ایمنی سلنیوم گاوهای پس از زایمان

دکتر مارتا لوپز “Marta López-Alonso” از دانشکده علوم دامی میشیگان امریکا “College of Veterinary Medicine, Michigan State University” در سمیناری که مورخ 24 دسامبر 2013 برگزار شد به موضوع وابستگی سیستم ایمنی گاوهای شیری به سلنیوم پرداخت.

سلنیوم و سلامت گاو شیری

Se یک ماده معدنی ضروری در گاوهای شیری است که برای حفظ عملکردهای فیزیولوژیکی طبیعی لازم است و منبع غذایی قابل توجهی از دفاع آنتی اکسیدانی را فراهم می کند.

1. اهمیت Se بر سلامت و بهره وری گاوهای شیری مستند شده است .
2. شدیدترین موارد کمبود Se در نشخوارکنندگان می تواند منجر به میوپاتی تغذیه ای شود که به آن بیماری عضله سفید گفته می شود .
3. کمبود حاشیه ای Se بیشتر در جمعیت گاوهای شیری بالغ مشاهده می شود
4. این کمبود به عنوان یک عامل خطر مهم برای ورم پستان، غشاهای جنینی باقی مانده و متریت در دوره بعد از زایمان در نظر گرفته می شود .

اهمیت See در سلامت گاوهای شیری به بهترین وجه در شدت و مدت ورم پستان نشان داده شده است. بیش از دو دهه پیش، محققان نشان دادند که کمبود See در گاوها با افزایش تعداد سلول‌های سوماتیک شیر (SCCs) و مقاومت کمتر در برابر ورم پستان بالینی در اوایل شیردهی مرتبط است .

علاوه بر این، غلظت های بالاتر See در پلاسمای گاوها با مخزن حجیم SCC همبستگی منفی داشت . مطالعات جدیدتر تأیید کردند که غلظت‌های بالاتر Seme در مخزن با خطر کمتر گله مثبت استافیلوکوکوس اورئوس همراه بود .

علاوه بر این، مکمل Seme در تلیسه ها و گاوهای شیری مرتع قبل از زایمان، شیوع عفونت های جدید داخل پستانی و SCC بالا را در اوایل شیردهی کاهش داد.

معیار تغذیه گاوهای شیری پس از زایش

وضعیت تغذیه ای برای بسیاری از عملکردهای تولید مثلی گاوهای شیری نیز مهم است.

تحقیقات نشان داده است که افزودن  مکمل Seme  به جیره گاوهای شیری دارای کمبود See :

1. تعداد خدمات تلقیح در هر باردار شدن را کاهش میدهد،
2. نرخ آبستنی را در اولین تلقیح بهبود میبخشد
3. منجر به روزهای کمتری تا لقاح میشود .
4. همچنین در کاهش بروز متریت و تخمدان‌های کیستیک در اوایل دوره پس از زایمان مؤثر است.
5. تصور می‌شود که عمده‌ترین اثرات مفید روی سلامتی Se تابعی از حمایت از سیستم‌های آنزیمی آنتی‌اکسیدانی مهم و کنترل استرس اکسیداتیو است.

در واقع، چندین مطالعه نشان داده‌اند که مکمل‌های سلنیوم کافی می‌تواند استرس اکسیداتیو را به‌ویژه در گاوهای شیری پرتولید در طول دوره قبل از زایمان کاهش دهد.

با این حال، اطلاعات اخیر مربوط به پزشکی انسانی و دامپزشکی نشان می دهد که نقش Se در کنترل اختلالات سلامتی ممکن است پیچیده تر از عملکردهای آنتی اکسیدانی آن باشد.

در میان آنتی اکسیدان های مشتق شده از خوراک، سلنیوم (Se) به عنوان بخشی ضروری از 25 سلنوپروتئین شناسایی شده در حیوانات، جایگاه ویژه ای دارد.

در مقایسه با اشکال معدنی مانند سلنیت سدیم یا سلنات، Se آلی به شکل سلنومتیونین (SeMet)، منبع Sem بسیار مؤثرتری است.

شواهد روزافزونی وجود دارد که نشان می‌دهد See ارگانیک دارای مزایای متعددی است، به ویژه در گاوهای شیری و پرواری که شامل :

1. بهبود وضعیت سلنیوم و آنتی اکسیدانی
2. انتقال بهتر Se از طریق جفت، آغوز و شیر به گوساله نوزاد است.

