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

Druga najčešća vrsta Fsh koja se proizvodi 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 porasla je sa manje od 0,5 miliona metričkih tona (MMT) ranih 1990-ih na 6,03 MMT u 2018, sa prosječnom godišnjom stopom rasta od 13,5 posto 2.

Međutim, intenzivna kultura tilapije čini je osjetljivom na različite faktore stresa, kao što je toplotni stres (HS), glavna posljedica globalnog zagrijavanja3. Iako nilska tilapija može podnijeti širok raspon temperatura (optimalni temperaturni raspon je 25-28 stepeni), temperature vode iznad optimalnog raspona mogu potisnuti imuni sistem i oštetiti njegov antioksidativni odgovor4,5. HS potiskuje imuni sistem putem ćelijski posredovanih i humoralnih imunih odgovora.

Na primjer, utvrđeno je da HS smanjuje nivo imunoglobulina (IgG i IgM)7. Primarni indikatori imunološkog odgovora (bijela krvna zrnca, crvena krvna zrnca, hemoglobin i glukoza) također su pogođeni tokom HS8. Deverika (Megalobrama amblycephala Yih) je pokazala povećanje lizozima, alternativnih aktivnosti komplementa, nivoa ukupnih proteina i IgM nakon 6 h izloženosti toplotnom stresu, pa su ovi parametri smanjeni9. Posljedično, toplinski stres može negativno utjecati na zdravlje riba, što dovodi do regresije rasta i visokog mortaliteta Fsh10. Jačanje odbrambenih mehanizama riba primjenom imunostimulansa u ishrani postao je prioritet za kontrolu faktora stresa u akvakulturi11. Među različitim imunostimulansima, ljekovito bilje sadrži kemijske sastojke koji pojačavaju imunitet specifičnim ili nespecifičnim putevima, čineći životinju otpornijom na vanjske stresore12.

Hemoglobin je važan protein u našem ljudskom tijelu, koji može prenositi 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 utiču na kardiopulmonalnu funkciju, ovi efekti mogu ojačati i imunitet organizma i učiniti nas zdravijima.

Istraživanja su pokazala da je nivo hemoglobina usko povezan sa sposobnošću organizma da se odupre bolestima. Viši nivo hemoglobina može pomoći tijelu da poboljša svoju sposobnost da se bori protiv bakterija i virusa i spriječi pojavu bolesti. Istovremeno, hemoglobin takođe može poboljšati imunitet organizma i poboljšati odgovor organizma na vakcine, čime efikasno sprečava bolesti.

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

Ukratko, uticaj hemoglobina na ljudski imunitet je veoma važan. Održavanje odgovarajućeg nivoa hemoglobina može zaštititi imunološki sistem tijela i spriječiti bolesti. Stoga bismo trebali posvetiti više pažnje suplementaciji namirnicama bogatim gvožđem, kao što su crveno meso, pasulj i povrće, kako bismo osigurali da tijelo ima dovoljno hemoglobina. U isto vrijeme, ojačajte svoj imunološki sistem i zaštitite svoje zdravlje održavanjem vježbanja, dobrim životnim navikama i razumnom prehranom. Sa ove tačke gledišta, moramo poboljšati svoj imunitet. Cistanche može značajno poboljšati imunitet, jer je Cistanche bogat raznim antioksidativnim supstancama, kao što su vitamin C, vitamin C, karotenoidi itd. Ovi sastojci mogu ukloniti slobodne radikale i smanjiti oksidativni stres. Stimulišu i poboljšavaju otpornost imunog sistema.

Kliknite na zdravstvene prednosti cistanchea

Kurkumin je narandžasto-žuti, hidrofobni, bioaktivni biljni sastojak i polifenolno jedinjenje ekstrahirano 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. Dakle, kurkumin može stimulirati urođeni imuni sistem u FSH18,19. Nekoliko studija je pokazalo blagotvorno djelovanje kurkumina kao potencijalnog kandidata za imunostimulans i antioksidans u ishrani različitih vrsta riba20-26. Međutim, slaba topljivost u vodi i biodostupnost ograničavaju praktičnu primjenu kurkumina13.

Nedavno je razvijen nanokurkumin kako bi se izbjegla loša svojstva kurkumina i poboljšala njegova terapeutska djelovanja27. Za razliku od kurkumina, koji formira grudve zbog svoje niske rastvorljivosti u vodi, nano kurkumin se potpuno otapa u vodenom mediju i ne stvara nikakve grudvice zbog prisustva zeta potencijala27. U poređenju sa slobodnim kurkuminom, nano-kurkumin je pokazao veću permeabilnost, dužu cirkulaciju i bolju sistemsku bioraspoloživost u plazmi i tkivima28–30.

