בטאין הוא תרכובת טבעית הנפוצה באופן נרחב בצמחים ובעלי חיים. כתוסף מזון, הוא מסופק בצורת נטולת מים או הידרוכלוריד. ניתן להוסיף אותו למזון לבעלי חיים למטרות שונות.
ראשית, מטרות אלו עשויות להיות קשורות ליכולת תורם המתיל היעילה מאוד של בטאין, המתרחשת בעיקר בכבד. עקב העברת קבוצות מתיל לא יציבות, מקודמת הסינתזה של תרכובות שונות כמו מתיונין, קרניטין וקריאטין. בדרך זו, בטאין משפיע על חילוף החומרים של חלבונים, שומנים ואנרגיה, ובכך משנה לטובה את הרכב הפגר.
שנית, מטרת הוספת בטאין למזון עשויה להיות קשורה לתפקידה כחומר חודר אורגני מגן. בתפקוד זה, בטאין מסייע לתאים בכל הגוף לשמור על מאזן מים ופעילות תאים, במיוחד בתקופות של לחץ. דוגמה ידועה היא ההשפעה החיובית של בטאין על בעלי חיים הנמצאים תחת לחץ חום.
בחזירים תוארו השפעות מועילות שונות של תוספת בטאין. מאמר זה יתמקד בתפקידו של בטאין כתוסף מזון בבריאות המעיים של חזירונים נגמלים.
מספר מחקרים על בטאין דיווחו על ההשפעה על עיכול חומרים מזינים במעי הדק או במערכת העיכול הכוללת של חזירים. תצפיות חוזרות ונשנות על עיכול מוגבר של סיבים (סיבים גולמיים או סיבים דטרגנטיים ניטרליים וחומציים) במעי הדק מצביעות על כך שבטאין מגרה את התסיסה של חיידקים שכבר קיימים במעי הדק, מכיוון שתאי המעי אינם מייצרים אנזימים המפרקים סיבים. החלק הסיבי של הצמח מכיל חומרים מזינים, אשר יכולים להשתחרר במהלך פירוק הסיבים המיקרוביאליים הללו.
לכן, נצפתה גם שיפור בעיכול החומר היבש והאפר הגולמי. ברמת מערכת העיכול הכוללת, דווח כי חזירונים בתוספת של 800 מ"ג בטאין/ק"ג תזונה הראו שיפור בעיכול החלבון הגולמי (+6.4%) ובעיכול החומר היבש (+4.2%). בנוסף, מחקר אחר הראה כי על ידי תוספת של 1,250 מ"ג/ק"ג בטאין, חל שיפור בעיכול הכולל לכאורה של חלבון גולמי (+3.7%) ותמצית אתר (+6.7%).
סיבה אפשרית אחת לעלייה שנצפתה בעיכול חומרים מזינים היא השפעת הבטאין על ייצור אנזימים. במחקר in vivo שנערך לאחרונה על הוספת בטאין לחזירונים נגמלים, הוערכה פעילותם של אנזימי עיכול (עמילאז, מלטאז, ליפאז, טריפסין וכימוטריפסין) בכימ (איור 1). כל האנזימים למעט מלטאז הראו פעילות מוגברת, והשפעת הבטאין הייתה בולטת יותר במינון של 2,500 מ"ג בטאין/ק"ג מזון מאשר במינון של 1,250 מ"ג/ק"ג. העלייה בפעילות עשויה להיות תוצאה של עלייה בייצור האנזימים, או שהיא עשויה להיות תוצאה של עלייה ביעילות הקטליטית של האנזים.
איור 1 - פעילות אנזימי עיכול במעיים של חזירונים בתוספת של 0 מ"ג/ק"ג, 1,250 מ"ג/ק"ג או 2,500 מ"ג/ק"ג בטאין.
בניסויים במבחנה, הוכח כי על ידי הוספת NaCl ליצירת לחץ אוסמוטי גבוה, פעילות טריפסין ועמילאז עוכבה. הוספת רמות שונות של בטאין לבדיקה זו החזירה את ההשפעה המעכבת של NaCl והגבירה את פעילות האנזים. עם זאת, כאשר NaCl אינו מוסיף לתמיסת הבופר, בטאין אינו משפיע על פעילות האנזים בריכוז נמוך יותר, אך כן מראה השפעה מעכבת בריכוז גבוה יותר.
