Ukryte zagrożenie:
zrozumienie i zarządzanie stresem oksydacyjnym u zwierząt gospodarskich
Najważniejsze informacje
Stres oksydacyjny, wynikający z braku równowagi między mechanizmami obrony antyoksydacyjnej a reaktywnymi formami tlenu (ROS), stanowi poważne wyzwanie w intensywnej hodowli zwierząt.
Stres oksydacyjny wpływa na zdrowie i produktywność zwierząt na wiele sposobów:
- osłabia funkcje odpornościowe,
- pogarsza zdrowie jelit i wchłanianie składników odżywczych,
- uszkadza ważne narządy, takie jak wątroba i nerki,
- oraz pogarsza zdolności rozrodcze
Skutki tego zjawiska rozciągają się na jakość mięsa, powodując takie problemy, jak zwiększona utrata soków, szybkie odbarwienie i zaburzenia mięśniowe. Wszystkie te skutki łącznie prowadzą do obniżenia wydajności zwierząt i strat ekonomicznych dla rolników. Produkty fitogeniczne jawią się jako obiecujące rozwiązanie, oferując właściwości przeciwutleniające, przeciwzapalne i przeciwbakteryjne, które mogą pomóc w zarządzaniu stresem oksydacyjnym i wspierać produkcję bez antybiotyków.
Stres oksydacyjny – wyjaśnienie
Intensywna hodowla zwierząt naraża je na różne czynniki stresogenne w całym cyklu życia, takie jak stres cieplny, stres związany z odsadzeniem, toksynami, patogenami i niezbilansowaną dietą. Procesem, który odgrywa kluczową rolę we wszystkich tych sytuacjach, jest stres oksydacyjny, wynikający z braku równowagi między mechanizmami obronnymi antyoksydacyjnymi a reaktywnymi formami tlenu (ROS) na korzyść ROS.
ROS to wysoce reaktywne związki pochodzące z tlenu, które mogą uszkadzać makrocząsteczki komórkowe, ale odgrywają również ważną rolę w procesach biologicznych, działając jako mediatory metabolizmu komórkowego, indukując apoptozę, aktywując geny, służąc jako cząsteczki sygnałowe i funkcjonując jako istotna część wrodzonego układu odpornościowego. ROS pochodzą zarówno ze źródeł endogennych (głównie łańcucha oddechowego w mitochondriach i komórkach odpornościowych), jak i egzogennych (promieniowanie, zanieczyszczenie powietrza, chemikalia, toksyny i niektóre składniki paszy). Ponieważ organizmy tlenowe są stale narażone na działanie ROS, rozwinęły one systemy obrony antyoksydacyjnej, które wychwytują i hamują wytwarzanie ROS oraz naprawiają uszkodzone biomolekuły. Jednak gdy produkcja ROS przekracza zdolności tych systemów obrony antyoksydacyjnej, zwierzęta doświadczają stresu oksydacyjnego, który uszkadza błony komórkowe, białka i DNA, ostatecznie upośledzając funkcjonowanie komórek i prowadząc do ich śmierci oraz strukturalnego uszkodzenia tkanek.
Zapalenie i stres oksydacyjny, czy istnieje między nimi ścisły związek?
Reaktywne formy tlenu inicjują wewnątrzkomórkową ścieżkę sygnałową wywołującą stan zapalny i produkcję cytokin prozapalnych. W zależności od stężenia ROS stan zapalny jest regulowany lub nasilony. Z drugiej strony ROS są częścią procesu zapalnego mającego na celu zwalczanie patogenów zakaźnych i przyczyniają się do normalnej obrony immunologicznej zwierzęcia. W miejscu urazu i stanu zapalnego komórki odpornościowe wytwarzają i uwalniają duże ilości ROS w celu zniszczenia patogenu, co ostatecznie prowadzi do stresu oksydacyjnego. Zatem zapalenie i stres oksydacyjny są zjawiskami patofizjologicznymi, które są ściśle ze sobą powiązane. Jedno z nich może pojawić się przed lub po drugim, ale kiedy pojawia się jedno, drugie najprawdopodobniej pojawi się również i dodatkowo pogorszy pierwsze. Oba procesy powodują uszkodzenia komórek i tkanek oraz biorą udział w patogenezie wielu chorób przewlekłych.
Jak stres oksydacyjny wpływa na zwierzęta?
