Artyku³ przegl¹dowy Review
Najbardziej newralgicznym okresem w cyklu pro-dukcyjnym wysoko wydajnej krowy mlecznej s¹ ostat-nie 4 tygodostat-nie cielnoci i pierwsze 4 tygodostat-nie laktacji; nosi on miano okresu przejciowego (10, 20). W ostat-nich latach zaobserwowano wzmo¿one zainteresowa-nie lekarzy weterynarii, ¿ywieniowców i hodowców krów mlecznych problematyk¹ dotycz¹c¹ ¿ywienia i utrzymania krów w tym okresie i wp³ywem stosowa-nej strategii postêpowania na efekty zdrowotne i pro-dukcyjne krów. Okaza³o siê bowiem, ¿e okres ten jest krytyczny zarówno z punktu widzenia zdrowia krów, jak i wydajnoci mleka w bie¿¹cej i przysz³ej laktacji. W okresie przejciowym mechanizmy obronne orga-nizmu krowy s¹ najczêciej niewydolne w obliczu sil-nej presji czynników fizjologicznych i rodowisko-wych. Stan taki jest zwi¹zany m.in. z gwa³townym ró¿nicowaniem nab³onka wydzielniczego
(parenchy-my), ze zwiêkszeniem obci¹¿enia organizmu procesa-mi metabolicznyprocesa-mi, zwi¹zanyprocesa-mi z wysok¹ cielnoci¹, porodem i intensywnym wzrostem gruczo³u mlekowe-go. Wymienione procesy przyczyniaj¹ siê do wyst¹-pienia stresu metabolicznego (12).
Celem opracowania by³o dokonanie syntezy wyni-ków badañ naukowych dotycz¹cych wp³ywu czynni-ków na wystêpowanie i skutki stresu oksydacyjnego u wysoko wydajnych krów w okresie oko³oporodo-wym.
Etiologia stresu oksydacyjnego
Zachodz¹ce w organizmie z nasilon¹ intensywno-ci¹ procesy biochemiczne pointensywno-ci¹gaj¹ za sob¹ wzrost zapotrzebowania na tlen. Produktem ubocznym tych przemian jest du¿a iloæ tworz¹cych siê tzw. wolnych rodników i reaktywnych form tlenu (RTF); w wolne rodniki przekszta³ca siê ok. 5% pobranego tlenu (13, 34).
Powstaj¹ one w komórce spontanicznie jako ubocz-ne, a zarazem nieuchronne produkty metabolizmu.
Stres oksydacyjny u wysoko wydajnych krów
mlecznych w okresie oko³oporodowym*
)
ARTUR JÓWIK, JÓZEF KRZY¯EWSKI, NINA STRZA£KOWSKA, EMILIA BAGNICKA, EWA PO£AWSKA, JAROS£AW OLAV HORBAÑCZUK
Instytut Genetyki i Hodowli Zwierz¹t PAN w Jastrzêbcu, ul. Postêpu 1, 05-552 Magdalenka
Jówik A., Krzy¿ewski J., Strza³kowska N., Bagnicka E., Po³awska E., Horbañczuk J. O.
Oxidative stress in high yielding dairy cows during the transition period
Summary
The last 4 weeks of pregnancy and the first 4 weeks of lactation, known as the transition or periparturient period, is a highly critical period for dairy cows. Because their defense mechanisms are often insufficient against the intense action of numerous physiological and environmental factors, especially high-yielding dairy cows are the most susceptible to oxidative stress in this period. The increased intensity of processes related to the metabolism of large amounts of energy, accompanied by the emergence of a large quantity of free radicals and reactive oxygen species (RFT) causes that the secondary metabolic products are not completely neutralized. An increased level of RFT adversely affects metabolism, gene expression, and modification of proteins. Free radicals cause the reduction of the level of polyunsaturated fatty acids in tissues, increasing the production a keto- and hydroxy-acid and lipid peroxides, which are secondary radicals. Long-term oxidative stress causes permanent changes in the structure of biological active macromolecules in cells (DNA, proteins, sugars, and others). Abnormalities in metabolism cause various diseases, e.g. stopping estrus after calving, udder edema, mastitis, retained placenta, and the premature dying of embryos. In order to minimize these negative phenomena, dairy cows should be kept in proper conditions to reduce the deficiency of energy after calving. The diet should be balanced carefully according to its protein-energy ratio. A very important aspect is the provision of optimal quantities of macro- and microelements and vitamins, which are the active components of antioxidative system.
Keywords: oxidative stress, cow, transition period
*) Badania zrealizowano w ramach projektu Bio¿ywnoæ innowacyjne,
funkcjonalne produkty pochodzenia zwierzêcego nr POIG.01.01.02-014-090/09 wspó³finansowanego przez Uniê Europejsk¹ ze rodków Europejskiego Fundu-szu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013 oraz tematu statutowego nr S.V-3.
