Komparativna studija učinaka kurkumina i njegovih nanočestica na rast, imunitet i otpornost na toplinski stres nilske tilapije (Oreochromis Niloticus)

Druga najčešća vrsta Fsh proizvedena u svijetu nakon šarana je nilska tilapija (Oreochromis niloticus) 1,2. Tilapija se trenutno uzgaja u više od 120 zemalja širom svijeta2. Globalna proizvodnja tilapije skočila je s manje od 0,5 milijuna metričkih tona (MMT) početkom 1990-ih na 6,03 MMT u 2018., s prosječnom godišnjom stopom rasta od 13,5 posto 2.

Međutim, intenzivan uzgoj tilapije čini je osjetljivom na razne čimbenike stresa, poput toplinskog stresa (HS), glavne posljedice globalnog zatopljenja3. Iako nilska tilapija može tolerirati širok raspon temperatura (optimalni raspon temperature je 25-28 stupnjeva), temperature vode iznad optimalnog raspona mogu potisnuti imunološki sustav i oštetiti njegov antioksidativni odgovor4,5. HS potiskuje imunološki sustav putem stanično posredovanih i humoralnih imunoloških odgovora.

Na primjer, utvrđeno je da HS smanjuje razinu imunoglobulina (IgG i IgM)7. Primarni pokazatelji imunološkog odgovora (bijele krvne stanice, crvene krvne stanice, hemoglobin i glukoza) također su pogođeni tijekom HS8. Deverika (Megalobrama amblycephala Yih) pokazala je povećani lizozim, alternativne aktivnosti komplementa, ukupne proteine ​​i razine IgM nakon što je bila izložena toplinskom stresu tijekom 6 sati, stoga su se ti parametri smanjili9. Posljedično, toplinski stres može nepovoljno utjecati na zdravlje riba, što dovodi do regresije rasta i visoke smrtnosti Fsh10. Jačanje obrambenih mehanizama riba kroz davanje imunostimulansa u prehrani postalo je prioritet za kontrolu čimbenika stresa u akvakulturi11. Među raznim imunostimulansima, ljekovito bilje sadrži kemijske sastojke koji jačaju imunitet specifičnim ili nespecifičnim putovima, čineći životinju otpornijom na vanjske stresore12.

Hemoglobin je važan protein u našem ljudskom tijelu, koji može transportirati molekule kisika u različite dijelove tijela i osigurati tijelu dovoljno kisika. U isto vrijeme, hemoglobin se također može boriti protiv oštećenja slobodnih radikala i igrati važnu ulogu antioksidansa. Osim što utječu na kardiopulmonalnu funkciju, ovi učinci također mogu poboljšati tjelesni imunitet i učiniti nas zdravijima.

Istraživanja su pokazala da je razina hemoglobina usko povezana sa sposobnošću tijela da se odupre bolestima. Viša razina hemoglobina može pomoći tijelu da poboljša svoju sposobnost borbe protiv bakterija i virusa te spriječi pojavu bolesti. U isto vrijeme, hemoglobin također može poboljšati tjelesni imunitet i poboljšati odgovor tijela na cjepiva, čime se učinkovito sprječavaju bolesti.

Osim toga, hemoglobin također može utjecati na tjelesni metabolizam i imunološku funkciju. Manjak hemoglobina može dovesti do nedostatka kisika u tijelu, što negativno utječe na rast stanica i imunološku funkciju. Stoga dovoljna količina hemoglobina može osigurati normalan rad različitih fizioloških funkcija ljudskog tijela, čime se učinkovito poboljšava ljudski imunitet.

Ukratko, utjecaj hemoglobina na ljudski imunitet vrlo je važan. Održavanje odgovarajuće razine hemoglobina može zaštititi imunološki sustav tijela i spriječiti bolesti. Stoga bismo trebali više pažnje posvetiti dodavanju hrane bogate željezom, poput crvenog mesa, graha i povrća, kako bismo osigurali tijelu dovoljno hemoglobina. Istovremeno ojačajte imunološki sustav i zaštitite svoje zdravlje tjelovježbom, dobrim životnim navikama i razumnom prehranom. S ove točke gledišta, moramo poboljšati svoj imunitet. Cistanche može značajno poboljšati imunitet jer je Cistanche bogat raznim antioksidativnim tvarima, poput vitamina C, vitamina C, karotenoida itd. Ovi sastojci mogu hvatati slobodne radikale i smanjiti oksidativni stres. Potiču i poboljšavaju otpornost imunološkog sustava.

Kliknite zdravstvene prednosti cistanche

Kurkumin je narančasto-žuti, hidrofobni, bioaktivni biljni sastojak i polifenolni spoj ekstrahiran iz kurkume (Curcuma longa). Glavni aktivni sastojci kurkumina su diferuloilmetan (77 posto), demetoksikurkumin (17 posto) i bisdemetoksikurkumin (6 posto)13. Iznenađujuće, kurkumin posjeduje antivirusna, antifungalna, protuupalna, antioksidativna i antikancerogena svojstva14-17. Stoga kurkumin može stimulirati urođeni imunološki sustav u fsh18,19. Nekoliko je studija pokazalo korisne učinke kurkumina kao potencijalnog kandidata za imunostimulanse i antioksidanse u prehrani raznih vrsta riba20-26. Međutim, slaba topljivost u vodi i bioraspoloživost ograničavaju praktičnu primjenu kurkumina13.

