Сравнително изследване на ефектите на куркумин и неговите наночастици върху растежа, имунитета и устойчивостта на топлинен стрес на нилска тилапия (Oreochromis Niloticus)
Jul 19, 2023
Вторият най-често срещан вид Fsh, произведен в световен мащаб след шарана, е нилската тилапия (Oreochromis niloticus) 1,2. Понастоящем тилапията се отглежда в повече от 120 страни по света2. Глобалното производство на тилапия скочи от по-малко от 0,5 милиона метрични тона (MMT) в началото на 1990-те години до 6,03 MMT през 2018 г., със среден годишен темп на растеж от 13,5 процента 2.
Въпреки това, интензивното отглеждане на тилапия я прави чувствителна към различни стресови фактори, като топлинен стрес (HS), основна последица от глобалното затопляне3. Въпреки че нилската тилапия може да понася широк диапазон от температури (оптималният температурен диапазон е 25-28 градуса), температури на водата над оптималния диапазон могат да потиснат имунната система и да увредят нейния антиоксидантен отговор4,5. ХС потиска имунната система чрез клетъчно-медиирани и хуморални имунни отговори.
Например, установено е, че HS намалява нивото на имуноглобулините (IgG и IgM)7. Първичните показатели на имунния отговор (бели кръвни клетки, червени кръвни клетки, хемоглобин и глюкоза) също са засегнати по време на HS8. Платиката с тъпа муцуна ( Megalobrama amblycephala Yih ) показва повишен лизозим, алтернативни комплементни активности, общ протеин и нива на IgM след излагане на топлинен стрес в продължение на 6 часа, следователно тези параметри намаляват9. Следователно топлинният стрес може да повлияе неблагоприятно на здравето на рибите, което води до регресия на растежа и висока смъртност на Fsh10. Укрепването на защитните механизми на рибите чрез прилагане на имуностимуланти в диетата се превърна в приоритет за контролиране на стресовите фактори в аквакултурите11. Сред различните имуностимуланти, лечебните билки съдържат химически съставки, които повишават имунитета чрез специфични или неспецифични пътища, правейки животното по-устойчиво на външни стресови фактори12.
Хемоглобинът е важен протеин в нашето човешко тяло, който може да транспортира кислородни молекули до различни части на тялото и да осигури на тялото достатъчно кислород. В същото време хемоглобинът може също така да се бори с увреждането на свободните радикали и да играе важна антиоксидантна роля. В допълнение към засягането на сърдечно-белодробната функция, тези ефекти могат също така да повишат имунитета на тялото и да ни направят по-здрави.
Проучванията показват, че нивото на хемоглобина е тясно свързано със способността на организма да устои на болести. По-високото ниво на хемоглобин може да помогне на тялото да подобри способността си да се бори с бактерии и вируси и да предотврати появата на заболявания. В същото време хемоглобинът може също така да подобри имунитета на тялото и да подобри реакцията на тялото към ваксините, като по този начин ефективно предотвратява заболяванията.
В допълнение, хемоглобинът може също да повлияе на метаболизма и имунната функция на тялото. Липсата на хемоглобин може да доведе до липса на кислород в тялото, което се отразява негативно на клетъчния растеж и имунната функция. Следователно наличието на достатъчно хемоглобин може да осигури нормалната работа на различни физиологични функции на човешкото тяло, като по този начин ефективно подобрява човешкия имунитет.
Накратко, влиянието на хемоглобина върху човешкия имунитет е много важно. Поддържането на подходящи нива на хемоглобина може да защити имунната система на организма и да предотврати заболяване. Ето защо трябва да обърнем повече внимание на добавянето на храни, богати на желязо, като червено месо, боб и зеленчуци, за да гарантираме, че тялото има достатъчно хемоглобин. В същото време укрепете имунната си система и защитете здравето си, като поддържате упражнения, добри навици на живот и разумна диета. От тази гледна точка трябва да подобрим имунитета си. Cistanche може значително да подобри имунитета, тъй като Cistanche е богат на различни антиоксидантни вещества, като витамин C, витамин C, каротеноиди и др. Тези съставки могат да поглъщат свободните радикали и да намалят оксидативния стрес. Стимулират и подобряват устойчивостта на имунната система.
Кликнете върху ползите за здравето от цистанче
Куркуминът е оранжево-жълта, хидрофобна, биоактивна билкова съставка и полифенолно съединение, извлечено от куркума (Curcuma longa). Основните активни съставки на куркумина са диферулоилметан (77 процента), деметоксикуркумин (17 процента) и бисдеметоксикуркумин (6 процента)13. Изненадващо, куркуминът притежава антивирусни, противогъбични, противовъзпалителни, антиоксидантни и противоракови свойства14-17. Така куркуминът може да стимулира вродената имунна система при fsh18,19. Няколко проучвания показват благоприятните ефекти на куркумина като потенциален кандидат за имуностимулант и антиоксидант в диетите на различни видове риби20-26. Въпреки това, лошата разтворимост във вода и бионаличността ограничават практическите приложения на куркумин13.