با این حال، اطلاعات کمی در مورد مکانیسم‌های مولکولی جذب SeMet، متابولیسم و ​​تنظیم سنتز سلنوپروتئین در حیوانات نشخوارکننده وجود دارد و به همین دلیل، تحقیقات بیشتر مورد نیاز است.

عملکرد سلول های سه بعدی و سلولهای ایمنی

1. اثرات مفید سلامتی ناشی از تغذیه کافی سلنیوم به تأثیر این ماده معدنی کمیاب بر عملکرد سلول های ایمنی گاوهای شیری نسبت داده شده است.
2. پاسخ ایمنی ذاتی نقش مهمی در جلوگیری از ایجاد عفونت دارد.
3. در واقع، توانایی نوتروفیل‌ها برای مهاجرت سریع به بافت‌های پستانی و کشتن مؤثر پاتوژن‌های مهاجم، عامل اصلی است که ایجاد عفونت‌های جدید داخل پستانی را تعیین می‌کند.

مطالعات اولیه نشان داد که کمبود See در گاوهای شیری توانایی هر دو نوتروفیل خون و شیر را برای از بین بردن پاتوژن های ایجاد کننده ورم پستان کاهش می دهد .

فعالیت باکتری‌کشی

با این حال، افزودن Se به نوتروفیل‌ها در شرایط آزمایشگاهی، در افزایش مهاجرت کموتاکتیک مؤثر بود و تولید سوپراکسید مورد نیاز برای فعالیت باکتری‌کشی را افزایش داد.

نوتروفیل‌های به‌دست‌آمده از گاوهایی با غلظت‌های خونی بالاتر از Se نیز پتانسیل بیشتری برای تولید سوپراکسید و کشتن پاتوژن‌های باکتریایی داشتند.

ماکروفاژها یک نوع لکوسیت غالب هستند که در غدد پستانی سالم یافت می شوند و مکانیسم دفاعی اولیه مهم دیگری را در مراحل اولیه عفونت نشان می دهند. در طی ورم پستان، ماکروفاژها نه تنها با فاگوسیتیزه کردن باکتری ها، بلکه با آزاد کردن سیتوکین ها و ایکوزانوئیدها که مهاجرت و فعالیت های باکتری کشی نوتروفیل ها را تسهیل می کنند، عمل می کنند .

مطالعات نشان داد که مکمل در شرایط آزمایشگاهی ماکروفاژهای غدد پستانی با Se باعث افزایش تولید فاکتورهای کموتاکتیک نوتروفیل به دنبال تحریک با استافیلوکوکوس اورئوس شد.

لنفوسیت ها همچنین می توانند نقش مهمی در تنظیم ایمنی سلولی از طریق تولید عوامل تنظیم کننده ایمنی بدن به دنبال تحریک ایفا کنند. لنفوسیت‌های خون محیطی جدا شده از گاوهای شیری دارای کمبود See در مقایسه با گاوهای دارای Se-کافی نرخ‌های تکثیر ناشی از میتوژن و کاهش بیوسنتز ایکوزانوئید را از طریق مسیر 5-lipoxygenase (LOX) داشتند.

نتایج کشت آزمایشگاهی

1. هنگامی که کشت لنفوسیت در شرایط آزمایشگاهی با افزایش دوز Se  تکمیل شد، بهبود در پاسخ‌های تکثیری لنفوسیتی گزارش شد.
2. کائو و همکاران پیشنهاد کرد که کاهش تولید متابولیت‌های 5-LOX ، ممکن است یک عامل مسبب در کاهش تکثیر لنفوسیت‌ها باشد
3. کاهش تولید متابولیت‌های 5-LOX ،ممکن است به کاهش مقاومت بیماری در حیوانات دارای کمبود See کمک کند .