Prema Jiangu et al.31 kurkumin napunjen u nanosferama stimulirao je njegove antioksidativne i imunološke aktivnosti. Ovi efekti mogu biti povezani sa smanjenjem čestica na nanometričku skalu, što osigurava održivo oslobađanje aktivnih materijala i povećava bioraspoloživost i nivoe molekularne disperzije31. Iako nisu rađene studije koje bi uporedile učinak nano-kurkumina sa efektom njegovog slobodnog oblika na ribu ribu, nedavno je testiran na pticama kao što je japanska prepelica (Coturnix japonica)32. Marchiori et al.32 otkrili su da nano-kapsulirani kurkumin poboljšava performanse japanskih prepelica (Coturnix japonica) u trostruko nižoj dozi od slobodnog kurkumina, što ukazuje na potencijal nanomaterijala za poboljšanje životinjske proizvodnje.

Do sada, nano-kurkumin nije testiran u ishrani ribe. Stoga je ova studija imala za cilj procijeniti efekte dijetetskih suplemenata sa slobodnim ili nano-oblikom kurkumina na poboljšanje performansi rasta, statusa imuniteta i otpornosti na toplotni stres kod nilske tilapije.

materijali i metode

Eksperimentalne dijete.

Sastav i hemijska analiza eksperimentalnih dijeta prikazani su u tabeli 1. Pripremljeno je sedam izonitrogenih (28 posto proteina) i izokaloričnih (445 kcal/100 g DM) dijeta. Šest dijeta je dopunjeno sa tri nivoa 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 je ostavljena bez aditiva (CON). Suhi i svježe mljeveni sastojci su dobro izmiješani ručno uz dodavanje ulja. Nakon toga svi sastojci su umiješani postupnim dodavanjem tople vode. Tijesto je peletirano pomoću mljevenja za meso odgovarajućeg prečnika. Dijeta je sušena na suncu i čuvana na -20 stepeni u plastičnim teglama.

Riba i eksperimentalni objekti.

Mladunci nilske tilapije (Oreochromis niloticus) nabavljeni su sa komercijalne farme u blizini Aleksandrije i držani u rezervoaru od stakloplastike (1 m3) u laboratoriji za uzgoj ribe u Nacionalnom institutu za oceanografiju i ribarstvo, ogranak u Aleksandriji, Egipat. Sto šezdeset i osam ribica (13,54±0.32 g) je obnovljeno u 21 staklenom akvariju (70 L akvarijum-1) sa gustinom od 8 riba po akvarijumu. Svaki tretman se sastojao od 3 ponavljanja (A, B i C). Ribe su aklimatizovane na akvarijum 2 nedelje i hranjene su na kontrolnoj ishrani kako bi se prilagodile eksperimentalnoj ishrani. Ribe su hranjene eksperimentalnim dijetama tri puta dnevno do sitosti tokom 65 dana. Dehlorisana voda iz slavine je obezbeđena u svaki akvarijum uz kontinuiranu aeraciju. Količina hrane koja se konzumira u svakom tretmanu izračunata je sedmično na osnovu razlike u težini posuda za hranu prije i nakon hranjenja. Fotoperiod je postavljen na 12 h:12 h svjetlo: tamno. Parametri kvaliteta vode praćeni su svake sedmice za vrijeme trajanja eksperimenta pomoću Hanna Aquaculture Multiparameter Photometer, HI83303. Temperatura vode, rastvoreni kiseonik, amonijak-N i pH su zabeleženi na sledeći način; 25±2,1 stepen, 6,4 mg L−1, 0,05 mg L−1, i 7,7, respektivno. Nakon izlaganja toplotnom stresu (40 stepeni), rastvoreni kiseonik i amonijak-N u akvarijumu iznosili su 2,1 mg L−1, odnosno 0,62 mg L−1. Dva sata nakon hranjenja, izmet je uklonjen sifonom.

Etička deklaracija.

Eksperimenti su izvedeni prema smjernicama koje je zacrtao i odobrio Nacionalni institut za oceanografiju i ribarstvo Komitet za institucionalnu brigu o vodenim organizmima i eksperimentalnim životinjama (NIOF-IACUC), Egipat.

Kurkumin i nanokurkumin preparat.

Kurkumin i nano-kurkumin pripremio je istraživački odjel NanoTech Egypt za foto-elektroniku i nanotehnologiju. Nano-kurkumin je pripremljen metodom redukcije kako su opisali Dhivya et al.33. UV-Vis apsorpcijski spektri su dobijeni na Ocean Optics USB2000 plus VIS-NIR Fiber optičkom spektrofotometru. Za proučavanje površinske morfologije i veličine nanočestica korišten je transmisioni elektronski mikroskop visoke rezolucije (TEM), JEOL JEM-2100. TEM snimanje je otkrilo gotovo sferni oblik, glatku površinu i ujednačenu distribuciju veličine skoro 50±5,5 nm nanokurkumina (slika 1). Distribucija 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 i 4.16, respektivno (slika 2).