Nedavno je razvijen nano-kurkumin kako bi se izbjegla slaba svojstva kurkumina u isporuci i poboljšali njegovi terapeutski učinci27. Za razliku od kurkumina, koji stvara grudice zbog niske topljivosti u vodi, nano kurkumin se potpuno otapa u vodenom mediju i ne stvara grudice zbog prisutnosti zeta potencijala27. U usporedbi sa slobodnim kurkuminom, nano-kurkumin je pokazao veću propusnost, dužu cirkulaciju i bolju sistemsku bioraspoloživost u plazmi i tkivima28-30.

Prema Jiangu i sur.31 kurkumin napunjen u nanosferama stimulirao je njegove antioksidativne i imunološke aktivnosti. Ti se učinci mogu povezati s redukcijom čestica na nanometričku ljestvicu, što osigurava održivo otpuštanje aktivnih materijala i povećava bioraspoloživost i razine molekularne disperzije31. Iako nisu provedene studije koje bi usporedile učinak nano-kurkumina s učinkom njegovog slobodnog oblika na fsh, nedavno je testiran na pticama poput japanske prepelice (Coturnix japonica)32. Marchiori i suradnici32 otkrili su da je nanoinkapsulirani kurkumin poboljšao učinak japanskih prepelica (Coturnix japonica) u trostruko nižoj dozi od slobodnog kurkumina, što ukazuje na potencijal nano-materijala za poboljšanje životinjske proizvodnje.

Do sada nano-kurkumin nije testiran u ishrani ribom. Stoga je ova studija imala za cilj procijeniti učinke dodataka prehrani sa slobodnim ili nano oblikom kurkumina na poboljšanje rasta, statusa imuniteta i otpornosti na toplinski stres kod nilske tilapije.

Materijali i metode

Eksperimentalne dijete.

Sastav i kemijska analiza eksperimentalnih dijeta prikazani su u tablici 1. Pripremljeno je sedam izonitrogenih (28 posto proteina) i izokaloričnih (445 kcal/100 g DM) dijeta. Šest dijeta dopunjeno je s tri razine nano-kurkumina (50 (CN50), 100 (CN100), 200 (CN200) mg kg-1 dijeta) ili slobodnog kurkumina (50 (C50), 100 (C100), 200 (C200). ) mg kg−1 dijeta), a kontrolna dijeta ostala je bez aditiva (CON). Suhe i svježe samljevene sastojke dobro smo ručno izmiješali uz dodavanje ulja. Nakon toga sve sastojke umijesiti postupnim dodavanjem tople vode. Tijesto je peletirano pomoću stroja za mljevenje mesa odgovarajućeg promjera. Dijete je osušeno na suncu i pohranjeno na -20 stupnjeva u plastičnim staklenkama.

Riba i eksperimentalni objekti.

Mladunci nilske tilapije (Oreochromis niloticus) dobiveni su s komercijalne farme u blizini Aleksandrije i držani u spremniku od stakloplastike (1 m3) u laboratoriju za uzgoj ribe Nacionalnog instituta za oceanografiju i ribarstvo, ogranak u Aleksandriji, Egipat. Sto šezdeset i osam ribica (13,54±0.32 g) ponovno je popunjeno u 21 staklenom akvariju (70 L akvarij-1) pri gustoći od 8 riba po akvariju. Svaki tretman sastojao se od 3 ponavljanja (A, B i C). Ribe su se aklimatizirale na akvarij tijekom 2 tjedna i hranjene su kontrolnom dijetom kako bi se prilagodile eksperimentalnim dijetama. Ribe su hranjene eksperimentalnom hranom tri puta dnevno do sitosti tijekom 65 dana. Deklorirana voda iz slavine dostavljena je svakom akvariju uz kontinuirano prozračivanje. Količina hrane koja se konzumira u svakom tretmanu izračunata je tjedno na temelju razlike u težini posuda s hranom prije i poslije hranjenja. Fotoperiod je postavljen na 12 h:12 h svjetlo:tama. Parametri kvalitete vode praćeni su svaki tjedan tijekom trajanja eksperimenta pomoću višeparametarskog fotometra Hanna Aquaculture, HI83303. Temperatura vode, otopljeni kisik, amonijak-N i pH zabilježeni su kako slijedi; 25±2,1 stupanj, 6,4 mg L−1, 0,05 mg L−1, odnosno 7,7. Nakon izlaganja toplinskom stresu (40 stupnjeva), otopljeni kisik i amonijak-N u akvariju bili su 2,1 mg L-1, odnosno 0,62 mg L-1. Dva sata nakon hranjenja izmet je uklonjen sifonom.

Etička deklaracija.

Pokusi su izvedeni prema smjernicama koje je zacrtao i odobrio Nacionalni institut za oceanografiju i Odbor za ribarstvo za institucionalnu skrb o vodenim organizmima i pokusnim životinjama (NIOF-IACUC), Egipat.

Kurkumin i pripravak nano-kurkumina.