نقش سلول‌های اندوتلیال

1. اندوتلیوم عروقی توجه تحقیقاتی نسبتا کمی در مورد ورم پستان گاوی و سایر بیماری‌های مبتنی بر التهاب گاوهای شیری دریافت کرده است.
2. حتی اگر سلول‌های اندوتلیال نقش مهمی در پاسخ‌های التهابی میزبان دارند.
3. سلول‌های اندوتلیال پاسخ‌های التهابی را به روش‌های مختلفی از جمله تغییر در تون عروق و جریان خون برای سازگاری با کند شدن لکوسیت‌ها و مهاجرت از خون و به بافت‌های عفونی زیرین تنظیم می‌کنند.
4. سلول های اندوتلیال نیز مولکول های چسبندگی را بیان می کنند و منبع و هدف سلولی برای سیتوکین های پیش التهابی و ایکوزانوئیدهای وازواکتیو هستند.

وضعیت تغذیه ای می تواند به روش های مختلفی بر عملکرد سلول های اندوتلیال عروقی تأثیر بگذارد. سلول‌های اندوتلیال پستان و آئورت گاو که در محیط‌های کشت فاقد Se-deficient رشد کرده‌اند، افزایش بیوسنتز فاکتور فعال کننده پلاکت (PAF) را نشان دادند،

افزایش بیان PAF با افزایش اختلالات عروقی در طول استرس اکسیداتیو مرتبط است .

وضعیت Se می‌تواند بیوسنتز سایر واسطه‌های لیپیدی وازواکتیو مانند ایکوزانوئیدها را تغییر دهد. سلول‌های اندوتلیال گاوی با کمبود Sei، مشخصات متابولیسم اسید آراشیدونیک را توسط هر دو مسیر COX و LOX تغییر دادند .

در مقایسه با سلول های اندوتلیال کافی Seme، تولید پروستاگلاندین (PG) I2، PGF2α، و PGE2 در سلول های اندوتلیال دارای کمبود Se به طور قابل توجهی کاهش یافت.

اثرات کمبود SE

با این حال، کمبود SE به طور قابل توجهی باعث افزایش بیوسنتز ترومبوکسان B2 (TXB2) و اسید  هیدروپروکسی ایکوزاتترانوئیک (15-HPETE) شد که با پاتوفیزیولوژی چندین بیماری مبتنی بر التهاب در انسان مرتبط است .

در واقع، افزایش تولید 15-HPETE به عنوان عامل اصلی کمک کننده به آپوپتوز سلول های اندوتلیال در طول کمبود See نشان داده شد .

• تغییرات مشابهی در غلظت ایکوزانوئید شیر نیز در گاوهای شیری دارای کمبود See با ورم پستان کلیفرم گزارش شد که نشان می‌دهد تغییرات در پروفایل‌های ایکوزانوئید ممکن است با تغییر پاتوژنز و پیامد ورم پستان در طول کمبود آنزیم مرتبط باشد .
• تاخیر در مهاجرت نوتروفیل ها با شدت ورم پستان کلیفرم همراه است و مکمل Seme باعث افزایش سرعت مهاجرت نوتروفیل ها به غدد پستانی گاو در طول عفونت اشریشیا کلی می شود .

بیان بیش از حد برخی از مولکول های چسبندگی عروقی، مانند ICAM1، با پاتوفیزیولوژی بیماری های مبتنی بر التهاب در انسان مرتبط است که احتمالاً به دلیل اختلال در پاسخ های انتقال لکوسیت است .

سلول‌های اندوتلیال پستان گاو که در محیط‌های دارای کمبود See کشت می‌شوند، بیان ICAM1 را افزایش داده و پایبندی نوتروفیل را افزایش می‌دهند که با فاکتور نکروز تومور یا H2O2 تحریک می‌شوند که یک مکانیسم برای مهاجرت تاخیری لکوسیت‌ها به بافت‌های آلوده را پیشنهاد می‌کند .

اگرچه وضعیت See ارتباط نزدیکی با عملکرد سلول های درگیر در پاسخ های ایمنی و التهابی دارد، مکانیسم های دقیق مسئول تأثیر مفید Se به طور کامل شناخته نشده است.

عملکردهای Se و سلنوپروتئین ها

تصور می شود بسیاری از اثرات بیولوژیکی مثبت Se به دلیل ادغام آن در خانواده ای از پروتئین ها به نام سلنوپروتئین ها باشد. Se به عنوان یک باقیمانده سلنوسیستئین (Sec) در سلنوپروتئین ها گنجانده می شود .

