Dr. Kazım Bilgeçli
Yem Katkı ve Hayvan Sağlığı Ürün Grubu Müdürü
Trouw Nutrition Türkiye

Süt ineklerinde geçiş dönemi, artan metabolik gereksinimler ve negatif enerji dengesi nedeniyle reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretiminin yükseldiği kritik bir süreçtir. Antioksidan savunma sistemlerinin bu artışı dengeleyememesi durumunda gelişen oksidatif stres, metabolik ve enfeksiyöz hastalıklara yatkınlığı artırarak hayvan sağlığı ve verimliliğini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu derleme, geçiş döneminde oksidatif stresin oluşum mekanizmalarını ve antioksidan destek stratejilerinin potansiyel etkilerini değerlendirmektedir.

GİRİŞ

Geçiş dönemi, süt sığırlarında doğumdan üç hafta önce başlayıp doğumdan üç hafta sonrasına kadar devam eden metabolik adaptasyon dönemidir. Doğum sonrası dönemde süt sığırlarında birçok metabolik (süt humması, abomasum deplasmanı, yağlı karaciğer ve ketozis) hastalıkların yanında, mastitis, laminitis ve üreme bozuklukları gibi enfeksiyöz hastalıklar da meydana gelebilmektedir (Arslan,2010; Wankhade vd.,2017). Bu dönemde sıkça karşılaşılan stres; hayvanların refahı, beslenme durumu, metabolik ve enfeksiyöz hastalıklarla doğrudan ilişkilidir. Stres, hayvanların genel durumunu değerlendirmede önemli bir faktördür. BU faktörleri iki grup altında değerlendirilebilir. Fizyolojik stres, sıkışıklık, bakım yeri ve ani değişikliklerden kaynaklanırken açlık, yaralanma, hastalıklar gibi faktörler diğer stres faktörleri olarak sayılabilir (Arslan, 2008). Doğum sonrası, laktasyon enerji ihtiyacının artması oksijen ihtiyacını, dolayısıyla reaktif oksidasyon türleri reactive oxygen species (ROS)’nin üretimi de artırmaktadır. Diğer taraftan, süt sığırlarının doğumla birlikte ani ve yüksek düzeyde artan süt üretimi nedeniyle girdikleri Negatif Enerji Dengesi (NED)’nin şiddeti, özellikle yüksek vücut kondisyon skoruna (VKS) sahip ineklerde daha belirgindir; hayvanlarda yağ mobilizasyonu daha hızlı gerçekleştiği için karaciğer üzerindeki metabolik yük artmakta ve ROS üretimi daha yüksek düzeye ulaşmaktadır.

Bu derlemede, geçiş dönemindeki artmış metabolik yükün serbest radikal (ROS) üretimini nasıl artırdığı, bunun oksidatif stres mekanizmalarına yansımaları ve sonuçta süt sığırlarının sağlık ve performansı üzerindeki etkileri değerlendirilerek, bu süreçte uygulanabilecek uygun antioksidan yaklaşımlar tartışılacaktır.

SERBEST RADİKALLER

Serbest radikaller, dış orbitallerinde bir ya da daha fazla eşleşmemiş elektron içeren moleküller ya da molekül parçacıkları şeklinde tanımlanmaktadır (Pala vd., 2008; Özcan vd., 2015). Serbest radikallerden en fazla zarar gören moleküller lipitlerdir. Hücre zarlarında bulunan çoklu doymamış yağ asitlerinin çift bağları, serbest radikallerle reaksiyona girerek peroksidasyona uğrayabilmektedirler. Lipit peroksidasyonu membran geçirgenliğini etkileyerek, hücre içinde Ca+2 birikimine yol açmaktadır. Bu da hücre şişmesi ve hücre ölümü ile sonuçlanmaktadır. Stres varlığı lipit peroksidasyon ürünü olan malondialdehit (MDA) seviyesinde artışa yol açmaktadır. Bu nedenle MDA seviyesindeki artış lipit peroksidasyonunun, dolayısıyla stres varlığının göstergesidir. (Simsek, 1999). Proteinlerin serbest radikal hasarından etkilenme derecesi amino asit kompozisyonlarına bağlıdır. Doymamış bağ ve kükürt içeren triptofan, tirozin, fenilalanin, histidin, metiyonin, sistein gibi amino asitlere sahip proteinler serbest radikallerden kolaylıkla etkilenmektedirler. (Sezer ve Keskin 2014). Fizyolojik pH ve sıcaklıkta, glukoz gibi monosakkaritlerin otooksidasyonu sonucunda, H2O2, peroksitler ve okzoaldehitler oluşmaktadır. Serbest radikallere karşı organizmadaki ilk savunma işlemi süperoksit dismutaz (SOD) enzimiyle gerçekleşir. SOD, endojen olarak üretilen ve organizmayı oluşturan her hücre için esansiyel bir enzim olup peroksinitrit oluşumunu engelleyici ve hücre hasarına yol açan süperoksit radikalini, daha az zararlı hidrojen peroksite ve moleküler oksijene dönüştürücü etkisi nedeniyle organizmayı oksidanların zararlı etkisinden korur (Halliwell ve Gutteridge, 1999). Lipid peroksidasyona karşı oluşan korunma mekanizmasında GSH-Px ve CAT birincil antioksidan enzimler olarak bilinirler (Kehrer, 1993). GSH-Px aracılığıyla hidrojen peroksitin ve lipid hidroperoksitlerin indirgenmesi sağlanır (Kehrer, 1993; Halliwell ve Gutteridge, 1999). CAT ise demir içeren, özellikle karaciğerde ve eritrositlerde olmak üzere bütün organlarda bulunan ve SOD aracılığı ile oluşmuş olan hidrojen peroksitin oksijen ve suya parçalanmasında GSH-Px ile etkiyen önemli bir enzimdir (Gutteridge, 1995; Halliwell ve Gutteridge, 1999). Glutatyon, hücrelerde aminoasit transportunda, DNA ve protein sentezinde de önemli fonksiyonlara sahiptir (Bucak vd., 2010). Glutatyon, düşük molekül ağırlığa sahip, vücutta direk olarak sistein, glutamik asit ve glisin aminoasitlerinden oluşmuş bir tripeptit olup, en önemli çözünebilir antioksidandır (Kohen ve Nyska 2002; Valko vd., 2007).  Hücre metabolizmasına katılır ve hücre bütünlüğünün korunmasında esansiyel bir bileşiktir (Kehrer, 1993)). Enzimatik olmayan antioksidan olarak oksidatif hasara ve serbest radikallere karşı etkinlik gösteren glutatyon, doğrudan reaksiyona girerek serbest radikallerin toksisitelerini düşürmektedir. Doğrudan serbest radikalleri temizlemesinin yanı sıra; GSH-Px ile birlikte enzimatik olarak da etki gösterir. Ayrıca, pek çok koruyucu enzimin kofaktorü olarak işlev görür.