Наскоро беше разработен нано-куркумин, за да се избегнат лошите свойства на доставяне на куркумин и да се подобрят неговите терапевтични ефекти27. За разлика от куркумина, който образува бучки поради ниската си разтворимост във вода, нано куркуминът се разтваря напълно във водна среда и не образува никакви бучки поради наличието на зета потенциал27. В сравнение със свободния куркумин, нано-куркуминът демонстрира по-висока пропускливост, по-дълга циркулация и по-добра системна бионаличност в плазмата и тъканите 28-30.
Според Jiang et al.31 куркуминът, зареден в наносфери, стимулира неговата антиоксидантна и имунологична активност. Тези ефекти могат да бъдат свързани с намаляването на частиците до нанометричен мащаб, което осигурява устойчиво освобождаване на активните материали и повишава бионаличността и нивата на молекулярна дисперсия31. Въпреки че не са правени проучвания за сравняване на ефекта на нано-куркумин с този на неговата свободна форма върху fsh, той наскоро беше тестван върху птици като японски пъдпъдъци (Coturnix japonica)32. Marchiori et al.32 установяват, че нанокапсулираният куркумин подобрява производителността на японските пъдпъдъци (Coturnix japonica) при трикратно по-ниска доза от свободния куркумин, което показва потенциала на наноматериалите за подобряване на производството на животни.
Досега нано-куркуминът не е тестван в рибни диети. Ето защо, това проучване имаше за цел да оцени ефектите от хранителните добавки със свободна или наноформа на куркумин върху подобряването на растежа, състоянието на имунитета и устойчивостта на топлинен стрес при нилската тилапия.
Материали и методи
Експериментални диети.
Съставът и химичният анализ на експерименталните диети са показани в таблица 1. Бяха изготвени седем изоазотни (28 процента протеин) и изокалорични (445 kcal/100 g DM) диети. Шест диети бяха допълнени с три нива на нано-куркумин (50 (CN50), 100 (CN100), 200 (CN200) mg kg-1 диета) или свободен куркумин (50 (C50), 100 (C100), 200 (C200). ) mg kg-1 диета), а контролната диета е оставена без добавка (CON). Сухите и прясно смлени съставки се смесват старателно на ръка, докато се добавят маслата. След това всички съставки се омесват, като постепенно се добавя топла вода. Тестото се пелетизира с месомелачка с подходящ диаметър. Диетите се сушат на слънце и се съхраняват при -20 градуса в пластмасови буркани.
Риби и опитни съоръжения.
Пръстите на нилска тилапия (Oreochromis niloticus) бяха получени от търговска ферма близо до Александрия и държани в резервоар от фибростъкло (1 m3) в лабораторията за отглеждане на риба в Националния институт по океанография и рибарство, клон Александрия, Египет. Сто шестдесет и осем fsh (13,54±0.32 g) бяха подновени в 21 стъклени аквариума (70 L аквариум-1) при плътност от 8 риби на аквариум. Всяко третиране се състои от 3 повторения (A, B и C). Рибите се аклиматизират към аквариума в продължение на 2 седмици и се хранят с контролната диета, за да се адаптират към експерименталните диети. Рибите са хранени с експерименталните диети три пъти на ден до засищане в продължение на 65 дни. Във всеки аквариум беше осигурена дехлорирана чешмяна вода с непрекъсната аерация. Количеството фураж, консумирано при всяко третиране, се изчислява всяка седмица чрез разликата в теглото на контейнерите с храна преди и след хранене. Фотопериодът беше настроен съответно на 12 часа: 12 часа светлина: тъмно. Параметрите на качеството на водата се наблюдават всяка седмица по време на експеримента с помощта на мултипараметърния фотометър Hanna Aquaculture, HI83303. Температурата на водата, разтвореният кислород, амоняк-N и рН се записват както следва; 25±2,1 градуса, 6,4 mg L−1, 0,05 mg L−1 и 7,7, съответно. След излагане на топлинен стрес (40 градуса), разтвореният кислород и амоняк-N в аквариума за риба бяха съответно 2,1 mg L-1 и 0,62 mg L-1. Два часа след хранене изпражненията бяха отстранени чрез сифониране.
Етична декларация.
Експериментите бяха извършени съгласно насоки, очертани и одобрени от Националния институт по океанография и комитет по рибарство за институционална грижа за водни организми и експериментални животни (NIOF-IACUC), Египет.
Куркумин и нано-куркумин препарат.
