Artyku³ przegl¹dowy Review
Wraz z wprowadzeniem do hodowli ptaków o bar-dzo du¿ych parametrach produkcyjnych pojawiaj¹ siê u nich nowe, czêsto o niewyjanionej etiopatogenezie problemy ze zdrowiem. Silna presja rynku drobiarskie-go na zwiêkszenie uzyskiwanej masy cia³a (zw³asz-cza miêni piersiowych) w jak najkrótszym (zw³asz-czasie u brojlerów czy liczby sk³adanych przez nioski jaj
skutkuj¹ wzrostem czêstotliwoci wystêpowania cho-rób uk³adu kostno-szkieletowego (3, 18, 24). Dodat-kowo predysponuj¹ do tego b³êdy w technologii cho-wu, a zw³aszcza nieprawid³owo zbilansowana pasza, zanieczyszczenie rodowiska chorobotwórczymi mi-kroorganizmami, nadmierne stê¿enie gazów szkodli-wych, przegrzanie i brak swobodnego ruchu ptaków
Wybrane zagadnienia dotycz¹ce procesów kostnienia
i ich zaburzeñ u ptaków
BART£OMIEJ TYKA£OWSKI, TOMASZ STENZEL, ANDRZEJ KONCICKI
Katedra Chorób Ptaków Wydzia³u Medycyny Weterynaryjnej UWM, ul. Oczapowskiego 13, 10-957 Olsztyn
Tyka³owski B., Stenzel T., Koncicki A.
Selected problems related to ossification processes and their disorders in birds
Summary
The aim of this study is to present selected issues concerning highly complex mechanisms regulating processes of ossification (formation of bone) and the remodeling of bones in poultry as well as to discuss the influence of various factors of the breeding and feeding environment on the development of diseases of the skeletal system, so often diagnosed in poultry practice. The bone tissue is comprised of large amounts of extracellular matter consisting of organic matrix and bone mineral which is synthesized, maintained and remodeled by three types of cells: osteoblasts, osteocytes, osteoclasts. These cells, along with their receptors for many hormones (PTH, calciferol, glycocorticosterides, sex hormones, iodotyronines, GH and its matabolites) and cytokines (PGE2, IL-1, IL-3, IL-6, IL-11, TGF-â, TNF) as well as numerous synthesized enzymes known as their biochemical markers, play the main role in the metabolism of bone tissue. Osteoclastogenesis involves three groups of factors: RANK receptor located in the cell membrane of osteoclasts and their precursors, osteoprotegrin (OPG) and the ligand for RANK (RANK/OPGL) receptor anchored in the cell membrane of osteoblasts or cells of the bone marrow stroma. Adrenergic impulses, the concentration of calcium ions, IL-6, TGF-â, leptin, PTH, calciferol and glucocorticoids also play a significant role. Organic matrix (mainly synthesized by osteoblasts) that constitutes about 20% of bone dry weight is made of collagen (80-90%), noncollagenous proteins (5-10%), and a small amount of proteoglicans and glycoproteines. The rest of bone dry weight is bone mineral, which is mainly composed of calcium phosphates in the form of hydroxyapatite crystals, and provides stiffness and compressional strength to the bone. Collagen is the main component of the organic matrix, contributing to the tensile strength of bone and providing oriented support to the mineral matrix. The arrangements of collagen fibers in bone with respect to the bone axis can also influence its strength. In the intensive breeding conditions, where birds grow very fast, osteogenesis and bone rebuilding processes owing to their unusual complexity may be disturbed by numerous factors related to the technology of breeding and feeding as well as to pathological conditions of various organs. Skeletal development in birds depends on their physical activity, bioavailability of Ca, P, Zn, Cu, Mg, Mn, Se, biotin, vitamins D, E, C and B in food, high level of metionin in relation to vitamin B6, quality of lipid acids Ù6:Ù3, fat quality, presence of mikotoxins, cadm contaminations as well as pathological conditions of the intestinal mucous membrane. The appropriate balance of cations (Ca, Mg, Na and K) and anions (PO4, SO4 and Cl) in food and tissues is necessary for the homeostasis of the organism. Owing to the fact that bone tissue is a huge container of mineral elements and easily exchanged ions, it plays a major role in maintaining the water-electrolyte and acid-base balance of the organism. In a bird breeding environment, this balance can be easily disturbed by, for instance, a high ammoniac concentration and hyperthermia, which lead to disorders in expelling CO2 and, in consequence, to respiratory acidosis and disorders in bone mineralization. Also an excess of protein and exogenous aminoacids in food can result in methabolic acidosis and an increased Ca loss, which leads to osteopathy.