یک مکانیسم منحصر به فرد از ادغام Sec وجود دارد که در آن یک کدون UGA در mRNA سلنوپروتئین ها برای ترکیب همزمان Sec در پلی پپتید در حال رشد استفاده می شود. تا به امروز، 25 ژن مختلف سلنوپروتئین در انسان وجود دارد که به میزان محدودی شناسایی و مشخص شده اند.

سلنوپروتئین‌ها می‌توانند پاسخ‌های ایمنی و التهابی را به روش‌های مختلف از جمله کاهش ROS سمی به مولکول‌های کمتر واکنش‌پذیر، اصلاح آنزیم‌های دخیل در بیوسنتز ایکوزانوئید، و تنظیم مسیرهای سیگنال‌دهی بین سلولی که منجر به بیان ژن التهابی می‌شوند، بهینه کنند.

بیشتر عملکردهای آنتی اکسیدانی Se را می توان به گلوتاتیون پراکسیدازها (GPXs) و ردوکتازهای تیوردوکسین (TRxRs) نسبت داد، که در آن باقیمانده های Sec در محل فعال مورد نیاز برای فعالیت کاتالیزوری قرار دارند. با این حال، در گاوهای شیری، سلنوپروتئینی که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته، سیتوزولی GPX1 است. مطالعات قبلی نشان می‌دهد که عملکرد آنتی‌اکسیدانی GPX1 دلیل اصلی بهبود پاسخ‌های ایمنی ذاتی گاو است .

نقش Se در محافظت در برابر  آسیب اکسیداتیو

تصور می‌شود که Se از طریق اعمال GPX1 از سلول‌های فاگوسیتی در برابر آسیب اکسیداتیو محافظت می‌کند که ممکن است در طول انفجار تنفسی رخ دهد. نشت ROS از فاگوزوم یا عدم کاهش ROS به متابولیت‌های کمتر واکنش‌پذیر می‌تواند باعث آسیب دیدگان به نوتروفیل‌ها شود و منجر به کاهش عملکرد باکتری‌کشی شود .

چندین مطالعه یک همبستگی منفی را بین فعالیت GPX1 خون کامل و SCC شیر مخزن فله نشان داده‌اند.

فعالیت بالاتر GPX خون به دنبال مصرف مکمل Seme نیز با کاهش شیوع عفونت‌های جدید داخل پستانی در تلیسه‌های مرتع مرتبط بود .کمتر در مورد نقش سلنوپروتئین های دیگر در پاسخ های ایمنی و التهابی گاو شناخته شده است.

ارتباط کاهش فعالیت TRxT و افزایش استرس اکسیداتیو:

شواهد اخیر نشان می دهد که کاهش فعالیت TRxR سلول های تک هسته ای خون محیطی گاو با افزایش استرس اکسیداتیو در گاوهای شیری حوالی زایمان مرتبط است .همبستگی های مثبت قوی بین بیان ژن GPX1، GPX4 و TRxR با مولکول های چسبندگی عروقی در نمونه های بافت پستانی به دست آمده در طول دوره قبل از زایمان مشاهده شد که نشان دهنده یک پاسخ محافظتی بالقوه از تمام این آنزیم های آنتی اکسیدانی در طول استرس اکسیداتیو است.

افزایش فعالیت سلنوپروتئین به دنبال مکمل‌سازی آزمایشگاهی سلول‌های اندوتلیال گاو با Se نیز با التهاب و آپوپتوز ناشی از اکسیدان کمتر همراه بود [68، 72]. خاموش کردن فعالیت سلنوپروتئین های خاص با siRNA نشان می دهد که TRxR به ویژه در محافظت از سلول های اندوتلیال گاو در برابر اثرات مضر چالش پرواکسیدانی مهم است.

اهمیت سلنوپروتئین‌های منفرد

سلنوپروتئین ها نه تنها به عنوان آنزیم های آنتی اکسیدانی عمل می کنند، بلکه در متابولیسم هورمون تیروئید، سیگنال دهی ردوکس و تنظیم پاسخ های ایمنی نیز عمل می کنند. به عنوان مثال، یدوتیرونین دیودینازها در تنظیم بیان هورمون تیروئید و عملکردهای متابولیک مهم هستند .

