ПП “Ефективна відгодівля тварин-захід”

09.01.2014 р.

Механізми захисту від стресів у свинарництві: від вітамінів до вітагенів

  

    Свинарство в Україні та країнах ближнього зарубіжжя характеризується істотним зростанням темпів розвитку з використанням досягнень сучасної селекції та генетики, передових  технологій годівлі та утримання тварин.

   Але свиня — живий організм, і будь-які зміни в бік збільшення продуктивності пов’язані з підвищенням чутливості тварин до негативних факторів зовнішнього середовища. Особливо чутлива до стресфакторів імунна система. Це стосується, перш за все: контамінації кормів мікотоксинами, бензпіреном, залишками пестицидів; балансу в раціоні амінокислот і жирних кислот, так само як макро-і мікроелементів (мінералів), біологічно-активних речовин, включаючи вітаміни. При цьому завдання фахівців з годівлі та ветеринарії ускладнюються з кожним роком. Якщо кілька років тому розмова йшла, головним чином, про підвищення середньодобових приростів і поліпшенні конверсії корму у поросят і підвищенні приплоду у свиноматок, то сьогодні дискусія йде, головним чином, про підтримку здоров’я тварин і зниження собівартості виробленої продукції. У багатьох випадках в свинарських господарствах України і ближнього зарубіжжя не вдається повністю реалізувати генетичний потенціал свиней і причиною тому — стреси різної природи.

 

   Про стреси і їх ролі у зниженні продуктивності і відтворювальних якостей сільськогосподарських тварин, в останні роки написано досить багато. Тим не менше, кожен рік з’являються все нові і нові наукові дані про те, що наслідки стресів набагато глибші, ніж вважалося раніше. Наприклад, розробка концепції нутрігеноміки і вітагенів (Сalabrese et al., 2011), дозволила глибше зрозуміти молекулярні механізми природного захисту організму від стресів. З іншого боку, в останні роки все більше уваги приділяється негативним наслідкам окислення білків клітинних структур, так само як і наслідкам окислювальних змін в структурі ДНК. При цьому особливе місце займають дослідження по розробці ефективних препаратів комплексної дії, що допомагають звести до мінімуму негативні наслідки стресів. На жаль, більшість наукових робіт в даному напрямку проведено в гуманній медицині і лише небагато що з досягнутого молекулярними біологами знайшло своє застосування в свинарстві.

 

Стреси в свинарстві

Стреси в свинарстві можна розділити на 4 основні групи:

• Середовищні:

— Відхилення від оптимальної температури;

— Відхилення від оптимальної вологості;

— Порушення вентиляції і запиленість;

— Порушення світлового режиму;

— Підвищений рівень шуму.

• Кормові:

— Мікотоксини та інші ксенобіотики;

— Окислені жири і «трансжири»;

— Дисбаланс метаболізму амінокислот;

— Дисбаланс у співвідношенні різних вітамінів і мінералів в кормах і організмі тварини;

— Низька якість питної води.

• Технологічні і соціальні:

— Умови транспортування;

— Відлучення;

— Формування груп;

— Домінантно-підлеглі відносини в групах.

• Внутрішні стреси:

— Незаразні хвороби;

— Вірусні захворювання;

— Вакцинації;

— Дисбактеріоз в кишечнику.

 

Молекулярні механізми розвитку стресів

    З фізіологічної точки зору стрес — це відхилення від оптимальних умов середовища. А власне: зовнішні умови утримання свиней, внутрішні умови (такі як бактеріальний баланс в кишечнику), а також умови оптимальної годівлі та напування тварин. Розглядаючи вищезгадані стреси, слід мати на увазі, що вони призводять як до зниження відтворних функцій свиней (включаючи життєздатність поросят в перші дні після народження), так і продуктивності при їх зростанні потім (погіршення конверсії корму і зниження середньодобових приростів, підвищений відхід і т.д.). Особливої уваги заслуговує імунна система, так як вона найбільш чутлива до різного роду стресів (Фісінін В.І. та Сурай П., 2011). В результаті дисбалансу в імунній системі свиней знижується їх природна резистентність до різних захворювань, та знижується ефективність вакцинацій.

    Слід зазначити, що організм свиней характеризуються відносно невисокою адаптаційною здатністю до різноманітних стресів. Вплив стресу проявляється на них, як правило, в трьох основних стадіях:

1) виявлення стресу (короткочасна регуляція стресу);

2) розвиток стійкості до стресу та адаптація (резистентність);

3) виснаження і поява негативних наслідків.

