STRESS NHIỆT Ở GIA CẦM
Biến đổi khí hậu, điều hòa nhiệt độ và stress
Nhiệt độ môi trường cao là một trong những yếu tố gây căng thẳng quan trọng nhất đối với chăn nuôi gia cầm, gây thiệt hại kinh tế đáng kể cho ngành. Biến đổi khí hậu đã làm tăng tỷ lệ và cường độ của các điều kiện stress nhiệt ở hầu hết các khu vực chăn nuôi gia cầm trên toàn thế giới.
Nhiệt độ tối ưu cho sức khỏe và năng suất của gia cầm - gọi là vùng trung hòa nhiệt - từ 18- 22°C. Khi gia cầm được giữ trong phạm vi nhiệt độ này, chúng không phải tiêu tốn năng lượng để duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định.
Stress nhiệt (Trạng thái bị căng thẳng do bất ổn thân nhiệt) là kết quả của quá trình điều nhiệt không thành công ở động vật, khi chúng hấp thụ hoặc tạo ra lượng nhiệt cao hơn lượng nhiệt mà chúng có thể mất đi. Điều đó có nghĩa là có sự cân bằng âm giữa lượng năng lượng dòng chảy từ cơ thể ra môi trường và năng lượng mà nó tạo ra.
Stress nhiệt và các yếu tố góp phần
Sự mất cân bằng năng lượng này không chỉ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như ánh sáng mặt trời, bức xạ nhiệt, nhiệt độ không khí, độ ẩm và mật độ nuôi, mà còn bởi các yếu tố bên trong cơ thể như trọng lượng cơ thể, độ che phủ và phân bố của lông, tình trạng mất nước, tốc độ trao đổi chất và cơ chế điều nhiệt. Khi nhiệt độ môi trường cao hơn vùng nhiệt trung tính, động vật kích hoạt cơ chế điều nhiệt để giải phóng nhiệt thông qua các thay đổi và phản ứng về hành vi, sinh hóa và sinh lý.
Stress nhiệt có thể được phân thành hai loại chính, cấp tính và mạn tính. Stress nhiệt cấp tính đề cập đến sự gia tăng nhiệt độ môi trường trong thời gian ngắn và nhanh (vài giờ), trong khi ở stress nhiệt mạn tính, nhiệt độ cao kéo dài trong thời gian dài hơn (vài ngày). Một số nghiên cứu cho thấy rằng, trong một số trường hợp, động vật gia cầm thể hiện khả năng phục hồi đối với stress nhiệt cấp tính . Tuy nhiên, về lâu dài, cơ chế bù trừ của chúng không đủ để duy trì tính toàn vẹn của mô, do đó làm hao hụt sức khỏe và hiệu suất.
Phản ứng của động vật đối với stress nhiệt
Gia cầm bị stress nhiệt làm thay đổi biểu hiện gen của các cytokine, điều chỉnh tăng các protein sốc nhiệt (HSP) và giảm nồng độ hormone tuyến giáp. Khi căng thẳng nhiệt kéo dài, các đợt phản ứng tế bào này dẫn đến tổn thương và trục trặc mô.
Động vật bị stress nhiệt phải chịu những tác động bất lợi về năng suất như tỷ lệ tử vong cao, tăng trưởng và sản lượng thấp hơn (Hình 1), và giảm chất lượng thịt và trứng.
Tăng trọng của gà thịt bị stress nhiệt mãn tính (35°C liên tục từ ngày thứ 21). Một chất đánh dấu cho tính thấm của mối nối chặt chẽ đã được thêm vào thức ăn (FITC-d - fluorescein isothiocyanate dextran); huỳnh quang của nó (trong huyết thanh) tăng theo thời gian tiếp xúc với stress nhiệt, cho thấy tính thấm của ruột cao hơn. (Phỏng theo Ruff et al., 2020)
Stress oxy hóa – hậu quả của stress nhiệt
Nói một cách đơn giản, stress oxy hóa xảy ra khi lượng các loại oxy phản ứng (ROS – chẳng hạn như anion superoxide, hydro peroxide và các gốc hydroxyl) vượt quá khả năng chống oxy hóa của tế bào. Stress oxy hóa được coi là một trong những yếu tố gây stress nghiêm trọng nhất trong chăn nuôi gia cầm vì nó là phản ứng đối với những thách thức đa dạng ảnh hưởng đến động vật.