(3, 5-7, 11, 17, 22, 23, 27). Prawid³owe funkcjonowa-nie uk³adu kostno-szkieletowego wp³ywa bezpored-nio na rozwój i metabolizm ca³ego organizmu oraz odgrywa kluczow¹ rolê w efektywnej hodowli i cho-wie drobiu, stanowi¹c jeden z g³ównych czynników limituj¹cych op³acalnoæ produkcji. Choroby czy dys-funkcje poszczególnych narz¹dów mog¹ bezpored-nio lub poredbezpored-nio zaburzaæ metabolizm koci, obni-¿aj¹c ich jakoæ. W Polsce brak jest danych na temat strat w chowie ptaków na tle dysfunkcji uk³adu kost-no-szkieletowego. Natomiast w Stanach Zjednoczo-nych straty wynikaj¹ce z patologii uk³adu szkieleto-wego w stadach intensywnie rosn¹cych ptaków siêga-j¹ kilkuset milionów dolarów rocznie (23). Badania przeprowadzone w Wielkiej Brytanii wykaza³y u 29% kur bêd¹cych w koñcowej fazie nienoci lady wcze-niejszych z³amañ wynikaj¹cych z obni¿enia jakoci tkanki kostnej podczas intensywnego cyklu produk-cyjnego (24).
Celem opracowania jest przedstawienie wybranych zagadnieñ dotycz¹cych bardzo z³o¿onych mechaniz-mów reguluj¹cych procesy kostnienia i remodelowa-nia koci u drobiu oraz nakrelenie wp³ywu niektó-rych czynników rodowiska chowu i ¿ywienia na po-wstawanie czêsto diagnozowanych w praktyce klinicz-nej zespo³ów chorobowych uk³adu kostnego u ptaków. Tkanka kostna (textus osseus) zbudowana jest z sub-stancji zewn¹trzkomórkowej (z³o¿onej z macierzy or-ganicznej i minera³u kostnego), która jest syntetyzo-wana, utrzymywana i przebudowywana przez trzy typy komórek: osteoblasty, osteocyty i osteoklasty (8). Ba-dania metabolizmu osteoblastów wykaza³y, i¿ czu³ym i specyficznym markerem ich aktywnoci jest osteokal-cyna. Bia³ko to zawiera reszty ã-karboksyglutaminowe pozwalaj¹ce mu wi¹zaæ siê z kryszta³ami hydroksy-apatytu i hamowaæ ich wzrost. Analiza zawartoci osteokalcyny w osoczu krwi stanowi wartociowy test diagnostyczny w przebiegu wielu chorób metabolicz-nych koci (5). Osteoblasty posiadaj¹ receptory dla pa-rathormonu (PTH), aktywnej formy witaminy D3 kal-cytriolu [1,25(OH)2D3], glikokortykosterydów, hormo-nów p³ciowych, jodotyronin, hormonu wzrostu (GH) i jego metabolitów (IGF-I, IGF-II), które mog¹ bezpo-rednio, a tak¿e poprzez miejscowo dzia³aj¹ce cytoki-ny (np. PGE2, IL-1, IL-3, IL-6, IL-11, TGF-â, TNF) wp³ywaæ na ich metabolizm (2, 8, 16). Gdy osteobla-sty zakoñcz¹ cykl syntezy macierzy zewn¹trzkomór-kowej, staj¹ siê osteocytami. Uwa¿a siê, ¿e osteocyty pe³ni¹ g³ównie funkcjê sensorów wytrzyma³oci me-chanicznej koci (1). Odpowiednio gêsta i sprawnie funkcjonuj¹ca sieæ osteocytów stanowi pomost miêdzy komórkami pokrywaj¹cymi, odbieraj¹cymi bodce z zewn¹trz a komórkami resorbuj¹cymi i odbudowu-j¹cymi koæ, decyduj¹c o prawid³owym tempie prze-budowy wewnêtrznej koci. Proces ten ma bezpored-nie prze³o¿ebezpored-nie na parametry biomechaniczne szkie-letu i razem z procesem starzenia siê koci stanowi nie-jako t³o, na którym rozgrywa siê ka¿da osteopatia (2).
Osteoklasty (komórki kociogubne) s¹ wieloj¹drza-stymi komórkami pochodzenia szpikowego, powsta-j¹cymi poprzez fuzjê ich jednoj¹drzastych prekurso-rów. Za prekursory osteoklastów uwa¿ane s¹ komórki tworz¹ce kolonie linii granulocytarno-makrofagalnej (granulocyte macrophage colony forming unit GM--CFU). G³ówn¹ funkcj¹ osteoklastów jest resorpcja koci, chocia¿ nie posiadaj¹ one receptorów dla hor-monów stymuluj¹cych ten proces, takich jak kalcytriol czy PTH (2, 8). Receptory dla tych hormonów zloka-lizowane s¹ w osteoblastach i komórkach zrêbu szpi-ku. Ju¿ w 1981 r. Rodan i Martin (25) wysunêli hipo-tezê, ¿e to w³anie osteoblasty s¹ niezbêdne w proce-sie osteoklastogenezy. Równie¿ ca³y szereg lokalnie dzia³aj¹cych cytokin w istotny sposób wp³ywa zarów-no na przebieg resorpcji tkanki kostnej, pobudzaj¹c osteoklastogenezê, jak i na kociotworzenie, regulu-j¹c proces osteoblastogenezy, co