تنظیم تغذیه ای سنتز چربی شیر

جیره­ های خاصی باعث کاهش قابل توجه تولید چربی شیر در نشخوارکنندگان می­شوند که معمولاً به افت چربی شیر شناخته می­ شود .

---

جیره­ های خاصی باعث کاهش قابل توجه تولید چربی شیر در نشخوارکنندگان می­شوند که معمولاً به افت چربی شیرMFD) ) شناخته می­شود، مکانیسم آن شامل ارتباط بین فرآیندهای میکروبی شکمبه و متابولیسم بافت می باشد. نظریه­ های متعددی در جهت تشریح این رابطه پیشنهاد شده­اند و تحقیقات، حمایت کمی را برای نظریه­های متکی بر محدودیت در منبع پیش سازهای لیپوژنیک ارائه می­دهند. در حالیکه، اساساً تغییرات درگیر در بیوهیدروژناسیون اسیدهای چرب غیر اشباع با چند پیوند دوگانه و مهار ویژه سنتز پستانی چربی شیر مطرح می­باشند.
نظریه­ بیوهیدوژناسیون پیشنهاد می­کند که تحت شرایط غذایی معینی، مسیرهای معمول بیوهیدروژناسیون شکمبه تغییر یافته که حد واسط­های اسید چرب منحصر به فردی تولید می­شوند که سنتز چربی شیر را مهار می­کنند. اسید لینولئیک مزدوج ترانس-10، سیس- 12 (CLA) یکی از نمونه های شناسایی شده است که با کاهش چربی شیر در ارتباط است. تحقیقات روی ایزومرهای خالص نشان داده­اند که ترانس-10، سیس-12 (CLA) یک مهار کننده­ی قوی سنتز چربی شیر است (شبیه به جیره القاء کننده افت چربی شیر)، مکانیسم آن شامل کاهش هماهنگ فراوانی mRNA برای آنزیم های کلیدی درگیر در مسیرهای بیوشیمیایی سنتز چربی می­باشد. شناسایی کامل­تر این بازدارنده­ های تولید شده طبیعی سنتز چربی و شرح مکانیسم­های سلولی می­توانند، فرصت­های وسیعی را برای استفاده و فهم تنظیم متابولیسم لیپیدها ارائه دهند.
مقدمه :
چربی، بخش مهم انرژی شیر بوده و مسئول بسیاری از خواص فیزیکی، ویژگی­های تولیدی وکیفیت شیر و محصولات لبنی می­باشد. در همه­ی پستانداران چربی شیر غالباً از تری گلیسیرید ها( بیش از 95%) تشکیل شده است، اما میزان چربی شیردر بین گونه ها به طور گسترده متفاوت می باشد. به عنوان مثال دامنه میزان چربی شیر در خانواده­ی شیر دریایی و وال ها بیش از 50 درصد و کرگدن ها کمتر از 1 درصد می باشد. تولیدکنندگان محصولات لبنی از مدتها پیش به چربی شیر نشخوارکنندگان به دلیل ارزش اقتصادی آن علاقمند بوده­اند و تحقیقات نیز به سمت درک بیوسنتز چربی شیر و عوامل تأثیرگذار بر مقدار و ترکیب اسید چرب هدایت شـــده­اند. این تحقیقات علمی متابولیسم را در غدد پستانی مشخص و مسیرهای بیوشیمیایی سنتز چربی و تنظیم این فرآیندها را در سنتز چربی شیر شناسایی کرده اند. نتایج این تحقیقات ارزش فوق العاده ای داشته اند چون بینشی را به سوی بیولوژی تولید شیر در همه ی گونه ها فراهم می­کنند. مقالات کلاسیک در حوزه ی چربی شیر توسط آنیسون ، داویس ، فولی ، کینسلا ، لینزل و پانون به عنوان نمونه انجام شده است.