W warunkach homeostazy powstaj¹ce wolne rodniki s¹ na bie¿¹co inaktywowane przez endo- i egzogenne antyoksydanty (6, 13). W przypadku jej zachwiania procesy prooksydacyjne przewa¿aj¹ natomiast nad pro-cesami antyoksydacyjnymi. Stan taki okrela siê mia-nem stresu oksydacyjnego. Jedn¹ z istotnych przyczyn sprzyjaj¹cych wystêpowaniu stresu oksydacyjnego jest niew³aciwe zbilansowanie diety krów, zw³aszcza w zakresie sk³adników mineralnych i witamin (13, 14). W okresie oko³oporodowym krowy, zw³aszcza wyso-ko wydajne, s¹ szczególnie podatne na wystêpowanie stresu oksydacyjnego i zwi¹zanych z nim tzw. scho-rzeñ metabolicznych oraz ró¿nego rodzaju chorób spowodowanych infekcj¹ drobnoustrojami chorobo-twórczymi (21). Wystêpowaniu tych schorzeñ sprzyja zmniejszenie odpornoci systemu immunologicznego organizmu krowy. Hipoteza zak³adaj¹ca, ¿e stres oksy-dacyjny wystêpuj¹cy u krów, zw³aszcza w okresie oko-³oporodowym, jest g³ówn¹ przyczyn¹ wystêpowania stanów zapalnych i dysfunkcji uk³adu immunologicz-nego, zosta³a potwierdzona w wielu badaniach prze-prowadzonych zarówno in vivo, jak i in vitro (17, 22, 24, 32, 34). Stres oksydacyjny wywiera zasadniczy wp³yw równie¿ na wystêpowanie mastitis (21, 28). Konsekwencj¹ stanów zapalnych wymienia jest nie-odwracalne uszkodzenie jego czêci gruczo³owej, które powoduje eliminacjê krowy ze stada. Krowy z subkli-niczn¹ form¹ mastitis produkuj¹ mleko, w którym na-stêpuje wzrost aktywnoci lipaz, proteaz, oksydaz oraz plazminogenu. Procesy utleniania zachodz¹ce w mle-ku wp³ywaj¹ na jego parametry organoleptyczne, g³ów-nie smak, inaktywuj¹ wiele sk³adników biologiczg³ów-nie czynnych, obni¿aj¹c tym samym wartoæ od¿ywcz¹ mleka (29).
Procesy biochemiczne na poziomie komórkowym uwarunkowane stresem oksydacyjnym
Nawet niewielkie zmiany wewn¹trzkomórkowego poziomu RFT wp³ywaj¹ na tempo metabolizmu, eks-presjê genów i posttranslacyjne modyfikacje bia³ek, a tak¿e bior¹ udzia³ w regulowaniu cyklu podzia³u
ko-mórek i programowaniu apoptozy. Szcze-gólnie wra¿liwe na dzia³anie RFT s¹ nie-nasycone wi¹zania wystêpuj¹ce w cho-lesterolu i kwasach t³uszczowych wcho-dz¹cych w sk³ad fosfolipidów (11, 25, 26), tak wiêc pod wp³ywem wolnych rod-ników obni¿a siê poziom nienasyconych kwasów t³uszczowych w organizmie zwie-rz¹t, powstaj¹ keto- i hydroksykwasy t³uszczowe oraz nadtlenki lipidów, które s¹ wtórnymi wolnymi rodnikami. Dalsze przemiany produktów peroksydacji pro-wadz¹ do rozpadu wielonienasyconych kwasów t³uszczowych i powstawania szcz¹tkowych fragmentów fosfolipidów, m.in. aldehydów, g³ównie aldehydu di-malonowego oraz hydroksyaldehydów, zw³aszcza 4-hydroksynonenalu. W konsekwencji wy-zwala siê ³añcuch lipidowej peroksydacji, nastêpuje uszkodzenie kolejnych cz¹steczek lipidów, bia³ek i kwasów nukleinowych, znajduj¹cych siê w b³onach komórkowych (17, 32). Oszacowanie rozmiarów i in-tensywnoci tych procesów umo¿liwia okrelenie ilo-ci produktów utleniania t³uszczów. Sharma i wsp. (20) podaj¹, ¿e peroksydacja lipidów u krów by³a dwukrot-nie wy¿sza w pocz¹tkowym stadium laktacji w porów-naniu z okresem wysokiej cielnoci. Du¿ym zagro¿e-niem dla ¿ycia komórek w warunkach szoku tleno-wego jest oksydacja bia³kowych grup SH w b³onach komórkowych i w efekcie hydroliza zewnêtrznych fragmentów glikoprotein (2, 12, 14, 17). Mo¿e to pro-wadziæ do dezintegracji i zwiêkszenia stopnia prze-puszczalnoci b³on komórkowych w stosunku do bia-³ek, a tak¿e do zak³ócenia równowagi w uk³adzie proteazyantyproteazy. W nastêpstwie oksydacyjnej modyfikacji bia³ek najczêciej dochodzi do ich inak-tywacji. Zbyt intensywne procesy wolnorodnikowe, wystêpuj¹ce w okresie nasilonego, d³ugotrwa³ego stre-su oksydacyjnego, s¹ bardzo szkodliwe dla komó-rek, bowiem powoduj¹ powstawanie trwa³ych zmian w strukturze biologicznie aktywnych makrocz¹steczek (DNA, bia³ek, cukrów i in.). Zmiany te powoduj¹ za-burzenia funkcji biologicznych wymienionych makro-moleku³ i ró¿nego rodzaju nieprawid³owoci w meta-bolizmie komórkowym (11).
Destrukcyjnym wp³ywom RFT przeciwstawiaj¹ siê przeciwutleniacze zlokalizowane w komórkowych systemach obronnych. Do tej grupy zwi¹zków zalicza siê ka¿d¹ substancjê, która opónia, zapobiega lub usuwa skutki dzia³ania utleniaj¹cego (8, 11). Ochrona organizmu przed stresem oksydacyjnym mo¿e byæ re-alizowana przy pomocy enzymów lub mechanizmów nieenzymatycznych (12-14).