Hemijski sastav tijela.

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

Uzimanje krvi.

Nakon eksperimenta hranjenja, šest riba po tretmanu je uzorkovano za analizu krvi. Ulje karanfilića (0.1 ml L−1) korišteno je za anesteziranje riba. Uzorci krvi (1 ml) su sakupljeni iz kaudalne vene ribe u plastične mikroepruvete koje sadrže antikoagulant (dikalijum etilendiamintetrasirćetna kiselina, EDTA) za očuvanje uzoraka za upotrebu u hematološkom testu. Jedan mL krvi iz svakog uzorka je sakupljen u mikroepruvete bez antikoagulansa i centrifugiran 10 minuta na 2500×g da se odvoji serum, koji je određen za biohemijski 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 diferencijalni broj (neutrofili (NEUT), limfociti (LYMPH)), monociti (MON), eozinofili (EO), bazofili (BAS) i nezreli granulociti (IG) izbrojani su pomoću automatskog hemocitometra XE 2100 (Advia 2120 & Sysmex, Siemens). Svi navedeni indeksi su procijenjeni prije i nakon toplinskog stresa.

Biohemija seruma.

U serumu uzoraka krvi analizirane su koncentracije alanin aminotransferaze (ALT), serumske aspartat aminotransferaze (AST), imunoglobulina M (IgM), komplementa 3 i 4 (C3 i C4 respektivno), koncentracije kortizola i glukoze. Glukoza je analizirana metodom heksokinaze35 korišćenjem Cobas pakovanja (referentni broj, 04404483 190) preko Cobas-c 311 analizatora, sistem-ID 0768316. Kortizol je određen na osnovu formiranja odgovarajućeg imunološkog kompleksa36 putem paketa za elektrohemiluminiscentni imunotest "ECLIA" (referentni broj, 11875116 122) korištenjem Cobas-e imunološkog analizatora. ALT analiza je izvršena korišćenjem Cobas C paketa (referentni broj, 207649q57 322), analizatora Cobas-C 311, ID sistema 0,764,957.

ALT je detektovan prema Bergmeyer et al.37 i ECCLS38. ALT je katalizirao reakciju između L-alanina i 2-oksoglutarata. Te-formirani piruvat se reducira pomoću NADH u reakciji koju katalizira laktat dehidrogenaza (LDH) kako bi se formirao L-laktat i NAD. Brzina NADH oksidacije je direktno proporcionalna katalitičkoj aktivnosti ALT. Određuje se mjerenjem smanjenja apsorpcije. AST u uzorku je katalizirao prijenos amino grupe između L-aspartata i 2-oksoglutarata da bi se formirao oksaloacetat i L-glutamat.

Oksaloacetat je zatim reagovao sa NADH, u prisustvu malat dehidrogenaze (MDH), da bi formirao NAD. Ovaj test je slijedio preporuke IFCC-a, ali je optimiziran prema Bergmeyer et al.37 i ECCLS38 korištenjem Cobas c paketa (referentni broj, 20764949322) kroz Cobas-C 311 analizator. Sistem ID 076494I. IgM je određen na osnovu principa imunološke aglutinacije39 preko Cobas c 311, sistem ID 0767883 korišćenjem Cobas c paketa (referentni broj, 03507190). IgM antitela i antigeni su reagovali jedni na druge u uzorku i formirali kompleks antigen/antitelo. Nakon aglutinacije, to je izmjereno turbidimetrijski na pod/glavnoj talasnoj dužini: 700/340. C3 i C4 su određeni formiranjem precipitata dodavanjem specifičnog antiseruma, a zatim su određeni turbidimetrijski na pod/glavnoj talasnoj dužini: 700/34039. C3 je mjeren preko Cobas c 311, sistem ID 0765600 koristeći Cobas c paket (referentni broj, 03001938322). C4 je analiziran preko Cobas c 311, sistemski ID 0765619 koristeći Cobas c paket (referentni broj, 03001962322).

Toplotni stres.

