Betaīns ir dabiski sastopams savienojums, kas plaši izplatīts augos un dzīvniekos. Kā barības piedeva tas ir pieejams bezūdens vai hidrohlorīda veidā. To var pievienot dzīvnieku barībai dažādiem mērķiem.
Pirmkārt, šie mērķi var būt saistīti ar betaīna ļoti efektīvo metilgrupu donora spēju, kas galvenokārt notiek aknās. Nestabilu metilgrupu pārneses dēļ tiek veicināta dažādu savienojumu, piemēram, metionīna, karnitīna un kreatīna, sintēze. Tādā veidā betaīns ietekmē olbaltumvielu, lipīdu un enerģijas metabolismu, tādējādi labvēlīgi mainot liemeņa sastāvu.
Otrkārt, betaīna pievienošanas barībai mērķis var būt saistīts ar tā funkciju kā aizsargājošu organisko penetrantu. Šajā funkcijā betaīns palīdz šūnām visā ķermenī uzturēt ūdens līdzsvaru un šūnu aktivitāti, īpaši stresa periodos. Labi zināms piemērs ir betaīna pozitīvā ietekme uz dzīvniekiem, kuriem ir karstuma stress.
Cūkām ir aprakstīta dažāda betaīna piedevu labvēlīgā ietekme. Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta betaīna kā barības piedevas lomai atšķirtu sivēnu zarnu veselībā.
Vairākos betaīna pētījumos ir ziņots par tā ietekmi uz barības vielu sagremojamību cūku ileumā jeb visā gremošanas traktā. Atkārtoti novērojumi par šķiedrvielu (jēlšķiedras vai neitrālas un skābas mazgāšanas līdzekļa šķiedras) paaugstinātu sagremojamību ileumā liecina, ka betaīns stimulē tievajās zarnās jau esošo baktēriju fermentāciju, jo zarnu šūnas neražo šķiedrvielas noārdošus enzīmus. Auga šķiedrvielu daļa satur barības vielas, kas var izdalīties šīs mikrobiālās šķiedras noārdīšanās laikā.
Tādēļ tika novērota arī uzlabota sausnas un jēlpelnu sagremojamība. Kopējā gremošanas trakta līmenī ir ziņots, ka sivēniem, kuriem pievienots 800 mg betaīna/kg barības, ir uzlabojusies jēlproteīna (+6,4%) un sausnas (+4,2%) sagremojamība. Turklāt citā pētījumā tika parādīts, ka, papildinot barību ar 1250 mg/kg betaīna, uzlabojās jēlproteīna (+3,7%) un ētera ekstrakta (+6,7%) šķietamā kopējā sagremojamība.
Viens no iespējamiem iemesliem novērotajam barības vielu sagremojamības pieaugumam ir betaīna ietekme uz enzīmu ražošanu. Nesenā in vivo pētījumā par betaīna pievienošanu atšķirtiem sivēniem tika novērtēta gremošanas enzīmu (amilāzes, maltāzes, lipāzes, tripsīna un himotripsīna) aktivitāte himā (1. attēls). Visiem enzīmiem, izņemot maltāzi, bija paaugstināta aktivitāte, un betaīna ietekme bija izteiktāka, ja deva bija 2500 mg betaīna/kg barības nekā 1250 mg/kg. Aktivitātes pieaugums var būt enzīmu ražošanas pieauguma rezultāts vai arī enzīma katalītiskās efektivitātes pieauguma rezultāts.
1. attēls. Sivēniem ar 0 mg/kg, 1250 mg/kg vai 2500 mg/kg betaīna piedevu ievadīta zarnu gremošanas enzīmu aktivitāte.
In vitro eksperimentos tika pierādīts, ka, pievienojot NaCl, lai radītu augstu osmotisko spiedienu, tripsīna un amilāzes aktivitāte tika kavēta. Pievienojot dažādus betaīna līmeņus šajā testā, NaCl inhibējošā iedarbība tika atjaunota un palielināja enzīmu aktivitāti. Tomēr, ja buferšķīdumam nepievieno NaCl, betaīns neietekmē enzīmu aktivitāti zemākā koncentrācijā, bet uzrāda inhibējošu efektu augstākā koncentrācijā.