Ochrona nieenzymatyczna
Jedn¹ z podstawowych przyczyn wystêpowania i stopnia nasilenia stresu oksydacyjnego s¹ niedobory w dietach krów mlecznych wielu sk³adników istotnych
Ryc. 1. Najpopularniejsze reaktywne formy tlenu (RFT) w komórkach zwie-rzêcych
z punktu widzenia odpornoci immunologicznej, m.in. selenu, cynku i miedzi, a tak¿e witamin C, A i E oraz â-karotenu. Wiêk-szoæ sporód nich jest czê-ci¹ uk³adu antyoksydacyjnego w organizmie krowy (12, 13, 17). Jedn¹ z najwa¿niejszych wita-min posiadaj¹cych w³aciwoci antyoksydacyjne jest witamina C. Najbardziej charakterystycz-nym fragmentem cz¹steczki kwasu L-askorbinowego (wita-miny C) jest ugrupowanie en-diolowe, którego obecnoæ wa-runkuje zdolnoæ do odwracal-nego utleniania i redukcji (7).
Organizm krowy posiada zdolnoæ do syntetyzowania witaminy C, st¹d te¿ dla tego gatunku zwierz¹t jest ona sub-stancj¹ endogenn¹. Z tego wzglêdu zawartoæ witaminy C w mleku, w odró¿nieniu od witaminy A i D, nie podlega wahaniom sezonowym (14, 17, 34). W optymalnych warun-kach ¿ywienia i utrzymania en-dogenna synteza witaminy C pokrywa zapotrzebowanie krów. Niedobór witaminy C
mo¿e wyst¹piæ w przypadku infekcji, w chorobach zakanych oraz przy niedoborze bia³ka w diecie.
Najbogatszym ród³em tokoferoli i witaminy E (á-tokoferolu) s¹ oleje rolinne zawarte w paszach zielonych. W przypadku ¿ywienia krów paszami kon-serwowanymi koncentracja witaminy E w plazmie krwi krów gwa³townie zmniejsza siê, osi¹gaj¹c naj-ni¿szy poziom w okresie ostatniego tygodnia ci¹¿y i pierwszych dwóch tygodni po ocieleniu (24). W okre-sie zasuszenia krów i w pierwszym okreokre-sie laktacji spo¿ycie witaminy E powinno wynosiæ 1000 IU dzien-nie, zatem w przypadku ¿ywienia krów paszami kon-serwowanymi niezbêdny jest dodatek witaminy E do diety w iloci oko³o 80 IU/kg pobranej suchej masy (18). Taka iloæ witaminy E zapewnia dobry stan zdro-wia i nale¿yt¹ sprawnoæ uk³adu immunologicznego. Spears i Weiss (24) wykazali, ¿e suplementacja diety witamin¹ E w iloci 740 IU/dobê w okresie zasusze-nia przyczyni³a siê do zmniejszezasusze-nia przypadków wy-stêpowania mastitis o 37% oraz skrócenia czasu trwa-nia infekcji w gruczole mlekowym o 44%. Skutkiem awitaminozy witaminy E u krów mo¿e byæ degenera-cja w¹troby, nerek, mózgu, zwiotczenie miêni prze-wodu pokarmowego oraz zwiêkszona hemoliza ery-trocytów (4, 21).
Istota antyoksydacyjnego dzia³ania witaminy E po-lega na transferze wodoru z grupy fenolowej na wolny
rodnik nadtlenkowy mog¹cy utleniaæ wielonienasyco-ne kwasy t³uszczowe. Poprzez redukcjê rodnika á-to-koferylowego do á-tokoferolu oraz reakcje z organicz-nymi rodnikami nadtlenkowymi witamina C chroni wielonienasycone kwasy t³uszczowe przed niekontro-lowan¹ peroksydacj¹ (16). Antyoksydacyjne dzia³anie á-tokoferolu jest najbardziej skuteczne przy wysokich stê¿eniach tlenu i jest synergistycznie skorelowane z dzia³aniem selenu, który stanowi integralny sk³ad-nik peroksydazy glutationowej (5).
Witamina A to grupa zwi¹zków chemicznych wyka-zuj¹cych aktywnoæ biologiczn¹. Podstawowe formy tej witaminy to: retinol, 3,4-didehydroretinol, retinal i kwas retinowy powstaj¹ce po konwersji karoteno-idów (31).
Silne dzia³anie przeciwutleniaj¹ce frakcji lipidowej wykazuj¹ karotenoidy, a najwa¿niejszym z nich jest â-karoten (14). Antyoksydacyjne w³aciwoci â-karo-tenu wynikaj¹ z jego zdolnoci do oddawania elektro-nu, dziêki temu mo¿e on neutralizowaæ wolne rodniki nadtlenkowe. â-karoten posiada zdolnoci neutralizo-wania tlenu singletowego, co zapobiega powtórnemu tworzeniu siê RFT (14, 17). Witamina A pe³ni szcze-góln¹ rolê w rozrodzie zwierz¹t. W stresie oksydacyj-nym, który wystêpuje najczêciej w okresie oko³opo-rodowym, niektóre cytokiny prozapalne, np. IL-18, mog¹ byæ silnym bodcem kieruj¹cym dojrza³e
ty na drogê apoptozy. Zdolnoæ neutralizowania tych prozapalnych cytokin posiada witamina A (9, 17).