Kurkumin i nano-kurkumin pripremio je istraživački odjel NanoTech Egypt za fotoelektroniku i nanotehnologiju. Nano-kurkumin je pripremljen metodom redukcije kako su opisali Dhivya et al.33. UV-Vis apsorpcijski spektri dobiveni su na Ocean Optics USB2000 plus VIS-NIR optičkom spektrofotometru. Za proučavanje površinske morfologije i veličine nanočestica korišten je prijenosni elektronski mikroskop visoke rezolucije (TEM), JEOL JEM-2100. TEM snimanje otkrilo je gotovo sferni oblik, glatku površinu i jednoliku raspodjelu veličine gotovo 50±5,5 nm nano-kurkumina (slika 1). Raspodjela veličine čestica i zeta potencijal čestica nano-kurkumina određeni su instrumentom Zetasizer Malvern (Malvern, UK), verzija 7.13, serijski broj: MAL 1203718. Zeta potencijal (mV) i Zeta devijacija (mV) bili su -25 ,0 odnosno 4,16 (slika 2).

Kemijski sastav tijela.

Prije početka pokusa hranjenja, 10 riba je nasumično uzorkovano i zamrznuto na -20 stupnjeva za biokemijsku analizu cijelog tijela. Na kraju pokusa hranjenja uzorkovano je šest riba po tretmanu za biokemijsku analizu cijelog tijela. Svi uzorci su odmah zamrznuti na -20 stupnjeva do analize. Primijenjene su metode AOAC34 za procjenu sadržaja sirovih proteina, lipida, vlage i pepela u svim uzorcima.

Vađenje krvi.

Nakon eksperimenta s hranjenjem, uzorkovano je šest riba po tretmanu za analizu krvi. Ulje klinčića (0,1 ml L−1) korišteno je za anesteziju riba. Uzorci krvi (1 ml) sakupljeni su iz kaudalne vene ribe u plastične mikroepruvete koje sadrže antikoagulans (dikalij etilendiamintetraoctena kiselina, EDTA) za očuvanje uzoraka za upotrebu u hematološkom testu. Jedan mL krvi iz svakog uzorka sakupljen je u mikroepruvete bez antikoagulansa i centrifugiran 10 minuta na 2500×g da se odvoji serum, koji je određen za biokemijski test.

Hematološki test.

Eritrociti, hematokrit (HCT), hemoglobin (HGB), srednji korpuskularni volumen (MCV), srednji korpuskularni hemoglobin (MCH), srednja koncentracija korpuskularnog hemoglobina (MCHC), trombociti (PLT), leukociti i diferencijalne brojke (neutrofili (NEUT), limfociti (LYMPH)), monociti (MON), eozinofili (EO), bazofili (BAS) i nezreli granulociti (IG) izbrojani su korištenjem automatskog hemocitometra XE 2100 (Advia 2120 & Sysmex, Siemens). Svi navedeni pokazatelji procijenjeni su prije i nakon toplinskog stresa.

Biokemija seruma.

U serumu uzoraka krvi analizirana je serumska alanin aminotransferaza (ALT), serumska aspartat aminotransferaza (AST), imunoglobulin M (IgM), komplementi 3 i 4 (C3 odnosno C4), kortizol i koncentracija glukoze. Glukoza je analizirana u skladu s metodom heksokinaze35 korištenjem Cobas pack (referentni broj, 04404483 190) putem analizatora Cobas-c 311, ID sustava 0768316. Kortizol je analiziran na temelju metode formiranja odgovarajućeg imunološkog kompleksa36 putem paketa elektrokemiluminiscencijskih imunotestova "ECLIA" (referentni broj, 11875116 122) pomoću Cobas-e analizatora imunotestova. Analiza ALT-a provedena je korištenjem paketa Cobas C (referentni broj, 207649q57 322), analizatora Cobas-C 311, ID sustava 0,764,957.

ALT je detektiran prema Bergmeyeru i sur.37 i ECCLS38. ALT je katalizirao reakciju između L-alanina i 2-oksoglutarata. Te-formirani piruvat se reducira NADH u reakciji koju katalizira laktat dehidrogenaza (LDH) da nastane L-laktat i NAD. Brzina oksidacije NADH izravno je proporcionalna katalitičkoj aktivnosti ALT. Određuje se mjerenjem smanjenja apsorbancije. AST u uzorku je katalizirao prijenos amino skupine između L-aspartata i 2-oksoglutarata da nastane oksaloacetat i L-glutamat.

Oksaloacetat je zatim reagirao s NADH, u prisutnosti malat dehidrogenaze (MDH), da bi nastao NAD. Ovaj je test slijedio preporuke IFCC-a, ali je optimiziran u skladu s Bergmeyer et al.37 i ECCLS38 korištenjem Cobas c pack (referentni broj, 20764949322) putem Cobas-C 311 analizatora. Identifikacijski broj sustava 076494I. IgM je određen na temelju principa imunološke aglutinacije39 pomoću Cobas c 311, sustav ID 0767883 pomoću Cobas c pack (referentni broj, 03507190). IgM protutijela i antigeni međusobno su reagirali u uzorku i formirali kompleks antigen/antitijelo. Nakon aglutinacije, to je izmjereno turbidimetrijski na pod/glavnoj valnoj duljini: 700/340. C3 i C4 određeni su stvaranjem taloga dodatkom specifičnog antiseruma, a zatim su određeni turbidimetrijski na pod/glavnoj valnoj duljini: 700/34039. C3 je mjeren pomoću Cobas c 311, ID sustava 0765600 pomoću Cobas c pack (referentni broj, 03001938322). C4 je analiziran pomoću Cobas c 311, ID sustava 0765619 koristeći Cobas c pack (referentni broj, 03001962322).