Nakon završetka eksperimenta hranjenja, pet riba iz svake replike je sakupljeno iz eksperimentalnog staklenog akvarija i prebačeno u akvarijum od 0.5-tona od fiberglasa koji sadrži 7 jedinica za pod-odgajanje (7- L perforirane plastične cilindrične posude). Svaki kontejner predstavlja repliku svakog tretmana. Replikacije A, B i C svakog tretmana bile su izložene toplotnom stresu prvog, drugog i trećeg dana. Stoga je izazov toplotnog stresa ponovljen tri puta u tri uzastopna dana. Temperatura vode je postepeno podizana sa 25 na 40 stepeni u roku od 3 sata. Temperaturu vode kontrolirao je umjetni termostat. Nakon izlaganja na 40 stepeni u trajanju od 4 h, riba iz svake jedinice je anestezirana uljem karanfilića. Uzimani su uzorci krvi za određivanje ALT, AST, IgM, C3 i C4, nivoa glukoze i kortizola, kao i hematološki broj riba.

Statistička analiza.

Podaci o performansama rasta i korištenju hrane obrađeni su korištenjem jednosmjerne analize varijanse (ANOVA). Dvosmjerna ANOVA korištena je za procjenu učinka toplotnog stresa i eksperimentalne prehrane na ribu. Duncanov post hoc test je korišten za rangiranje sredstava. P Manje ili jednako 0.05 se smatralo statistički značajnim. Sve statistike su obrađene pomoću paketa SPSS (verzija 23.0).

Deklaracija.

Sve metode su prijavljene prema smjernicama ARRIVE 2.0.

Rezultati

Učinak rasta i korištenje hrane.

Rezultati rasta i iskorišćenja hrane za ribe hranjene eksperimentalnim načinom ishrane prikazani su u tabeli 2. Najveća konačna težina (FW) i prirast (WG) dobijeni su kod CN100 hranjenih ribom, a zatim CN200 (P manje od ili jednako 0.05). Ribe hranjene na CN50 davale su umjerene FW i WG i bile su slične onima hranjenim na C100 (P veće ili jednako 0.0 5). Najniži rezultati WG zabilježeni su kod CON hranjenih ribom hranom, C50 ili C200 (P manji ili jednak 0,05). Ribe hranjene CN100 i CN200 pokazale su najvišu specifičnu stopu rasta (SGR), a zatim CN50 i C100 (P manji ili jednak 0,05). Međutim, SGR u CN200 hranjenom ribom nije se značajno razlikovao od CN50 ili C100 (P veći ili jednak 0,05). Grupe riba CON, C50 i C200 dale su najniži SGR (P manji ili jednak 0,05). Najveći rezultat prosječnog dnevnog prirasta (ADG) zabilježen je u grupi CN100, zatim slijede CN200, a zatim grupe CN50 i C100 (P manji ili jednak 0,05). Grupe CON, C50 i C200 pokazale su najniže vrijednosti ADG (P manji ili jednak 0,05). Najveći unos hrane (FI) zabilježen je u CN50, CN100, CN200 i C100, a zatim slijede grupe CON, C50 i C200 (P manji ili jednak 0,05). Najniži FCR detektovan je u CN100 i CN200, zatim CN50 i C100, dok su najveće vrednosti FCR uočene u CON, C50 i C200 (P manji ili jednak 0,05). Grupe CN100 i CN200 dale su najveće vrijednosti omjera efikasnosti proteina (PER), zatim CN50 i C100 dok su najniže vrijednosti proizvedene u CON, C50 i C200 (P manji ili jednak 0,05).

Hemijski sastav tijela.

Rezultati približnog hemijskog sastava nilske tilapije hranjene eksperimentalnom prehranom ilustrirani su u tabeli 3. Nije bilo značajnih varijacija u suhoj tvari među različitim grupama (P veće ili jednako 0.05 ). Najveće vrijednosti sirovog proteina (CP) dobijene su u CN50, CN100, CN200 i C100, zatim CON, C50 i C200 (P manje ili jednako do 0,05); međutim, C50 se nije značajno razlikovao od CN50, CN100 i C100 (P veće ili jednako 0,05). Svi tretmani su imali veći odnos sirovih lipida od CON (P manji ili jednak 0,05). Najveći rezultati pepela zabilježeni su u CON i C200, zatim C50, a najniži rezultati uočeni su u CN50, CN100, CN200 i C100 (P manji ili jednak 0,05).

Hematološka analiza.

U tabeli 4 prikazana je hematološka analiza riba nakon eksperimenta hranjenja na 25 stepeni i nakon toplotnog stresa na 40 stepena. Rezultati su otkrili da su eksperimentalna prehrana i toplinski stres značajno utjecali na neke hematološke parametre (P manji ili jednak 0.05). Eksperimentalne dijete nisu uticale na hematološki broj (P veći ili jednak {{10}}}.05) osim C200, koji je dao više leukocita i manji broj neutrofila u poređenju sa drugim eksperimentalnim dijetama (P manje od ili jednako 0,05). Međutim, nakon toplotnog stresa uočen je porast broja trombocita, MCV, MCH, leukocita i neutrofila, dok je broj limfocita smanjen (P manji ili jednak 0,05) i nije bilo efekta na druge hematološke parametri (P veći ili jednak 0,05).

