Свойства и метаболизъм

Химически ниацинът е един от най-простите витамини, имащ емпиричната формула C6H3O2N (ил. 13-1). Никотиновата киселина и никотинамидът съответстват съответно на 3-пиридин карбоксилната киселина и нейния амид. Съществуват антивитамини или антагонисти на ниацин. Тези съединения имат основната пиридинова структура; два от важните антагонисти на никотиновата киселина са 3-ацетилпиридин и пиридин сулфонова киселина. Никотиновата киселина и никотинамидът (ниацинамид) обикновено имат същата активност, въпреки че един доклад с лактиращи крави предполага, че никотинамидната форма има малко по-висока активност (Jaster and Ward, 1990). Никотиновата киселина се превръща в амидната форма в тъканите и Erickson et al. (1991) предполага, че това се случва в рубца. Никотинамидът функционира като компонент на два коензима: никотинамид аденин динуклеотид (NAD) и никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADP).

ниацин

Илюстрация 13-1

Както никотиновата киселина, така и никотинамидът са бели кристални твърди вещества без мирис, разтворими във вода и алкохол. Те са много устойчиви на топлина, въздух, светлина и алкали и по този начин са стабилни във фуражите. Ниацинът също е стабилен в присъствието на обичайните окислители. Той обаче ще претърпи декарбоксилиране при висока температура, когато е в алкална среда. Важен източник на ниацин за преживни животни е синтезът на преживни животни. Синтезът на ниацин в червея е демонстриран при овце (Rérat et al., 1959), говеда (Hungate, 1966) и кози (Porter, 1961). Предполага се също, че този синтез е под метаболитен контрол; напр. повече се синтезира, когато в дажбата се предоставят малки количества и обратно (Porter, 1961; Abdouli and Schaefer, 1986). Никотиновата киселина и нейният амид се абсорбират лесно и много ефективно чрез дифузия при физиологични или фармакологични дози. Механизмът, по който никотинамид нуклеотидите, присъстващи във фуражите за животни, обаче се абсорбират, е неизвестен. Не е ясно дали коензимът се хидролизира в лумена или след поемането му от лигавицата.

Никотиновата киселина и никотинамидът бързо се абсорбират от стомаха и червата (Nabokina et al., 2005; Jacob, 2006). Абсорбцията от тънките черва изглежда е основният път, по който ниацинът се предоставя на гостоприемника. Въпреки че е възможна директната абсорбция от червея, обикновено се смята, че тя е ограничена, тъй като само малка част (3% до 7%) от витамина е в супернатантната фракция на течността на рубца. Повечето са свързани в самите микроби (Rérat et al., 1959).

Ниацинът в храните се среща най-вече в неговите коензимни форми, които се хидролизират по време на храносмилането, като се получава никотинамид, който изглежда се абсорбира като такъв без допълнителна хидролиза в стомашно-чревния тракт. Чревната лигавица е богата на ензими за преобразуване на ниацин като NAD гликохидролаза (Henderson and Gross, 1979). Никотинамидът се освобождава от NAD в черния дроб и червата от гликохидролази за транспортиране до тъкани, които синтезират NAD при необходимост. В лигавицата на червата никотиновата киселина се превръща в никотинамид (Stein et al., 1994). Никотинамидът е основната циркулираща форма на витамина и се превръща в коензимните му форми в тъканите. Транспортът на кръв на ниацин е свързан главно с червените кръвни клетки. Ниацинът бързо напуска кръвния поток и навлиза в бъбреците, черния дроб и мастните тъкани.

Съдържанието на тъкан в ниацин и неговите аналози, NAD и NADP, е променлив фактор, зависим от диетата и редица други фактори, като щам, пол, възраст и лечение на животни (Hankes, 1984). Въпреки че ниациновите коензими са широко разпространени в тялото, не се случва истинско съхранение. Черният дроб е мястото на най-голяма концентрация на ниацин в организма, но съхраняваното количество е минимално.