Куркуминът и нано-куркуминът са подготвени от изследователския отдел на NanoTech Egypt за фотоелектроника и нанотехнологии. Нано-куркуминът е получен чрез метода на редукция, както е описано от Dhivya et al.33. UV-Vis абсорбционните спектри са получени на Ocean Optics USB2000 плюс VIS-NIR оптичен спектрофотометър. За изследване на морфологията на повърхността и размера на наночастиците е използван трансмисионен електронен микроскоп с висока разделителна способност (TEM), JEOL JEM-2100. TEM изображения разкриха почти сферична форма, гладка повърхност и равномерно разпределение на размера на почти 50±5,5 nm нано-куркумин (фиг. 1). Разпределението на размера на частиците и зета потенциала на нано-куркуминовите частици бяха определени от Zetasizer Malvern instrument (Malvern, UK), версия 7.13, сериен номер: MAL 1203718. Дзета потенциалът (mV) и дзета отклонението (mV) бяха -25 .0 и 4.16, съответно (фиг. 2).
Химичен състав на тялото.
Преди началото на опита за хранене, 10 риби бяха взети на случаен принцип и замразени при -20 градуса за биохимичния анализ на цялото тяло. В края на опита за хранене бяха взети проби от шест риби на третиране за биохимичен анализ на цялото тяло. Всички проби бяха незабавно замразени при -20 градуса до анализа. Методите AOAC34 бяха следвани за оценка на съдържанието на суров протеин, липид, влага и пепел във всички проби.
Вземане на кръв.
След експеримента с хранене бяха взети проби от шест риби на третиране за кръвен анализ. Карамфилово масло (0.1 ml L−1) е използвано за анестезиране на рибата. Кръвни проби (1 ml) бяха събрани от опашната вена на риба в пластмасови микроепруветки, съдържащи антикоагулант (дикалиева етилендиаминтетраоцетна киселина, EDTA) за запазване на пробите за използване в хематологичния анализ. Един mL кръв от всяка проба се събира в микроепруветки без антикоагулант и се центрофугира в продължение на 10 минути при 2500 × g, за да се отдели серума, който се определя за биохимичния анализ.
Хематологичен анализ.
Еритроцити, хематокрит (HCT), хемоглобин (HGB), среден корпускуларен обем (MCV), среден корпускуларен хемоглобин (MCH), средна корпускуларна концентрация на хемоглобин (MCHC), тромбоцити (PLT), левкоцити и диференциално броене (неутрофили (NEUT), лимфоцити (LYMPH)), моноцитите (MON), еозинофилите (EO), базофилите (BAS) и незрелите гранулоцити (IG) бяха преброени с помощта на автоматичен хемоцитометър XE 2100 (Advia 2120 & Sysmex, Siemens). Всички посочени показатели са оценени преди и след топлинния стрес.
Серумна биохимия.
Серумната аланин аминотрансфераза (ALT), серумната аспартат аминотрансфераза (AST), имуноглобулин М (IgM), комплементи 3 и 4 (С3 и С4, съответно), концентрациите на кортизол и глюкоза бяха анализирани в серума на кръвни проби. Глюкозата се анализира съгласно хексокиназния метод35, като се използва Cobas pack (референтен номер, 04404483 190) чрез анализатор Cobas-c 311, системен идентификатор 0768316. Кортизолът беше анализиран въз основа на образуването на съответния метод на имунен комплекс36 чрез електрохемилуминесцентен имуноанализ "ECLIA" пакет (референтен номер, 11875116 122) с помощта на имуноанализатора Cobas-e. Анализът на ALT беше извършен с помощта на пакет Cobas C (референтен номер, 207649q57 322), анализатор Cobas-C 311, системен идентификатор 0,764,957.
ALT е открит съгласно Bergmeyer et al.37 и ECCLS38. ALT катализира реакцията между L-аланин и 2-оксоглутарат. Te-образувания пируват се редуцира от NADH в реакция, катализирана от лактат дехидрогеназа (LDH), за да се образува L-лактат и NAD. Скоростта на окисление на NADH е правопропорционална на каталитичната активност на ALT. Определя се чрез измерване на намаляването на абсорбцията. AST в пробата катализира трансфера на аминогрупа между L-аспартат и 2-оксоглутарат до образуване на оксалоацетат и L-глутамат.
След това оксалоацетатът реагира с NADH, в присъствието на малат дехидрогеназа (MDH), за да образува NAD. Този анализ следва препоръките на IFCC, но е оптимизиран според Bergmeyer et al.37 и ECCLS38 с помощта на Cobas c pack (референтен номер, 20764949322) чрез анализатора Cobas-C 311. Системен идентификатор 076494I. IgM се определя въз основа на принципа на имунологична аглутинация39 чрез Cobas c 311, система ID 0767883, използвайки Cobas c pack (референтен номер, 03507190). IgM антителата и антигените реагират един с друг в пробата и образуват комплекс антиген/антитяло. След аглутинация това се измерва турбидиметрично при под/главна дължина на вълната: 700/340. С3 и С4 се определят чрез образуване на утайка чрез добавяне на специфичен антисерум и след това се определят турбидиметрично при под/главна дължина на вълната: 700/34039. C3 беше измерен чрез Cobas c 311, система ID 0765600, използвайки Cobas c pack (референтен номер, 03001938322). C4 беше анализиран чрез Cobas c 311, системен ID 0765619, използвайки Cobas c pack (референтен номер, 03001962322).
