Состав, структура и функция микробиомы рубца крупного рогатого скота имеют решающее значение для здоровья и питания животного, поскольку эти микроорганизмы ответственны за расщепление низкокачественных кормов на энергетические субстраты, которые впоследствии могут быть использованы жвачными. Основным фактором, влияющим на стабильность микробиомы, является постоянство реакции среды рубца.
Реакция среды рубца (pH) – важный показатель, который определяет состояние ферментативных процессов, образование метаболитов, их всасывание и использование в организме. Характеризуется реакция среды концентрацией ионов водорода, или водородным показателем. Информация о рН рубца позволяет оценивать состав рациона питания и кормления коров. Суточные колебания рН являются выражением потребления корма и зависят не только от розданного рациона, но и от выборки самим животным частиц корма. Постоянная система измерения рН является эффективным и необходимым инструментом для регистрации заболеваний, корректировок рациона и выбора стратегии кормления коров. Нарушение рН рубца может вывести из строя всю пищеварительную систему, а вместе с ней здоровье животного и его продуктивность.
У жвачных животных pH содержимого непостоянная и колеблется в пределах 6,5–7,2, у высокопродуктивных коров эти значения составляют 6,2-6,8. Лактирующие коровы демонстрируют выраженные суточные колебания рН рубца. Водородный показатель поддерживается в рубцовом отделе пищеварения в результате:
а) поступления щелочи в рубец со слюной и кормом (ежедневно в рубец со слюной попадает 370-520 г NаНСО3);
б) утилизации из рубца кислот вследствие их всасывания в кровь и перехода с химусом в нижерасположенные отделы пищеварительного канала;
в) буферных свойств содержимого рубца (бикарбонаты, фосфаты, белок и др.) и самих органических кислот.
В кислую сторону pH содержимого рубца (до 5,6) смещается при внезапном или чрезмерном поступлении в рубец с кормами легкоусвояемых углеводов (сахарная свекла, кукуруза молочно-восковой спелости, патока, зерновые концентраты). При ферментативных процессах из углеводных соединений образуются летучие жирные кислоты (ЛЖК), основными представителями которых являются уксусная (ацетат), пропионовая (пропионат) и масляная (бутират) кислоты. В рубце интенсивно развивается молочнокислое брожение, что приводит к обильному образованию молочной кислоты (лактат), которая вызывает сдвиг pH в кислую сторону. В нормальных условиях лактат не накапливается в рубце, но при кормлении неадаптированного животного кормом с высоким содержанием зерна может накапливаться молочная кислота. Лактат в 10 раз сильнее, чем другие ЛЖК, и оказывает значительное влияние на снижение pH и здоровье микробной популяции рубца.
Сдвиг в щелочную сторону со значениями pH до 7,3 происходит при преобладании в рационе или переедании животными богатых белками кормов: бобовых трав, зеленой массы, вико-овсяной, горохово-овсяной смесей, а также в случае резкого перехода на концентратный тип кормления. Кроме того, повышение pH среды происходит при утилизации из рубцового отдела желудка летучих жирных кислот, молочной кислоты и оказании буферного эффекта слюны.
В настоящее время контроль рубцового содержимого осуществляется как непосредственно в хозяйстве (в полевых условиях), так и проведением лабораторных исследований. В полевых условиях используют способ дистанционного контроля рН в рубце коров устройством, состоящим из датчика рН, вводимого в полость рубца, и внешнего оборудования, обеспечивающего через рентген изображение рубца. Еще одним способом мониторинга рН рубцового содержимого является использование болюса, который вводится в полость рубца. Датчик, расположенный в болюсе, определяет и передает на приемное устройство электромагнитные параметры содержимого рубца. Этот способ исследования позволяет в течение длительного времени контролировать кислотность рубцового содержимого. Применяется в основном для проведения научных исследований. Более широкие возможности для получения и анализа рубцовой жидкости имеются у портативного оборудования, которое позволяет на основании общепринятых параметров выявлять субклинические стадии заболевания крупного рогатого скота в полевых условиях. Оборудование включает в себя зевник, набор желудочных зондов, рН-метр и реактивы для настройки. Данное оборудование упрощает процесс отбора проб рубцового содержимого и определения рН, но диагностические возможности его ограничены выявлением только ацидоза или алкалоза рубца.
При проведении лабораторных исследований измерения pH производят путем отбора проб рубцовой жидкости от животных и предоставления образцов в лабораторию, где двумя методами – колориметрическим и электрометрическим – определяют кислотность среды. Первый, наиболее простой, но не совсем точный, метод базируется на свойстве некоторых индикаторов изменять цвет в зависимости от реакции среды. Этим методом сложно определить pH в мутных и окрашенных растворах, в том числе и в содержимом рубца. Поэтому для более точной оценки состояния рубцового содержимого используют электрометрический метод, который применяется при работе с окрашенными растворами и суспензиями, им довольно быстро можно определить pH с точностью до 0,05. Принцип метода основывается на том, что при погружении электрода в раствор возникает разница потенциалов между ионами металла электрода и ионами этого же металла, который находится в растворе. Определяют электродвижущую силу при помощи рН-метра.