Antyoksydanty enzymatyczne
Do najbardziej efektywnych antyoksydantów o dzia-³aniu enzymatycznym nale¿¹: dysmutaza ponadtlen-kowa, katalaza, peroksydaza, reduktaza i transferaza glutationowa (12, 20). Wa¿nym antyoksydantem, któ-ry jest traktowany jako wyznacznik potencja³u oksy-dacyjnego komórek, jest glutation (1, 30). Jest on g³ównym nieenzymatycznym regulatorem wewn¹trz-komórkowej homeostazy redox. Bia³ka selenowe, w tym peroksydazy glutationowe (GPX) i reduktaza tioredoksyny (TrxR), posiadaj¹ selenocysteinowe resz-ty w³¹czone do czêci akresz-tywnej enzymu i z tego wzglê-du poziom selenu w diecie decywzglê-duje o aktywnoci tych bia³ek (17, 23). Zapewnienie w dietach krów odpo-wiedniego poziomu selenu powoduje zwiêkszenie poziomu GPX w monocytach i tym samym wzmoc-nienie oraz optymalizowanie funkcji obronnych w przypadku wyst¹pienia schorzeñ. Wa¿n¹ funkcjê an-tyoksydacyjn¹ w organizmie krów mlecznych pe³ni GPX o szerokim spektrum oddzia³ywania, bowiem mo¿e redukowaæ du¿y asortyment hydroksyperoksy-daz. GPX pe³ni¹ szczególn¹ rolê w mitochondriach, redukuj¹c nadtlenek wodoru. W uk³adzie enzymów an-tyoksydacyjnych bardzo wa¿n¹ rolê pe³ni reduktaza glutationowa (GR), która katalizuje reakcjê regenera-cji zredukowanego glutationu, przywracaj¹c mu zdol-noci antyoksydacyjne (1, 12, 15). Katalaza (CAT) wy-stêpuj¹ca w w¹trobie, nerkach, erytrocytach, szpiku kostnym i b³onach luzowych skutecznie neutralizuje nadtlenek wodoru. CAT wp³ywa tak¿e na regulacjê aktywnoci enzymów zale¿nych od glutationu, tj. per-oksydazy oraz reduktazy glutationowej, zwiêkszaj¹c ich efektywnoæ w warunkach stresu oksydacyjnego (8, 20).
Sporód enzymów z grupy metaloprotein szczegól-n¹ rolê pe³ni oksydoreduktaza ponadtlenkowa (SOD) w której centrach aktywnych wystêpuj¹ cynk (Zn) i mied (Cu). Uczestniczy ona aktywnie w pierwszej linii obrony, katalizuj¹c reakcjê dysmutacji cz¹ste-czek anionorodnika ponadtlenkowego do tlenu cz¹s-teczkowego i nadtlenku wodoru. W przypadku za-k³ócenia rozk³adu anionorodnika ponadtlenkowego i nadtlenku wodoru powstaj¹: tlen singletowy, rodnik hydroksylowy i rodnik nadhydroksylowy; substancje te s¹ najbardziej reaktywnymi formami tlenu (12, 20).
Rodzaj i zbilansowanie diety
Niezbilansowanie diety pod wzglêdem bia³kowo--energetycznym oraz niedobór sk³adników mineral-nych, zw³aszcza o charakterze antyoksydacyjnym, powoduj¹ zmniejszenie odpornoci komórkowej i hu-moralnej, os³abienie funkcji fagocytów oraz zmniej-szenie produkcji cytokin (9). Nale¿y mieæ na uwadze fakt, ¿e w wielu chorobach wzrost iloci wolnych rodników nie jest przyczyn¹, lecz objawem
zachodz¹-cych w organizmie zmian chorobowych. Trzeba tak¿e pamiêtaæ o mo¿liwoci pojawienia siê negatywnych efektów uzupe³niania diet antyoksydantami oraz o tym, ¿e niektóre sporód nich w specyficznych okoliczno-ciach mog¹ wykazywaæ w³aciwoci prooksydacyjne (11). Wprowadzaj¹c do diet komponenty paszowe, zawieraj¹ce nienasycone kwasy t³uszczowe, mo¿na zwiêkszyæ ich koncentracjê w mleku, jednak¿e bez od-powiedniej ochrony antyoksydacyjnej t³uszcz takiego mleka staje siê bardziej podatny na utlenianie (27, 34). Z tego powodu coraz czêciej diety dla krów mlecz-nych uzupe³nia siê tokoferolami i karotenoidami, wzmacniaj¹c tym samym antyoksydacyjn¹ ochronê mleka (24).
Z poziomem ¿ywienia jest cile zwi¹zana kondy-cja organizmu krowy. Istnieje korelakondy-cja miêdzy indek-sem masy cia³a BCS (body condition score) a ubytka-mi masy cia³a oraz podatnoci¹ na stres oksydacyjny (33). T³uszcz otrzewnowy jest ród³em pozapalnych cytokin, m.in. TNF-L i IL-6. Organizm krów zbyt ot³uszczonych wykazuje zwiêkszon¹ ekspresjê cyto-kin, które tworz¹ rodowisko prozapalne, umo¿li-wiaj¹c tym samym niszczenie komórek (9). Mimo i¿ mechanizm zale¿noci miêdzy stresem oksydacyjnym a podatnoci¹ na choroby nie zosta³ dok³adnie wyja-niony, wyniki badañ wiadcz¹ o zwi¹zku miêdzy BCS, wielkoci¹ ubytków masy cia³a oraz zmianami w ak-tywnoci metabolicznej a wystêpowaniem stresu oksy-dacyjnego u krów w okresie przejciowym (19, 24).