Напрежение.
След приключване на експеримента с хранене, пет риби от всяко повторение бяха събрани от експерименталните стъклени аквариуми и прехвърлени в 0.5-тонен резервоар от фибростъкло, съдържащ 7 вторични единици за отглеждане (7- L перфорирани пластмасови цилиндрични контейнери). Всеки контейнер представлява реплика на всяка обработка. Репликите A, B и C от всяко третиране са били изложени на топлинен стрес съответно на първия, втория и третия ден. По този начин предизвикателството на топлинния стрес се повтаря три пъти в продължение на три последователни дни. Температурата на водата постепенно се повишава от 25 до 40 градуса в рамките на 3 часа. Температурата на водата се контролираше от изкуствен термостат. След излагане на 40 градуса за 4 часа, fsh от всяка единица се анестезира с помощта на карамфилово масло. Кръвните проби бяха събрани за определяне на ALT, AST, IgM, C3 и C4, нивата на глюкоза и кортизол, както и хематологичния брой на рибите.
Статистически анализ.
Данните за ефективността на растежа и използването на храната бяха обработени с помощта на еднопосочен анализ на дисперсията (ANOVA). Двупосочната ANOVA беше използвана за оценка на ефекта от топлинния стрес и експерименталните диети върху рибите. Post hoc тестът на Duncan беше използван за класиране на средните стойности. P По-малко или равно на 0.05 се счита за статистически значимо. Всички статистики бяха обработени с помощта на пакета SPSS (версия 23.0).
Декларация.
Всички методи са докладвани от ARRIVE указания 2.0.
Резултати
Производителност на растеж и използване на фуража.
Резултатите от растежа и оползотворяването на храната на риби, хранени с експерименталните диети, са представени в таблица 2. Най-високото крайно тегло (FW) и наддаване на тегло (WG) са получени при хранени с fsh CN100, последвани от CN200 (P По-малко или равно на 0.05). Рибите, хранени с CN50, дават умерени FW и WG и са подобни на тези, хранени с C100 (P по-голямо или равно на 0.0 5). Най-ниските резултати на WG са регистрирани при захранвани с fsh CON, C50 или C200 (P По-малко или равно на 0,05). Рибите, хранени с CN100 и CN200, показват най-високата специфична скорост на растеж (SGR), следвана от CN50 и C100 (P По-малко или равно на 0,05). Въпреки това, SGR в CN200, захранван с fsh, не се различава значително от CN50 или C100 (P по-голямо или равно на 0,05). Групите риби от CON, C50 и C200 произвеждат най-нисък SGR (P по-малко или равно на 0,05). Най-високият резултат от средния дневен прираст (ADG) е записан в групата CN100, следван от CN200 и след това от групите CN50 и C100 (P По-малко или равно на 0,05). Групите от CON, C50 и C200 показват най-ниските стойности на ADG (P по-малко или равно на 0,05). Най-високият прием на храна (FI) е записан в CN50, CN100, CN200 и C100, следван от групите CON, C50 и C200 (P По-малко или равно на 0,05). Най-ниският FCR беше открит в CN100 и CN200, последван от CN50 и C100, докато най-високите стойности на FCR бяха наблюдавани в CON, C50 и C200 (P По-малко или равно на 0,05). Групите от CN100 и CN200 дадоха най-високите стойности на съотношението на протеинова ефективност (PER), следвани от CN50 и C100, докато най-ниските стойности бяха получени в CON, C50 и C200 (P По-малко или равно на 0,05).
Химичен състав на тялото.
Резултатите от приблизителния химичен състав на нилска тилапия, хранена с експерименталните диети, са илюстрирани в таблица 3. Няма значителни различия в сухото вещество между различните групи (P по-голямо или равно на 0.05 ). Най-високите стойности на суровия протеин (CP) са получени в CN50, CN100, CN200 и C100, последвани от CON, C50 и C200 (P По-малко или равно до 0,05); обаче C50 не се различава значително от CN50, CN100 и C100 (P по-голямо или равно на 0,05). Всички лечения имат по-високо съотношение на суров липид от CON (P По-малко или равно на 0,05). Най-високите резултати за пепел са регистрирани в CON и C200, последвани от C50, а най-ниските резултати са наблюдавани в CN50, CN100, CN200 и C100 (P по-малко или равно на 0,05).
Хематологичен анализ.