Урината е основният път на екскреция на абсорбирания ниацин и неговите метаболити. Основните екскреторни продукти при хора, кучета, плъхове и прасета е метилираният метаболит N1-метилникотинамид или като два продукта на окисление на това съединение, 4-пиридон или 6-пиридон на N1-метилникотинамид. От друга страна, при тревопасните животни ниацинът изглежда не се метаболизира чрез метилиране, но големи количества се екскретират непроменени. В пилето обаче никотиновата киселина е конюгирана с орнитин като алфа- или делта-никотинил орнитин или диникотинил орнитин. Измерването на екскрецията на тези метаболити се извършва при проучвания на нуждите от ниацин и метаболизма на ниацин.

Аминокиселината триптофан е предшественик за синтеза на ниацин в организма. Съществуват значителни доказателства, че синтезът може да възникне в червата. Съществуват също доказателства, че синтезът може да се осъществи и другаде в тялото. Степента, до която метаболитните нужди от ниацин могат да бъдат задоволени от триптофан, ще зависят първо от количеството триптофан в храната и второ от ефективността на превръщането на триптофан в ниацин. Пътят на превръщането на триптофан в мононуклеотид на никотинова киселина в тялото е показан на Фигура 13-1. Хранителният статус на протеините, енергията, витамин В6 и рибофлавин, както и хормоните, влияят върху една или повече стъпки в последователността на преобразуване, показана на фигура 13-1. Следователно те могат да повлияят на добива на ниацин от триптофан. Желязото се изисква от два ензима за превръщането на триптофан в ниацин с дефицит, намаляващ използването на триптофан. При ниски нива на прием на триптофан ефективността на преобразуване е висока. Той намалява, когато нивата на ниацин и триптофан в диетата се повишат.

Фигура 13-1: Преобразуване на триптофан в мононуклеотид на никотинова киселина плюс някои странични реакции

Функции

Основната функция на ниацин е в коензимните форми на никотинамид, NAD и NADP. Ензимите, съдържащи NAD и NADP, са важни връзки в поредица от реакции, свързани с въглехидратния, протеиновия и липидния метаболизъм. Те са особено важни в метаболитните реакции, които осигуряват енергия на животното. Коензимите действат като междинен продукт в повечето от Н + трансферите в метаболизма, включително над 200 реакции в метаболизма на въглехидратите, мастните киселини и аминокиселините. Тези реакции са от първостепенно значение за нормалната цялост на тъканите, особено за кожата, стомашно-чревния тракт и нервната система. Подобно на коензимите на рибофлавин, NAD- и NADP-съдържащите ензимни системи играят важна роля в биологичните редукционни окислителни системи поради способността им да служат като агенти за пренос на водород. Водородът ефективно се прехвърля от окисляемия субстрат към кислород чрез серия от степенувани ензимни трансфери на водород. Никотинамид-съдържащите ензимни системи представляват една такава група агенти за пренос на водород. Важните метаболитни реакции, катализирани от NAD и NADP, са обобщени, както следва (McDowell, 2000; Kirkland, 2007):

а) Въглехидратен метаболизъм:

  • 1) Гликолиза (анаеробно и аеробно окисляване на глюкозата)
  • 2) TCA (Krebs) цикъл

б) Липиден метаболизъм:

  • 1) Синтез и разграждане на глицерол
  • 2) Окисляване и синтез на мастни киселини
  • 3) Стероиден синтез

(в) Метаболизъм на протеини:

  • 1) Разграждане и синтез на аминокиселини
  • 2) Окисление на въглеродните вериги чрез TCA цикъл