میزان چربی و ترکیب شیر می تواند به میزان زیادی تحت تأثیر جیره باشد. این موضوع به طور گسترده در نشخوارکنندگان مورد بررسی قرار گرفته است و چندین مقاله اثرات جیره را مورد بررسی قرار داده­اند. هر چند، اختلافات گونه ای وجود دارند و نویل و پیسیاتو اخیرا ً مقاله ای را برای طیفی از گونه ها از جمله انسان به مورد بررسی قرار داده اند. در بسیاری از گونه ها ترکیب اسیدهای چرب چربی شیر شدیداً تحت تأثیر ترکیب اسیدهای چرب جیره است. در این ارتباط نشخوارکنندگان یک استثناء هستند، چون لیپیدهای جیره به میزان زیادی با متابولیسم باکتریایی در شکمبه تغییر می یابد. یکی از این تغییرات مهم بیوهیدوژناسیون اسیدهای چرب غیر اشباع با چند پیوند دو گانه (PUFA) است. برآورد شده که چربی شیر نشخوارکنندگان دارای بیش از 400 اسید چرب مختلف است و این خود با بخش اعظمی از لیپیدهای متابولیسم شده که در شکمبه رخ می­دهند مرتبط است. به هر حال، جیره ی غذایی می تواند به طور مؤثری بر جمعیت باکتریایی و فرآیند های میکروبی شکمبه مؤثر باشد، و به صورت یک پیامد جیره و تغذیه، اثرات مؤثری بر میزان چربی و ترکیب اسید چرب شیر، حتی در نشخوارکنندگان دارند. دیویس و براون یکی از برجسته ترین مسائل را تحت عنوان سندرم شیرکم چرب، که معمولاً به افت چربی شیر منسوب است را مشخص کردند. افت چربی شیر زمانی رخ می دهد که جیره­های خاصی که عموماً باعث کاهش میزان چربی شیر شده و ترکیب اسیدهای چرب شیر را تغییر می دهند. افت چربی شیر برای اولین بار در سال 1885 تشخیص داده شد، زمانی که بوسینگولت متوجه شد زمانی که گاوهای شیری با چغندر تغذیه می شوند تولید چربی شیر کاهش می­یابد و افت چربی شیر در موارد متعددی در اوایل قرن بیستم گزارش شد، زمانی که دامداران در پی تغذیه ی علمی برای فراهم کردن احتیاجات تغذیه ای گاوهای شیری بودند. این وضعیت منجر به تمرکز مطالعات زیادی بر بیولوژی افت چربی شیر( خصوصاً در نیمه دوم قرن حاضر) گردید، وضعیت غذایی که باعث افت چربی شیر(MFD) می­شود اکنون می­توان آن را با اطمینان بیشتری پیشگویی کرد، اما مبنای بیولوژیکی نامشخص باقی است.
سندرم شیر کم چرب یک چالش و مسئله بیولوژیکی مخل در ارتباطات بین فرآیندهای گوارشی متابولیسم بافت را نشان می دهد. در ادامه ی بخش ها ما در ابتدا پیش زمینه ای در مورد سنتز چربی شیر و سبب شناسی افت چربی شیر بحث خواهیم کرد. تعدادی نظریه برای تشریح افت چربی شیر پیشنهاد شده اند و این نظریات به طور گسترده مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در نهایت در مورد سیر تکاملی اخیر در بیولوژی افت چربی شیر بحث خواهد شد و چارچوب مبنای جهانی برای تشریح سندرم شیر کم چرب مورد بررسی قرار می­گیرد .
پیشینه :
منشأ اسیدهای چرب و سنتز چربی شیر
ترکیب اسیدهای چرب چربی شیر در پستانداران تفاوت های زیادی باهم دارند. ترکیب چربی شیر نشخوارکنندگان (گاوسانان) با گونه های انتخاب شده در جدول 1 کاملاً متفاوت است. اسیدهای چرب در شیر دو منبع به وجود می­آیند، برداشت شده از جریان خون و ساخته شده در داخل سلول های پوششی پستان(de novo) . بخش اعظمی از اختلافات در ترکیب چربی شیر نتیجه­ی منبع اسید چرب استفاده شده برای سنتز چربی شیر می­باشد. اسیدهای چرب کوتاه زنجیر(4-8 کربنه ) و متوسط زنجیر(10-14 کربنه ) تقریباً به طور منحصر به فردی از سنتز de novo بوجود می­آیند. اسیدهای چرب طویل زنجیر(>16کربنه ) از لیپیدهای موجود در گردش خون (جذب شده از دستگاه گوارش) مشتق می­شوند و اسید های چرب 16 کربنه ناشی از طویل شدن هر دو منبع می­باشند. بنابراین با توجه به گونه می­توان اهمیت منابع مختلف اسیدهای چرب را برای سنتز چربی شیر با آزمایش روی ترکیب چربی شیر به طور منطقی پیش­بینی کرد.