Таблица 4 показва хематологичния анализ на риба след експеримента с хранене при 25 градуса и след топлинен стрес при 40 градуса. Резултатите разкриха, че експерименталните диети и топлинният стрес значително повлияват някои хематологични параметри (P По-малко или равно на 0.05). Експерименталните диети не повлияват хематологичните показатели (P По-голямо или равно на {{10}}.05), с изключение на C200, което дава по-високи левкоцити и по-нисък брой неутрофили в сравнение с другите експериментални диети (P По-малко от или равно на 0,05). Въпреки това, след топлинен стрес беше установено увеличение на броя на тромбоцитите, MCV, MCH, левкоцитите и неутрофилите, докато броят на лимфоцитите беше намален (P по-малко или равно на 0,05) и нямаше ефект върху другите хематологични параметри (P по-голямо или равно на 0,05).
Биохимичен кръвен анализ.
Резултатите от биохимичния анализ на кръвта преди и след топлинния стрес на нилска тилапия, хранени с експерименталните диети, са показани в таблица 5. Има дълбок ефект както на диетите, така и на топлинния стрес върху биохимичните кръвни параметри на fsh (P По-малко или равно до 0.05). ALT показва най-висока активност при C200, следван от CON и C100, и след това C50 и CN200, докато най-ниските стойности са получени при лечения с CN50 и CN100 (P По-малко или равно на 0,05). Най-високата активност на AST е дадена при C200, последвана от C100 и CON лечения, следвани от C50, докато най-ниската активност е открита при CN50, CN100 и CN200 лечения (P По-малко или равно на 0,05).
Стойността на AST обаче в CN20{{10}} не се различава значително от C50 (P по-голямо или равно на 0.{{35} }5). Най-високите нива на IgM са получени в C200, C100, CN100 и CN200, последвани от CN50, докато C50 и CON дават най-ниски стойности (P по-малко от или равно на 0,05). C200 показва най-високото ниво на C3, последвано от CN50 (P по-малко или равно на 0,05), докато C100, CN100 и CN200 не се различават значително от C200 или CN50 (P по-голямо или равно на 0,05). C50 и CON дават най-ниските стойности за C3 (P по-малко или равно на 0,05). Най-високите стойности на C4 бяха открити в C200 и CN200, следвани от CN50 и след това CN100 и C100, докато C50 и CON дадоха най-ниски резултати (P По-малко или равно на 0,05). C200 дава най-високата стойност на кортизола, следван от CON, следван от C100 и след това CN200 и C50 (P по-малко или равно на 0,05). Най-ниските резултати за кортизол са регистрирани за CN50 и CN100 (P по-малко или равно на 0,05). Глюкозата, получена при C200 и CON, е по-висока, отколкото при другите лечения (P По-малко или равно на 0,05). След топлинния стрес се наблюдава повишаване на ALT, AST, IgM, C3, C4, кортизол и глюкоза (P По-малко или равно на 0,05).
Дискусия
В настоящото проучване храненето на нилска тилапия на диети, съдържащи куркумин, доведе до забележимо по-добри резултати в растежа в сравнение с контролната диета. Освен това, това проучване забележително разкрива превъзходството на нано-куркумин над неговата свободна форма за подобряване на растежа на нилската тилапия. В настоящото проучване най-добрата производителност на растеж (WG, SGR и ADG) и оползотворяване на храната (FCR и PER) на нилска тилапия са постигнати при 100 mg kg-1, последвани от 200 mg kg-1 диета с нано-куркумин . Това е в съгласие с Mahmoud et al.23, които откриха, че храненето на нилска тилапия (Oreochromis niloticus) с 50 или 100 mg kg-1 диета с куркумин подобрява растежа и усвояването на храната. Те свързват това подобрение в производителността на растежа и използването на храната с подобрената активност на храносмилателните ензими (амилаза, протеаза, трипсин и липаза)22,40.
В допълнение, куркуминът може да подобри други ензими (Na плюс /K плюс -ATPase, чревна алкална фосфатаза, гама-глутамил транспептидаза и креатин киназа), които са отговорни за разграждането и асимилацията на хранителните вещества22. Освен това, куркуминът може да работи като пребиотик, насърчавайки чревните форуми и подобрявайки чревното храносмилане и усвояване, което води до подобрено цялостно здраве и растеж на fsh40. Положителните ефекти от диетичната добавка на куркумин са разкрити при различни видове риби като бял амур (Ctenopharyngodon ideas)41, каракуда (Carassius auratus)22, голям жълт кракар (Pseudosciaene crocea)42, дъгова пъстърва (Oncorhynchus mykiss)17 и азиатска лаврак (Lates calcarifer)43.