(д) синтез на родопсин

Ниацин, рибофлавин и коензим Q10 са свързани с поли (ADP-рибоза), който участва в пост-транслационната модификация на ядрените протеини. Поли ADP-рибозилираните протеини изглежда функционират при възстановяване на ДНК, репликация на ДНК и диференциация на клетките (Carson et al., 1987; Premkumar et al., 2008). Поли (ADP-рибоза) се синтезира в отговор на скъсване на веригите на ДНК. Данните от плъхове показват, че дори лекият дефицит на ниацин намалява концентрациите на чернодробна поли (ADP-рибоза) и че нивата на поли (ADP-рибоза) също се променят чрез ограничаване на храните (Rawling et al., 1994). Zhang et al. (1993) предполагат, че тежкият дефицит на ниацин може да увеличи податливостта на ДНК към окислително увреждане, вероятно поради по-ниската наличност на NAD. Степента на оборот на протеини в японските пъдпъдъци е свързана с дефицит на ниацин. Високата скорост на оборот поради този дефицит се дължи предимно на повишена степен на разграждане на протеините, а не на повишена скорост на синтез на протеини (Park et al., 1991).

За преживните животни ниацинът е особено необходим за уникални характеристики, включващи протеинов и енергиен метаболизъм. Това включва детоксикация на черния дроб на порталната кръв NH3 до урея и метаболизма на черния дроб на кетоните при кетоза. Очевидно е, че ниацинът може да увеличи микробния синтез на протеини (Girard, 1998). Това може да доведе до повишен моларен дял на пропионат в летливите мастни киселини в рубца и може да доведе до повишена скорост на потока на материала през червея. Основната функция от интерес за лактиращите млечни крави се занимава с ролята на ниацин в окисляването на мастните киселини и синтеза на глюкоза, особено като превантивно и възможно лечение за клинична и субклинична кетоза.

Изисквания

За кучета и котки няма налични експериментални данни, които да дадат изискване за ниацин по време на бременност и кърмене. Въпреки това, при хората скоростта на превръщане на триптофан в ниацин изглежда се повишава по време на бременност поради по-високи нива на циркулиращ естроген (Rose and Braidman, 1971; Horwitt et al., 1975). Това по-ефективно преобразуване може да има приложение към нуждите на кучешкия ниацин.

А. Изисквания за кучета

При растящи кучета, хранени с диета на основата на царевица и получаващи интрамускулни инжекции с никотинова киселина на база телесно тегло, 340 µg никотинова киселина на kg (154,5 µg на lb) на ден предотвратяват появата на дефицит на ниацин (черен език), докато 126 µg на ден kg (57.3 µg на lb) на ден създават начални признаци на заболяването (Sebrell et al., 1938). Диетичните нужди от никотинова киселина (изчислена от еднократно хранене) за възрастни кучета са 200 до 225 µg на kg (90,9 до 102,3 µg на lb) телесно тегло на ден и за отглеждащи кучета 250 до 365 µg на kg (113,6 до 165,9 µg на lb) телесно тегло на ден (Schaefer et al., 1942b). За типичните кучешки диети с минимални количества триптофан дневните нужди на възрастното куче ще бъдат задоволени с 225 µg ниацин на kg (102,3 µg на lb) ) телесно тегло и за растящото куче с 450 µg на kg (204,5 µg на lb) телесно тегло. Тези количества се доставят чрез диети, съдържащи 3 mg ниацин еквиваленти на 1000 kcal ME (NRC, 1985). Асоциацията на американските длъжностни лица за контрол на фуражите (AAFCO, 1992) препоръчва 11,4 mg ниацин на kg (5,18 mg на lb) диета за всички класове кучета. Според NRC (2006) нуждите от ниацин за всички класове кучета са 17 mg на kg (7,7 mg на lb) диета.