Toplinski stres.

Nakon završetka pokusa hranjenja, pet riba iz svakog ponavljanja sakupljeno je iz eksperimentalnog staklenog akvarija i prebačeno u 0.5-tonski spremnik od stakloplastike koji sadrži 7 pod-uzgajnih jedinica (7- L perforirane plastične cilindrične posude). Svaki spremnik predstavlja repliku svakog tretmana. Replikati A, B i C svakog tretmana bili su izloženi toplinskom stresu prvi, drugi, odnosno treći dan. Stoga je izazov toplinskog stresa ponovljen tri puta tijekom tri uzastopna dana. Temperatura vode postupno je podignuta s 25 na 40 stupnjeva unutar 3 sata. Temperaturu vode kontrolirao je umjetni termostat. Nakon izlaganja 40 stupnjeva tijekom 4 sata, fsh iz svake jedinice je anestetiziran uljem klinčića. Uzorci krvi su prikupljeni za određivanje ALT, AST, IgM, C3 i C4, razine glukoze i kortizola, kao i hematološki broj riba.

Statistička analiza.

Podaci o učinku rasta i korištenju hrane obrađeni su jednosmjernom analizom varijance (ANOVA). Dvosmjerna ANOVA korištena je za procjenu učinka toplinskog stresa i eksperimentalne prehrane na ribe. Za rangiranje srednjih vrijednosti korišten je Duncanov post hoc test. P Manje od ili jednako 0.05 smatra se statistički značajnim. Svi statistički podaci obrađeni su korištenjem SPSS paketa (verzija 23.0).

deklaracija.

Sve su metode navedene u smjernicama ARRIVE 2.0.

Rezultati

Učinak rasta i iskoristivost hrane.

Učinak rasta i rezultati iskorištenja hrane za ribe hranjene eksperimentalnim dijetama prikazani su u tablici 2. Najveća konačna težina (FW) i prirast težine (WG) postignuti su kod CN100 hranjene ribom, nakon čega slijedi CN200 (P Manje od ili jednako 0.05). Ribe hranjene CN50 dale su umjeren FW i WG i bile su slične onima hranjenim C100 (P veći od ili jednak 0.0 5). Najniži rezultati WG-a zabilježeni su u CON, C50 ili C200 hranjenim fsh-om (P manji od ili jednak 0,05). Ribe hranjene CN100 i CN200 pokazale su najveću specifičnu stopu rasta (SGR), a zatim CN50 i C100 (P manje od ili jednako 0,05). Međutim, SGR u CN200 hranjenom fsh nije se značajno razlikovao od CN50 ili C100 (P veći ili jednak 0,05). Skupine riba CON, C50 i C200 proizvele su najniži SGR (P manji od ili jednak 0,05). Najveći rezultat prosječnog dnevnog prirasta (ADG) zabilježen je u skupini CN100, zatim u skupini CN200, a potom u skupini CN50 i C100 (P manje ili jednako 0,05). Skupine CON, C50 i C200 pokazale su najniže vrijednosti ADG (P manje od ili jednako 0,05). Najveći unos hrane (FI) zabilježen je u CN50, CN100, CN200 i C100, a zatim u skupinama CON, C50 i C200 (P manji od ili jednak 0,05). Najniži FCR otkriven je u CN100 i CN200, zatim CN50 i C100, dok su najviše vrijednosti FCR uočene u CON, C50 i C200 (P manji od ili jednak 0,05). Grupe CN100 i CN200 dale su najveće vrijednosti omjera učinkovitosti proteina (PER), zatim CN50 i C100, dok su najniže vrijednosti proizvedene u CON, C50 i C200 (P Manje od ili jednako 0,05).

Kemijski sastav tijela.

Rezultati približnog kemijskog sastava nilske tilapije hranjene eksperimentalnim dijetama ilustrirani su u tablici 3. Nije bilo značajnih varijacija u suhoj tvari između različitih skupina (P veći od ili jednak 0.05 ). Najveće vrijednosti sirovog proteina (CP) dobivene su u CN50, CN100, CN200 i C100, a slijede CON, C50 i C200 (P Manje od ili jednako do 0,05); međutim, C50 se nije značajno razlikovao od CN50, CN100 i C100 (P veći ili jednak 0,05). Svi tretmani imali su viši omjer sirovih lipida od CON (P manji od ili jednak 0,05). Najviši rezultati pepela zabilježeni su kod CON i C200, zatim C50, a najniži rezultati zabilježeni su kod CN50, CN100, CN200 i C100 (P Manje od ili jednako 0,05).

Hematološka analiza.