Както беше споменато по-горе, настоящото изследване е по-добро за наночастиците от куркумин спрямо свободния куркумин за повишаване на скоростта на растеж на нилската тилапия. С други думи, по-ниска доза нано-куркумин може да подобри растежа на нилската тилапия и да даде същите ефекти като по-висока доза свободен куркумин. Например, диета от 50 mg kg-1 нано-куркумин дава същите ефекти като диета от 100 mg kg-1 свободен куркумин. В подкрепа, нано-куркуминът показва 60-кратно увеличение на биологичния полуживот в сравнение със свободния куркумин при модели на плъхове44. Освен това, нано-куркуминът показва по-висока системна бионаличност в плазмата и тъканите в сравнение със свободния куркумин30. Това може да се дължи на ниската разтворимост на свободния куркумин във вода; следователно, той образува агрегати и е податлив на опсонизация, докато нано-куркуминът се разтваря напълно във вода без агрегации поради своя зета потенциал27.
Добавянето на свободен куркумин и нано-куркумин на най-високо ниво (200 mg kg-1 диета) в настоящото проучване намалява ефективността на растежа и усвояването на храната в сравнение с CON. Всъщност куркуминът е полифенол. Съобщава се, че ниски дози полифеноли могат да се биоакумулират в телесните тъкани, където не се абсорбират напълно в червата45. Полифенолите във високи нива могат да причинят регресия на растежа46. Този ефект е по-слаб при лечението с нано-куркумин, което показва, че нано-куркуминът може да е по-безопасен от свободната му форма. В подкрепа, Lee et al.47 разкриват биобезопасността на използването на нано-куркумин.
В настоящото изследване куркуминът и нано-куркуминът повишават съдържанието на суров протеин и липиди в тялото на рибата. По подобен начин диетичната добавка с куркумин на нива от 50–200 mg kg-1 диета значително подобрява отлагането на сурови липиди и протеини в мускулите на нилска тилапия23. Това може да е свързано с регулирането на чревната микробиота, което подобрява ефективното използване на хранителните вещества23. Друго обяснение би било благоприятното въздействие на куркумина върху активността на храносмилателните ензими на рибите, включително трипсин, липаза и амилаза22. Освен това, отрицателно заредени частици, като нано-куркумин, забавят скоростта на адсорбция на серумните протеини, което води до по-дълъг полуживот на циркулация в сравнение с положително заредените частици48. Това може да обясни защо диетите, хранени с риба, съдържащи нано-куркумин, имат по-високо съдържание на суров протеин, отколкото диетите, хранени с риба без куркумин.
Всяко повишаване на активността на чернодробните ензими, като ALT и AST, е биологичен маркер за чернодробно увреждане49,50. В настоящото проучване нивата на ALT и AST бяха намалени в групите с нано-куркумин преди или след топлинния стрес и до известна степен в групите със свободен куркумин, което демонстрира предимствата на нано-куркумина (това беше оправдано по-рано в тази дискусия ). По подобен начин куркуминът може да предотврати хепатотоксичност при плъхове, предизвикана от водороден пероксид и да намали нивата на ензимите ALT и AST51. Освен това, експериментални резултати при мишки с фиброза, причинена от въглероден тетрахлорид (CCl4), показват, че нано-куркуминът значително намалява нивата на ALT и AST 52. По този начин способността на куркумина да намалява някои кръвни маркери (като ALT и AST) показва неговата способност като анти -възпалителен агент по време на чернодробно увреждане53.
Въпреки защитните ефекти на куркумин срещу увреждане на черния дроб в това проучване при умерена концентрация (100 mg kg-1 диета), нежеланите ефекти се появяват при по-висока концентрация (200 mg kg-1 диета). Следвайки същия модел, куркуминът също показва зависим от концентрацията ефект при гигантския шаран (Cyprinus carpio), който страда от увреждане на черния дроб, предизвикано от CCl54. По подобен начин е установено, че куркуминът има двойни ефекти върху алкохолното чернодробно увреждане при мъжки плъхове в зависимост от концентрацията, тъй като защитният му ефект се получава само при ниска концентрация, но ускоряването на чернодробното увреждане се наблюдава при по-висока концентрация 55. Друго проучване в плъхове показват, че висока концентрация при дългосрочен прием на куркумин може да намали телесното тегло, да ускори оксидативния стрес и възпалението и да стимулира увреждането на черния дроб, като същевременно повишава нивата на AST и -GGT56.
Двойният ефект на куркумина може да бъде свързан със способността му да стимулира хемоксигеназата-1 (HO-1) в нетоксични и токсични концентрации, а индукцията на HO-1 е свързана с производството на реактивни кислородни видове (ROS), което предполага причинно-следствена връзка57. По същия начин, Cao et al.58 установиха, че при по-ниски концентрации куркуминът има благоприятен ефект чрез индуциране на антиоксидантни дейности; по-високите концентрации обаче повишават клетъчните нива на ROS, което води до окислително увреждане на ДНК в човешки хепатомни G2 клетки.