بعنوان مثال سنتز de novo منبع اصلی اسیدهای چرب شیر در فیل است، در حالیکه چربی شیر تولید شده توسط خوک آبی، غالباً توسط اسیدهای چرب برداشت شده از جریان خون مشتق می شود ( جدول 1). این اختلافات زمانی که تنظیم سنتز چربی شیر مورد بررسی قرار گرفته می شود نیازمند توجه بیشتری است.
در نشخوارکنندگان حدود نیمی از اسیدهای چرب شیر از سنتز de novo مشتق می­شوند. بایستی در نظر داشت که غیر نشخوارکنندگان از گلوکز برای سنتز de novo استفاده می­شود در حالیکه نشخوار کنندگان از استات تولید شده در فرآیند تخمیر کربوهیدراتها در شکمبه به عنوان منبع کربنی عمده استفاده می­کنند. به علاوه β-هیدروکسی بوتیرات تولید شده در اپیتلیوم شکمبه (ناشی از جذب بوتیرات) حدود نیمی از کربن لازم جهت سنتز de novo را در نشخوارکنندگان فراهم می­کند. همچنین اختلافاتی در مسیرهای بیوشیمیایی وجود دارند که مولکول­های احیا کننده مورد نیاز (نیکوتین آمید دی نوکلئوتید فسفات NADPH) را تأمین می­کنند که سبب حمایت سنتز اسید چرب بین نشخوارکنندگان ( مسیرپنتوزفسفات و سیکل ایزوسیترات ) و غیر نشخوارکنندگان ( مسیر پنتوز فسفات و سیکل مالات ترانس هیدروژناسیون )می­شود. به هر حال، کل فرآیندها در سنتز اسیدهای چرب به میزان قابل توجهی در پستانداران با یکدیگر مشابه اند.
اسیدهای چرب از پیش ساخته توسط غده پستانی برداشت شده و مستقیماً برای سنتز چربی شیر مورد استفاده قرار می­گیرند. این اسیدهای چرب از لیپوپروتئین­ها و اسیدهای چرب آزاد (NEFA) که به ترتیب ناشی از جذب لیپیدها در دستگاه گوارش و موبیلیزه کردن ذخایر چربی بدن هستند مشتق شده­اند. در نشخوار کنندگان اسیدهای چرب موجود در چربی شیر که از جریان خون گرفته­ می­شوند، غالباً از جذب روده­ای و اسیدهای چرب میکروبی مشتق می­گردند. به طور معمول، لیپولیز و موبیلیزه کردن چربی بدن کمتر از 10 درصد از اسیدهای چرب موجود در چربی شیر را به خود اختصاص می­دهد. هر چند زمانی که گاوها در تعادل منفی انرژی هستند، سهم اسیدهای چرب موبیلیزه شده برای جبران این کسری انرژی افزایش می­یابد. جالب توجه است که این موضوع مسئله­ای است که بین گونه های مختلف تفاوت وجود دارد. وال ها و پینیپدها در طول شیردهی غذا نمی­خورند لذا این موضوع در ترکیب شیر آنها منعکس می­شود، به طوریکه مبلیزه کردن چربی بدن می­بایستی تنها منبع تأمین کننده اسیدهای چرب موجود در چربی شیر باشد. ذخایر بدنی در انسان نیز اهمیت بیشتری دارند چرا که برآورد شده که بیش از60% اسیدهای چرب موجود در شیر ممکن است از این منبع تأمین شوند.
