micotossine e fisiologia dei ruminanti f. abeni, cra-flc...
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Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura
Micotossine e fisiologia dei ruminantiF. Abeni, CRA-FLC Cremona
1. ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni con sostanze adsorbenti; assorbimento
2. detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel latte
3. effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte, riproduzione e sistema immunitario
Struttura della presentazione
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Le micotossine principalmente
indagate nei ruminanti
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
La potenziale ingestione giornaliera di una bovina da latte
< 40 µg/d di AFB1 per non avere problemi AFM1 latte (Moschini et al, 2008)
Scenario 1
alimento % ss afb1 ppb ss tq kg ss razione afb1 ing µµµµg/d app % afb1
Silomais 33 1,0 25,0 8,3 8,25 47
Farina di mais 87 1,3 3,5 3,0 3,96 23
Concentrato 89 1,0 6,0 5,3 5,34 30
Fieno 88 0,0 5,0 4,4 0,00 0
totale 39,5 21,0 17,5 100
Scenario 2
alimento % ss afb1 ppb ss tq kg ss razione afb1 ing µµµµg/d app % afb1
Silomais 33 3,5 25,0 8,3 28,88 49
Farina di mais 87 8,0 3,5 3,0 24,36 42
Concentrato 89 1,0 6,0 5,3 5,34 9
Fieno 88 0,0 5,0 4,4 0,00 0
totale 39,5 21,0 58,6 100
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
La potenziale ingestione giornaliera di una bovina da latte
linea blu = equazione adottata dai servizi di assistenza tecn ica; deriva da studi di inizio anni ’90linea rossa = equazione riportata da Fink-Gremmels (2008), inse rita nel documento EFSA (2004) sul problema aflatossine
Proiezione del livello di contaminazione dell’insilato di mais in AFB1, se impiegato in ragione di 25 kg capo -1
giorno -1, sulla contaminazione del latte in AFM1 escludendo il possibile ruolo degli apporti con altri alimenti
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Le micotossine nei foraggi aziendaliGli insilati
Silomais «maturo»: citrinina, DON, gliotossina (Richard et al., 2007)-Importanza gliotossina nel silomais dopo 9 mesi di insilamento-da A. fumigatus; immunosoppressiva
Silomais: DON, ZEA, fumonisine, T-2, PAT, ROC, AF (Cheli et al., 2013)
Dinamica microflora sul fronte degli insilati nei diversi momenti dell’anno, in relazione a condizioni ambientali (Storm et al., 2010)
Problemi derivanti da deterioramento aerobico al momento dell’utilizzo (Cavallarin et al., 2011)
-non corretta progettazione del silo in funzione delle necessità di consumo
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Le micotossine nei foraggi aziendali
equazione di Tabacco et al., 2011 J Dairy Sci
Perdita > 300 kg latte/tonnellata di
silomais (-20% in termini di resa)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Il problema della co-contaminazione
Streit et al., 2012
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Influenza DON (vomitossina) su ingestione alimentoDON (anche detto vomitossina)
Può influire su ingestione
Controllo – 2,1 – 6,3 – 8,5 ppm
Ingalls, 1996
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Destino delle micotossine nel ruminante
Metabolismo ruminale
Ruminanti sono + resistenti dei monogastrici → il rumine ha un ruolo nella detossificazione
♣ Protozoi + efficaci di batteri, ma sono loro stessi molto + sensibili alle micotossine
AF generalmente poco degradate nel rumine → < 10% quando concentrazione è 1.0-10.0 µg/mL