Топлинният стрес повишава показателите за стрес, като нивата на кортизол и глюкоза. В настоящото проучване, включването на куркумин (с изключение на високата доза от 200 mg kg-1 диета) или нано-куркумин в диети с тилапия намалява както глюкозата, така и кортизола преди или след топлинен стрес. Най-добрите нива на кортизол са открити при CN50 и CN100. Това вероятно е оправдано от естеството на куркумина като полифенол. Доказано е, че полифенолите подобряват показателите за стрес кортизол и глюкоза59,60). Тези ефекти могат да се отдадат и на антиоксидантните свойства на куркумина, за който е установено, че елиминира липидните радикали в клетъчната мембрана и се превръща във феноксилен радикал14,61. Освен това, куркуминът понижава нивата на чернодробната глюкоза чрез увеличаване на усвояването на глюкоза чрез регулиране на експресията на гени GLUT2, GLUT3 и GLUT462. В подкрепа Wei et al.63 разкриват, че диетичният куркумин значително намалява индуцирания от стрес кортизол с една трета при прасетата.
Въпреки това, в това проучване, по-висока концентрация на куркумин (200 mg kg-1 диета) доведе до по-високо ниво на кортизол в сравнение с другите лечения, включително контролната група. Успоредно с това C200 произвежда по-високо ниво на глюкоза, подобно на това, получено от контролната група. Същият ефект е докладван при кокошки носачки, където по-високите дози куркумин не намаляват кортизола в сравнение с по-ниските концентрации, които намаляват нивата на кортизола преди или след излагане на висока температура 64. Авторите свързват този ефект с потенциала за двойно действие на куркумина, тъй като може да действа като антиоксидант и/или оксидант, в зависимост от дозата му65. Високата концентрация на пероксиди увеличава освобождаването на ROS, което уврежда клетките и тъканите65.
В това проучване експерименталните диети не повлияват хематологичните показатели, с изключение на C200, който дава по-високи левкоцити и по-ниски неутрофили в сравнение с другите експериментални диети. Повишеният брой на левкоцитите при високо ниво на куркумин (200 mg kg-1 диета) може да подчертае стресовия статус на рибата при тази концентрация. Левкоцитозата е право пропорционална на тежестта на стреса, както и на увреждането от стреса, което впоследствие задейства имунната защитна система 66,67.
Температурата влияе върху хематологичните параметри при fsh68. В тази връзка, след топлинния стрес, броят на тромбоцитите, MCV, MCH, левкоцитите и неутрофилите се повишава, докато броят на лимфоцитите намалява и няма ефект върху други кръвни параметри в настоящото изследване. В подкрепа, Grzelak et al.69 съобщават за значителна лимфопения и неутрофилия при остро стресирани рибки зебра (Danio rerio) в сравнение с нестресирани или контролни fsh. Освен това термичният стрес води до хипоксия или аноксия 70, 71 и този ефект е докладван в настоящото изследване. На свой ред беше установено, че хипоксията увеличава броя на левкоцитите, тромбоцитите и неутрофилите и намалява броя на лимфоцитите в червена тилапия 72. Това може да е свързано с повишеното ниво на кортизол 72. Неутрофилията и лимфопенията са очевидни след лечение с кортизол при шаран (C. carpio L.)73. Шаранът (Carassius carassius) произвежда високо съотношение на неутрофили към лимфоцити в кръвта, след като е бил подложен на стрес, което е тясно свързано с повишените нива на глюкокортикоиди 74.
Имуноглобулин М и добавките (C3 и C4) са основни компоненти на вродената имунна система на рибите и те са сред първите линии на защита на имунната система и играят решаваща роля в защитата на здравето на рибите75–78. IgM и комплементите играят важна роля в защитата на животинското тяло от инфекция по време на стрес, както и в насърчаването на поглъщането на апоптотични и увредени клетки79–82. Всъщност, преди и след топлинен стрес в настоящото изследване нивата на IgM, C3 и C4 се повишават с включването на куркумин в диетата. Освен това нано куркуминът показва по-добро подобрение в тези показатели от свободния куркумин. Резултатите, представени тук за IgM, C3 и C4, подчертават два факта: ниската доза куркумин е по-добра и нано-формулацията е по-ефективна (което беше оправдано по-рано в тази дискусия). В подкрепа, куркуминът индуцира вродения имунен отговор на нилска тилапия при доза от 50 mg kg-1 диета, но растежът се инхибира при по-високи нива23. Настоящото изследване установи, че нивата на IgM, C3 и C4 се увеличават с повишена температура, разкривайки стимулирането на производството на противовъзпалителни вещества за намаляване на увреждането на тъканите. Това се подкрепя от резултатите от серумните чернодробни ензими (ALT и AST) в настоящото проучване. Известно е, че топлинният стрес причинява увреждане на тъканите и оксидативен стрес при рибите; по този начин води до апоптоза и клетъчна смърт83–85. Краткосрочният остър топлинен стрес води до повишена регулация на C3 и C486. Нещо повече, дефицитът в системата на комплемента е увеличил съдовото увреждане, съдовия пермеабилитет и ангиоедема 87. Наблюдава се постепенно повишаване на плазмените нива на IgM с повишаване на температурата (18, 23, 28, 33 градуса) при нилската тилапия, с изключение на най-високата температура10. По същия начин, отглеждането на лаврак (Dicentrarchus labrax) при висока температура (23 градуса) повишава нивата на IgM в сравнение с отглеждането на риба при 17 градуса 88. Напротив, други проучвания разкриват, че HS намалява нивата на IgM, C3 и C4 в fsh89– 91. Това несъответствие може да бъде оправдано от продължителността на топлинния стрес, където нивата на IgM, C3 и C4 се повишават при остър стрес, но намаляват при хроничен стрес9,10. Платиката с тъпа муцуна ( Megalobrama amblycephala Yih ) показва повишаване на алтернативните активности на комплемента и нивата на IgM след 6 часа излагане на топлинен стрес, което намалява след 12 часа 9.
