Effects of Dietary β-Carotene Supplementation on Vitamin A and β-Carotene Levels, Antioxidant Responses, and Milk Composition in Holstein Cows

Sintesi Tecnica: Effetti della supplementazione dietetica di β-carotene sui livelli di vitamina A e β-carotene, sulle risposte antiossidanti e sulla composizione del latte in vacche Holstein

Problema
La transizione dalla fase di tarda gestazione alla prima lattazione rappresenta un periodo metabolicamente impegnativo per le vacche da latte, caratterizzato da rapidi cambiamenti fisiologici che possono sovraccaricare i sistemi di difesa antiossidante e portare allo stress ossidativo. Sebbene il β-carotene funga sia da precursore della vitamina A sia da antiossidante liposolubile, la sua biodisponibilità è influenzata dalla degradazione ruminale e dalla conversione intestinale. Le ricerche precedenti hanno prodotto risultati incoerenti riguardo l'impatto della supplementazione di β-carotene sulla produzione e sulla composizione del latte. Inoltre, mancano dati esaustivi che colleghino la supplementazione graduata di β-carotene durante il periodo di transizione con i cambiamenti coordinati nello stato di vitamina A/β-carotene nei tessuti epatici e intestinali, nelle risposte antiossidanti tessuto-specifiche e nell'espressione di geni metabolici chiave (BCO1 e BCO2) attraverso diversi segmenti intestinali.

Metodologia
Lo studio ha utilizzato un disegno randomizzato con 24 vacche Holstein multipare (peso corporeo medio 550 ± 32,71 kg; parto 2,5 ± 0,48) in un'azienda sperimentale nella Mongolia Interna, Cina. Le vacche sono state assegnate a quattro gruppi di trattamento (n=6 per gruppo) ricevendo 0, 600, 1.200 o 1.800 mg/g di β-carotene attivo da 60 giorni pre-parto a 90 giorni post-parto. Il supplemento era un prodotto commerciale contenente il 10% di β-carotene, miscelato con concentrato e offerto prima della razione totale misto (TMR) mattutina.

Raccolta dei dati:

• Metriche di produzione: La sostanza secca giornaliera (DMI) e la produzione di latte sono state registrate. La composizione del latte (grassi, proteine, lattosio, solidi totali, conta delle cellule somatiche [SCC]) è stata analizzata nel colostro (prima mungitura) e nel latte maturo (raccolto dai 3 giorni precedenti).
• Analisi biochimica: Le concentrazioni di vitamina A e β-carotene sono state quantificate in siero, fegato, tessuti intestinali (duodeno, digiuno, ileo), colostro e latte maturo mediante cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC).
• Stato antiossidante: Sono stati misurati i livelli sierici e tissutali della capacità antiossidante totale (T-AOC), dell'attività della superossido dismutasi (SOD), della glutatione perossidasi (GSH-Px), della catalasi (CAT), del glutatione ridotto (GSH), delle specie reattive dell'ossigeno (ROS), dello stato ossidante totale (TOS), della malondialdeide (MDA) e della ossido nitrico sintasi inducibile (iNOS).
• Espressione genica: L'abbondanza relativa di mRNA di β-carotene ossigenasi 1 (BCO1) e β-carotene ossigenasi 2 (BCO2) è stata determinata nei tessuti epatici e intestinali tramite PCR quantitativa in tempo reale (RT-qPCR).

Contributi chiave e risultati

1. Produzione e composizione del latte: La supplementazione dietetica di β-carotene ha avuto effetti limitati sulla produzione di latte, grassi, proteine, lattosio o solidi totali sia nel colostro che nel latte maturo. Tuttavia, è stato osservato un effetto significativo sulla conta delle cellule somatiche (SCC). Nel latte maturo, la supplementazione di β-carotene ha ridotto l'SCC rispetto al controllo, con i valori più bassi osservati nel gruppo da 600 mg/g. Al contrario, nel colostro, l'SCC era più elevato nei gruppi da 1.200 e 1.800 mg/g rispetto alle dosi inferiori, una differenza attribuita al rimodellamento fisiologico della mammella piuttosto che a patologia.
2. Stato di vitamina A e β-carotene: La supplementazione ha aumentato significativamente le concentrazioni sieriche ed epatiche di β-carotene in modo dose-dipendente, con i livelli più elevati nei gruppi da 1.200 e 1.800 mg/g. Anche l'accumulo epatico di vitamina A è aumentato con la supplementazione, raggiungendo il picco nel gruppo da 1.800 mg/g. Tuttavia, la vitamina A sierica e le concentrazioni di vitamina A e β-carotene nel latte maturo sono rimaste ampiamente invariate dal trattamento, suggerendo una stretta regolazione omeostatica del retinol circolante e un trasferimento limitato al latte maturo in queste condizioni. I livelli di vitamina A e β-carotene nel colostro hanno mostrato variazioni, con il gruppo da 1.200 mg/g che presentava le concentrazioni più elevate.
3. Risposte antiossidanti: La supplementazione ha potenziato la capacità antiossidante sistemica. Le attività di T-AOC, SOD e GSH-Px sieriche sono aumentate, mentre i livelli di ROS, TOS e iNOS sono diminuiti, in particolare nei gruppi da 1.200 e 1.800 mg/g. Le risposte tissutali sono state specifiche per organo; le attività degli enzimi antiossidanti sono generalmente migliorate e le concentrazioni di MDA sono diminuite nel fegato e nei tessuti intestinali (duodeno, digiuno, ileo), indicando una riduzione della perossidazione lipidica.
4. Espressione genica: L'espressione di BCO1 e BCO2 è stata principalmente dipendente dal tessuto piuttosto che dalla dose. L'mRNA di BCO1 era più abbondante nel duodeno, suggerendo che questo sia il sito primario per la scissione centrale del β-carotene in precursori della vitamina A. BCO2 mostrava un'espressione più ampia nel duodeno e nel digiuno. Nessun gene ha mostrato una relazione dose-risposta coerente tra i trattamenti, implicando una regolazione da parte dello stato dei carotenoidi tissutali o dei meccanismi di feedback della vitamina A.

Significatività e conclusioni
Lo studio conclude che la supplementazione dietetica di β-carotene dalla tarda gestazione alla prima lattazione supporta efficacemente lo stato di β-carotene e vitamina A e migliora l'equilibrio redox nelle vacche Holstein. Sebbene la supplementazione non abbia alterato la produzione di latte o la maggior parte dei tratti compositivi, ha con successo potenziato la disponibilità di β-carotene sierico ed epatico, promosso l'accumulo di vitamina A nel fegato e migliorato le difese antiossidanti sia nella circolazione sistemica che nei tessuti periferici. I benefici fisiologici più coerenti sono stati osservati a livelli di supplementazione di 1.200-1.800 mg/g. I risultati evidenziano che, sebbene il β-carotene migliori lo stato antiossidante e possa beneficiare della salute della mammella (indicata dalla riduzione dell'SCC nel latte maturo), i suoi effetti sulle prestazioni produttive e sulla composizione del latte sono minimi, e la sua conversione metabolica è fortemente influenzata dall'attività enzimatica tessuto-specifica piuttosto che dalla semplice escalation della dose.