Б. Изисквания за котки

Информацията относно изискванията за ниацин за котки е ограничена. Поради неспособността на котката да преобразува триптофан в ниацин, изискванията за ниацин са по-високи за котките спрямо кучетата. За растящи котки, Braham et al. (1962) установяват, че орален прием на 5 mg никотинова киселина на ден е достатъчен, измерен чрез екскреция на N-метилникотинамид. При липса на допълнителна информация се препоръчват минималните изисквания за диета от 40 mg ниацин на kg (18,2 mg на lb) (NRC, 2006). AAFCO (2007) препоръчва 60 mg ниацин на kg (27,3 mg на lb) диета за всички класове котки.

Източници

При изчисленията на съдържанието на ниацин във формулираните диети вероятно всички ниацин от източници на зърнени култури трябва да бъдат пренебрегнати или поне да им бъде дадена стойност не по-голяма от една трета от общия ниацин. Някои свързани ниацин са биологично достъпни, но ниацинът в царевицата е особено недостъпен и е замесен в етиологията на пелаграта в общества, които консумират големи количества зърно. Бионаличността на ниацин е 100% в соевото брашно, но нула в пшеницата и соргото и варира от 0% до 30% в царевицата (McDowell and Ward, 2008).

При незрелите семена ниацинът се среща като част от биологично достъпните коензими, необходими за метаболизма на семената. Свързването на ниацин с въглехидрати чрез естерни връзки може да доведе до задържането му в зрялото семе, докато се използва; наличността на витамини за човека и животните е нарушена. В анализите за растеж на плъхове за наличен ниацин царевицата, събрана незряло („етап на млякото“), дава стойности от 74 до 88 µg на g, докато царевицата, събрана на зрялост, дава стойности за анализ от 16 до 18 µg на g (Carptenter et al., 1988 ).

Повечето видове могат да използват основната аминокиселина триптофан и да синтезират ниацин от нея. Тъй като триптофанът може да доведе до ниацин в организма, съдържанието на ниацин и триптофан трябва да се вземат предвид при изразяване на ниациновите стойности във фуражите. Триптофанът обаче се използва за предпочитане за синтез на протеини (Kodicek et al., 1974). Следователно е малко вероятно конверсията на триптофан да допринесе значително за предлагането на ниацин, тъй като фуражите, използвани в повечето диети, обикновено са с ниско съдържание на триптофан. Освен това ефективността на биохимичното преобразуване е ниска; при говедата е по-малко ефективен, отколкото при прасетата и пилетата (Scott et al., 1982).

Ниацинът се предлага на пазара в две форми, ниацинамид и никотинова киселина, като и двете форми осигуряват приблизително еднаква биологична активност на ниацин. Неотдавнашен доклад обаче показа, че ниацинамидът значително повишава нивата на витамин (P 0,05) (Jaster and Ward, 1990). Допълнителен източник на допълнителен ниацин би бил от добавката витамин К менадион никотинамид бисулфит (MNB). Резултатите с пилета показват, че MNB е напълно ефективен като източник на активност на витамин К и ниацин (Oduho et al., 1993).

Недостиг

А. Недостиг на кучета

При аутопсията грубите лезии на дефицит на ниацин включват отслабване и претоварена, некротична устна лигавица. Ругите на дванадесетопръстника и йеюнума бяха умерено атрофични и в някои сегменти дебел слой слуз и жлъчка, набраздени с кръв, покриваха лигавицата (Madhavan et al., 1968).

Б. Дефицит при котки

Наблюдава се, че котките с дефицит на ниацин губят тегло и проявяват анорексия, слабост и апатия (NRC, 2006). Дебела слюнка с лоша миризма се отделя от устата. Устната кухина се характеризира с улцерация на горното небце, а езикът е огненочервен на цвят с язви и задръствания по предната граница. Козината може да е неподредена и да има диария. Способността на котката да съхранява витамина е ограничена, тъй като котките на дефицитна диета не са били в състояние да поддържат наддаване на тегло след 20 дни. Възрастните котки отслабнаха и в крайна сметка умряха. Свързването с респираторни заболявания е често срещано и допринася за ранните смъртни случаи (Carvalho de Silva et al., 1952).