zapewnia homeosta-zê szkieletu. Szczególne miejsce wród wszystkich cytokin zajmuj¹ odkryte w 1965 r. przez Urista (30) tzw. bia³ka morfogenetyczne koci (bone morphoge-netic proteins BMP), stanowi¹ce grupê kilkudzie-siêciu polipeptydów syntetyzowanych przez osteobla-sty i deponowanych w organicznej macierzy koci (2). Cytokiny, wi¹¿¹c siê ze swoimi receptorami, urucha-miaj¹ w komórce kaskadê przemian prowadz¹cych do powstania i aktywacji szeregu czynników transkryp-cyjnych, kontroluj¹cych ekspresjê lub supresjê odpo-wiednich genów (2). Osteoblasty wraz z komórkami zrêbu szpiku pod wp³ywem 1,25(OH)2D3 i PTH uwal-niaj¹ do rodowiska ca³y szereg czynników dzia³aj¹-cych autokrynowo lub parakrynowo, takich jak czyn-nik stymuluj¹cy powstawanie kolonii makrofagów (macrophage-colony stymulating factor M-CSF), interleukiny (IL-1, IL-6, IL-11) czy prostaglandynê E2 (PGE2), które odgrywaj¹ istotn¹ rolê w procesie osteo-klastogenezy. W procesie tym bior¹ udzia³ trzy grupy czynników: receptor RANK (receptor activator of NFêâ) wystêpuj¹cy w b³onie komórkowej osteoklas-tów i ich prekursorów, nazywany tak¿e receptorem ODAR (osteoclast differentiation and activation recep-tor), osteoprotegeryna (OPG osteoprotegrin) bêd¹ca rozpuszczaln¹ form¹ receptora nale¿¹cego do nadro-dziny TNFRSF (tumor necrosis factor receptor super-family), syntetyzowana przez osteoklasty lub komór-ki zrêbu szpiku i ligand dla receptora RANK (RANKL/ OPGL), zakotwiczony w b³onie komórkowej osteobla-stów lub komórek zrêbu szpiku (34). W powy¿szych zjawiskach istotn¹ rolê odgrywaj¹ impulsy adrener-giczne, które s¹ przekazywane przez receptory â2 -ad-renergiczne obecne na osteoblastach, reguluj¹c ich proliferacjê. Agonici tych receptorów obni¿aj¹, a an-tagonici zwiêkszaj¹ masê koci (26). Aktywnoæ tych komórek stymuluj¹ tak¿e estrogeny poprzez oddzia-³ywanie na osteoblasty i syntetyzowan¹ przez nie osteo-protegerynê. Dlatego zmiany osteoporotyczne obser-wujemy u samic w warunkach obni¿enia poziomu es-trogenów, a u samców pod wp³ywem spadku poziomu
testosteronu. Potwierdzaj¹ to wyniki badañ Radzkie-go i wsp. (21), którzy stosuj¹c u kurcz¹t brojlerów przez okres 21 dni flutamid (selektywny modulator receptorów androgenowych), wykazali statystycznie istotne zwiêkszenie masy koci udowej i ramiennej. Do ekspresji genu osteoprotegeryny (i hamowania osteoklastogenezy) w osteoblastach lub komórkach zrêbu szpiku dochodzi tak¿e pod wp³ywem wzrostu stê¿enia jonów wapnia, IL-6, TGF-â (transforming growth factor-â). Natomiast nadmiar leptyny, parathor-monu, glikokortykoidów i aktywnego metabolitu wi-taminy D3 (1,25(OH)2D3) dzia³aj¹ odwrotnie (32).
Osteoklasty le¿¹ na powierzchni koci w zatokach erozyjnych (lacunae Howshipi), które najliczniej wy-stêpuj¹ w miejscach modelowania i przebudowy we-wnêtrznej koci. Na podstawie badañ z zastosowaniem mikroskopu elektronowego w osteoklastach wyró¿nio-no kilka charakterystycznych pod wzglêdem budowy i pe³nionych funkcji obszarów, z których najwa¿niej-szym jest tzw. r¹bek pofa³dowany (ruffled border). Znajduje siê on na powierzchni czynnego osteoklastu skierowanej ku resorbowanej koci, a utworzony jest przez liczne wypustki cytoplazmatyczne. Wypustki te znacznie zwiêkszaj¹ powierzchniê styku osteoklastu z istot¹ miêdzykomórkow¹ koci i warunkuj¹ jego w³aciwoci resorpcyjne (2, 28). W r¹bku
pofa³dowa-nym stwierdzono obecnoæ wakuolarnych H+
-ATP--azowych pomp protonowych, które wydzielaj¹c do mikrorodowiska jony H+ (dostarczane wbrew