В заключение, нано-куркуминът има превъзходство над свободния куркумин в подобряването на растежа, показателите за стрес, неспецифичния имунитет и устойчивостта на топлинен стрес на нилската тилапия. Хранителната добавка на нано-куркумин на нива от 50 или 100 mg kg-1 диета е ефективна за подобряване на производителността и смекчаване на отрицателните ефекти от топлинния стрес, докато дози от 100 или 200 mg kg-1 диета подобряват растежа на нилската тилапия . По този начин, доза от 100 mg kg-1 диета е ефективна както за растежа, така и за способността за устойчивост на топлина.
Наличност на данни
Всички данни, генерирани или анализирани по време на това проучване, са включени в тази публикувана статия.
Препратки
Wang, M. & Lu, M. Поликултура на тилапия: Глобален преглед. Аквакулт. Рез. 47, 2363–2374 (2016).
2. ФАО (Организация по прехрана и земеделие на Обединените нации). 2020. Глобално производство на аквакултури 1950–2020.
3. Bao, JW et al. Отговорите на биохимията на кръвта, състава на мастните киселини и експресията на микроРНК към топлинен стрес в генетично подобрена тилапия (Oreochromis niloticus). J. Термин. Biol. 73, 91–97 (2018).
4. El-Sayed, AFM Tilapia Culture 2nd edn, 348 (Elsevier/Academic Press, 2020).
5. Dawood, MAO, Eweedah, NM & Elbialy, ZIA Диетичният натриев бутират подобрява биомаркерите на кръвния стрес, протеините на топлинния шок и имунния отговор на нилска тилапия (Oreochromis niloticus), изложена на топлинен стрес. J. Термин. Biol. 88, 102500 (2020).
6. Багат, М. и др. Влиянието на топлинния стрес върху имунната система при млекодайните говеда. Rev. Res. ветеринарен лекар Sci. 126, 94–102 (2019).
7. Chu, GM & Song, YM Показатели на растеж, кръвни характеристики и имунни отговори на прасета за угояване през различни сезони. Азиатски J. Anim. ветеринарен лекар адв. 8(5), 691–702 (2013).
8. Das, R. et al. Въздействие на топлинния стрес върху здравето и продуктивността на млекодайните животни: преглед. ветеринарен лекар Свят. 9, 260–268 (2016).
9. Джан, C.-N. et al. Ефектите на фруктоолигозахарида върху имунния отговор, антиоксидантната способност и експресията на HSP70 и HSP90 в платика с тъпа муцуна (Megalobrama amblycephala Yih) при висок топлинен стрес. Аквакултури 433, 458–466 (2014).
10. Домингес, М., Такемура, А., Цучия, М. и Накамура, С. Въздействие на различни фактори на околната среда върху нивата на циркулиращия имуноглобулин в нилската тилапия, Oreochromis niloticus. Аквакултура 241, 491e500 (2004).
11. Galina, J., Yin, G., Ardo, L. & Jeney, Z. Използване на имуностимулиращи билки при риба: Преглед на изследванията. Fish Physiol, Biochem. 35, 669–676 (2009).
12. Vallejos-Vidal, E., Reyes-López, F., Teles, M. & MacKenzie, S. Отговорът на fsh към имуностимулиращи диети. Fish Shellfish Immunol. 56, 34–69 (2016).
13. Lee, WH et al. Куркумин и неговите производни: тяхното приложение в неврофармакологията и неврологията през 21 век. Curr. Неврофармакол. 11, 338–378 (2013).
14. Ak, T. Антиоксидантни и радикални свойства на куркумин. Chem. Biol. Взаимодействайте. 174, 27–37 (2008).
15. Aggarwal, BB & Harikumar, KB Потенциални терапевтични ефекти на куркумин, противовъзпалителното средство, срещу невродегенеративни, сърдечно-съдови, белодробни, метаболитни, автоимунни и неопластични заболявания. Вътр. J. Biochem. Cell Biol. 41, 40–59 (2009).
For more information:1950477648nn@gmail.com