Formazione aflatossicolo altamente tossicoMolti batteri sono inibiti già a concentrazioni AFB1 < 10 µg/mL ⇒
disturbo crescita e metabolismo microrganismi rumine
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Detossificazione ruminale: batteri e protozoi
•+ efficace azione dei protozoi rispetto ai batteri•se il fluido ruminale viene defaunato, la capacità di detossificazione è prossima a quella dei soli batteri
Kiessling et al., (1984) – AEM 47(5), 1070-1073
> ruolo protozoi > ruolo batteri
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Detossificazione ruminale: batteri e protozoi
Protozoi + veloci e + efficaci
Westlake et al. (1989)Anim Feed Sci Technol 25, 169-178
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Interferenza con metabolismo ruminaleEs. frumento contaminato da Fusarium
+ 88% frazione NPN prontamentedisponibile per sintesiproteine microbiche(per attività proteasicaFusarium)
> ⇑ postprandiale [NH4+]
fluido ruminale< flusso proteina
microbica e utilizzabilea livello duodenale
Dänicke et al., 2005 JAPAN
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Interazioni con sostanze adsorbenti
Biodisponibilità → proporzione di un contaminante ingerito che può raggiungere la circolazione sistemica
Ing. 10 µg contaminante x matrice alimentare A → tossicitàIng. 10 µg contaminante x matrice alimentare B → non esercita
effetti tossici
Biodisponibilità orale → è la risultante di1. Rilascio del composto dalla sua matrice nel succo digestivo nel tratto gastrointestinale (bioaccessibilità)
a. [Nel ruminante, interazioni con microbiologia del rumine]2. Trasporto attraverso l’epitelio intestinale entro la vena porta (trasporto intestinale)3. Degradazione del composto nel fegato (e intestino) (metabolismo)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Adsorbenti (formano complessi stabili micotox-ads che non possono attraversare membrana tratto gastrointestinale)
Proprietà adsorbente: efficacia – specificità – meccanismo di adsorbimento
Proprietà micotossina: polarità – solubilità – dimensione – forma –distribuzione della carica e costante di dissociazione
Esempi1. carbone attivo (relativamente poco specifico)2. allumosilicati (zeoliti, HSCAS, argille): HSCAS alta affinità per AFB1 → complesso stabile a 25-37 °C, in range pH 2-103. adsorbenti vari: polimeri - lieviti e prodotti da loro derivati
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
bocca
esofago
Intestino crassoIntestino tenue
Rumine
Reticolo
Omaso
Abomaso
Ingestione aflatossine200-250 µg/d
Fase liquida rumine50-60 L
[aflatossine]3.0-5.0 µg/L
pH (?)
AF:SA(1:5000 ?1:50,000 ?
1:500,000 ?)
Elementi tratti e riadattati da Moschini et al. (2008) Anim Feed Sci Technol 147:292-309
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Modalità impiego adsorbenti: esempio con AFB1
Influisce su capacità di prevenire assorbimento da parte della bovina e l’eventuale trasferimento nel latte
Migliore legame SA con AFB1 quando SA è nel pellettato(>interazione)
Durante pellettatura, condizionamento pressione 80 °C e 18% umidità (+6% rispetto al 12% della farina)
Parziale distruzione AF con trattamenti quali autoclavaggio, pellettatura e estrusione
(adattato da Masoero et al., 2009, Anim. Feed Sci. Tech. 150:34-45)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
(Abeni et al, dati non pubblicati)
Volume medio eritrociti
41.5
42.0
42.5
43.0
43.5
44.0
44.5
45.0
45.5
46.0
14/03/06 28/03/06 11/04/06 25/04/06 09/05/06 23/05/06 06/06/06 20/06/06 04/07/06 17/07/06