Ở cấp độ tế bào, quá trình trao đổi chất của động vật – sản xuất năng lượng của nó – tạo ra ROS và các loại nitơ phản ứng (RNS), chẳng hạn như các gốc hydroxyl, anion superoxide, hydro peroxide và oxit nitric. Chúng thường được xử lý thêm bởi các enzym chống oxy hóa do tế bào sản xuất , bao gồm superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) và glutathione peroxidase (GSH-Px). Các chất dinh dưỡng như selen và vitamin E, C và A cũng tham gia vào quá trình chống oxy hóa. Khi việc tạo ra ROS vượt quá khả năng của hệ thống chống oxy hóa, stress oxy hóa sẽ xảy ra.
Stress nhiệt dẫn đến nhu cầu năng lượng tế bào cao hơn, thúc đẩy quá trình tạo ra ROS trong ty thể, vượt quá khả năng chống oxy hóa của sinh vật. Kết quả là, stress oxy hóa xảy ra ở một số mô, dẫn đến chết theo chương trình hoặc hoại tử tế bào. Trong số này, tổ chức mô ở đường tiêu hóa có thể chịu ảnh hưởng nặng.
Căng thẳng oxy hóa làm hỏng protein, lipid và DNA của tế bào, đồng thời làm giảm hiệu quả tạo năng lượng (6). Hơn nữa, các phân tử bị oxy hóa có thể lấy electron từ các phân tử khác, dẫn đến phản ứng dây chuyền. Nếu không được kiểm soát, phản ứng này có thể gây tổn thương mô trên diện rộng (16).
Để đối phó với stress oxy hóa, tất cả các chất chống oxy hóa trong cơ thể phối hợp với nhau để thiết lập lại cân bằng nội môi (homeostasis). Một số bước trong phản ứng căng thẳng oxy hóa đã được xác định. Chúng có diễn ra hay không tùy thuộc vào cường độ của tác nhân gây căng thẳng, với ROS và RNS đóng vai trò là các phân tử tín hiệu. Các bước này bao gồm tổng hợp bên trong các chất chống oxy hóa, kích hoạt các yếu tố phiên mã hoặc vitagenes và sản xuất các phân tử bảo vệ
Đầu tiên, giảm sản xuất gốc tự do bằng cách giảm lượng oxy sẵn có và giảm hoạt động của các enzym chịu trách nhiệm sản xuất ROS (NADPH oxidase). Thứ hai, lượm lặt và phân hủy các gốc tự do thông qua các chất chống oxy hóa tự nhiên (vitamin E & C, GSH, SOD, GPx và CAT). Thứ ba, kích hoạt Nrf2 và vitagenes để tiếp tục kích thích quá trình tổng hợp chất chống oxy hóa. Thứ tư, kích hoạt các hệ thống enzyme chịu trách nhiệm sửa chữa phân tử bị hư hỏng (HSP, Msr, enzyme sửa chữa DNA) và loại bỏ (PH–GPx). Thứ năm, gây ra quá trình chết theo chương trình và các quá trình khác để xử lý các tế bào bị tổn thương ở giai đoạn cuối. (Phỏng theo Surai và cộng sự, 2019)
Stress oxy hóa ảnh hưởng như thế nào đối với đường ruột
Trong đường tiêu hóa, stress oxy hóa và hậu quả là tổn thương mô dẫn đến tăng tính thấm của ruột. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển các chất độc và mầm bệnh từ đường ruột vào máu .
Trong điều kiện căng thẳng oxy hóa trong ruột, có nhu cầu về chất chống oxy hóa để chống lại sự dư thừa ROS; do đó, chất chống oxy hóa trong chế độ ăn uống có thể giúp giảm ROS và cải thiện năng suất của động vật. Nghiên cứu cho thấy rằng một số phân tử thực vật nhất định có đặc tính chống oxy hóa và cải thiện hiệu suất trong điều kiện căng thẳng oxy hóa .