Biohemijska analiza krvi.

Rezultati biohemijske analize krvi prije i nakon toplotnog stresa nilske tilapije hranjene eksperimentalnim dijetama prikazani su u Tabeli 5. Postoji duboki utjecaj prehrane i toplotnog stresa na biokemijske parametre krvi ribe (P manje ili jednako do 0.05). ALT je pokazao najveću aktivnost u C200, zatim CON i C100, a zatim C50 i CN200, dok su najniže vrijednosti dobijene u tretmanima CN50 i CN100 (P manji ili jednak 0,05). Najveća aktivnost AST-a data je u C200, zatim C100 i CON tretmanima, zatim C50, dok je najniža aktivnost otkrivena u tretmanima CN50, CN100 i CN200 (P manji ili jednak 0,05).

Međutim, vrijednost AST u CN20{{10}} nije se značajno razlikovala od C50 (P veće ili jednako 0.{{35} }5). Najviši nivoi IgM su dobijeni u C200, C100, CN100 i CN200, zatim CN50, dok su C50 i CON dali najniže vrijednosti (P ​​Manje veći ili jednak 0,05). C200 je pokazao najviši nivo C3, zatim CN50 (P manji ili jednak 0,05), dok se C100, CN100 i CN200 nisu značajno razlikovali od C200 ili CN50 (P veće ili jednako 0,05). C50 i CON su dali najniže vrijednosti za C3 (P manje ili jednako 0,05). Najveće vrijednosti C4 pronađene su u C200 i CN200, zatim CN50 i zatim CN100 i C100, dok su C50 i CON dale najniže rezultate (P manji ili jednak 0,05). C200 je dao najveću vrijednost kortizola, zatim CON, zatim C100, a zatim CN200 i C50 (P manji ili jednak 0,05). Najniži rezultati kortizola zabilježeni su za CN50 i CN100 (P manji ili jednak 0,05). Glukoza dobijena u C200 i CON bila je viša nego u drugim tretmanima (P manji ili jednak 0,05). Uočeno je povećanje ALT, AST, IgM, C3, C4, kortizola i glukoze nakon toplotnog stresa (P manji ili jednak 0,05).

Diskusija

U trenutnoj studiji, hranjenje nilske tilapije dijetama koje sadrže kurkumin dovelo je do primjetno boljih rezultata rasta u odnosu na kontrolnu ishranu. Nadalje, ova studija izvanredno otkriva superiornost nano-kurkumina nad njegovom slobodnom formom u poboljšanju performansi rasta nilske tilapije. U trenutnoj studiji, najbolji učinak rasta (WG, SGR i ADG) i iskorištavanje hrane (FCR i PER) nilske tilapije postignuti su pri 100 mg kg-1, nakon čega slijedi ishrana od 200 mg kg-1 nano-kurkumina. . Ovo se slaže sa Mahmoudom et al.23 koji su otkrili da hranjenje nilske tilapije (Oreochromis niloticus) sa 50 ili 100 mg kg-1 ishrane kurkumina poboljšava performanse rasta i iskorištavanje hrane. Povezali su ovo poboljšanje u performansama rasta i iskorištavanju hrane s poboljšanim aktivnostima probavnih enzima (amilaze, proteaze, tripsina i lipaze)22,40.

Osim toga, kurkumin može poboljšati druge enzime (Na plus /K plus -ATPaza, crijevna alkalna fosfataza, gama-glutamil transpeptidaza i kreatin kinaza) koji su odgovorni za razgradnju i asimilaciju nutrijenata22. Osim toga, kurkumin može djelovati kao prebiotik, promovirajući crijevne otvore i poboljšavajući probavu i apsorpciju crijeva, što rezultira poboljšanim ukupnim zdravljem i rastom FSH40. Pozitivni efekti dodataka ishrani kurkumina otkriveni su kod različitih vrsta riba kao što su amur (Ctenopharyngodon ideje)41, karas (Carassius auratus)22, veliki žuti rogoz (Pseudosciaene crocea)42, kalifornijska pastrmka (Oncorhynchus17 mykiss) brancin (Lates calcarifer)43.