gradien-towi stê¿eñ, powstaj¹ w wyniku dzia³ania anhydrazy wêglanowej II), obni¿aj¹ pH do 3-4, jednoczenie przez inne kana³y uwalniane s¹ jony chlorkowe. Stwarza to w zatoce erozyjnej optymalne warunki do rozpuszcza-nia kryszta³ów hydroksyapatytu i demineralizacji oraz umo¿liwia aktywnoæ kwanych enzymów lizosomal-nych degraduj¹cych macierz organiczn¹ koci. Po obu stronach r¹bka pofa³dowanego le¿y obszar (clear zone), w którym b³ona cytoplazmatyczna zawiera liczne re-ceptory ródb³onkowe integryny (ávâ3). Umo¿liwia-j¹ one przyczepianie siê osteoklastów do powierzchni resorbowanej koci poprzez cz¹steczki adhezyjne za-wieraj¹ce sekwencjê aminokwasów arginina-glicyna--kwas asparaginowy (RGD) (2, 8). Po³¹czenie siê osteoklastu z cz¹steczk¹ zawieraj¹c¹ sekwencjê RGD inicjuje ca³y szereg wewn¹trzkomórkowych reakcji niezbêdnych do rozpoczêcia procesu demineralizacji, np. powstanie r¹bka pofa³dowanego (28). Osteoklasty potrafi¹ równie¿ wi¹zaæ siê ze sk³adnikami macierzy organicznej koci za pomoc¹ mechanizmu RGD-nie-zale¿nego dziêki ekspresji na powierzchni ich b³ony komórkowej receptorów CD44. Nakamura i wsp. (19) w 1997 r. opisali ten mechanizm u myszy otrzymuj¹-cych kalcytoninê, a obecnie pozostaje on w krêgu za-interesowañ awiopatologów zajmuj¹cych siê zaburze-niami metabolizmu koci u niosek towarowych. Kal-cytonina dzia³aj¹c poprzez receptory b³onowe osteo-klastów, powoduje ich obkurczanie, zmiany w organi-zacji cytoszkieletu i zanik r¹bka pofa³dowanego, co
prowadzi do zahamowania resorpcji koci (2). Szcze-gólnie wysoki poziom tego hormonu stwierdza siê u dojrzewaj¹cych niosek, co wydaje siê mieæ zwi¹zek ze wzrostem poziomu hormonów p³ciowych. Nastêp-nie poziom tego hormonu waha siê w cyklu owulacyj-nym i wyranie obni¿a siê podczas tworzenia skorupy jaja (21). Aktywne osteoklasty syntetyzuj¹ i uwalniaj¹ do mikrorodowiska, na drodze egzocytozy, liczne en-zymy proteolityczne (degraduj¹ce macierz organicz-n¹ koci), takie jak: katepsyny B, K, L, O, peptydazy, glikozydazy czy kwane fosfatazy. Izoenzym tej ostat-niej winianooporna kwana fosfataza (tartaric resi-stant acid phosphatase TRAP) oraz metaloproteina-za 9 (matrix metalloproteinase 9 MMP-9) uwa¿ane s¹ za markery biochemiczne osteoklastów, a po po³¹-czeniu obecnego na powierzchni osteoblastów RANKL/ OPGL z receptorami RANK zlokalizowanymi na po-wierzchni prekursorów osteoklastów dochodzi do ich ró¿nicowania siê w jednoj¹drzaste osteoklasty. W na-stêpnym etapie dochodzi do fuzji jednoj¹drzastych komórek w wieloj¹drzaste osteoklasty i do ich akty-wacji. Kong i wsp. (12) wykazali, ¿e pobudzone limfo-cyty T, na których wykazano ekspresjê RANK/OPGL, mog¹ stymulowaæ u ludzi osteoklastogenezê, prowa-dz¹c do uszkodzenia koci i chrz¹stki. Podobnie jak osteopontyna (OPN) ufosforylowane bia³ko, które-go synteza zale¿na jest m.in. od witamin D i C, hor-monów PTH i GH oraz aktywnoci fosfatazy alkalicz-nej przy zaburzeniach ekspresji i fosforylacji mo¿e prowadziæ do zaburzeñ adhezji komórek kostnych do macierzy zewn¹trzkomórkowej koci i dyschondro-plazji piszczelowej (4, 10, 20).
Macierz organiczna syntetyzowana jest przede wszystkim przez osteoblasty i stanowi oko³o 20% su-chej masy koci. Zbudowana jest g³ównie z w³ókien kolagenowych (80-90%), bia³ek niekolagenowych (5-10%) oraz z niewielkiej iloci proteoglikanów i gli-koprotein. Kolagen jest g³ównym sk³adnikiem wiêk-szoci tkanek ³¹cznych, nadaj¹c im odpowiedni¹ sprê-¿ystoæ i wytrzyma³oæ na rozci¹ganie. W koci do-datkowo stanowi on niejako rusztowanie, matrycê dla odk³adaj¹cych siê w procesie mineralizacji kryszta³-ków hydroksyapatytu, odpowiadaj¹c tym samym za jej cechy mechaniczne (23). Obecnie zwraca siê coraz wiêksz¹ uwagê na rolê macierzy organicznej, a w szczególnoci kolagenu, jak¹ odgrywa w patogenezie zaburzeñ metabolicznych w uk³adzie kostno-szkiele-towym wywo³ywanych czynnikami ró¿nego t³a. Oka-zuje siê bowiem, ¿e nie tylko zaburzenia w gospodar-ce mineralnej, ale równie¿ anomalie w syntezie kola-genu oraz w procesie jego dojrzewania (sieciowania) i starzenia siê wp³ywaj¹ bezporednio na parametry biomechaniczne szkieletu (22, 23).