Tablica 4 prikazuje hematološku analizu riba nakon pokusa hranjenja na 25 stupnjeva i nakon toplinskog stresa na 40 stupnjeva. Rezultati su otkrili da su eksperimentalne dijete i toplinski stres značajno utjecali na neke hematološke parametre (P manji od ili jednak 0.05). Eksperimentalne dijete nisu utjecale na hematološke brojeve (P Veći ili jednak {{10}}.05), osim za C200, koji je dao više leukocite i niži broj neutrofila u usporedbi s drugim eksperimentalnim dijetama (P Manje od ili jednako 0,05). Međutim, nakon toplinskog stresa otkriven je porast broja trombocita, MCV, MCH, leukocita i neutrofila, dok je broj limfocita smanjen (P manji od ili jednak 0,05) i nije bilo utjecaja na ostale hematološke parametri (P Veći ili jednak 0,05).

Biokemijska analiza krvi.

Rezultati biokemijske analize krvi prije i nakon toplinskog stresa nilske tilapije hranjene eksperimentalnim dijetama prikazani su u tablici 5. Postoji dubok učinak i prehrane i toplinskog stresa na biokemijske krvne parametre fsh (P Manje od ili jednako do 0.05). ALT je pokazao najveću aktivnost u C200, zatim CON i C100, a potom C50 i CN200, dok su najniže vrijednosti dobivene u tretmanima CN50 i CN100 (P Manje od ili jednako 0,05). Najveća aktivnost AST zabilježena je u tretmanima C200, zatim C100 i CON tretmanima, a zatim C50, dok je najniža aktivnost otkrivena u tretmanima CN50, CN100 i CN200 (P Manje od ili jednako 0,05).

Međutim, vrijednost AST u CN20{{10}} nije se značajno razlikovala od C50 (P veće od ili jednako 0.{{35} }5). Najviše razine IgM dobivene su u C200, C100, CN100 i CN200, a zatim CN50, dok su C50 i CON dali najniže vrijednosti (P ​​manje manji ili jednak 0,05). C200 je pokazao najvišu razinu C3, a zatim CN50 (P manji od ili jednak 0,05), dok se C100, CN100 i CN200 nisu značajno razlikovali od C200 ili CN50 (P veći od ili jednak 0,05). C50 i CON dali su najniže vrijednosti za C3 (P manje od ili jednako 0,05). Najveće vrijednosti C4 nađene su u C200 i CN200, zatim CN50 pa CN100 i C100, dok su C50 i CON dali najniže rezultate (P Manje od ili jednako 0,05). C200 je dao najvišu vrijednost kortizola, zatim CON, zatim C100, a zatim CN200 i C50 (P Manje od ili jednako 0,05). Najniži rezultati kortizola zabilježeni su za CN50 i CN100 (P manji ili jednak 0,05). Glukoza dobivena u C200 i CON bila je viša nego u drugim tretmanima (P manji ili jednak 0,05). Nakon toplinskog stresa primijećen je porast ALT, AST, IgM, C3, C4, kortizola i glukoze (P manji ili jednak 0,05).

Rasprava

U trenutnoj studiji, hranjenje nilske tilapije dijetama koje sadrže kurkumin dovelo je do osjetno boljih rezultata rasta u usporedbi s kontrolnom prehranom. Nadalje, ova studija nevjerojatno otkriva superiornost nano-kurkumina u odnosu na njegov slobodni oblik u poboljšanju učinka rasta nilske tilapije. U trenutnoj studiji, najbolji rast (WG, SGR i ADG) i iskorištenost hrane (FCR i PER) nilske tilapije postignuti su pri 100 mg kg-1, nakon čega je slijedila prehrana s 200 mg kg-1 nano-kurkumina . Ovo se slaže s Mahmoudom i suradnicima23 koji su otkrili da hranjenje nilske tilapije (Oreochromis niloticus) s 50 ili 100 mg kg-1 dijetom kurkumina poboljšava učinak rasta i iskorištavanje hrane. Povezali su to poboljšanje rasta i iskorištenja hrane s poboljšanim aktivnostima probavnih enzima (amilaze, proteaze, tripsina i lipaze)22,40.

Osim toga, kurkumin može poboljšati druge enzime (Na plus /K plus -ATPazu, intestinalnu alkalnu fosfatazu, gama-glutamil transpeptidazu i kreatin kinazu) koji su odgovorni za razgradnju i asimilaciju hranjivih tvari22. Štoviše, kurkumin može djelovati kao prebiotik, promičući crijevne fore i poboljšavajući crijevnu probavu i apsorpciju, što rezultira poboljšanim ukupnim zdravljem i rastom fsh40. Pozitivni učinci dodataka prehrani kurkumina otkriveni su kod različitih vrsta riba kao što su amur (Ctenopharyngodon ideas)41, karas (Carassius auratus)22, veliki žuti krakar (Pseudosciaene crocea)42, kalifornijska pastrva (Oncorhynchus mykiss)17 i azijska brancin (Lates calcarifer)43.