1. Điều hòa nhiệt độ: thay đổi lưu lượng máu
Đường tiêu hóa bị ảnh hưởng nặng bởi stress nhiệt: để giúp tản nhiệt, cơ chế điều nhiệt của động vật chuyển lưu lượng máu nội tạng sang tuần hoàn ngoại vi. Thiếu máu cục bộ cơ quan và thiếu oxy kéo theo, hạn chế nhu động ruột, sử dụng chất dinh dưỡng và lượng thức ăn nạp vào. Tế bào ruột đặc biệt nhạy cảm với tình trạng thiếu oxy và hạn chế chất dinh dưỡng, dẫn đến stress oxy hóa.
2. Những thay đổi trong mối nối chặt chẽ của hàng rào ruột
Một số nghiên cứu chỉ ra rằng cả stress nhiệt cấp tính và mãn tính đều làm tăng tính thấm của ruột, một phần do làm tăng stress oxy hóa và phá vỡ sự biểu hiện của các protein liên kết chặt chẽ. Căng thẳng do nhiệt và oxy hóa trong ruột dẫn đến tổn thương tế bào ruột và quá trình chết theo chương trình. Khi hàng rào mối nối chặt chẽ bị tổn hại, các chất trong lòng mạch rò rỉ vào máu, tạo nên tình trạng được mô tả là “ruột bị rò rỉ”.
3. Thay đổi hình thái ruột
Stress nhiệt ảnh hưởng đến trọng lượng, chiều dài, chức năng rào cản và hệ vi sinh vật của ruột, dẫn đến động vật có tổng trọng lượng và trọng lượng tương đối của ruột non thấp hơn, với hỗng tràng và tá tràng ngắn hơn, nhung mao ngắn hơn (Hình 4) và giảm diện tích hấp thụ so với động vật không căng thẳng
Chiều cao và chiều rộng lông tơ của gà thịt tiếp xúc với stress nhiệt so với nhóm đối chứng (100%). Chiều cao nhung mao luôn ngắn hơn lô đối chứng, nhưng chiều rộng có thể tăng lên khi sinh vật thể hiện khả năng phục hồi trước các tình huống căng thẳng và nhằm phục hồi bề mặt ruột. (Phỏng theo Jahejo và cộng sự, 2016; Santos và cộng sự, 2019; Wu và cộng sự, 2018; Abdelqader và cộng sự, 2016 ; Santos và cộng sự, 2015 và Awad và cộng sự, 2018 – theo thứ tự xuất hiện trong đồ thị, từ trái sang phải)
4. Thay đổi hệ vi sinh vật đường ruột
Do lượng thức ăn ăn vào giảm và chức năng đường ruột bị suy giảm, sự hiện diện và hoạt động của hệ vi sinh vật cộng sinh cũng có thể bị thay đổi. Stress nhiệt có thể dẫn đến giảm quần thể vi khuẩn có lợi. Đồng thời, nó có thể thúc đẩy sự phát triển của mầm bệnh tiềm ẩn và dẫn đến rối loạn vi khuẩn, tăng tính thấm của ruột, cũng như rối loạn chức năng miễn dịch và trao đổi chất. Burkholder et al. (2008) và Rostagno (2020) chỉ ra rằng các mầm bệnh như vi khuẩn Clostridia , Salmonella và coliform gia tăng ở gia cầm bị stress nhiệt, trong khi quần thể vi khuẩn có lợi như Lactobacilli và Bifidobacteria giảm.
5. viêm ruột hoại tử
Stress nhiệt gây ra thiệt hại trong hệ vi sinh vật đường ruột, tính toàn vẹn của ruột và hình thái nhung mao, cũng như ức chế miễn dịch. Do đó, quá trình tiêu hóa và hấp thu thức ăn giảm. Những yếu tố này làm tăng nguy cơ bùng phát bệnh viêm ruột hoại tử, một trong , những bệnh do vi khuẩn gây ra nhiều vân đề nhất trong chăn nuôi gia cầm hiện đại.
Trong một nghiên cứu của Tsiouris et al. (2018), stress nhiệt cấp tính theo chu kỳ đã được phát hiện là làm tăng tỷ lệ mắc và mức độ nghiêm trọng của bệnh viêm ruột hoại tử ở gà thịt được thử thách với C. perfringens và gây bệnh ở những động vật không tiếp xúc với vi khuẩn. Các dấu hiệu khác, chẳng hạn như chậm phát triển và giảm độ pH của dịch tiêu hóa trong ruột, cũng được quan sát thấy ở những con gia cầm bị stress nhiệt.
