Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura. Micotossine e fisiologia dei ruminanti F. Abeni, CRA-FLC Cremona

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1 Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura Micotossine e fisiologia dei ruminanti F. Abeni, CRA-FLC Cremona

2 Struttura della presentazione 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

3 Le micotossine principalmente indagate nei ruminanti

4 La potenziale ingestione giornaliera di una bovina da latte Scenario 1 alimento % ss afb1 ppb ss tq kg ss razione afb1 ing µg/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 µg/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 < 40 µg/d di AFB 1 per non avere problemi AFM 1 latte (Moschini et al, 2008)

5 La potenziale ingestione giornaliera di una bovina da latte Proiezione del livello di contaminazione dell insilato di mais in AFB 1, se impiegato in ragione di 25 kg capo -1 giorno -1, sulla contaminazione del latte in AFM 1 escludendo il possibile ruolo degli apporti con altri alimenti linea blu = equazione adottata dai servizi di assistenza tecnica; deriva da studi di inizio anni 90 linea rossa = equazione riportata da Fink-Gremmels (2008), inserita nel documento EFSA (2004) sul problema aflatossine

6 Le micotossine nei foraggi aziendali Gli 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

7 Le micotossine nei foraggi aziendali Perdita > 300 kg latte/tonnellata di silomais (-20% in termini di resa) equazione di Tabacco et al., 2011 J Dairy Sci

8 Il problema della co-contaminazione Streit et al., 2012

9 Influenza DON (vomitossina) su ingestione alimento DON (anche detto vomitossina) Può influire su ingestione Controllo 2,1 6,3 8,5 ppm Ingalls, 1996

10 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 µg/ml Formazione aflatossicolo altamente tossico Molti batteri sono inibiti già a concentrazioni AFB1 < 10 µg/ml disturbo crescita e metabolismo microrganismi rumine

11 > ruolo protozoi > ruolo batteri 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),

12 Detossificazione ruminale: batteri e protozoi Protozoi + veloci e + efficaci Westlake et al. (1989) Anim Feed Sci Technol 25,

13 Interferenza con metabolismo ruminale Es. frumento contaminato da Fusarium + 88% frazione NPN prontamente disponibile per sintesi proteine microbiche (per attività proteasica Fusarium) > postprandiale [NH 4+ ] fluido ruminale < flusso proteina microbica e utilizzabile a livello duodenale Dänicke et al., 2005 JAPAN

14 Interazioni con sostanze adsorbenti Biodisponibilità proporzione di un contaminante ingerito che può raggiungere la circolazione sistemica Ing. 10 µg contaminante x matrice alimentare A tossicità Ing. 10 µg contaminante x matrice alimentare B non esercita effetti tossici Biodisponibilità orale è la risultante di 1. 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)

15 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 Esempi 1. carbone attivo (relativamente poco specifico) 2. allumosilicati (zeoliti, HSCAS, argille): HSCAS alta affinità per AFB1 complesso stabile a C, in range ph adsorbenti vari: polimeri - lieviti e prodotti da loro derivati

16 Intestino crasso Intestino tenue Ingestione aflatossine µg/d Fase liquida rumine L Rumine [aflatossine] µg/l esofago Reticolo bocca ph (?) AF:SA (1:5000? 1:50,000? 1:500,000?) Abomaso Omaso Elementi tratti e riadattati da Moschini et al. (2008) Anim Feed Sci Technol 147:

17 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)

18 Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi) Volume medio eritrociti 46.0 Media di MCV fl fl tesi ads con /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 DATA (Abeni et al, dati non pubblicati)

19 Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi) Emoglobina corpuscolare media pg Media di MCHpg 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 tesi ads con data DATA (Abeni et al, dati non pubblicati)

20 Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi) (Dal Prà et al, ISM - MycoRED Europe, May Martina Franca, Italy)

21 Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi) (Dal Prà et al, ISM - MycoRED Europe, May Martina Franca, Italy)

22 Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi) (Migliorati et al, 2007, Proc. 17 th ASPA Congress Alghero, Italy)

23 Assorbimento gastrointestinale Assorbimento micotossine 1) semplice diffusione di composti polari in fase liquida 2) diffusione di composti non ionici in fase lipidica 3) trasporto attivo (es. aflatossine)

24 Assorbimento micotossine Concentrazione AFB1 nel plasma a seguito di impianto vaginale AFB1 plasma, ng/l AFB tempo da impianto vaginale, min Gallo et al., 2008, Italian Journal of Animal Science 7:53-63