Фортификационни съображения

Храните за домашни любимци, които съдържат големи количества месо и месни субпродукти, трябва да бъдат достатъчно в наличния ниацин. В миналото клиничните „болки в устата“ или „черен език“ рядко се наблюдават при кучета, освен ако не консумират диети с много високо съдържание на царевица или царевични продукти, като песъчинки или царевичен хляб. Голяма част от ниацин, съдържащ се в обикновените фуражи (растителни източници), е в обвързана форма, която не е достъпна за животните. Следователно при формулирането на диети за домашни любимци стойностите на ниацин за царевица и други зърнени култури и техните фуражи за странични продукти трябва да бъдат пренебрегнати. Най-добре е да се предположи, че тези емисии не предоставят ниацин за кучета или котки. Кучето и повечето видове (с изключение на котката, норка и някои риби) могат да използват основната аминокиселина триптофан за синтезиране на ниацин, но те не могат да преобразуват ниацин обратно в триптофан. Следователно, ако диетата съдържа достатъчно ниацин, триптофанът не се изчерпва за синтеза на ниацин. Ако диетите с храна за домашни любимци се основават на царевица, те не биха съдържали големи излишъци от триптофан. Концентрациите на триптофан са не само ниски в царевицата, но и до голяма степен недостъпни. Следователно трябва да се гарантира, че диетата за кучета е адекватна на ниацин, тъй като е евтина и би било лоша икономика за задоволяване на нуждите от ниацин от по-скъпия триптофан.

Някои работи показват, че D-изомерът на триптофана се използва слабо от кучето за синтез на ниацин, като ефективността на използването на D-триптофан за растеж от кучето е около една трета от тази на L-триптофан (Czaranecki and Baker, 1982 ). Въпреки че излишъкът от триптофан може да отговори на ниациновите изисквания при кучета, беше демонстрирано, че перорално или парентерално приложение на триптофан на котки с дефицит на ниацин не коригира дефицита (Carvalho de Silva et al., 1952). Също така беше забелязано, че за разлика от повечето други видове, котките са в състояние да използват ниацин от сурова царевица (Braham et al., 1962).

Днес дефицитът на ниацин се появява рядко, тъй като повечето търговски продукти за домашни любимци са обогатени с ниацин. Също така търговската обработка на храни, като варене, бланширане или консервиране, води до много малки загуби на ниацин. Произвежданият в търговската мрежа ниацин е доста стабилен в сравнение с повечето други витамини. Установено е, че синтетичният ниацин и ниацинамид са стабилни в премиксите със или без минерали в продължение на три месеца (Verbeeck, 1975). Gadient (1986) съобщава, че ниацинът е устойчив на топлина, кислород, влага и светлина. Запазването на активността на ниацин в гранулирани фуражи след три месеца при стайна температура като общо правило трябва да бъде от 95% до 100%. Неотдавнашен доклад показва 98% задържане на ниацин във витаминен премикс след шестмесечно съхранение; обаче задържането е само 58%, когато премиксът съдържа холин и микроелементи (Gadient, 1986).

Витаминна безопасност

Вредните ефекти на никотиновата киселина се проявяват при нива, надхвърлящи изискванията (NRC, 1987). Толерантността към никотинова киселина и ниацинамид при котки не е определена. Chen et al. (1938) съобщават за токсичността на никотиновата киселина за кучета. Те открили, че многократното перорално приложение на 2 g на ден никотинова киселина (133 до 145 mg на kg или 60,5 до 65,9 mg на lb телесно тегло) води до кървави изпражнения при няколко кучета. Последваха конвулсии и смърт. Дози никотинова киселина до 0,5 g на ден, което е около 36 mg на kg (16,4 mg на lb) телесно тегло, произвеждат лека протеинурия след осем седмици. Никотинамидът е два до три пъти по-токсичен от свободната киселина (Waterman, 1978).