Kao što je ranije spomenuto, ova studija je superiornija za nanočestice kurkumina u odnosu na slobodni kurkumin u povećanju stope rasta nilske tilapije. Drugim riječima, niža doza nanokurkumina može poboljšati učinak rasta nilske tilapije i dati iste efekte kao viša doza slobodnog kurkumina. Na primjer, dijeta od 50 mg kg-1 nano-kurkumina dala je iste efekte kao dijeta od 100 mg kg-1 slobodnog kurkumina. U prilog tome, nano-kurkumin je pokazao 60-putostruko povećanje biološkog poluživota u poređenju sa slobodnim kurkuminom na modelima pacova44. Štaviše, nanokurkumin pokazuje veću sistemsku bioraspoloživost u plazmi i tkivima u poređenju sa slobodnim kurkuminom30. Ovo može biti zbog niske rastvorljivosti slobodnog kurkumina u vodi; stoga formira agregate i podložan je opsonizaciji, dok se nano-kurkumin potpuno otapa u vodi bez agregacija zbog svog zeta potencijala27.

Dodavanje slobodnog kurkumina i nanokurkumina, na najvišem nivou (200 mg kg-1 ishrana) u trenutnoj studiji smanjilo je performanse rasta i iskorišćenje hrane u poređenju sa CON. U stvari, kurkumin je polifenol. Prijavljeno je da se male doze polifenola mogu bio-akumulirati u tjelesnim tkivima gdje se ne apsorbiraju u potpunosti u crijevima45. Polifenoli u visokim nivoima mogu uzrokovati regresiju rasta46. Ovaj efekat je bio manji kod tretmana nanokurkuminom, što ukazuje da nanokurkumin može biti sigurniji od njegovog slobodnog oblika. U prilog tome, Lee et al.47 otkrili su biosigurnost upotrebe nanokurkumina.

U ovoj studiji, kurkumin i nanokurkumin su povećali sadržaj sirovih proteina i lipida u tijelu ribe. Slično, dodatak ishrani sa kurkuminom na nivoima od 50-200 mg kg-1 dijetom značajno je poboljšao taloženje sirovih lipida i proteina u mišićima nilske tilapije23. Ovo bi moglo biti povezano s regulacijom crijevne mikrobiote, što je poboljšalo efikasnu upotrebu nutrijenata23. Drugo objašnjenje bi bilo blagotvorno djelovanje kurkumina na aktivnost probavnih enzima riba uključujući tripsin, lipazu i amilazu22. Osim toga, negativno nabijene čestice, kao što je nano-kurkumin, usporavaju brzinu adsorpcije serumskih proteina, što rezultira dužim poluživotom cirkulacije od pozitivno nabijenih čestica48. Ovo bi moglo objasniti zašto su dijeta hranjena ribom koja sadrži nano-kurkumin imala veći sadržaj sirovih proteina od hrane hranjene ribom bez kurkumina.

Svako povećanje aktivnosti jetrenih enzima, kao što su ALT i AST, biološki je marker oštećenja jetre49,50. U ovoj studiji, nivoi ALT i AST su smanjeni u grupama nano-kurkumina bilo pre ili posle toplotnog stresa i donekle u grupama sa slobodnim kurkuminom, demonstrirajući prednosti nano-kurkumina (ovo je opravdano ranije u ovoj raspravi ). Slično, kurkumin može spriječiti hepatotoksičnost kod pacova izazvanu vodikovim peroksidom i smanjiti nivoe ALT i AST enzima51. Štaviše, eksperimentalni rezultati kod miševa sa fibrozom izazvanom ugljen-tetrahloridom (CCl4) pokazali su da nano-kurkumin značajno smanjuje nivoe 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 tokom povrede jetre53.

Uprkos zaštitnim efektima kurkumina protiv oštećenja jetre u ovoj studiji u umjerenoj koncentraciji (100 mg kg-1 dijeta), nuspojave su se pojavile u većoj koncentraciji (200 mg kg-1 dijeta). 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, utvrđeno je da kurkumin ima dvostruke efekte na alkoholno oštećenje jetre kod mužjaka štakora u zavisnosti od koncentracije, budući da je njegov zaštitni efekat postignut samo pri niskoj koncentraciji, ali je opaženo ubrzanje oštećenja jetre pri višoj koncentraciji 55. Druga studija u štakori su pokazali da visoka koncentracija uz dugotrajno uzimanje kurkumina može smanjiti tjelesnu težinu, ubrzati oksidativni stres i upalu i stimulirati ozljedu jetre uz povećanje nivoa AST i -GGT56.

Dvostruki efekat kurkumina može biti povezan sa njegovom sposobnošću da stimuliše hem oksigenazu-1 (HO-1) u netoksičnim i toksičnim koncentracijama, a indukcija HO-1 je povezana sa proizvodnjom reaktivne vrste kiseonika (ROS), što ukazuje na uzročnu vezu57. Slično, Cao et al.58 su otkrili da u nižim koncentracijama, kurkumin ima blagotvorno djelovanje indukcijom antioksidativnih aktivnosti; međutim, veće koncentracije povećavaju ćelijske nivoe ROS, što rezultira oksidativnim oštećenjem DNK u ćelijama humanog hepatoma G2.