Ne tikai paaugstinātā sagremojamība var izskaidrot ziņoto augšanas rādītāju un barības konversijas ātruma pieaugumu cūkām, kurām pievienots uztura betaīns. Betaīna pievienošana cūku barībai arī samazina dzīvnieka uzturēšanas enerģijas vajadzības. Šīs novērotās ietekmes hipotēze ir tāda, ka, lietojot betaīnu, lai uzturētu intracelulāro osmotisko spiedienu, samazinās jonu sūkņu nepieciešamība, kas ir process, kam nepieciešama enerģija. Ierobežotas enerģijas uzņemšanas gadījumā paredzams, ka betaīna piedevu ietekme būs izteiktāka, palielinot enerģijas piegādi augšanai, nevis uzturēšanai.
Zarnu sieniņu izklājošajām epitēlija šūnām ir jātiek galā ar ļoti mainīgiem osmotiskiem apstākļiem, ko rada zarnu lūmena saturs barības vielu sagremošanas laikā. Vienlaikus šīm zarnu šūnām ir jākontrolē ūdens un dažādu barības vielu apmaiņa starp zarnu lūmenu un plazmu. Lai aizsargātu šūnas no šiem sarežģītajiem apstākļiem, betaīns ir svarīgs organiskais penetrants. Novērojot betaīna koncentrāciju dažādos audos, betaīna saturs zarnu audos ir diezgan augsts. Turklāt ir novērots, ka šos līmeņus ietekmē uztura betaīna koncentrācija. Labi sabalansētām šūnām būs labāka proliferācija un labākas atjaunošanās spējas. Tādēļ pētnieki atklāja, ka, palielinot betaīna līmeni sivēniem, palielinās divpadsmitpirkstu zarnas bārkstiņu augstums un ileālo kriptu dziļums, un bārkstiņas ir vienmērīgākas.
Citā pētījumā varēja novērot bārkstiņu augstuma palielināšanos divpadsmitpirkstu zarnā, tukšajā zarnā un ileumā, bet nebija ietekmes uz kriptu dziļumu. Kā novērots ar kokcīdijām inficētām broileru vistām, betaīna aizsargājošā iedarbība uz zarnu struktūru var būt vēl nozīmīgāka noteiktu (osmotisku) faktoru ietekmē.
Zarnu barjeru galvenokārt veido epitēlija šūnas, kas savā starpā savienotas ar cieši savienotiem proteīniem. Šīs barjeras integritāte ir būtiska, lai novērstu kaitīgu vielu un patogēnu baktēriju iekļūšanu, kas pretējā gadījumā izraisītu iekaisumu. Cūkām zarnu barjeras negatīvā ietekme tiek uzskatīta par mikotoksīnu piesārņojuma rezultātu barībā vai vienu no karstuma stresa negatīvajām sekām.
Lai novērtētu ietekmi uz barjeras efektu, bieži tiek izmantoti šūnu līniju in vitro testi, lai mērītu transepitēlija elektrisko pretestību (TEER). Pielietojot betaīnu, vairākos in vitro eksperimentos var novērot uzlabotu TEER. Kad akumulators tiek pakļauts augstai temperatūrai (42°C), TEER samazinās (2. attēls). Betaīna pievienošana šo karstumam pakļauto šūnu augšanas videi neitralizēja samazināto TEER, norādot uz paaugstinātu karstumizturību.
2. attēls. Augstas temperatūras un betaīna ietekme uz šūnu transepitēlija rezistenci (TEER) in vitro.
Turklāt in vivo pētījumā ar sivēniem tika mērīta ciešo savienojumu olbaltumvielu (oklūdīna, klaudīna1 un zonulas occludens-1) palielināta ekspresija dzīvnieku, kuri saņēma 1250 mg/kg betaīna, jejunuma audos, salīdzinot ar kontroles grupu. Turklāt kā zarnu gļotādas bojājuma marķieris diamīnoksidāzes aktivitāte šo cūku plazmā bija ievērojami samazināta, kas norāda uz spēcīgāku zarnu barjeru. Kad augošu/nobarojamu cūku uzturam tika pievienots betaīns, kaušanas laikā tika mērīta zarnu stiepes izturības palielināšanās.