לא רק העיכול המוגבר יכול להסביר את העלייה המדווחת בביצועי הגדילה ובשיעור המרת המזון של חזירים בתוספת בטאין תזונתי. הוספת בטאין לתזונת חזירים גם מפחיתה את דרישות האנרגיה לתחזוקה של בעל החיים. ההשערה להשפעה שנצפתה היא שכאשר ניתן להשתמש בבטאין לשמירה על לחץ אוסמוטי תוך תאי, הדרישה למשאבות יונים מצטמצמת, וזהו תהליך הדורש אנרגיה. במקרה של צריכת אנרגיה מוגבלת, ההשפעה של תוספת בטאין צפויה להיות בולטת יותר על ידי הגדלת אספקת האנרגיה לגדילה ולא לתחזוקה.
תאי האפיתל המצפים את דופן המעי צריכים להתמודד עם תנאים אוסמוטיים משתנים מאוד הנוצרים על ידי תוכן הלומינל במהלך עיכול חומרים מזינים. במקביל, תאי מעי אלה צריכים לשלוט על חילופי מים וחומרים מזינים שונים בין לומן המעי לפלזמה. על מנת להגן על תאים מפני תנאים מאתגרים אלה, בטאין הוא חומר חודר אורגני חשוב. כאשר צופים בריכוז הבטאין ברקמות שונות, תכולת הבטאין ברקמות המעי גבוהה למדי. בנוסף, נצפה כי רמות אלו מושפעות מריכוז הבטאין בתזונה. תאים מאוזנים היטב יהיו בעלי יכולות התפשטות ויכולות התאוששות טובות יותר. לכן, החוקרים מצאו כי העלאת רמת הבטאין של חזירונים מגדילה את גובה וילי התריסריון ואת עומק קריפטות האיליאל, והוילי אחידים יותר.
במחקר אחר, ניתן היה לראות עלייה בגובה הוילי בתריסריון, מעי הגס והאיליאום, אך לא הייתה השפעה על עומק הקריפטות. כפי שנצפה אצל תרנגולות ברוילר נגועות בקוקסידיה, ההשפעה המגנה של בטאין על מבנה המעי עשויה להיות חשובה אף יותר תחת אתגרים (אוסמוטיים) מסוימים.
מחסום המעי מורכב בעיקר מתאי אפיתל, המחוברים זה לזה באמצעות חלבוני צומת הדוק. שלמות מחסום זה חיונית למניעת חדירת חומרים מזיקים וחיידקים פתוגניים, אשר אחרת היו גורמים לדלקת. עבור חזירים, ההשפעה השלילית של מחסום המעי נחשבת כתוצאה מזיהום מיקוטוקסינים במזון, או לאחת ההשפעות השליליות של עקת חום.
על מנת למדוד את ההשפעה על אפקט המחסום, בדיקות in vitro של שורות תאים משמשות לעתים קרובות למדידת התנגדות חשמלית טרנסאפיתליאלית (TEER). בעזרת יישום של בטאין, ניתן לראות שיפור ב-TEER בניסויים מרובים in vitro. כאשר הסוללה נחשפת לטמפרטורה גבוהה (42°C), ה-TEER יקטן (איור 2). הוספת בטאין למצע הגידול של תאים אלה שנחשפו לחום נטרלה את הירידה ב-TEER, דבר המצביע על עלייה בעמידות החום.
איור 2 - השפעות חוץ גופיות של טמפרטורה גבוהה ובטאין על עמידות טרנסאפיתליאלית של תאים (TEER).
בנוסף, במחקר in vivo בחזירונים, נמדדה עלייה בביטוי של חלבוני צומת הדוק (occludin, claudin1, ו-zonula occludens-1) ברקמת המעי הגס של בעלי חיים שקיבלו 1,250 מ"ג/ק"ג בטאין בהשוואה לקבוצת הביקורת. בנוסף, כסמן לנזק לרירית המעי, פעילות הדיאמין אוקסידאז בפלזמה של חזירים אלה פחתה משמעותית, דבר המצביע על מחסום מעי חזק יותר. כאשר בטאין נוסף לתזונה של חזירים שגדלים עד מסיימים, נמדדה העלייה בחוזק המתיחה של המעי בזמן השחיטה.