Toplotni stres podiže indikatore stresa, kao što su nivoi kortizola i glukoze. U trenutnoj studiji, uključivanje kurkumina (isključujući visoku dozu od 200 mg kg-1 dijeta) ili nano-kurkumina u ishranu tilapije smanjilo je i glukozu i kortizol bilo prije ili nakon toplotnog stresa. Najbolji nivoi kortizola su otkriveni na CN50 i CN100. Ovo je vjerovatno opravdano prirodom kurkumina kao polifenola. Pokazalo se da polifenoli poboljšavaju indikatore stresa kortizol i glukozu59,60). Ovi efekti se također mogu pripisati antioksidacijskim svojstvima kurkumina, za koji je utvrđeno da eliminira lipidne radikale u ćelijskoj membrani i postaje fenoksilni radikal14,61. Štaviše, kurkumin snižava nivoe glukoze u jetri povećavajući unos glukoze kroz regulaciju ekspresije gena GLUT2, GLUT3 i GLUT462. U prilog tome, Wei et al.63 otkrili su da kurkumin u ishrani značajno smanjuje kortizol izazvan stresom za jednu trećinu kod svinja.

Međutim, u ovoj studiji, veća koncentracija kurkumina (200 mg kg-1 dijeta) dovela je do višeg nivoa kortizola u poređenju sa drugim tretmanima, uključujući kontrolnu grupu. Paralelno, C200 je proizvodio viši nivo glukoze sličan onom koji je dobila kontrolna grupa. Isti efekat je prijavljen i kod kokošaka nesilica, gde veće doze kurkumina nisu smanjile kortizol u poređenju sa nižim koncentracijama koje su smanjile nivoe kortizola pre ili posle izlaganja visokoj temperaturi 64. Autori su ovaj efekat povezali sa potencijalom dvostrukog dejstva kurkumina, jer može djelovati kao antioksidans i/ili oksidans, ovisno o dozi65. Visoka koncentracija peroksida povećava oslobađanje ROS-a koji oštećuje stanice i tkiva65.

U ovoj studiji, eksperimentalne dijete nisu utjecale na hematološki broj, osim C200 koji je dao više leukocita i niže neutrofile u odnosu na druge eksperimentalne dijete. Povišen broj leukocita pri visokom nivou kurkumina (200 mg kg-1 dijeta) može naglasiti stresni status ribe u ovoj koncentraciji. Leukocitoza je direktno proporcionalna težini stresa kao i šteti od stresa koji naknadno pokreće imunološki odbrambeni sistem 66,67.

Temperatura utiče na hematološke parametre kod fsh68. S tim u vezi, nakon toplotnog stresa, došlo je do povećanja broja trombocita, MCV, MCH, leukocita i neutrofila, dok je broj limfocita smanjen, a nije bilo utjecaja na ostale parametre krvi u trenutnoj studiji. U prilog tome, Grzelak i sar.69 su izvijestili o značajnoj limfopeniji i neutrofiliji kod zebrica pod akutnim stresom (Danio rerio) u usporedbi s ribom bez stresa ili kontrolnom ribom. Štaviše, termalni stres dovodi do hipoksije ili anoksije70,71, a ovaj efekat je prijavljen u ovoj studiji. Zauzvrat, otkriveno je da hipoksija povećava broj leukocita, trombocita i neutrofila i smanjuje broj limfocita u crvenoj tilapiji 72. Ovo može biti povezano s povišenim nivoom kortizola 72. Neutrofilija i limfopenija su bile očigledne nakon tretmana kortizolom. kod šarana (C. carpio L.)73. Šaran (Carassius carassius) proizvodi visok omjer neutrofila i limfocita u krvi nakon što je bio podvrgnut stresu, što je usko povezano s povišenim razinama glukokortikoida 74.