 

   Перша стадія пов’язана з відповіддю на стрес з боку симпатичної нервової системи і наднирників. Ця система контролює швидку відповідь, яка включає підготовку організму до боротьби зі стресом і швидку реакцію у відповідь на стрес. Ця реакція триває лише нетривалий час. Вона характеризується істотними біохімічними змінами в метаболізмі організму, які спрямовані на подолання стресу.

 

   Ендокринна фаза (довгострокова регуляція). Залучення ендокринної системи в регуляцію стресу називається стадією резистентності. Тобто, ця стадія адаптації дає можливість організму пристосуватися до стресу, і дати шанс на виживання. Якщо ж сила стресу занадто велика і перевищує адаптаційні можливості організму, це спричинить за собою незворотні порушення в організмі. Ця система базується на гормонах, що виробляються гіпоталамусом і гіпофізом. На додаток до вищезазначених гормонів слід додати, що в регуляції стресу приймають участь і інші гормони, включаючи глюкагон, синтезується підшлунковою залозою, а також тиреоїдний гормон, що утворюється в щитовидній залозі.

 

    В умовах, коли всі вищезгадані зміни не можуть впоратися зі стресами, настає третя фаза — виснаження, відбуваються незворотні зміни в організмі, які в багатьох випадках призводять до загибелі тварин або ж тягнуть за собою істотне зниження їх продуктивності і відтворювальних якостей.

Таким чином, в залежності від сили стресу, організм або справляється з ним або ж гине. При цьому в процесі еволюції вищі тварини і людина виробили механізми захисту, які дозволяють їм мобілізувати в умовах стресу всі захисні сили і спробувати впоратися з ним. Протягом багатьох років вчені намагалися знайти ці загальні механізми, які приводять до подібних змін в організмі при різних (середовищних, кормових або внутрішніх) стресах. Виявилося, що сполучною ланкою в багатьох стресових ситуаціях є надлишкове утворення вільних радикалів з наступним порушенням структури білків, ліпідів і нуклеїнових кислот (Surai, 2006; Фісінін В.І. та Cурай П.Ф., 2011). Таким чином, вільнорадикальна теорія стресів отримала найбільший розвиток в останні роки. Вільні радикали — це активовані молекули атомарного кисню, здатні пошкоджувати всі типи біологічних молекул. Так, відомо, що в нормальних умовах фізіологічної активності організму, протягом доби, в кожній клітині утворюється близько 200 мільярдів вільних радикалів. В стрес-умовах в тканинах організму утворення вільних радикалів різко зростає в кілька раз, і антиоксидантна система просто не справляється з потоком цих «молекул-убивць».

 

    У результаті цього відбуваються порушення на рівні клітинних мембран, що призводить до згубних наслідків на рівні загальної регуляції метаболізму клітини.

   Це, в свою чергу, знову ж таки, призводить до зниження продуктивності тварин і їх відтворювальних якостей.

 

Сенсорні механізми в умовах стресу

   Сьогодні добре відомо, що уникнути стресових ситуацій у промисловому свинарстві практично неможливо, тому перед тим, як розробляти прийоми захисту від стресів, необхідно зрозуміти: як організм захищається від стресів?

   З одного боку, в останні роки, як зазначалося вище, стало зрозуміло, що на молекулярному рівні більшість стресів супроводжується сплеском окислювальних процесів, тобто порушенням балансу в клітині між утворенням вільних радикалів і їх деактивізації антиоксидантною системою (Surai, 2006). У цьому відношенні вирішальну роль відіграє система оповіщення стресових ситуацій і синтезу захисних молекул. Багато вчених віддають першість глутатіоновій системі. Оскільки глутатіон в організмі існує у двох формах (окислена і відновлена), то баланс між цими формами і є тим самим сенсорним механізмом, що свідчить про активне утворення вільних радикалів і, відповідно, токсичних продуктів їх метаболізму. Підвищена концентрація окисленої форми глутатіону включає ланцюжок подій, що призводять до синтезу захисних молекул. Подібну роль в клітинах людини і тварин також грає і тіоредоксін. Він також існує в організмі у двох формах: окисленійі відновленій. Сульфгідрильні (тіолові) групи білків також відіграють одну з ключових ролей в якості редокс-сенсорів в клітці. А також регуляторами редокс-потенціалу, що є найважливішим медіатором численних метаболічних, сигнальних і транскрипційних процесів у клітині. В оптимальних умовах довгострокова підтримка здоров’я тварин пов’язана з гомеостазом регуляторних білків, дуже складною мережею молекулярних взаємодій, які балансують їх синтез, збірку, транслокацію, з’єднання-роз’єднання і очищення від них. Контроль якості білків, з боку організму, є визначальною особливістю всередині-клітинного гомеостазу. Коли з’являються конформаційно-змінені білки, які схильні до агрегації — вони швидко піддаються деградації через специфічний убіквітин-протеамсомний комплекс. При цьому сенсорні механізми відповідають за передачу сигналу про стрес на більш глибокі рівні, включаючи гени, з наступним синтезом захисних молекул, що сприяють подоланню негативного впливу останнього на організм в цілому.