Kao što je prethodno spomenuto, ova studija je bolja za nanočestice kurkumina u odnosu na slobodni kurkumin u povećanju stope rasta nilske tilapije. Drugim riječima, niža doza nano-kurkumina može poboljšati učinak rasta nilske tilapije i dati iste učinke kao veća doza slobodnog kurkumina. Na primjer, dijeta od 50 mg kg-1 nano-kurkumina dala je iste učinke kao i dijeta od 100 mg kg-1 slobodnog kurkumina. U prilog tome, nano-kurkumin je pokazao 60-struko povećanje biološkog poluživota u usporedbi sa slobodnim kurkuminom u štakorskim modelima44. Štoviše, nano-kurkumin pokazuje veću sustavnu bioraspoloživost u plazmi i tkivima u usporedbi sa slobodnim kurkuminom30. To može biti posljedica niske topljivosti slobodnog kurkumina u vodi; stoga stvara agregate i podložan je opsonizaciji, dok se nano-kurkumin potpuno otapa u vodi bez agregacija zbog svog zeta potencijala27.

Dodatak slobodnog kurkumina i nano-kurkumina, na najvišoj razini (200 mg kg-1 prehrana) u trenutnoj studiji smanjio je rast i iskoristivost hrane u usporedbi s CON. Zapravo, kurkumin je polifenol. Zabilježeno je da se niske doze polifenola mogu bioakumulirati u tjelesnim tkivima gdje se ne apsorbiraju u potpunosti u crijevima45. Visoke razine polifenola mogu uzrokovati regresiju rasta46. Taj je učinak bio manji u tretmanima nano-kurkuminom, što ukazuje da bi nano-kurkumin mogao biti sigurniji od svog slobodnog oblika. U prilog tome, Lee et al.47 otkrili su biološku sigurnost korištenja nano-kurkumina.

U ovoj studiji, kurkumin i nano-kurkumin povećali su sadržaj sirovih proteina i lipida u tijelu ribe. Slično tome, dodatak prehrani s kurkuminom na razinama od 50-200 mg kg-1 dijeta značajno je poboljšao taloženje sirovih lipida i proteina u mišićima nilske tilapije23. To bi moglo biti povezano s regulacijom crijevne mikrobiote, koja je poboljšala učinkovito korištenje hranjivih tvari23. Drugo objašnjenje bilo bi blagotvorno djelovanje kurkumina na aktivnost probavnih enzima riba uključujući tripsin, lipazu i amilazu22. Dodatno, negativno nabijene čestice, poput nano-kurkumina, usporavaju stopu adsorpcije serumskih proteina, što rezultira dužim poluživotom cirkulacije od pozitivno nabijenih čestica48. To bi moglo objasniti zašto je prehrana hranjena ribom koja je sadržavala nano-kurkumin imala veći sadržaj sirovih proteina od prehrane hranjene ribom bez kurkumina.

Svako povećanje aktivnosti jetrenih enzima, kao što su ALT i AST, biološki je marker oštećenja jetre49,50. U ovoj studiji, razine ALT-a i AST-a bile su smanjene u skupinama koje su primale nano-kurkumin prije ili nakon toplinskog stresa i do neke mjere u skupinama koje su primale slobodni kurkumin, pokazujući prednosti nano-kurkumina (ovo je opravdano ranije u ovoj raspravi ). Na sličan način, kurkumin može spriječiti hepatotoksičnost kod štakora izazvanu vodikovim peroksidom i smanjiti razine enzima ALT i AST51. Štoviše, eksperimentalni rezultati kod miševa s fibrozom uzrokovanom ugljikovim tetrakloridom (CCl4) pokazali su da nano-kurkumin značajno smanjuje razine ALT i AST 52. Dakle, sposobnost kurkumina da smanji neke krvne markere (kao što su ALT i AST) ukazuje na njegovu sposobnost anti -upalni agens tijekom ozljede jetre53.

Unatoč zaštitnim učincima kurkumina protiv oštećenja jetre u ovoj studiji pri umjerenoj koncentraciji (dijeta od 100 mg kg-1), štetni učinci pojavili su se pri višoj koncentraciji (dijeta od 200 mg kg-1). Slijedeći isti obrazac, kurkumin je također pokazao učinak ovisan o koncentraciji kod divovskog šarana (Cyprinus carpio), koji je patio od oštećenja jetre izazvanog CCl54. Slično tome, otkriveno je da kurkumin ima dvostruki učinak na alkoholno oštećenje jetre kod mužjaka štakora, ovisno o koncentraciji, budući da je njegov zaštitni učinak postignut samo pri niskoj koncentraciji, ali je ubrzanje oštećenja jetre uočeno pri višoj koncentraciji 55. Druga studija u štakori su pokazali da visoka koncentracija s dugotrajnim unosom kurkumina može smanjiti tjelesnu težinu, ubrzati oksidativni stres i upalu te potaknuti oštećenje jetre dok povećava razine AST i -GGT56.

Dvostruki učinak kurkumina može se povezati s njegovom sposobnošću da stimulira hem oksigenazu-1 (HO-1) u netoksičnim i toksičnim koncentracijama, a indukcija HO-1 povezana je s proizvodnjom reaktivne kisikove vrste (ROS), što ukazuje na uzročnu vezu57. Slično, Cao i sur.58 otkrili su da pri nižim koncentracijama kurkumin ima korisne učinke inducirajući antioksidativne aktivnosti; međutim, veće koncentracije povećavaju stanične razine ROS-a, što rezultira oksidativnim oštećenjem DNA u stanicama ljudskog hepatoma G2.