Bằng cách làm giảm khả năng tiêu hóa thức ăn, tăng tính thấm của ruột và ảnh hưởng đến khả năng miễn dịch, stress nhiệt khiến động vật dễ mắc các vấn đề liên quan đến sức khỏe đường ruột như rối loạn vi khuẩn và viêm ruột hoại tử – và do đó làm tăng nhu cầu sử dụng kháng sinh.
Chiến lược giảm thiểu
Hầu hết các chiến lược can thiệp đối phó với stress nhiệt thông qua một loạt các biện pháp, bao gồm quản lý môi trường, thiết kế nhà ở, thông gió, tưới nước và tạo bóng mát, cùng với các biện pháp khác . Hiểu và kiểm soát các điều kiện môi trường luôn là một phần của quản lý căng thẳng nhiệt: nó rất quan trọng để đảm bảo phúc lợi cho động vật và đạt được thành công trong chăn nuôi gia cầm.
Quản lý thức ăn và can thiệp dinh dưỡng cũng được khuyến nghị, cùng với quản lý môi trường, để giảm tác động của stress nhiệt. Chúng bao gồm cho ăn chế độ ăn dạng viên với năng lượng tăng lên, hàm lượng chất béo cao hơn, giảm tổng lượng protein, axit amin bổ sung, hàm lượng vitamin và khoáng chất cao hơn và điều chỉnh cân bằng điện giải trong chế độ ăn uống. Dinh dưỡng là rất quan trọng, và việc sử dụng các chế độ ăn phù hợp sẽ giúp giảm bớt căng thẳng nhiệt ở gia cầm.
Phytomolecules: chất chống oxy hóa mạnh mẽ
Thực tế là không thể tránh được căng thẳng trong chăn nuôi gia cầm thương phẩm; do đó, đôi khi động vật bị stress oxy hóa là điều bình thường. Phytomolecules là chất chống oxy hóa tự nhiên có đặc tính chống viêm và tiêu hóa đã được chứng minh là cải thiện năng suất của gia cầm, kể cả trong giai đoạn thử thách . Khả năng chống oxy hóa của các phân tử thực vật thể hiện ở việc loại bỏ gốc tự do, tăng sản xuất chất chống oxy hóa tự nhiên và kích hoạt các yếu tố phiên mã.
Là hợp chất có sinh khả dụng thấp, chúng có thể tồn tại ở nồng độ cao trong ruột khi được cung cấp ở liều lượng thích hợp và thông qua công nghệ đóng gói. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các phân tử thực vật có thể làm giảm ROS trong ruột một cách hiệu quả và do đó làm giảm căng thẳng do nhiệt ở gia cầm, đặc biệt là giảm thiểu căng thẳng oxy hóa trong ruột.
Ví dụ, một nghiên cứu về stress nhiệt đã phát hiện ra rằng carvacrol làm tăng hoạt tính GSH-PX huyết thanh, so với gà thịt không được bổ sung. Các nghiên cứu khác chứng minh rằng cinnamaldehyde cũng làm tăng hoạt động của các chất chống oxy hóa tự nhiên ở gà thịt bị stress nhiệt. Một nghiên cứu của Prieto và Campo (2016) cho thấy rằng việc bổ sung capsaicin vào chế độ ăn uống giúp giảm bớt căng thẳng nhiệt một cách hiệu quả, thể hiện qua tỷ lệ H/L thấp hơn ở động vật được bổ sung.
Silibinin, một flavonolignan có trong silymarin (chiết xuất cây kế sữa), là một chất chống oxy hóa mạnh mẽ khác. Trong đường tiêu hóa, nó có thể tiếp xúc trực tiếp với các tế bào, kích hoạt các yếu tố phiên mã như Nrf2, và do đó giúp điều chỉnh lại khả năng bảo vệ chống oxy hóa. Các phân tử thực vật khác, chẳng hạn như tinh dầu bạc hà và cineol, cũng hỗ trợ động vật bị stress nhiệt bằng cách mô phỏng các thụ thể cảm giác lạnh của niêm mạc miệng. Điều này mang lại cho họ cảm giác mát mẻ và giảm hành vi căng thẳng nhiệt.
Nguồn: Guillermo Gaona | Marisabel Caballero của thepoultrysite