לאחרונה, מספר מחקרים קישרו בטאין למערכת נוגדת החמצון ותיארו הפחתה של רדיקלים חופשיים, רמות נמוכות של מלונדיאלדהיד (MDA) ופעילות משופרת של גלוטתיון פראוקסידאז (GSH-Px).
בטאין לא רק פועל כמגן אוסמו אצל בעלי חיים. בנוסף, חיידקים רבים יכולים לצבור בטאין באמצעות סינתזה דה נובו או הובלה מהסביבה. ישנם סימנים לכך שלבטאין יכולה להיות השפעה חיובית על מספר החיידקים במערכת העיכול של חזירונים נגמלים. המספר הכולל של חיידקי איליום, במיוחד ביפידובקטריה ולקטובצילים, גדל. בנוסף, כמויות נמוכות יותר של אנטרובקטר נמצאו בצואה.
לבסוף, נצפה כי ההשפעה של בטאין על בריאות המעיים של חזירונים נגמלים היא הפחתת שיעור השלשולים. השפעה זו עשויה להיות תלוית מינון: תוסף התזונה בטאין של 2,500 מ"ג/ק"ג יעיל יותר מבטאין של 1,250 מ"ג/ק"ג בהפחתת שיעור השלשולים. עם זאת, הביצועים של חזירונים נגמלים בשתי רמות התוסף היו דומים. חוקרים אחרים הראו שכאשר מוסיפים 800 מ"ג/ק"ג של בטאין, שיעור ושכיחות השלשולים בחזירונים נגמלים נמוכים יותר.
לבטאין ערך pKa נמוך של כ-1.8, מה שמוביל לפירוק של בטאין HCl לאחר בליעה, מה שמוביל לחמצת הקיבה.
המזון המעניין הוא החמצה הפוטנציאלית של בטאין הידרוכלוריד כמקור לבטאין. ברפואה האנושית, תוספי בטאין הידרוכלוריד משמשים לעתים קרובות בשילוב עם פפסין כדי לתמוך באנשים עם בעיות קיבה ובעיות עיכול. במקרה זה, בטאין הידרוכלוריד יכול לשמש כמקור בטוח לחומצה הידרוכלורית. למרות שאין מידע על תכונה זו כאשר בטאין הידרוכלוריד נמצא במזון לחזירונים, זה עשוי להיות חשוב מאוד.
ידוע היטב כי רמת החומציות (pH) של מיץ הקיבה של חזירונים נגמלים עשויה להיות גבוהה יחסית (pH>4), דבר שישפיע על הפעלת קודמן הפפסין לפפסינוגן, קודמן. עיכול אופטימלי של חלבונים חשוב לא רק לבעלי חיים כדי להשיג זמינות טובה של חומר מזין זה. בנוסף, חלבון עיכול לקוי יכול לגרום להתרבות מזיקה של פתוגנים אופורטוניסטיים ולהגביר את בעיית השלשול לאחר הגמילה. לבטאין יש ערך pKa נמוך של כ-1.8, מה שמוביל לפירוק של בטאין HCl לאחר בליעה, מה שמוביל לחומציות קיבה.
החמצה חוזרת לטווח קצר זו נצפתה במחקר ראשוני בבני אדם ובמחקרים בכלבים. לאחר מנה בודדת של 750 מ"ג או 1,500 מ"ג של בטאין הידרוכלוריד, רמת החומציות (pH) בקיבה של כלבים שטופלו בעבר בחומרים להפחתת חומצת קיבה ירדה באופן משמעותי מכ-7 ל-pH 2. עם זאת, בכלבי ביקורת שלא טופלו, רמת החומציות של הקיבה הייתה כ-2, דבר שלא היה קשור לתוספת בטאין הידרוכלוריד.
לבטאין יש השפעה חיובית על בריאות המעיים של חזירונים נגמלים. סקירת ספרות זו מדגישה הזדמנויות שונות לבטאין לתמוך בעיכול ובספיגה של חומרים מזינים, לשפר את מחסומי ההגנה הפיזיים, להשפיע על המיקרוביוטה ולשפר את יכולות ההגנה של חזירונים.