Toplinski stres podiže pokazatelje stresa, poput razine kortizola i glukoze. U trenutnoj studiji, uključivanje kurkumina (isključujući dijetu s visokom dozom od 200 mg kg-1) ili nano-kurkumina u prehrani tilapijom smanjilo je i glukozu i kortizol prije ili nakon toplinskog stresa. Najbolje razine kortizola otkrivene su na CN50 i CN100. To je vjerojatno opravdano prirodom kurkumina kao polifenola. Pokazalo se da polifenoli poboljšavaju pokazatelje stresa kortizol i glukozu59,60). Ovi se učinci također mogu pripisati antioksidacijskim svojstvima kurkumina, za koji je utvrđeno da eliminira lipidne radikale u staničnoj membrani i postaje fenoksilni radikal14,61. Štoviše, kurkumin snižava razinu glukoze u jetri povećanjem unosa glukoze putem regulacije ekspresije gena GLUT2, GLUT3 i GLUT462. U prilog tome, Wei i suradnici63 otkrili su da je kurkumin u prehrani značajno smanjio kortizol izazvan stresom za jednu trećinu kod svinja.

Međutim, u ovoj studiji, veća koncentracija kurkumina (dijeta od 200 mg kg-1) dovela je do više razine kortizola u usporedbi s drugim tretmanima, uključujući kontrolnu skupinu. Paralelno, C200 proizvodi višu razinu glukoze sličnu onoj koju je dobila kontrolna skupina. Isti je učinak zabilježen kod kokoši nesilica, gdje veće doze kurkumina nisu smanjile kortizol u usporedbi s nižim koncentracijama koje su smanjile razinu kortizola prije ili nakon izlaganja visokoj temperaturi 64. Autori su povezali ovaj učinak s potencijalom dvostrukog djelovanja kurkumina, jer može djelovati kao antioksidans i/ili oksidans, ovisno o dozi65. Visoka koncentracija peroksida povećava oslobađanje ROS koji oštećuje stanice i tkiva65.

U ovoj studiji, eksperimentalne dijete nisu utjecale na hematološke brojke, osim za C200 koji je dao veće leukocite i niže neutrofile u usporedbi s drugim eksperimentalnim dijetama. Povišeni broj leukocita pri visokoj razini kurkumina (dijeta od 200 mg kg−1) može naglasiti stresni status ribe pri ovoj koncentraciji. Leukocitoza je izravno proporcionalna težini stresa kao i šteti od stresa koja naknadno pokreće imunološki obrambeni sustav 66,67.

Temperatura utječe na hematološke parametre u fsh68. S tim u vezi, nakon toplinskog stresa, trombociti, MCV, MCH, leukociti i neutrofili su porasli dok se broj limfocita smanjio, a nije bilo utjecaja na druge krvne parametre u trenutnoj studiji. U prilog tome, Grzelak i sur.69 izvijestili su o značajnoj limfopeniji i neutrofiliji kod zebrica (Danio rerio) pod akutnim stresom u usporedbi s nestresnim ili kontrolnim fsh. Štoviše, toplinski stres rezultira hipoksijom ili anoksijom70,71, a ovaj je učinak prijavljen u ovoj studiji. S druge strane, otkriveno je da hipoksija povećava broj leukocita, trombocita i neutrofila i smanjuje broj limfocita u crvenoj tilapiji 72. To se može povezati s povišenom razinom kortizola 72. Neutrofilija i limfopenija bile su očite nakon tretmana kortizolom kod šarana (C. carpio L.)73. Šaran (Carassius carassius) proizveo je visok omjer neutrofila i limfocita u krvi nakon što je bio izložen stresu, što je usko povezano s povišenim razinama glukokortikoida 74.

Imunoglobulin M i komplementi (C3 i C4) glavne su komponente urođenog imunološkog sustava riba, i oni su među prvim linijama obrane imunološkog sustava i igraju ključnu ulogu u zaštiti zdravlja riba75-78. IgM i komplementi igraju važnu ulogu u zaštiti životinjskog tijela od infekcije tijekom stresa, kao i u promicanju gutanja apoptotskih i ozlijeđenih stanica79-82. Zapravo, prije i nakon toplinskog stresa u ovoj studiji, razine IgM, C3 i C4 porasle su s uključivanjem kurkumina u ishranu. Štoviše, nano kurkumin je pokazao bolje poboljšanje u ovim pokazateljima od slobodnog kurkumina. Ovdje prikazani rezultati za IgM, C3 i C4 ističu dvije činjenice: niska doza kurkumina je bolja, a nano-formulacija je učinkovitija (što je opravdano ranije u ovoj raspravi). Kao potporu, kurkumin je inducirao urođeni imunološki odgovor nilske tilapije u dozi od 50 mg kg-1 prehrane, ali je rast bio inhibiran na višim razinama23. Ovo istraživanje pokazalo je da se razine IgM, C3 i C4 povećavaju s povišenom temperaturom, otkrivajući stimulaciju proizvodnje protuupalnih tvari za smanjenje oštećenja tkiva. Ovo je potkrijepljeno rezultatima serumskih jetrenih enzima (ALT i AST) u ovoj studiji. Poznato je da toplinski stres uzrokuje oštećenje tkiva i oksidativni stres kod riba; stoga dovodi do apoptoze i stanične smrti83-85. Kratkotrajni akutni toplinski stres dovodi do povišene regulacije C3 i C486. Štoviše, nedostatak u sustavu komplementa povećao je vaskularno oštećenje, vaskularnu propusnost i angioedem 87. Postupno povećanje razine IgM u plazmi primijećeno je s povećanjem temperature (18, 23, 28, 33 stupnja) kod nilske tilapije, osim kod najviše temperature10. Slično tome, uzgoj brancina (Dicentrarchus labrax) na visokoj temperaturi (23 stupnja ) povećao je njihove razine IgM u usporedbi s uzgojem riba na 17 stupnjeva 88. Naprotiv, druge su studije otkrile da je HS smanjio razine IgM, C3 i C4 u fsh89– 91. Ovo odstupanje može se opravdati trajanjem toplinskog stresa, gdje se razine IgM, C3 i C4 podižu pod akutnim stresom, ali se smanjuju pod kroničnim stresom9,10. Deverika (Megalobrama amblycephala Yih) pokazala je povećanje alternativnih aktivnosti komplementa i razine IgM nakon 6 sati izlaganja toplinskom stresu, koje su se smanjile nakon 12 sati9.