W okresie oko³oporodowym krów stosunkowo czêsto w wyniku lipolizy pojawia siê zaburzenie bra-ku równowagi miêdzy pokryciem potrzeb pokarmo-wych zwierz¹t a poziomem wydajnoci mleka. Stan taki prowadzi do zwiêkszenia czêstoci zachorowañ krów dojnych. G³ówn¹ przyczyn¹ prowadz¹c¹ do gwa³-townej lipolizy jest deficyt energii wywodz¹cy siê z wysokiej i szybko rosn¹cej produkcji mleka po ocie-leniu, któremu towarzyszy jednoczenie zmniejszenie iloci pobieranej paszy. Obci¹¿enie oko³oporodowe jest spowodowane nie tylko abiotycznymi czynnika-mi stresogennyczynnika-mi, ale równie¿ wystêpuj¹cyczynnika-mi w tym okresie ró¿nymi dolegliwociami, takimi jak: z³y stan ogólny organizmu, zaburzenia porodowe, stany zapalne itp. Wymienione syndromy wi¹¿¹ siê czêsto z genero-waniem wolnych rodników. G³ówn¹ przyczyn¹ meta-bolicznego obci¹¿enia organizmu krowy w okresie oko³oporodowym jest du¿e zapotrzebowanie na ener-giê, wynikaj¹ce z wysokiej wydajnoci mleka. Nadto zwierzêtom w tym okresie niejednokrotnie towarzy-sz¹ ostre stany chorobowe, co stanowi dodatkowe ob-ci¹¿enie organizmu.
Powstaj¹ce wolne rodniki powoduj¹ peroksydacjê lipidów, zarówno w zwiêkszonej ich puli nagromadzo-nej w hepatocytach, jak i obecnych w ich strukturach b³onowych (12, 32). Wi¹¿e siê to z uszkodzeniem ko-mórek prowadz¹cym do ich martwicy, a tak¿e z pro-dukcj¹ cytokin, aktywacj¹ lokalnych i nap³ywowych komórek zwi¹zanych ze stanem zapalnym i dalszym pobudzaniem kaskady stresu oksydacyjnego (9).
Sahoo i wsp. (19) utrzymuj¹, ¿e podwy¿szone stê-¿enie cia³ ketonowych we krwi krów mo¿e stanowiæ przyczynê ich zwiêkszonej zapadalnoci na zapalenia gruczo³u mlekowego. Wzrost iloci endotoksyn, któ-re s¹ sk³adnikami cian komórkowych bakterii Gram--ujemnych prowadzi do wytworzenia szeregu reakcji obronnych. W neutralizacji endotoksyn uczestnicz¹ g³ównie makrofagi oraz mikrofagi, a tak¿e hepato-cyty. Nadmierna iloæ endotoksyn, które mog¹ byæ natychmiast roz³o¿one lub zneutralizowane, obok wy-dalania pewnej ich iloci przez wymiê, odk³adana jest w tkance t³uszczowej. W przypadku nasilonego pro-cesu lipolizy, który u krów o wysokiej wydajnoci po porodzie jest zjawiskiem doæ czêstym, endotoksyny zdeponowane w zapasowej tkance t³uszczowej s¹ uwalniane, co prowadzi do zak³ócenia homeostazy immunologicznej i mikrobiologicznej. W przypadku nadmiernego obci¹¿enia w¹troby ronie zawartoæ en-dotoksyn we krwi oraz w gruczole mlekowym, z któ-rego dostaj¹ siê do mleka (22, 24).
W przypadku gwa³townego uruchomiania rezerw t³uszczu zapasowego mo¿e wyst¹piæ ciê¿kie schorze-nie metaboliczne, zwane ketoz¹. Powstaj¹ce w wyni-ku hydrolizy uwolnionego z rezerw cia³a t³uszczu kwasy t³uszczowe ulegaj¹ przekszta³ceniu w glicerol, który jest jednym z prekursorów glukozy. W wyniku tych przemian powstaj¹ tak¿e cia³a ketonowe ace-ton, acetooctan i â-hydroksymalan. Podwy¿szony poziom tych cia³ jest symptomem ketozy, glikowania bia³ek, stresu oksydacyjnego, zmian w mechanizmie regulacji przyjmowania paszy i w kondycji psycho-fizycznej zwierz¹t. Zwiêkszenie koncentracji cia³ ke-tonowych skutkuje pojawieniem siê produktów inten-sywnej glikacji (advanced glycation endoproducts AGEs), odpowiedzialnych za nasilenie stresu oksyda-cyjnego, inaktywacjê szeregu enzymów, uszkodzenia bia³ek, t³uszczów, DNA oraz za wiele niepo¿¹danych zmian degeneracyjnych (20, 21).
W zapobieganiu st³uszczenia w¹troby podstawowe znaczenie ma utrzymywanie krów w odpowiedniej kondycji, przede wszystkim w okresie zasuszenia, a tak¿e stworzenie odpowiednich warunków do po-bierania jak najwiêkszej iloci paszy po ocieleniu. Zgodnie z aktualnymi zaleceniami, wskanik kondy-cji krowy BCS w okresie oko³oporodowym powinien wynosiæ oko³o 3,5 w skali piêciopunktowej (22).
Najczêstszym b³êdem ¿ywieniowym, prowadz¹cym do st³uszczenia w¹troby, jest zbyt obfite ¿ywienie krów o wysokiej wydajnoci u schy³ku laktacji i w okresie zasuszenia. W koñcowym okresie zasuszenia na 3 ty-godnie przed spodziewanym ocieleniem nale¿y stop-niowo wprowadzaæ do dawki odpowiedni¹ iloæ paszy treciwej, która powinna byæ uzupe³nieniem najlepszych jakociowo pasz objêtociowych. Nad-mierne ot³uszczenie krowy prowadzi do wyd³u¿enia okresu ci¹¿y, wzrostu masy cia³a cielêcia, problemów porodowych (zaleganie poporodowe i zatrzymanie ³o¿yska) i zmniejszenia iloci produkowanego mleka
po ocieleniu, a tak¿e sprzyja wystêpowaniu stanów zapalnych wymienia. Wzrost stê¿enia substancji za-palnych (endotoksyn) mo¿e generowaæ kaskadê wol-nych rodników i tym samym porednio wp³ywaæ na stan zdrowia ciel¹t (20-23).