 

   Вітагени і їх роль у формуванні захисту від стресів

Розшифровка генетичного коду людини і ряду видів тварин дозволила зробити важливий крок у пошуку механізмів регуляції генів. Зокрема, з’ясувалося, що в організмі існують механізми включення і виключення генів. У спрощеному вигляді це можна представити таким чином. Уявімо гени ДНК у вигляді лампочок, які можуть бути включені або вимкнені.

 

   При цьому інтенсивність світла в конкретній кімнаті, природно, залежить не стільки від загальної кількості лампочок, скільки від кількості саме включених лампочок і від їх потужності. Справа в тому, що, ймовірно, гени можуть функціонувати не на повну потужність. Серед речовин, здатних регулювати (вмикати-вимикати) активність генів можна відзначити вітамін Е, селен, карнітин і ряд інших речовин. Наука, що вивчає вплив харчових компонентів на таку активність генів називається НУТРІГЕНОМІКОЮ (Фісінін В.І. та Сурай П.Ф., 2006).

   Здатність клітини справлятися зі стресовими ситуаціями, відома як клітинна відповідь на стрес, потребує активації специфічних метаболічних шляхів, спрямованих на регуляцію даних процесів. Дана активація призводить до утворення відповідних біологічних молекул, що характеризуються антиоксидантною і антиапоптозною («програмована клітинна смерть ») активністю, які знаходяться під контролем так званих вітагенів. Таким чином, ВІТАГЕНИ — це гени, які відповідальні за виживання організму в критичних умовах.

 

    Стійкість до стресів і «лагодження» пошкоджених молекул при стресі залежить від активності вітагенів, які контролюють метаболізм і, таким чином, є сполучною ланкою між стресом і гомеостазом з одного боку, і здоров’ям і продуктивністю тварин — з іншого боку. Продуктами діяльності вітагенів є різні білкові молекули. До них відносяться: антиоксидантні білки-ферменти (супероксид-дисмутаза і глутатионпероксидаза), білки теплового шоку (протеїни-шаперони), ферменти другої фази детоксикації чужорідних речовин, фактори росту. А також білки, залучені в регуляцію метаболізму енергії і підтримки клітинного гомеостазу кальцію, ряду інших білків, таких як сиртуїн, здатних надавати захисну дію в умовах стресу, попереджаючи пошкодження, які викликаються вільними радикалами. Зміни в експресії генів і апоптоз є найважливішими елементами адаптації до стресу. Отже, при розробці методів профілактики стресів ці два процеси повинні враховуватися в першу чергу.

 

   Розробка нових прийомів боротьби зі стресами

Беручи до уваги останні досягнення молекулярної біології, стало ясно, що головним принципом зниження негативних наслідків стресів є мобілізація власних сил організму, зокрема активації вітагенів і синтез нових речовин, що володіють антиоксидантними властивостями. При цьому існує два основні шляхи доставки цільових компонентів в організм — з кормом і з водою. Шлях через годування був використаний і апробований у багатьох експериментах, і були розроблені різні премікси з підвищеними концентраціями різних антиоксидантів для використання в стрес-умовах (Surai, 2006).

Однак з’ясувалося, що використовувати такі премікси в умовах виробництва технологічно досить складно. До того ж, у стані стресу тварина споживає корми значно менше.

Таким чином, в цих умовах потреба у вітамінах, мінералах і ряді інших речовин збільшується, а їх надходження з кормом — знижується. Це ще більше посилює негативні наслідки стресів. Система медікаціі міцно увійшла в ветеринарну практику сучасного тваринництва і птахівництва. Сьогодні через систему медікаторов (Дозатрон) випоюють антибіотики, пробіотики, вітаміни та інші препарати. Тому при розробці нової концепції боротьби зі стресами ми виходили з того, що включення препарату в систему випоювання через медікатор є найбільш ефективним шляхом досягнення поставленої мети. І такий підхід дає можливість швидкого реагування на стресову ситуацію в цілому.

 

Автори:

П. Ф. Сурай, д.б.н, професор, Шотландський сільськогосподарський коледж та Університет Глазго, Великобританія; Сумський національний аграрний університет та Одеська національна академія харчових технологій, Україна; Іноземний член РАСГН

С.Д. Мельничук, д.б.н. професор, член-кореспондент НААНУ, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Інформацію надано компанією Feed Food, Ltd.