Immunosupresja
Stres oksydacyjny przyczynia się do osłabienia odporności poprzez uszkadzanie komórek odpornościowych i zakłócanie kluczowych funkcji odpornościowych.
Nadmiar cząsteczek ROS może uszkadzać limfocyty, makrofagi i inne komórki odpornościowe poprzez uszkadzanie ich błon, białek i DNA, co ostatecznie zmniejsza ich żywotność i skuteczność. Stres oksydacyjny zakłóca również szlaki sygnałowe układu odpornościowego, które są niezbędne do koordynowania odpowiedzi immunologicznej i produkcji cytokin.
W przypadku wystąpienia uszkodzeń oksydacyjnych organizm uruchamia proces zapalny w celu obrony i naprawy uszkodzonych tkanek. Jest to proces energochłonny, który odwraca zasoby od wzrostu i funkcji immunologicznych. W rezultacie zdolność zwierzęcia do zwalczania infekcji i reagowania na szczepionki może być osłabiona. Ponadto, gdy mechanizmy obronne antyoksydacyjne są przeciążone, układ odpornościowy staje się jeszcze bardziej podatny na choroby, co negatywnie wpływa na ogólny stan zdrowia i wydajność.
Zaburzenia zdrowia jelit i trawienia
Pomimo bariery ochronnej zapewnianej przez błonę śluzową, przewód pokarmowy pozostaje podatny na atak ROS, ponieważ zawiera wiele potencjalnych źródeł ROS. Reaktywne formy tlenu mogą osłabiać barierę jelitową, zakłócając działanie białek ścisłych połączeń, co powoduje zwiększoną przepuszczalność jelitową i ułatwia przemieszczanie toksyn (endotoksyn, mikotoksyn …) oraz patogenów.
Ponadto zwierzęta doświadczające stresu oksydacyjnego wykazują zmniejszoną wysokość kosmków i głębokość krypt, co zmniejsza skuteczność trawienia i wchłaniania składników odżywczych.
Uszkodzenie wątroby i nerek
Wątroba i nerki są narządami bardzo podatnymi na uszkodzenia spowodowane przez ROS. Podobnie jak jelita, wątroba i nerki mają ścisłe połączenia tworzące bariery, które ulegają uszkodzeniu podczas stresu oksydacyjnego. Różnorodne komórki wątroby są bardzo podatne na stres oksydacyjny, co prowadzi do zaburzeń funkcji komórek wątroby, stanów zapalnych i zwłóknienia.
Stres oksydacyjny nie tylko powoduje uszkodzenia komórek wątroby poprzez wywoływanie trwałych zmian w lipidach, białkach i DNA, ale co ważniejsze, moduluje szlaki takie jak transkrypcja genów, ekspresja białek, apoptoza komórek i regeneracja komórek wątroby. Szlaki te regulują ważne procesy w wątrobie i kontrolują normalne funkcje biologiczne. W wyniku zaburzenia tych mechanizmów zdolność detoksykacyjna wątroby może ulec osłabieniu, zmniejszając jej odporność na szkodliwe substancje, takie jak endotoksyny i mikotoksyny.
W odniesieniu do nerek, ROS atakują tkankę nerkową i degradują kluczowe struktury w nerkach zaangażowane w wydalanie z moczem różnych produktów przemiany materii wytwarzanych przez metabolizm komórkowy.
Upośledzona funkcja rozrodcza
Wysoki poziom ROS może uszkodzić wszystkie typy komórek w organizmie, w tym komórki rozrodcze, takie jak plemniki i oocyty (komórki jajowe).
-
- U samic uszkodzone oocyty mogą nie dojrzewać prawidłowo, mieć zmniejszoną zdolność zapłodnienia lub rozwijać się w embriony niskiej jakości.
- U samców stres oksydacyjny zmniejsza ruchliwość plemników i zmienia ich morfologię, wpływając na ogólną jakość nasienia.
Ponadto uszkodzenie DNA plemników przez stres oksydacyjny może zagrozić zapłodnieniu i wczesnemu rozwojowi embrionalnemu, zwiększając ryzyko utraty embrionów. Stres oksydacyjny zakłóca również syntezę, wydzielanie i działanie hormonów płciowych u obu płci, ingerując w podstawowe procesy, takie jak rozwój pęcherzyków jajnikowych, owulacja i produkcja plemników.