Nesen vairākos pētījumos betaīns ir saistīts ar antioksidantu sistēmu un aprakstīts samazināts brīvo radikāļu daudzums, samazināts malondialdehīda (MDA) līmenis un uzlabota glutationa peroksidāzes (GSH-Px) aktivitāte.
Betaīns dzīvniekiem darbojas ne tikai kā osmoprotektants. Turklāt daudzas baktērijas var uzkrāt betaīnu, sintezējot to de novo vai transportējot no apkārtējās vides. Ir pazīmes, ka betaīns var pozitīvi ietekmēt baktēriju skaitu atšķirtu sivēnu kuņģa-zarnu traktā. Ir palielinājies kopējais ileālo baktēriju, īpaši bifidobaktēriju un laktobaktēriju, skaits. Turklāt fekālijās tika konstatēts mazāks Enterobacter daudzums.
Visbeidzot, ir novērots, ka betaīna ietekme uz atšķirtu sivēnu zarnu veselību ir caurejas biežuma samazināšanās. Šī ietekme var būt atkarīga no devas: uztura bagātinātājs 2500 mg/kg betaīna ir efektīvāks par 1250 mg/kg betaīna caurejas biežuma samazināšanā. Tomēr atšķirtu sivēnu sniegums abos piedevu līmeņos bija līdzīgs. Citi pētnieki ir pierādījuši, ka, pievienojot 800 mg/kg betaīna, caurejas biežums un sastopamība atšķirtiem sivēniem ir mazāka.
Betaīnam ir zema pKa vērtība – aptuveni 1,8, kas pēc norīšanas izraisa betaīna HCl disociāciju, kā rezultātā rodas kuņģa paskābināšanās.
Interesants pārtikas produkts ir betaīna hidrohlorīda iespējamā paskābināšana kā betaīna avots. Cilvēku medicīnā betaīna HCl piedevas bieži lieto kombinācijā ar pepsīnu, lai atbalstītu cilvēkus ar kuņģa un gremošanas problēmām. Šajā gadījumā betaīna hidrohlorīdu var izmantot kā drošu sālsskābes avotu. Lai gan nav informācijas par šo īpašību, ja betaīna hidrohlorīds ir sivēnu barībā, tas var būt ļoti svarīgi.
Ir labi zināms, ka atšķirtu sivēnu kuņģa sulas pH līmenis var būt relatīvi augsts (pH> 4), kas ietekmēs pepsīna prekursora aktivāciju par tā prekursoru pepsinogēnu. Optimāla olbaltumvielu gremošana ir svarīga ne tikai dzīvniekiem, lai nodrošinātu labu šīs barības vielas pieejamību. Turklāt gremošanas traucējumu izraisītais proteīns var izraisīt oportūnistisku patogēnu kaitīgu savairošanos un palielināt caurejas problēmu pēc atšķiršanas. Betaīnam ir zema pKa vērtība - aptuveni 1,8, kas noved pie betaīna HCl disociācijas pēc norīšanas, izraisot kuņģa paskābināšanos.
Šī īslaicīgā atkārtota paskābināšanās ir novērota provizoriskā pētījumā ar cilvēkiem un pētījumos ar suņiem. Pēc vienreizējas 750 mg vai 1500 mg betaīna hidrohlorīda devas suņiem, kuri iepriekš bija ārstēti ar kuņģa skābes līmeni samazinošiem līdzekļiem, kuņģa pH līmenis ievērojami pazeminājās no aptuveni 7 līdz 2. Tomēr neārstētiem kontroles grupas suņiem kuņģa pH līmenis bija aptuveni 2, kas nebija saistīts ar betaīna hidrohlorīda piedevu.
Betaīnam ir pozitīva ietekme uz atšķirtu sivēnu zarnu veselību. Šajā literatūras apskatā ir izceltas dažādas betaīna iespējas atbalstīt barības vielu gremošanu un uzsūkšanos, uzlabot fiziskās aizsargbarjeras, ietekmēt mikrobiotu un uzlabot sivēnu aizsardzības spējas.