Po up³ywie pierwszego miesi¹ca laktacji dopusz-czalne jest obni¿enie BCS o jeden punkt, bowiem iloæ energii zawartej w sk³adnikach wyprodukowanego mleka znacznie przewy¿sza jej iloæ pobran¹ w paszy. Wzmo¿one utlenianie lipidów prowadzi nie tylko do wzrostu poziomu cia³ ketonowych we krwi oraz pro-duktów ich oksydacji, m.in. aldehydu dimalonowe-go, lecz tak¿e do zmniejszenia koncentracji witamin i innych antyoksydantów (17). Dawka pokarmowa po-winna byæ tak zbilansowana, aby krowa mog³a pobraæ jak najwiêksz¹ iloæ suchej masy, charakteryzuj¹cej siê wysok¹ wartoci¹ pokarmow¹, bogatej w antyok-sydanty (witaminy i sk³adniki mineralne). Postêpowa-nie takie pozwoli na osi¹gniêcie wysokiej wydajnoci mleka oraz zmniejszenie ryzyka wystêpowania cho-rób metabolicznych i stanów zapalnych. Krowy, które przekroczy³y ju¿ szczyt laktacji, powinny byæ utrzy-mywane w kondycji na poziomie oko³o 3 punktów w skali BCS; oznacza to w³aciw¹ kondycjê, niezbêd-n¹ do utrzymania rezerw t³uszczu zapasowego na bez-piecznym poziomie. Z teoretycznego punktu widze-nia prosta, lecz trudna do zastosowawidze-nia w praktyce zasada utrzymywania krów w odpowiedniej kondycji pozwala na pe³ne wykorzystanie genetycznych mo¿li-woci do produkcji mleka, z jednoczesnym zachowa-niem optymalnego zdrowia i parametrów reprodukcyj-nych. Nadto monitorowanie parametrów krwi i mleka mo¿e przyczyniæ siê do zminimalizowania szkód wo³anych stresem oksydacyjnym i pozwoliæ na wy-d³u¿enie okresu u¿ytkowania krów (3, 19, 21). Dawka pokarmowa powinna zawieraæ odpowiedni¹ iloæ do-stêpnej energii, pe³nowartociowego bia³ka i witamin. Podawanie metioniny i choliny korzystnie wp³ywa na metabolizm fosfolipidów b³onowych i zwiêksza sekre-cjê VLDL (very low density lipoprotein) z hepato-cytów. W hamowaniu postêpuj¹cego zapalenia st³usz-czonej w¹troby zaleca siê podawanie krowom anty-oksydantów w postaci witaminy E i C oraz prekurso-rów glutationu, np. N-acetylocysteiny (2, 4, 13, 34).
Adaptacja metaboliczna organizmu krów w warunkach stresu oksydacyjnego
Wzrost iloci powstaj¹cych RFT w organizmie krów w okresie przejciowym przyczynia siê do uruchomie-nia adaptacji metabolicznej organizmu, zwi¹zanej z deficytem energii. Procesy te mo¿na ledziæ na pod-stawie aktywnoci enzymu paraoksonazy-1 (PON1; E.C. 3.1.8.1), aldehydu dimalonowego (MDA), kon-centracji glukozy, trójglicerydów, albumin, choleste-rolu ca³kowitego i jego formy HDL (3, 17, 32). PON1 jest enzymem syntetyzowanym w w¹trobie i wydala-nym do krwi. Enzym ten jest zwi¹zany z cz¹steczka-mi HDL. Jego rola polega na ochronie przed
procesa-mi oksydacyjnyprocesa-mi lipoprotein, zarówno HDL, jak i LDL. PON1 mo¿e hydrolizowaæ utlenione t³uszcze, powstaj¹ce na lipoproteinach (zarówno na HDL, jak i na LDL) i tym samym hamowaæ rozwój stresu oksy-dacyjnego. Ferre i wsp. (8) wykazali zmniejszenie aktywnoci PON1 w chronicznym schorzeniu w¹t-roby. Turk i wsp. (32) wykazali zmniejszenie aktyw-noci PON1 w surowicy krwi krów w okresie przej-ciowym, sugeruj¹c, ¿e by³o to zwi¹zane ze stanami zapalnymi. Autorzy ci stwierdzili równie¿ zmniejsze-nie koncentracji glukozy, której poziom w surowicy krwi jest zwi¹zany z deficytem energii w organizmie krów w okresie oko³oporodowym. Adaptacja do nis-kiego poziomu energii powoduje uruchomienie rezerw t³uszczowych organizmu, co przejawia siê w zmianach parametrów przemiany t³uszczowej w surowicy krwi. Bardzo wyranie zmniejsza siê koncentracja choleste-rolu HDL, który wraz z poziomem trójglicerydów jest typowym wskanikiem mobilizacji rezerw t³uszczo-wych w organizmie krów w okresie przejciowym. Wskanikiem mobilizacji lipidów jest wysoki poziom niezestryfikowanych kwasów t³uszczowych, wychwy-tywanych przez w¹trobê w celu pokrycia niedoborów energetycznych. Z kolei niska koncentracja albumin w surowicy krwi krów w okresie oko³oporodowym jest odzwierciedleniem zmniejszonej syntezy tego bia³ka w w¹trobie (3). Tak wiêc na status oksydacyjny w or-ganizmie krów w okresie przejciowym maj¹ wp³yw procesy adaptacyjne. W okresie niedoborów energii wolne kwasy t³uszczowe pochodz¹ce z uwalnianego t³uszczu z rezerw cia³a wnikaj¹ do mitochondriów hepatocytów, gdzie s¹ utleniane, dostarczaj¹c energii. Konsekwencj¹ tego procesu jest generowanie ogrom-nych iloci RFT, które z kolei zwiêkszaj¹ tempo i roz-miary utleniania lipidów, kszta³tuj¹c w ten sposób sta-tus pro-/oksydacyjny (11). Zwiêkszona koncentracja produktów utleniania t³uszczu, m.in. MDA, wiadczy o wzrocie rozmiarów utleniania lipidów. Wzrost utle-niania t³uszczu mo¿e przyczyniæ siê do zmniejszenia aktywnoci PON1. Tak wiêc niska aktywnoæ PON1 i wysoka koncentracja MDA w okresie wysokiej ci¹-¿y i niska aktywnoæ PON1 w okresie wczesnej lakta-cji mog¹ wskazywaæ na brak równowagi pomiêdzy iloci¹ produkowanych RFT a ich neutralizacj¹ (8, 32). W takiej sytuacji ochrona antyoksydacyjna mo¿e byæ niewydolna do skutecznego usuwania produktów utle-niania. W przypadku d³u¿ej trwaj¹cego okresu, w któ-rym zosta³a zachwiana równowaga pro-/antyoksyda-cyjna, mog¹ pojawiaæ siê choroby, szczególnie o pod-³o¿u zapalnym, zak³ócaj¹ce w konsekwencji funk-cjonowanie uk³adu rozrodczego, w tym zatrzymanie ³o¿yska, opónienie wystêpowania pierwszej rui po porodzie (12, 20, 22).