data
fL adscon
Media di MCV fL
DATA
tesi
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
(Abeni et al, dati non pubblicati)
Emoglobina corpuscolare media
15.415.615.816.016.216.416.616.817.017.217.417.6
14/03/06 28/03/06 11/04/06 25/04/06 09/05/06 23/05/06 06/06/06 20/06/06 04/07/06 17/07/06
data
pg adscon
Media di MCHpg
DATA
tesi
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
(Dal Prà et al, ISM - MycoRED Europe, May 27-30 2013 - Martina Franca, Italy)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
(Dal Prà et al, ISM - MycoRED Europe, May 27-30 2013 - Martina Franca, Italy)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
(Migliorati et al, 2007, Proc. 17th ASPA Congress – Alghero, Italy)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Assorbimento micotossine
Assorbimento gastrointestinale
1) semplice diffusione di composti polari in fase liquida
2) diffusione di composti non ionici in fase lipidica
3) trasporto attivo (es. aflatossine)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Assorbimento micotossine
Gallo et al., 2008, Italian Journal of Animal Science 7:53-63
0
5
10
15
20
25
30
0 15 30 60 180 360
AF
B1
plas
ma,
ng/
L
tempo da impianto vaginale, min
Concentrazione AFB1 nel plasma a seguito
di impianto vaginale
AFB1
2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel
latte
Detossificazione epaticaCapacità di metabolizzare micotossine da Fusarium (es. ZEA) varia tra specie-per localizzazione cellulare delle reazioni-per metaboliti finali (es. α-ZOL o β-ZOL)(Malekinejad et al., 2006)
Bovino
2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel
latte
Escrezione micotossine
Escrezione fecale: risultato mancato assorbimento gastrointestinale (DON, FB1, T-2) o efficiente eliminazione di tossine o loro metaboliti da parte del sistema biliare (AFB1, acido ciclopiazonico, OTA, ZEN)
Escrezione urinaria: per quelle micotossine che sono fortemente assorbite e metabolizzate (AFB1, citrinina, OTA, PAT, ZEN)
AFB1 → urinaria è la + efficiente
LatteAFM1 → max 2 d dopo ingestione AFB1 da parte della vacca, scompare 4 d dopo eliminazione AFB1 da dieta
2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel
latte
Escrezione micotossine nel latte (Yannikouris e Jouany, 2002)Micotossina Contaminazione
o dose oraleTempo di
esposizione (d)Forma escreta
nel latteConcentrazione nel latte (ppb)
AFB1 0.35 mg·kg–1 3 AFM1 0.10
DON 1.8 mg·kg–1
66 ppm880 ppm
135
DONDOM-1
DOM-1 conj
< 430
220
FB1 3 mg·kg–1 14 FB1 0
OTA 50 mg1 g
44
OTAαOTA
OTAα
150100700
T-2 50 ppm 15 T-2 10–160
ZEN 25 ppm 7 ZENα-zearalenolo
481508
ZEN 40 ppm 21 ZEN 2.5
ZEN 1.8 g e 6 g 1 ZENα-zearalenolo
4.0 and 6.11.5 and 4.0
Carryover AFM1 escreto/AFB1 ingerito = 0.000769 * kg latte/vacca/d – 0.003255
Effetto livello cellule somatiche su CO → fase iniziale ingestione AF di vacche + produttive
2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel
latte
Carry-over micotossine nel latte (Masoero et al., 2007)
produzione latte, kg/d 15 20 25 30 35 40
Carry-over, AFM1 escreto/AFB1 ingerito 0,008 0,012 0,016 0,020 0,024 0,028
Escrezione AF influenzata da impiego (ed efficacia) adsorbenti (esempio con pecore) → esposizione lungo periodo rende + evidente effetto YCW su shift AF urine ⇒ feci
Firmin et al., 2011
2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel
latte
Escrezione urinaria micotossine: le aflatossine
ZEA escreto principalmente nelle urine → possibile strumento per un monitoraggio?