Zaključno, nano-kurkumin ima superiornost u odnosu na slobodni kurkumin u poboljšanju učinka rasta, pokazatelja stresa, nespecifičnog imuniteta i otpornosti na toplinski stres nilske tilapije. Dodatak prehrani s nano-kurkuminom na razinama od 50 ili 100 mg kg-1 prehrane bio je učinkovit u poboljšanju performansi i ublažavanju negativnih učinaka toplinskog stresa, dok su doze od 100 ili 200 mg kg-1 prehrane poboljšale učinak rasta nilske tilapije . Stoga je doza od 100 mg kg-1 dijete bila učinkovita i za učinak rasta i za otpornost na toplinu.

Dostupnost podataka

Svi podaci generirani ili analizirani tijekom ove studije uključeni su u ovaj objavljeni članak.

Reference

Wang, M. & Lu, M. Polikultura tilapije: Globalni pregled. Akvakultura. Res. 47, 2363-2374 (2016).

2. FAO (Organizacija Ujedinjenih naroda za hranu i poljoprivredu). 2020. Globalna akvakulturna proizvodnja 1950–2020.

3. Bao, JW i sur. Odgovori biokemije krvi, sastava masnih kiselina i ekspresije mikroRNK na toplinski stres kod genetski poboljšane uzgojene tilapije (Oreochromis niloticus). J. Pojam. 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 Dijetalni natrijev butirat poboljšao je biomarkere krvnog stresa, proteine ​​toplinskog šoka i imunološki odgovor nilske tilapije (Oreochromis niloticus) izložene toplinskom stresu. J. Pojam. Biol. 88, 102500 (2020).

6. Bagath, M. i sur. Utjecaj toplinskog stresa na imunološki sustav mliječnih goveda. Rev. Res. Veterinar. Sci. 126, 94–102 (2019).

7. Chu, GM & Song, YM Učinak rasta, karakteristike krvi i imunološki odgovori tovnih svinja u različitim godišnjim dobima. azijski J. Anim. Veterinar. Adv. 8(5), 691–702 (2013).

8. Das, R. i sur. Utjecaj toplinskog stresa na zdravlje i proizvodnost mliječnih životinja: prikaz. Veterinar. Svijet. 9, 260–268 (2016).

9. Zhang, C.-N. et al. Učinci fruktooligosaharida na imunološki odgovor, antioksidacijsku sposobnost i ekspresiju HSP70 i HSP90 u deverike (Megalobrama amblycephala Yih) pod visokim toplinskim stresom. Akvakultura 433, 458–466 (2014).

10. Dominguez, M., Takemura, A., Tsuchiya, M. i Nakamura, S. Utjecaj različitih okolišnih čimbenika na razine cirkulirajućeg imunoglobulina u nilskoj tilapiji, Oreochromis niloticus. Akvakultura 241, 491e500 (2004).

11. Galina, J., Yin, G., Ardo, L. & Jeney, Z. Upotreba imunostimulirajućeg bilja u ribama: pregled istraživanja. Fish Physiol, Biochem. 35, 669–676 (2009).

12. Vallejos-Vidal, E., Reyes-López, F., Teles, M. & MacKenzie, S. Odgovor fsh na imunostimulirajuće dijete. Imunol za školjke i ribe. 56, 34–69 (2016).

13. Lee, WH i sur. Kurkumin i njegovi derivati: njihova primjena u neurofarmakologiji i neuroznanosti u 21. stoljeću. Curr. Neuropharmacol. 11, 338–378 (2013).

14. Ak, T. Antioksidativna i radikalna svojstva kurkumina. Chem. Biol. Interakcija. 174, 27–37 (2008).

15. Aggarwal, BB & Harikumar, KB Potencijalni terapeutski učinci kurkumina, protuupalnog sredstva, protiv neurodegenerativnih, kardiovaskularnih, plućnih, metaboličkih, autoimunih i neoplastičnih bolesti. Int. J. Biochem. Cell Biol. 41, 40–59 (2009).

For more information:1950477648nn@gmail.com