Podsumowanie
D³ugotrwa³y stres oksydacyjny dzia³aj¹cy na orga-nizm zwierzêcia powoduje trwa³e zmiany w struktu-rze biologicznej aktywnych makrocz¹steczek w
ko-mórkach (DNA, bia³ek, cukrów i in.). Nieprawid³o-woci w metabolizmie komórkowym sprzyjaj¹ wy-stêpowaniu ró¿nych schorzeñ krów mlecznych, m.in.: zatrzymywaniu ³o¿yska po porodzie, obrzêkowi wy-mienia, zapaleniu gruczo³u mlekowego, opónieniu wystêpowania pierwszej rui po porodzie i wczesnemu obumieraniu zarodków. W celu zminimalizowania tych niekorzystnych zjawisk nale¿y d¹¿yæ do utrzymywa-nia wysoko wydajnych krów mlecznych w odpowied-niej kondycji, zmodpowied-niejszenia deficytu energetycznego po porodzie i starannego bilansowania diet pod wzglê-dem bia³kowo-energetycznym. Bardzo wa¿nym aspek-tem jest dostarczenie krowom odpowiedniej iloci makro- i mikroelementów oraz witamin, które s¹ ak-tywnymi komponentami systemu antyoksydacyjnego.
Pimiennictwo
1.Abd-Ellah M. R., Okada K., Goryo M., Kobayashi S., Oishi A., Yasuda J.: Total glutathione and glutathione reductase in bovine erythrocytes and liver biopsy. J. Vet. Med. Sci. 2008, 70, 861-864.
2.Bagnicka E., Jówik A., Strza³kowska N., liwa-Jówik A., Krzy¿ewski J., Ko³¹taj A.: N-acetylcysteine supplementation may affect somatic cell count in goat milk. Arch. Tierz. 2008, 51, 582-587.
3.Bionaz M., Trevisi E., Cala mari L., Librandi F., Ferrai A., Bertoni G.: Plasma paraoxonase, health, inflammatory conditions, and liver function in transition dairy cows. J. Dairy Sci. 2007, 90, 1740-1750.
4.Bouwstra R. J., Goselink R. M. A., Dobbelaar P., Nielen M., Newbold J. R.,van Werven T.: The Relationship between oxidative damage and vitamin E con-centration in blood, milk, and liver tissue from vitamin E supplemented and nonsupplemented periparturient heifers. J. Dairy Sci. 2008, 91, 977-987. 5.Celik S., Yilmaz Ö., Asan T., Naziroglu M., Cay M., Askakal M.: Influence of
dietary selenium and vitamin E on the levels of fatty acids in brain and liver tissues of lambs. Cell Biochem. Funct. 1999, 17, 115-121.
6.Cichosz G., Czeczot H.: T³uszcz mlekowy ród³o antyoksydantów w diecie cz³owieka. Bromat. Chem. Toksykol. 2011, 44, 8-16.
7.Deutsch J. C.: Ascorbic acid and dehydroascorbic acid interconversion without net oxidation or reduction. Anal. Biochem. 1997, 247, 58-62. 8.Ferre N., Marsillach J., Camps J., Mackness B., Mackness M., Rin F., Coll B.,
Tous M., Joven J.: Paraoxonase-1 is associated with oxidative stress, fibrosis and FAS expression in chronic liver diseases. J. Hepatol. 2006, 45, 51-59. 9.Gengelbach G. P., Spears J. W.: Effects of dietary copper and molybdenum
on copper status, cytokine production, and humoral immune response of calves. J. Dairy Sci. 1998, 81, 3286-3292.
10.Gitto E., Reiter R. J., Karbownik M., Tan D. X., Gitto S., Barberi I.: Causes of oxidative stress in the pre- and perinatal period. Biol. Neonate. 2002, 81, 146-157.
11.Halliwell B.: Biochemistry of oxidative stress. Biochem. Soc. Trans. 2007, 35, 1147-1150.