Pozosta³¹ czêæ suchej masy tkanki kostnej stanowi minera³ kostny (70%), który w wiêkszoci sk³ada siê z fosforanów wapniowych wystêpuj¹cych w postaci kryszta³ków hydroksyapatytu Ca10(PO4)6(OH)2, z nie-wielk¹ domieszk¹ wêglanów, cytrynianów, jonów
Mg2+, Na+ i ladowymi ilociami jonów K+, Sr2+, Cl
i F. Ró¿na dla poszczególnych koci i pe³nionych
przez nie funkcji gêstoæ mineralna (bone mineral den-sity BMD) odpowiada za sztywnoæ i wytrzyma³oæ koci na ucisk.
Du¿a wytrzyma³oæ mechaniczna koci przy stosun-kowo ma³ej masie jest wypadkow¹ w³asnoci geome-trycznych, stopnia mineralizacji oraz jakoci materia-³u, z którego s¹ zbudowane. Ze wzglêdu na udzia³ po-szczególnych elementów (komórki, macierz organicz-na, substancje nieorganiczne), ich organizacjê prze-strzenn¹ oraz pe³nione funkcje wyró¿niono u ptaków trzy rodzaje tkanki kostnej: zbit¹ (korow¹), beleczko-w¹ (g¹bczast¹) i szpikobeleczko-w¹ wystêpuj¹c¹ tylko u doj-rza³ych samic (16). Powszechnie uwa¿a siê, ¿e koæ korowa pe³ni przede wszystkim rolê mechaniczn¹, g¹bczasta natomiast, obok mechanicznej tak¿e meta-boliczn¹ ze wzglêdu na ni¿sz¹ zawartoæ minera³ów w stosunku do komponenty organicznej. Budowa taka z fizycznego punktu widzenia, tj. zewnêtrzna czêæ rurowa zbudowana z tkanki zbitej (silnie zminerali-zowanej, w której w³ókna kolagenowe uk³adaj¹ siê równolegle i s¹ mocno upakowane), wzmocniona we-wnêtrzn¹ sieci¹ beleczek koci g¹bczastej, zapewnia szkieletowi maksymaln¹ wydolnoæ podczas przeno-szenia obci¹¿eñ i pozwala na najwy¿sz¹ oszczêdnoæ budulca. Dodatkowo czêæ koci u ptaków ulega pneu-matyzacji, co stanowi niew¹tpliwie jeden z elemen-tów przystosowania ich budowy anatomicznej do lotu. Ogromne zapotrzebowanie na wapñ do budowy sko-rupy jaja w okresie nienoci ptaków (13) spowodo-wa³o, i¿ wytworzy³ siê u nich w toku ewolucji zupe³-nie nowy system koci wtórnych. S¹ to koci szpiko-we rozwijaj¹ce siê w jamach szpikowych niektórych koci samic. Charakteryzuj¹ siê niezwykle intensyw-nym metabolizmem, w którym cyklicznie przeplataj¹ siê ze sob¹ procesy osteogenezy i osteolizy. Odpowia-daj¹ za dostarczanie niezbêdnych iloci wapnia do budowy skorupy jaja, kiedy jego iloæ wch³aniana z przewodu pokarmowego jest z ró¿nych powodów niewystarczaj¹ca. Koci te s¹ bogate w substancje
mi-neralne, proteoglikany i wêglo-wodany, natomiast w porówna-niu do tkanki zbitej i g¹bcza-stej ubogie w kolagen (7, 23). Te bardzo z³o¿one przemia-ny zwi¹zane z tworzeniem tkanki kostnej i jej remodelo-waniem u ptaków utrzymywa-nych systemem intensywnym mog¹ byæ zak³ócone szeregiem czynników zwi¹zanych zarów-no z techzarów-nologi¹ chowu i ¿y-wieniem, jak i stanami patolo-gicznymi skóry, w¹troby, nerek czy jelit (ryc. 1). Wiadomym jest, ¿e na rozwój szkieletu u ptaków ma wp³yw ich aktyw-noæ fizyczna (23) oraz biodostêpaktyw-noæ Ca, P, Zn, Cu, Mg, Mn, Se, biotyny, witamin D, A, E, C i B. W skar-mianej paszy nale¿y tak¿e unikaæ wysokiego poziomu metioniny w stosunku do witaminy B6 (pirydoksyny), wysokiego poziomu kwasów t³uszczowych Ù-6 : Ù-3, zje³cza³ego t³uszczu i t³uszczy nasyconych, mikotok-syn, które uszkadzaj¹c w¹trobê i nerki, w efekcie pro-wadz¹ do zaburzeñ w metabolizmie witaminy D oraz zanieczyszczeñ kadmem. D³ugotrwa³a ekspozycja na ten pierwiastek powoduje demineralizacjê koci po-przez zwiêkszone wydalanie wapnia po-przez nerki, zmniejszon¹ syntezê kalcytriolu oraz zaburzone wbu-dowywanie wapnia do uk³adu kostnego. Biodostêp-noæ uzale¿niona jest w du¿ej mierze od stanów pato-logicznych b³ony luzowej jelit, zw³aszcza u ptaków m³odych w pierwszych 2-10 tygodniach odchowu. W tym okresie odchowu maj¹ czêsto miejsce zaka¿e-nia ró¿nymi wirusami (astro-, reo-, corona-, adeno-), które uszkadzaj¹c b³onê luzow¹ jelit, upoledzaj¹ pro-cesy wch³aniania (17). Warto tak¿e pamiêtaæ, ¿e rów-nowaga kationów, szczególnie Ca, Mg, Na i K oraz anionów (PO4, SO4 i Cl) w paszy i tkankach ptaków jest warunkiem homeostazy organizmu. Dlatego dla ustalania równowagi elektrolitów w paszy i w orga-nizmie drobiu bierze siê pod uwagê iloæ potasu (K+),
sodu (Na+) i chloru (Cl) (6, 31), zachwianie
homeo-stazy, np. kwasica metaboliczna prowadzi bowiem do zaburzeñ w procesie mineralizacji, szczególnie koci koñczyn (17), a nadmierny poziom Cl w paszy
wp³y-wa negatywnie na wch³anianie i metabolizm witami-ny D. Podobne s¹ skutki nadmiernej poda¿y witamin A, która ma wiêksze od witaminy D powinowactwo do receptorów w b³onie luzowej jelit (6, 31).