Co więcej, komórki tworzące tkankę narządów rozrodczych mogą zostać uszkodzone przez stres oksydacyjny, co negatywnie wpływa na ich funkcjonowanie. Na przykład nadmierna ilość ROS może zagrażać zdrowiu macicy i rozwojowi łożyska, prowadząc do niedostatecznego dostarczania składników odżywczych i tlenu do embrionu oraz zwiększając ryzyko powikłań i utraty płodu.
Problemy związane z jakością mięsa
Kolejną konsekwencją nadmiernej produkcji ROS jest pogorszenie jakości mięsa. Stres oksydacyjny uszkadza białka i lipidy w tkance mięśniowej, naruszając integralność strukturalną mięsa i zmniejszając jego zdolność do zatrzymywania wilgoci. W rezultacie zwiększa się utrata soku podczas przetwarzania i gotowania, co prowadzi do wysuszenia mięsa i zmniejszenia zadowolenia konsumentów. Peroksydacja lipidów dodatkowo przyspiesza psucie się produktów, znacznie skracając okres przydatności do spożycia produktów mięsnych. Ponadto zwierzęta poddane stresowi oksydacyjnemu mają niższy poziom przeciwutleniaczy i wyższe stężenie ROS w tkance mięśniowej. ROS pozostają aktywne po uboju i przyspieszają utlenianie mioglobiny i innych barwników, powodując szybsze odbarwienie mięsa i utratę jego świeżego i atrakcyjnego wyglądu. Ponadto procesy oksydacyjne uszkadzają kolagen, kluczowy składnik tkanki łącznej, negatywnie wpływając na kruchość i ogólną jakość mięsa. W przypadku drobiu stres oksydacyjny jest ściśle powiązany z zaburzeniami mięśniowymi, takimi jak drewniana pierś, mięso spaghetti i białe prążki, które dodatkowo pogarszają teksturę, wygląd i wartość rynkową.
Zmniejszony wzrost i wydajność
Oprócz opisanych powyżej problemów związanych z jakością mięsa, stres oksydacyjny ma znaczący wpływ na wydajność zwierząt różnych gatunków. Wywołane zapalenie wraz z naprawą uszkodzonych tkanek wymaga energii i powoduje przekierowanie składników odżywczych z procesów wzrostu i produkcji, co skutkuje stratami ekonomicznymi dla rolników.
Ponadto cytokiny prozapalne hamują apetyt, co powoduje zmniejszenie poboru składników odżywczych do celów produkcyjnych.
-
-
- In drobiu, stres oksydacyjny negatywnie wpływa na produkcję jaj i pogarsza jakość skorupek.
- Podobnie, krowy mleczne doświadczające stresu oksydacyjnego wykazują zmniejszoną produkcję mleka i obniżoną jakość mleka.
-
Zarządzanie stresem oksydacyjnym za pomocą fitogeników
Produkty fitogeniczne, które są pochodzenia roślinnego, dowiodły już swojej skuteczności w zastosowaniach medycznych. Ostatnio kilka badań wykazało również ich skuteczność w przeciwdziałaniu stresowi oksydacyjnemu u zwierząt hodowlanych i przypisuje to ich właściwościom przeciwutleniającym, przeciwzapalnym i przeciwbakteryjnym. Te naturalne związki zawierają różne substancje bioaktywne, takie jak polifenole, flawonoidy i olejki eteryczne, które mogą neutralizować wolne rodniki i hamować szlaki zapalne.
Ich właściwości przeciwbakteryjne pomagają utrzymać zdrowy mikrobiom jelitowy poprzez hamowanie rozwoju szkodliwych bakterii i promowanie rozwoju bakterii pożytecznych. Ponadto wykazano, że dodawanie produktów fitogenicznych do paszy dla zwierząt poprawia trawienie poprzez stymulowanie produkcji enzymów trawiennych i wzmacnianie morfologii tkanki jelitowej, optymalizując w ten sposób wchłanianie i wykorzystanie składników odżywczych.
Właściwości te sprawiają, że produkty fitogeniczne szczególnie cenne w trudnych okresach, kiedy zwierzęta są bardziej podatne na stres oksydacyjny, np. podczas stresu cieplnego, narażenia na patogeny, odsadzania lub zmiany paszy. Dzięki tak szerokiemu zakresowi korzyści produkty fitogeniczne poprawiają wzrost i zdrowie zwierząt i są uważane za strategiczny składnik w produkcji bez antybiotyków.
Referencje są dostępne na żądanie.