12.Jówik A.: Status oksydacyjny wysokoprodukcyjnych krów mlecznych w zale¿noci od wydajnoci, stadium laktacji i liczby komórek somatycz-nych w mleku. Prace Mat. Zootech. Monografie i Rozprawy 2010, 23, 7-111. 13.Jówik A., Bagnicka E., Strza³kowska N., liwa-Jówik A., Horbañczuk K., Cooper R. G., Pyzel B., Krzy¿ewski J., wiergiel A. H., Horbañczuk J. O.: The oxidative status of milking goats after per os administration of N-acetyl-cysteine. Anim. Sci. Pap. Rep. 2010, 28, 143-152.
14.Kankofer M., Albera E.: The concentration of vitamin A and its provitamin beta carotene in bovine retained and not retained placenta. Acta. Vet. (Be-ogr) 2007, 57, 181-189.
15.Kankofer M., Albera E., Ro¿añska-Boczula M.: Activities of N-acetyl-â-d--glucosaminidase and glutathione peroxidase in bovine colostrum and milk. Czech J. Anim. Sci. 2010, 55, 488-495.
16. May J. M., Qu Z. Ch., Mendiratta S.: Protection and recycling of á-toco-pherol in human erythrocytes by intracellular ascorbic acid. Arch. Biochem. Biophys. 1998, 349, 281-289.
17.Musal B., Ulutas P. A., Turkyilmaz S.: Blood vitamin C, vitamin A, â-caro-tene, ceruloplasmin, glutathione and malondialdehyde concentrations in cows
with subclinical mastitis treated with intramammary antibiotics. Rev. Med. Vet. 2007, 158, 633-640.
18.NRC-National Research Council: Nutrient Requirements of Dairy Cattle, National Academic Press, Washington, DC, USA 2001.
19.Sahoo S. S., Patra R. C., Behera P. C., Swarup D.: Oxidative stress indices in the erythrocytes from lactating cows after treatment for subclinical ketosis with antioxidant incorporated in the therapeutic regime. Vet. Res. Commun. 2009, 33, 281-290.
20.Sharma N., Singh N. K., Singh O. P., Pandey V., Verma P. K.: Oxidative stress and antioxidant status during transition period in dairy cows. Asian--Aust. J. Anim. Sci. 2011, 24, 479-484.
21.Sordillo L. M., Aitken S. L.: Impact of oxidative stress on the health and immune function of dairy cattle. Vet. Immunol. Immunopathol. 2009, 128, 104-109.
22.Sordillo L. M., Contreas G. A., Aitken S. L.: Metabolic factors affecting the inflammatory response of periparturient dairy cows. Anim. Health Res. Rev. 2009, 10, 53-63.
23.Sordillo L. M., OBoyle N., Gandy J. C., Corl C. M., Hamilton E.: Shifts in tioredoxin reductase activity and oxidant status in mononuclear cells obtained from transition dairy cattle. J. Dairy Sci. 2007, 90, 1186-1192. 24.Spears J. W., Weiss W. P.: Role of antioxidants and trace elements in health
and immunity of transition dairy cows. Vet. J. 2008, 176, 70-76.
25.Strza³kowska N., Jówik A., Bagnicka E., Krzy¿ewski J., Horbañczuk J. O.: Studies upon genetic and environmental factors affecting the cholesterol content of cow milk. II. Effect of silage type offered. Anim. Sci. Pap. Rep. 2009a, 27, 199-206.
26.Strza³kowska N., Jówik A., Bagnicka E., Krzy¿ewski J., Horbañczuk K., Pyzel B., Horbañczuk J. O.: Chemical composition, physical traits and fatty
acid profile of goat milk as related to the stage of lactation. Anim. Sci. Pap. Rep. 2009b, 27, 311-320.
27.Strza³kowska N., Jówik A., Bagnicka E., Krzy¿ewski J., Horbañczuk K., Pyzel B., S³oniewska D., Horbañczuk J. O.: The concentration of free fatty acids in goat milk as related to the stage of lactation, age and somatic cell count. Anim. Sci. Pap. Rep. 2010, 28, 389-395.
28.Szczubia³ M., Kankofer M., D¹browski R.: Antioxidative-related activities of lactoferrin and lactoperoxidase in milk from cows with different forms of mastitis. Bull. Vet. Inst. Pulawy 2011, 55, 77-81.
29.Szwajkowska M., Wolanciuk A., Bar³owska J., Król J, Litwiñczuk Z.: Bovine milk proteins as the source of bioactive peptides influencing the consumers immune system a review. Anim. Sci. Pap. Rep. 2011, 29, 269-280. 30.liwa-Jówik A., Jówik A., Ko³¹taj A.: Influence of exogenous glutathione
(GSH), as stressfactor, on the activity of lysosome enzymes in some organs of mice. Arch. Tierz. 2002, 45, 307-314.
31.Thurnham D. I., Northrop-Clewes Ch. A.: Optimal nutrition: vitamin A and the carotenoids. Proc. Nutr. Soc. 1999, 58, 449-457.
32.Turk R., Juretic D., Geres D., Svetina A., Turk N., Flegar-Mestriæ Z.: Influence of oxidative stress and metabolic adaptation on PON1 activity and MDA level in transition dairy cows. Anim. Prod. Sci. 2008, 108, 98-106. 33.Vincent H. K., Taylor A. G.: Biomarkers and potential mechanisms of
obesity-induced oxidant stress in humans. Intern. J. Obe. 2006, 30, 400-418. 34.Weiss W. P., Hogan J. S.: Effects of dietary vitamin C on neutrophil function and responses to intrammary infusion of lipolysaccharide in periparturient dairy cows. J. Dairy Sci. 2007, 90, 731-739.
Adres autora: dr hab. Artur Jówik, IGHZ PAN Jastrzêbiec, ul. Postê-pu 1, 05-552 Magdalenka; e-mail: aa.jozwik@ighz.pl