Tkanka kostna odgrywa kluczow¹ rolê w utrzyma-niu równowagi kwasowo-zasadowej i wodno-elektro-litowej w organizmie. Produktem przemiany materii w organizmie ptaków jest g³ównie kwas wêglowy re-prezentowany przez CO2 pochodz¹cy przede wszyst-kim z procesów dekarboksylacji kwasów organicznych zachodz¹cych w mitochondriach. W erytrocytach pod wp³ywem anhydrazy wêglanowej nastêpuje uwodnie-Warunki œrodowiska
i b³êdy w technologii lêgu i chowu
Wzrost
i starzenie siê P³eæ
Choroby
Czynniki
genetyczne Hormony
KOŒCI czynniki toksyczne¯ywienie, i anty¿ywieniowe
Obci¹¿enie fizyczne
Ryc. 1. Czynniki wp³ywaj¹ce bezporednio lub porednio na dynamikê procesów kost-nienia u drobiu (23) w modyfikacji w³asnej
nie dwutlenku wêgla do H2CO2, który nastêpnie dysocjuje do H+ i HCO 3. Jednym z wa¿niejszych systemów utrzymywania równowagi kwasowo--zasadowej w organiz-mie jest bufor wodoro-wêglanowy, który dzia³a w uk³adzie otwartym bezwodnik kwasu wêg-lowego CO2 jest usuwa-ny przez p³uca (w ten sposób jest kontrolowa-ne stê¿enie kwasu), a po-ziom anionu HCO3
gulowany jest przez re-sorpcjê i regeneracjê w nerkach. Równowaga ta w rodowisku chowu ptaków mo¿e byæ ³atwo zaburzona pod wp³ywem wysokiej koncentracji amoniaku. Spada wów-czas u ptaków tempo
od-dechów i ich g³êbokoæ, czego konsekwencj¹ jest za-burzone wydalanie CO2 i patologiczne zmiany rów-nowagi kwasowo-zasadowej prowadz¹ce pocz¹tkowo do zasadowicy oddechowej, a w wyniku p³ytkich od-dechów i nasilenia przemian beztlenowych w miê-niach do kwasicy metabolicznej. Równie¿ wysoka tem-peratura otoczenia (hipertermia) np. podczas let-nich upa³ów, doprowadza u ptaków do zaburzenia rów-nowagi kwasowo-zasadowej i gospodarki wodno-elek-trolitowej (obni¿enie w surowicy poziomu Ca, P, Mg, Na i wzrost poziomu K), a w konsekwencji do zabu-rzeñ w mineralizacji koci. Wykazano równie¿ nieko-rzystny wp³yw przegrzania ptaków na uk³ad hormo-nalny, polegaj¹cy na podwy¿szeniu poziomu glikokor-tykoidów, obni¿eniu poziomu hormonów tarczycy i es-trogenów prowadz¹ce do spadku zawartoci wapnia w krwi oraz hamowania proliferacji i ró¿nicowania chondrocytów i osteoblastów. W takich warunkach zaburzeniu ulega tak¿e synteza i dojrzewanie kolage-nu bêd¹cego rusztowaniem dla odk³adaj¹cych siê w procesie mineralizacji kryszta³ków hydroksyapaty-tu (14, 15, 29, 33). Dowodem przedstawionych ¿ej zaburzeñ w procesie mineralizacji koci jest wy-stêpowanie problemów z nogami w postaci skrócenia jednej lub obu koñczyn, asymetrii nóg, skrêcenia ko-ci piszczelowej, deformacji koko-ci koñczyn u piskl¹t i starszych ptaków pochodz¹cych z jaj przegrzanych w ostatnich dniach inkubacji (6).
W patologii tkanki kostnej istotn¹ rolê odgrywa tak¿e nadmiar bia³ka i aminokwasów egzogennych w daw-ce pokarmowej, który mo¿e prowadziæ do kwasicy me-tabolicznej, a neutralizacja H+ przez zasady buforowe
jest zwi¹zana ze zubo¿eniem koci w wapñ i
fosfora-ny (9), bowiem na skutek utleniania aminokwasów siarkowych powstaj¹ nielotne kwasy, które s¹ na-stêpnie buforowane przez zasadowe sole wapniowe Ca3(PO4)2 i CaCO3 zdeponowane w kociach. Powsta³e zwi¹zki wydalane s¹ z moczem, co powoduje wzrost wydalania wapnia i zmniejszenie jego zawartoci w su-rowicy krwi, a w konsekwencji osteopatiê (6, 11). Za-burzenia równowagi kwasowo-zasadowej na tle b³ê-dów w ¿ywieniu oraz rolê bia³ka w patologii tkanki kostnej przedstawiono schematycznie na ryc. 2.