Takagi et al., 2011
2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel
latte
Escrezione urinaria micotossine: lo zearalenone
giorni
Periodo utilizzo adsorbente
3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte,
riproduzione e sistema immunitario
MicotossicosiFattori genetici
-specie-razza e ceppo
Fattori fisiologici-età
-ormoni-nutrizione
-microflora digerente-infezioni e parassitosi
Fattori ambientali-condizioni climatiche
-inquinanti-tecniche allevamento
e gestione
Metabolismo micotossineAssorbimento, distribuzione, biotrasformazione, escrezione
Tossicità
danno anatomico macroscopico
morte
alterazione biochimica
alterazione funzionale
danno anatomico microscopico
adattato da Bryden, 2012
3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte,
riproduzione e sistema immunitario
Effetti su metabolismo nutrienti e su crescita (nostri studi)Ritardo crescita
(Abeni et al., submitted)
Metabolic marker of fumonisin toxicity in heifer
Abeni et al., (submitted)
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 5 10 15 20 25
U/L
wk of experimental period
Plasma GGT
C
A
A-F
Metabolic marker of fumonisin toxicity in heifer
Abeni et al., (submitted)
4
14
24
34
44
54
64
74
0 5 10 15 20 25
U/L
wk of experimental period
Plasma AST
C
A
A-F
3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte,
riproduzione e sistema immunitario
Azione negativa micotossine in bovine in transizion e
Problemi tipici Effetti additivi causati da micotossine
Micotossine implicate
↓ Ingestione alimento Odore-sapore avversi alimento contaminato
Metaboliti volatili micotossine
↓ fermentazioni ruminali (SARA)
Attività antimicrobiche Patulina, acido fusarico, …
Steatosi epatica Danno epatico (colestasi), cirrosi epatica
AF, fumonisine, monacoline
Danneggiamento immunitàinnata
Danneggiamento immunità innata Tricoteceni, ocratossine, ABs, gliotossina
↑ Incidenza infezioni respiratorie
Effetti pro-infiammatori A. Fumigatus
↑ Incidenza mastiti e laminiti Effetti pro-infammatori tricoteceni
Danneggiamento fertilità Effetti estrogenici Zearalenone e metaboliti
adattato da Fink-Gremmels, 2008
3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte,
riproduzione e sistema immunitario
Effetti su metabolismo nutrienti e sistema immunita rio: vacca inizio lattazione
Mix micotossine Fusarium (DON, ZEA)
↑ N-NH3 da detossificare ⇒ Problemi epatici; ↑ Lavoro escrezione renale urea ⇒ ↑ urea plasma
↑ Globuline ⇒ ↑ proteine totali ⇒ ↓ albumine:globuline
↑Na plasma
↓ Capacità fagocitaria neutrofili e ↓ livelli Ig
(Korosteleva et al., 2007 and 2009, JDS)
3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte,
riproduzione e sistema immunitario
Effetti su riproduzioneMicotossine da Fusarium (DON, T-2, fumonisine, ZEA)
Funzione ovarica (ruminanti meno sensibili di suini)Manze 250 mg ZEA × 3 cicli estrali ⇒ ↓ tasso concepimento da 87 a 62%ZEA → α-ZOL
⇒ altera progressione meiotica degli oociti bovini (arresto metafase I)⇒ inibizione produzione estradiolo dalle cellule della granulosa
T-2 orale ⇒ ritardo maturazione follicoli, ritardo conseguente ovulazione e e relativa luteinizzazione
Funzione testicolareT-2 ⇒ danneggia qualità seme toro (attenzione al fieno)
Pubertà e maturità sessualeScarsi studi (vediamo nostri risultati)
Puberty attainment and mycotoxins in dairy heifer
Abeni et al., (submitted)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58
%
Age, wk
Puberty attainment (% of heifers)
C
A
A-F
Prosecuzione studio effetti secondari derivanti da impiego adsorbenti su
� Profilo metabolico
� Profilo ematologico
� Profilo sieroproteine
� Urine
Attuale impegno su problemi micotossine
Lavori Progetto CANADAIR
Ringraziamenti
� Progetto CANADAIR� Gruppo laboratorio fisiologia animale di Cremona (q ui
con Dr Zhou, per collaborazione CANADAIR)
… e a voi per la cortese attenzione!