost podávání propylenglykolu s ohledem na produkci mléka, zdravotní stav dojnic a reprodukci je na farmách s dobrým nutričním programem sporná.12
Toxicita propylenglykolu
Doposud bylo publikováno málo prací, které se toxicitou propylenglykolu zabývají. I po podání nízkých dávek propylenglykolu jsou někdy zjišťovány příznaky toxicity, které se projevují ataxií, somnolencí a hyperventilací. U jednotlivých dojnic je však zjišťována vysoká individuální variabilita v citlivosti na podaný propylenglykol. Příznaky toxicity se mohou objevit nejen při použití vyšších dávek, ale i při nižších dávkách (100 – 200 g) po prvním podání, kdy však po tří až čtyřdenní adaptační periodě většinou mizí. Mechanismus toxického působení propylenglykolu není přesně známý. Hyperventilace bývá vysvětlována tím, že propylenglykol indukuje destrukci erytrocytů, čímž dochází k narušení přenosu kyslíku do tkání. Dalším faktorem pak může být zvýšená produkce kyseliny mléčné při metabolizaci propylenglykolu v játrech s následným vznikem laktacidémie. Trabue a kol.13 zjistili, že při metabolizaci propylenglykolu v bachoru vzniká řada plynů obsahujících síru (cibulového a česnekového zápachu), které mohou být jednou z příčin toxického působení propylenglykolu. Příznaky toxicity po přijetí vyššího množství propylenglykolu jsou obdobné jako po příjmu vyššího množství cibule (slabost, inapetence, deprese, ataxie) a některými autory je při intoxikaci propylenglykolem popisován česnekocibulový zápach.
Pro propylenglykol se udává střední toxická dávka (TD50) pro skot 2,6 g/kg tělesné hmotnosti,14 což představuje asi 1,5 kg propylenglykolu pro krávu o hmotnosti 600 kg. Ve srovnání s dávkami, které jsou u nás doporučovány a často i používány některými pracovníky je to dávka poměrně nízká. Klinické příznaky, které jsou považovány za příznaky toxicity jsou ataxie, salivace, hyperventilace, deprese až ulehnutí. Střední letální dávka nebyla pro skot stanovena.
Závěr
Propylenglykol představuje glukogenní substrát, který má pozitivní vliv na energetický metabolismus (sacharidů a tuků) u dojnic na počátku laktace, kdy se vyskytuje energetický deficit nejčastěji. Preventivní podání propylenglykolu v dávkách 150 až 300 g může snížit riziko vzniku ketózy, steatózy jater a rozvoje lipomobilizačního syndromu. Při podání propylenglykolu dochází k určitému nárůstu produkce mléka, ale snižuje se jeho tučnost. Propylenglykol obecně neovlivňuje příjem sušiny, ale díky nižší chutnosti může dojít i ke snížení příjmu sušiny krmné dávky. Při použití propylenglykolu k terapeutickým účelům se doporučuje dávka 500 g/kus/den. Při použití vyšších dávek existuje riziko toxického působení, které se projevuje ataxií, salivací, hyperventilací, depresí, případně ulehnutím dojnice. Z hlediska ekonomiky preventivního podávání propylenglykolu je doporučitelné monitorování hloubky energetického deficitu (BHB, NEMK, glukóza) u dojnic v peripartálním období, protože pokud u dojnic nedochází k výraznější lipomobilizaci a zvýšené produkci ketolátek, pozitivní vliv podávání propylenglykolu na energetický metabolismus se neprojevuje. Ekonomická návratnost díky zvýšené produkci mléka je vzhledem k poklesu tučnosti sporná. Při dobře sestavené krmné dávce není podávání propylenglykolu v peripartálním období nutné.
Práce vznikla v rámci řešení výzkumného záměru MŠMT ČR MSM6215712402.
Literatura
1. Christensen J. O., Grummer R. R., Rasmussen F. E., Bertics S. J. Effect of method of delivery of propylene glycol on plasma metabolites of feed-restricted cattle. J. Dairy Sci. 1997;80:563-568.
2. Cozzi G., Berzaghi P., Gottordo F., Gabai G., Andrigheto I. Effects of feeding propylene glycol to mid-lactating dairy cows. Anim Feed Sci Technol 1996;64:43-51.
3. Dhiman T. R., Cadorniga C., Satter L. D. Protein and energy supplementation of high alfaalfa silage diets during early lactation. J Dairy Sci 1993;76:1945-1959.
4. Grummer R. R., Winkler J. C., Bertics S. J., Studer V. A. Effect of propylene glycol dosage during feed restriction on metabolites in blood of prepartum Holstein heifers. J Dairy Sci 1994;77:3618-3623.
5. Nielsen N. I., Ingvartsen K. L. Propylene glycol for dairy cows. A review of the metabolism of propylene glycol and its effects on physiological parameters, feed intake, milk production and risk of ketosis. Anim Feed Sci Technol 2004;115:161-213.
6. Sauer F. D., Erfle J. D., Fischer L. J. Propylene glycol and glycerol as a feed additive for lactating dairy cows: an evaluation of blood metabolite parameters. Can J Anim Sci 1973;53:265-271.
7. Studer V. A., Grummer R. R., Bertics S. J., Reynolds C. K. Effect of propylene glycol administration on periparturient fatty liver in dairy cows. J Dairy Sci 1993;72:2801-2814.
8. Picket M. M., Piepenbrink M. S., Overton T. R. Effects of propylene glycol or fat drench on plasma metabolites, liver composition and production of dairy cows during the peripartal period. J Dairy Sci 2003;86:2113-211.
9. Bremmer D. R., Trower S. L., Bertics S. J., Besong S. A., Bernabucci U., Grummer R. R. Etiology of fatty liver in dairy cattle: effects of nutritional and hormonal status on hepatic microsomal triglyceride transfer protein. J Dairy Sci 2000;83:2239-2251.
10. Miyoshi S., Pate J. L., Palmquist D. L. Effects of propylene glycol drenching on energy balance, plasma glucose, plasma insulin, ovarian function and conception in dairy cows. Anim Reprod Sci 2001;68:29-43.
11. Fischer L. J., Erfle J. D., Lodge G. A., Sauer F. D. Effects of propylene glycol or glycerol supplementation of the diet of dairy cows on feed intake, milk yield and composition, and incidence of ketosis. Can J Anim Sci 1973;53:289-296.
12. Hoedemaker M., Prange D., Zerbe H., Frank J., Daxaberger A., Meyer H. H. D. Peripartal propylene glycol supplementation and metabolism, animal health, fertility, and production in dairy cows. J Dairy Sci 2004;87:2136-2145.
13. Trabue S., Scoggin K., Tjandrakusuma S., Rasmussen M. A., Reilly, P. J. Ruminal fermentation of propylene glycol and glycerol. J Agric Food Chem 2007;55:7043-7051.
14. Pintchuk P. A., Galey F. D., George L. W. Propylene glycol toxicity in adult dairy cows. J Vet Int Med 1993;7:150.
Adresa autora:
doc. MVDr. Alena Pechová, CSc.
Klinika chorob přežvýkavců
Fakulta veterinárního lékařství
Veterinární a farmaceutická univerzita Brno
Palackého 1/3
612 42 Brno
e-mail:pechovaa@vfu.cz