Przytoczone w zarysie, z uwagi na ograniczon¹ ob-jêtoæ opracowania, niezwykle z³o¿one zagadnienia dotycz¹ce budowy i funkcjonowania tkanki kostnej u ptaków utrzymywanych w warunkach chowu inten-sywnego, które czêsto odbiegaj¹ od norm przewidzia-nych technologi¹ chowu, predysponuj¹ do wyst¹pie-nia w obrêbie koæca stanów patologicznych, których skutkami s¹ bardzo du¿e straty w produkcji drobiu. W prezentowanym opracowaniu jedynie zasygnalizo-wano z³o¿onoæ tego zjawiska z klinicznego punktu widzenia.
Pimiennictwo
1.Aarden E. M., Nijweide P. J., Plas A. van der, Alblas M. J., Mackie E. J., Horton M. A., Helfrich M. H.: Adhesive properties of isolated chick osteo-cytes in vitro. Bone 1996, 18, 305-313.
2.Badurski J. E.: Choroby metaboliczne koci. Borgis, Warszawa 2005. 3.Bains B. S., Brake J. T., Pardue S. L.: Reducing leg weakness in commercial
broilers. World Poult. 1998, 14, 24-27.
4.Barak-Shalom T., Schickler M., Knopov V., Shapira R., Hurwitz S., Pines M.: Synthesis and phosphorylation of osteopontin by avian epiphyseal growth--plate chondrocytes as affected by differentiation. Comp. Biochem. Physiol. 1995, 1, 49-59.
5.Bieñko M., Radzki R. P., Puzio I., Kapica M., Studziñski T.: Gêstoæ mineral-na tkanki kostnej oraz poziom osteokalcyny u kurcz¹t brojlerów w mineral- nastêp-stwie intoksykacji siarczanem glinu. Medycyna Wet. 2005, 61, 562-566.
H CO2 3 2+ CO
H 2
CO2
parowanie wody
(komponent oddechowy = pCO ; H )2 +
nerki
HCO + H3– +
NH4+ Bia³ko
rozpad i dysocjacja
anhydraza wêglanowa krwi
H + aminokwasy + CO + kwas moczowy+ 2
p³uca
kwasica oddechowa
CaCO3
(komponent oddechowy = HCO )3–
kwasica metaboliczna
Ryc. 2. Zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej spowodowane nadmiarem bia³ka i amino-kwasów
6.Ferket P. R., Oviedo E. O., Powell K. C.: Solving leg problems in turkeys. XXIII Worlds Poultry Congress, Brisbane, Australia, 30 June - 4 July, 2008, s. 1-10.
7.Fleming R. H., McCormack H. A., McTeir L., Whitehead C. C.: Relation-ships between genetic, environmental and nutritional factors influencing osteo-porosis in laying hens. British Poultry. Sci. 1996, 47, 742-755.
8.Gay C. V., Gilman V. R., Sugiyama T.: Perspectives on osteoblast and osteo-clast function. Poultry. Sci. 2000, 79, 1005-1008.
9.Heaney R. P.: Excess dietary protein may not adversely effect bone. J. Nutrit. 1998, 128, 1054-1057.
10.Knopov V., Leach R. M., Barak-Shalom T., Hurwitz S., Pines M.: Osteo-pontin gene expression and alkaline phosphatase activity in avian tibial dyschondroplasia. Bone 1995, 16, 4, 329-334.
11.Koncicki A., Jankowski J., Rafalski R., Bukowska A., Krasnodêbska-Depta A., Mazur-Gonkowska B.: Wp³yw zró¿nicowanego poziomu bia³ka i aminokwa-sów w paszy na zdrowotnoæ i produkcyjnoæ indyków rzenych. Medycyna Wet. 2004, 60, 62-65.
12.Kong Y.-Y., Feige U., Sarosie I., Bolon B., Tafuri A., Morony S., Cappa-relli C., Li J., Elliott R., McCabe S., Wong T., Campagnuolo G., Moran E., Bogoch E. R., Van G., Nguyen L. T., Ohashi P. S., Lacey D. L., Fish E., Boyle W. J., Penninger J. M.: Activated T cells regulate bone loss and joint destraction in adjuvant arthritis throung osteoprolegerin ligand. Nature 1999, 402, 304-309.
13.Krasnodêbska-Depta A., Koncicki A.: Physiological values of selected serum biochemical indices in chickens. Polish J. Vet. Sci. 1999, 2, 49-57. 14.Krasnodêbska-Depta A., Koncicki A.: Wp³yw krótkotrwa³ego stresu
cieplne-go na wybrane wskaniki biochemiczne krwi indyków. Medycyna Wet. 2002, 58, 223-225.