سندرم شیر کم چرب
سندرم شیرکم چرب به عنوان یک وضعیت طبیعی که با تنظیم غذایی چربی شیر رخ می­دهد، مورد توجه ویژه قرار گرفته است. جنبه­های تاریخی در شناسایی جیره­های مرتبط با افت چربی شیر(MFD) در گاوهای شیری مورد بررسی قرار گرفته­اند. داویس و براون جیره های مسبب افت چربی شیر را به دو گروه عمده تقسیم کردند. یک گروه شامل جیره هایی که مقادیر زیادی کربوهیدرات سهل الهضم داشته و مقادیر اجزاء فیبری آن کم است و در معمول­ترین این جیره­ها نسبت مواد دانه ای به مواد خشبی بالا می­باشد. در جیره­های دارای فیبر کافی، هرچند مقدار فیبر در این گونه جیره ها کافی است، اما اگر منبع فیبر به صورت آسیاب شده و یا پلت شده ­باشند، این دسته جیره­ها نیز جزء این گروه (جیره­های دسته اول) محسوب می شوند، چون این گونه فرآیندسازی­ها، توانایی فیبر درحفظ عملکرد طبیعی شکمبه را کاهش می­دهند. سیلاژ ذرت در بسیاری از مناطق دنیا به عنوان منبع اصلی علوفه برای گاوهای شیرده استفاده می شود. اگرچه به نظر می­رسد جیره بر پایه­ی سیلاژ ذرت حاوی مقادیر کافی فیبر باشد اما نسبت به جیره­های بر پایه ی سیلاژ گراس از توانایی کمتری برای حفظ عملکرد شکمبه درجهت حمایت از چربی شیر طبیعی برخوردار می­باشد. سهم بالای دانه در سیلاژ ذرت (معمولاً 40 تا50 درصد) باعث کاهش بیشتر تأثیر آن به عنوان یک منبع علوفه می­شود. در نشخوارکنندگان، اثر فیبر غذایی عامل تعیین کننده اصلی توانایی علوفه­ها در بافرینگ شکمبه می­باشد، بنابراین اصطلاح جیره­ی کم فیبر را برای توصیف اولین گروه جیره­ها که مسبب افت چربی شیر هستند، استفاده می­شوند.
دومین گروه از جیره­هایی که باعث افت چربی می شوند، مکمل های غذایی حاوی روغن های غیراشباع ( مثل روغن های گیاهی و دریایی ) می­باشند. زمانی که مکمل­های روغنی به طور مستقیم به جیره اضافه می شوند افت چربی شیر رخ می دهد علاوه براین زمانی که جیره­ها با دانه­های روغنی یا کنجاله­های حاوی اسیدهای چرب غیر اشباع با چند پیوند دو گانه (PUFA) مکمل شوند افت چربی شیر رخ می­دهد. در حقیقت وجود اسیدهای چرب با چند پیوند دوگانه (PUFA) در جیره­های کم فیبر، شرط لازم برای افت چربی شیر می­باشد. چنانچه مواد خشبی مصرفی بالا باشد و یا اثر فیبر علوفه در حفظ عملکرد طبیعی شکمبه کافی باشد، مکمل­های روغن گیاهی باعث افت محصول چربی شیر نخواهند شد. بنابراین روغن­های گیاهی نمونه­ایاضافی از کاهش چربی شیر در جیره هایی با فیبر پایین می­باشند.
روغن ماهی و روغن­های پستانداران دریایی و جلبک­های دریایی با وجود دو اسید چرب با چند پیوند دوگانه مشخص می­شوند: ایکوزاپنتانوئیک اسید (C20:5) و دکوزاهگزانوئیک اسید(G22:6). در مجموع به این دسته ازاسیدهای چرب به عنوان روغن­های دریایی ارجاع خواهد شد. این روغن­ها در مقایسه با روغن های گیاهی، حتی زمانی که جیره­ها دارای سطح کافی از فیبر مؤثرباشند موجب افت چربی شیرخواهند شد. بنابراین روغن­های دریایی دومین گروه مهم از جیره­هایی هستند که باعث افت چربی شیر می شوند. تعدادی تئوری ارائه شده­اند که افت چربی شیر ایجاد شده توسط چنین جیره­هایی را تشریح می­کنند و اساس همه­ی آنها تغییرات غذایی ایجاد شده در فرآیند میکروبی شکمبه می باشد. پاول برای اولین بار این موضوع را تشخیص داد و به این نتیجه رسیدکه ظاهراً بین فعالیتهای شکمبه و ترکیب چربی شیر تولید شده یک همبستگی مثبت وجود دارد. در مطالعات بعدی نشان داد که تغییرات در فعالیت شکمبه به واسطه­ی جیره­های کم فیبر و روغن­های جانداران دریایی می­باشند که هم در تخمیر میکروبی کربوهیدرات­های جیره و هم در بیوهیدروژناسیون میکروبی اسیدهای چرب غیر اشباع جیره دخالت دارند. به طورکلی تغییرات شکمبه شامل تغییرات در نسبت غلظت اسیدهای چرب فرار خصوصاً کاهش نسبت استات به پروپیونات می­باشد. علاوه بر این، این جیره­ها باعث تغییراتی در بیوهیدروژناسیون شکمبه شده و خصوصیت کلیدی آن، تجمع حد واسط­های بیوهیدروژناسیون، به ویژه اسیدهای چرب ترانس 18:1 می باشد .(شکل 1)