Imunoglobulin M i komplementi (C3 i C4) su glavne komponente urođenog imunog sistema riba, među prvim su linijama odbrane imunološkog sistema i igraju ključnu ulogu u zaštiti zdravlja riba75–78. IgM i komplementi igraju važnu ulogu u zaštiti životinjskog tijela od infekcije tokom stresa, kao i u promociji zahvatanja apoptotičkih i ozlijeđenih stanica79–82. U stvari, prije i poslije toplotnog stresa u ovoj studiji, nivoi IgM, C3 i C4 su se povećali sa uključivanjem kurkumina u ishranu. Štaviše, nano kurkumin je pokazao bolje poboljšanje ovih pokazatelja od slobodnog kurkumina. Ovdje predstavljeni rezultati za IgM, C3 i C4 ističu dvije činjenice: niska doza kurkumina je bolja, a nano-formulacija je efikasnija (što je ranije u ovoj raspravi opravdano). U prilog tome, kurkumin je izazvao urođeni imuni odgovor nilske tilapije u dozi od 50 mg kg-1 dijete, ali je rast bio inhibiran na višim razinama23. Ova studija je otkrila da se nivoi IgM, C3 i C4 povećavaju s povišenom temperaturom, otkrivajući stimulaciju proizvodnje antiinflamatornih supstanci za smanjenje oštećenja tkiva. Ovo je potkrijepljeno rezultatima serumskih enzima jetre (ALT i AST) u ovoj studiji. Poznato je da toplinski stres uzrokuje oštećenje tkiva i oksidativni stres kod riba; tako, to dovodi do apoptoze i smrti ćelije83–85. Kratkotrajni akutni toplotni stres dovodi do povećanja C3 i C486. Štaviše, nedostatak u sistemu komplementa je povećao vaskularno oštećenje, vaskularnu permeabilnost i angioedem 87. Uočeno je postepeno povećanje nivoa IgM u plazmi sa povećanjem temperature (18, 23, 28, 33 stepena) kod Nilske tilapije, osim za najvišu temperaturu10. Slično, uzgoj brancina (Dicentrarchus labrax) na visokoj temperaturi (23 stepena) povećao je njihov nivo IgM u poređenju sa uzgojem ribe na 17 stepeni 88. Naprotiv, druge studije su otkrile da je HS smanjio nivoe IgM, C3 i C4 u fsh89– 91. Ovo odstupanje se može opravdati trajanjem toplotnog stresa, pri čemu se nivoi IgM, C3 i C4 povećavaju pod akutnim stresom, ali smanjuju pod hroničnim stresom9,10. Deverika (Megalobrama amblycephala Yih) je pokazala povećanje alternativnih aktivnosti komplementa i nivoa IgM nakon 6 h izloženosti toplotnom stresu, koji se smanjio nakon 12 h9.

Zaključno, nanokurkumin ima superiornost u odnosu na slobodni kurkumin u poboljšanju performansi rasta, indikatorima stresa, nespecifičnom imunitetu i otpornosti na toplotni stres nilske tilapije. Dodatak ishrani nanokurkumina na nivoima ishrane od 50 ili 100 mg kg-1 bio je efikasan u poboljšanju performansi i ublažavanju negativnih efekata toplotnog stresa, dok su doze od 100 ili 200 mg kg-1 ishrane poboljšale performanse rasta Nilske tilapije . Dakle, doza od 100 mg kg-1 dijete je bila efikasna i za učinak rasta i za sposobnost otpornosti na toplotu.

Dostupnost podataka

Svi podaci generisani ili analizirani tokom ove studije uključeni su u ovaj objavljen članak.

Reference

Wang, M. & Lu, M. Polikultura tilapije: globalni pregled. Aquacult. Res. 47, 2363–2374 (2016).

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

3. Bao, JW et al. Odgovori biohemije krvi, sastava masnih kiselina i ekspresije mikroRNA na toplotni stres kod genetski poboljšane tilapije (Oreochromis niloticus). J. Term. 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 natrijum butirat je poboljšao biomarkere krvnog stresa, proteine ​​toplotnog šoka i imuni odgovor nilske tilapije (Oreochromis niloticus) izložene toplotnom stresu. J. Term. Biol. 88, 102500 (2020).

6. Bagath, M. et al. Utjecaj toplotnog stresa na imuni sistem kod mliječnih goveda. Rev. Res. Vet. Sci. 126, 94–102 (2019).

7. Chu, GM & Song, YM Performanse rasta, karakteristike krvi i imuni odgovori tovljenika u različitim godišnjim dobima. Azijac J. Anim. Vet. Adv. 8(5), 691–702 (2013).

8. Das, R. et al. Utjecaj toplotnog stresa na zdravlje i performanse mliječnih životinja: pregled. Vet. Svijet. 9, 260–268 (2016).

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

10. Dominguez, M., Takemura, A., Tsuchiya, M., & Nakamura, S. Uticaj različitih faktora sredine na nivoe cirkulišućeg imunoglobulina u nilskoj tilapii, Oreochromis niloticus. Akvakultura 241, 491e500 (2004).

11. Galina, J., Yin, G., Ardo, L. & Jeney, Z. Upotreba imunostimulirajućih biljaka 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 imunostimulirajuću dijetu. Ribe Školjke Immunol. 56, 34–69 (2016).

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

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

15. Aggarwal, BB & Harikumar, KB Potencijalni terapijski efekti kurkumina, antiinflamatornog 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