15.Krasnodêbska-Depta A., Koncicki A., Rumiñska-Groda E., Mazur-Gonkow-ska B.: Wp³yw krótkotrwa³ego stresu cieplnego na temperaturê cia³a i rów-nowagê kwasowo-zasadow¹ u indyków. Medycyna Wet. 2001, 57, 902-904. 16.Leach R. M., Richards M. P., Praul C. A., Ford B. C., McMurtry J. P.: Inve-stigation of the insulin-like growth factor system in the avian epiphyseal growth plate. Domestic Animal Endocrinol. 2007, 33, 143-153.
17.Leeson S., Diaz G., Summers J. D.: Poultry metabolic disorders and myco-toxins. University books, Guelph, Ontario, Canada 1995.
18.Ling J., Kincaid S. A., McDaniel G. R., Bartels J. E., Johnstone B.: Immuno-histochemical study of a chondroitin-6-sulfate in growth plates of broiler chickens with high and low genetic predispositions to tibial dyschondro-plasia. Avian Dis. 1996, 40, 88-98.
19.Nakamura H., Yamada M., Fukae M., Ozawa H.: The localization of CD44 and moesin in osteoclasts after calcitonin administration in mouse tibiae. J. Bone Miner. Metab. 1997, 15, 184-192.
20.Pines M., Knopov V., Genina O., Hurwitz S., Faerman A., Gerstenfeld L. C., Leach R. M.: Development of avian tibial dyschondroplasia: gene expression and protein synthesis. Calcif. Tiss. Int. 1998, 63, 521-527.
21.Radzki R. P., Bieñko M., Puzio I., Filip R., Kapica M., Studziñski T.: Wp³yw flutamidu i testosteronu na cechy wytrzyma³ociowe, architektoniczne oraz gêstoæ mineraln¹ koci udowej i ramiennej kurcz¹t brojlerów. Medycyna Wet. 2004, 60, 1222-1226.
22.Rath N. C., Balog J. M., Huff W. E., Huff G. R., Kulkarni G. B., Tierce J. F.: Comparative differences in the composition and biomechanical properties of tibiae of seven- and seventy-two-week-old male and female broiler breeder chickens. Poultry Sci. 1999, 78, 1232-1239.
23.Rath N. C., Huff G. R., Huff W. E., Balog J. M.: Factors regulating bone maturity and strength in poultry. Poultry Sci. 2000, 79, 1024-1032. 24.Riczu C. M., Saunders-Blades J. L., Yngvesson A. K., Robinson F. E.,
Korver D. R.: End-of-cycle bone quality in white- and brown-egg laying hens. Poultry Sci. 2004, 83, 375-383.
25.Rodan G. A., Martin T. J.: Role of osteoblasts in hormonal control of bone resorption: a hypothesis. Calcified Tissue Int. 1981, 33, 349-351.
26. Takeda S., Elefterion F., Levasseur R., Lin X., Zhao L., Parker K. L., Arm-strong D., Ducy P., Karsenty G.: Leptin regulates bone formation via the sympathetic nervous system. Cell 2002, 111, 305-317.
27.Tatara M. R., Sierant-Ro¿miej N., Krupski W., Majcher P., liwa E., Kowa-lik S., Studziñski T.: Zastosowanie ilociowej tomografii komputerowej w ocenie mineralizacji koci udowej i piszczelowej indyka. Medycyna Wet. 2005, 61, 225-228.
28.Teitelbaum S. L., Abu-Amer Y., Ross F. P.: Molecular mechanisms of bone resorption. J. Cell. Biochem. 1995, 59, 1-10.
29.Tojo H., Huston T. M.: Effects of enviromental temperature on the concentra-tion of serum estradiol, progesterone, and calcium in maturing female dome-stic fowl. Poultry Sci. 1980, 59, 2797-2902.
30.Urist M. R.: Bone: formation by autoinduction. Science 1965, 159, 893-899. 31.Waldenstedt L.: Nutritional factors of importance for optimal leg health in
broilers: a review. Anim. Feed Sci. Technol. 2006, 126, 291-307.
32.Weinstein R. S., Jilka R. L., Parfitt A. M., Manolagas S. C.: Inhibition of osteoclastogenesis and promotion of apoptosis of osteoblasts and osteocytes by glucocorticoids: potential mechanism of their deleterious effects on bone. J. Clin. Invest. 1998, 102, 274-282.
33.Whitehead C. C., Keller T.: An uptade on ascorbic acid in poultry. Worlds Poultry Sci. J. 2003, 59, 161-182.
34.Yasuda H., Shima N., Nakagawa N., Mochizuki S. I., Yano K., Fujise N., Sato Y., Goto M., Yamaguchi K., Kuriyama M., Kanno T., Murakami A., Tsuda E., Morinaga T., Higashio K.: Identity of osteoclastogenesis inhibito-ry factor (OCIF) and osteoprotegerin (OPG): a mechanism by which OPG/ OCIF inhibits osteoclastogenesis in vitro. Endocrinol. 1998, 139, 1329-1337. Adres autora: prof. dr hab. Andrzej Koncicki, ul. Baczyñskiego 1, 10-371 Olsztyn-Kieliny; e-mail: koncicki@uwm.edu.pl