25 2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel latte Detossificazione epatica Capacità 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

26 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 Latte AFM1 max 2 d dopo ingestione AFB1 da parte della vacca, scompare 4 d dopo eliminazione AFB1 da dieta

27 2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel latte Escrezione micotossine nel latte (Yannikouris e Jouany, 2002) Micotossina Contaminazione o dose orale Tempo di esposizione (d) Forma escreta nel latte Concentrazione nel latte (ppb) AFB mg kg 1 3 AFM DON 1.8 mg kg 1 66 ppm 880 ppm DON DOM-1 DOM-1 conj FB1 3 mg kg 1 14 FB1 0 OTA 50 mg 1 g 4 4 OTAα OTA OTAα T-2 50 ppm 15 T ZEN 25 ppm 7 ZEN α-zearalenolo ZEN 40 ppm 21 ZEN 2.5 ZEN 1.8 g e 6 g 1 ZEN α-zearalenolo < and and 4.0

28 2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel latte Carry-over micotossine nel latte (Masoero et al., 2007) Carryover AFM 1 escreto/afb 1 ingerito = * kg latte/vacca/d Effetto livello cellule somatiche su CO fase iniziale ingestione AF di vacche + produttive produzione latte, kg/d Carry-over, AFM 1 escreto/afb 1 ingerito 0,008 0,012 0,016 0,020 0,024 0,028

29 2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel latte Escrezione urinaria micotossine: le aflatossine 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

30 2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel latte Escrezione urinaria micotossine: lo zearalenone ZEA escreto principalmente nelle urine possibile strumento per un monitoraggio? Periodo utilizzo adsorbente Takagi et al., 2011 giorni

31 3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte, riproduzione e sistema immunitario Fattori genetici -specie -razza e ceppo Micotossicosi Fattori fisiologici -età -ormoni -nutrizione -microflora digerente -infezioni e parassitosi Fattori ambientali -condizioni climatiche -inquinanti -tecniche allevamento e gestione Metabolismo micotossine Assorbimento, distribuzione, biotrasformazione, escrezione Tossicità alterazione biochimica alterazione funzionale danno anatomico microscopico danno anatomico macroscopico morte adattato da Bryden, 2012

32 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)

33 Metabolic marker of fumonisin toxicity in heifer 20 Plasma GGT / L U C A A-F wk of experimental period Abeni et al., (submitted)

34 Metabolic marker of fumonisin toxicity in heifer 74 Plasma AST / L U 34 C A A-F wk of experimental period Abeni et al., (submitted)

35 3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte, riproduzione e sistema immunitario Azione negativa micotossine in bovine in transizione Problemi tipici Ingestione alimento fermentazioni ruminali (SARA) Steatosi epatica Danneggiamento immunità innata Incidenza infezioni respiratorie Effetti additivi causati da micotossine Odore-sapore avversi alimento contaminato Attività antimicrobiche Danno epatico (colestasi), cirrosi epatica Danneggiamento immunità innata Effetti pro-infiammatori Micotossine implicate Metaboliti volatili micotossine Patulina, acido fusarico, AF, fumonisine, monacoline Tricoteceni, ocratossine, ABs, gliotossina A. Fumigatus Incidenza mastiti e laminiti Effetti pro-infammatori tricoteceni Danneggiamento fertilità Effetti estrogenici Zearalenone e metaboliti adattato da Fink-Gremmels, 2008

36 3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte, riproduzione e sistema immunitario Effetti su metabolismo nutrienti e sistema immunitario: vacca inizio lattazione Mix micotossine Fusarium (DON, ZEA) N-NH 3 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)

37 3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte, riproduzione e sistema immunitario Effetti su riproduzione Micotossine 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 testicolare T-2 danneggia qualità seme toro (attenzione al fieno) Pubertà e maturità sessuale Scarsi studi (vediamo nostri risultati)

38 Puberty attainment and mycotoxins in dairy heifer 80 Puberty attainment (% of heifers) % C A A-F Age, wk Abeni et al., (submitted)

39 Attuale impegno su problemi micotossine Prosecuzione studio effetti secondari derivanti da impiego adsorbenti su Profilo metabolico Profilo ematologico Profilo sieroproteine Urine Lavori Progetto CANADAIR

40 Ringraziamenti Progetto CANADAIR Gruppo laboratorio fisiologia animale di Cremona (qui con Dr Zhou, per collaborazione CANADAIR) e a voi per la cortese attenzione!

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