مطالعات زیادی در مدل‌های بیماری‌های انسانی برای نشان دادن اهمیت سلنوپروتئین‌های منفرد در تنظیم اکسیداسیون و کاهش مسیرهای سیگنالینگ التهابی و در تنظیم عملکرد سلول‌های ایمنی به غیر از کنترل استرس اکسیداتیو انجام شده است .

اطلاعات کمتری در مورد مکانیسم‌های سلولی و مولکولی درگیر در عملکرد سلنوپروتئین‌ها در سیستم ایمنی گاو وجود دارد. درک بهتر مسیرهای سیگنال دهی سلولی خاص و پاسخ های ایمنی تنظیم شده توسط Seme رژیم غذایی ممکن است منجر به بهبود مداوم در سلامت و عملکرد گاوهای شیری در دوره بعد از زایمان شود.

نتیجه گیری

غلظت Se در خاک بسته به موقعیت جغرافیایی می تواند بسیار متفاوت باشد و به این ترتیب محصولاتی که در این خاک ها رشد می کنند نیز از نظر محتوای Seme متفاوت هستند.

با این حال، در بسیاری از مناطقی که لبنیات مصرف می‌کنند، خاک‌ها دارای محتوای Seme بسیار کم هستند و جیره گاوها باید برای جلوگیری از کمبود مواد مغذی ، با مکمل See غنی شود.

شورای تحقیقات ملی میزان See مورد نیاز را برای همه گاوهای شیری 0.3 اینچ ppm تعیین کرده است .

1. هدف ppm 0.3 اساساً مبتنی بر ارائه See کافی برای جلوگیری از کمبودهای قابل اندازه گیری است، اما نه لزوماً برای بهینه سازی سلامت حیوانات یا جلوگیری از سمیت ناشی از مصرف بیش از حد.
2. حتی با وجود روشی که به طور گسترده پذیرفته شده است مکمل‌سازی جیره‌های لبنی با Se و سایر مواد معدنی کمیاب، استرس اکسیداتیو و اختلالات سلامت مرتبط با آن همچنان یک مشکل در گاوهای پس از زایمان است.

با توجه به اهمیت See در بهینه‌سازی پاسخ‌های ایمنی و التهابی میزبان، نیاز به یافتن راه‌های کارآمدتر برای بهبود وضعیت Seme در گاوها بدون تجاوز از محدودیت‌های قانونی در مورد مکمل See وجود دارد.

یک رویکرد، بررسی مزایای استفاده از منابع آلی نسبت به منابع معدنی Se برای بهبود جذب و حفظ در بدن است.

مقایسه اشکال ارگانیک نسبت به منابع معدنی Se

با این حال، داده‌های بالینی محدودی که منابع Seme را با یکدیگر مقایسه می‌کنند، نشان می‌دهند که اشکال ارگانیک نسبت به منابع معدنی Se بر قابلیت‌های عملکردی نوتروفیل‌های خون یا کاهش ورم پستان سود کمی دارند .

• عوامل موثر بر فراهمی زیستی سلنیوم در نشخوارکنندگان به خوبی درک نشده است.
• روش‌های بهتر برای ارزیابی وضعیت تغذیه سلنیوم با نشانگرهای زیستی عملکردی و مرتبط، نیاز اصلی برای بهبود نتایج سلامتی است.

بهینه سازی مکمل سلنیوم در خوراک

اطلاعات اضافی در مورد نحوه جذب و نگهداری اشکال مختلف شیمیایی Se در بافت هدف گاو برای بهینه سازی مکمل Seme در رژیم غذایی مورد نیاز است.

• علاوه بر این، اطلاعات کمی در مورد نقش سلنوپروتئین‌های منفرد و/یا سایر متابولیت‌های میانی Se در هماهنگ‌سازی پاسخ‌های ایمنی و التهابی میزبان در طول زمان استرس اکسیداتیو شناخته شده است.
• درک بهتر از عملکرد سلولی و مولکولی سلنوپروتئین ها ممکن است منجر به درمان های هدفمند جدیدی شود که می تواند سلامت و رفاه گاو شیری حین زایمان را بهبود بخشد.

ایمنی سلنیوم گاوهای پس از زایمان ایمنی سلنیوم گاوهای پس از زایمان ایمنی سلنیوم گاوهای پس از زایمان ایمنی سلنیوم گاوهای پس از زایمان