OKSİDATİF STRES NASIL OLUŞUR SÜT SIĞIRLARINI NASIL ETKİLER

Oksidatif stres, vücudun antioksidan savunma sistemine bağlı olarak etkileri değişebilen, çevresel veya metabolik faaliyetler sonucu açığa çıkan, hayvan vücudundaki prooksidanlarla, antioksidanlar arasındaki dengenin bozulması sonucu ortaya çıkan ve hücresel hasara yol açan bir süreçtir. (Valko ve ark., 2007). Doku veya hücrelerde meydana gelen oksidatif stres, serbest radikal üretimi ile endojen antioksidan savunması arasındaki dengenin serbest radikaller lehine bozulmasından kaynaklanır. Serbest radikallerin kaynağı, moleküler oksijendir. Lipit peroksidasyonu, proteinlerin nitratlaşması, DNA hasarı ve apoptozise (programlı hücre ölümüne) neden olur. (Estevez, 2015).

Reaktif oksijen (ROS) ve nitrojen (RNS) türleri belirli seviyelerde homeostazisin sağlanmasında görevli sinyal moleküllerdir. Normalden fazla üretildiklerinde, oksidatif strese neden olurlar. ROS, antioksidan enzimler (SOD- süperoksit dismutaz, CAT- katalaz ve GPx- glutatyon peroksidaz) tarafından intrasellüler olarak zararsız hale getirilir (Kurutaş, 2016). RNS, nitrik oksit sentezinin yan ürünü olarak barsak mukozasında meydana gelir, fazlası mukozaya zarar verip, besinlerden yararlanmayı azaltan önemli serbest radikallerden birisidir. Çevresel etmenlere ilave olarak mitokondriyal metabolik faaliyetler, yaşlanma ve stres koşulları serbest radikal üretimini artırarak, hayvan sağlığı ve verimini etkilemektedir (Yavaş ve ark., 2020).

Antioksidan yetersizliğinin uterus kasılmasını yavaşlatıp, oviducta semenin ulaşmasını önlediği tespit edilmiştir. Oksidatif stres ile mastitis arasında yakın ilişki bulunmaktadır. Yangının şiddetine bağlı olarak süt veriminde azalma ve sütün bileşiminde istenilmeyen değişimler meydana gelmektedir (Jozwik ve ark., 2004).

Oksidatif stres, hücre membranı ve diğer hücre bileşenlerinin oksidatif hasarına yol açarak hücrenin nekroz ve ölümüne, dolayısıyla doku hasarı ve kronik hastalıklara sebep olmaktadır.  Oksidatif stres pek çok hastalığın patogenezinde kritik bir öneme sahip olduğundan, hastalığın şiddetini artırmaktadır. (Sezer vd., 2014; Tabakoğlu vd., 2013) Süt sığırları, gebelikten laktasyona geçiş sırasında önemli metabolik ve fizyolojik adaptasyonlara maruz kalmaktadırlar. Artan metabolik ihtiyaçlar sırasında oksijen gereksinimindeki artış ROS’nin üretiminin artışıyla sonuçlanmaktadır.  Oksidatif stres, özellikle geçiş periyodu sırasında süt sığırlarının hastalıklara duyarlılığını artıran immün ve inflamatuar bozuklukların altında yatan önemli bir faktördür. (Sordillo vd., 2009; Sordillo vd., 2013; Abd Ellah, 2016). Mitokondride, serbest yağ asitleri (SYA) ve koenzim A’ların mitokondriyal elektron taşıma sisteminde elektron akışını yavaşlatmasıyla ve yağ asitlerinden beta oksidasyonla enerji elde edildiğinde ROS üretimi artabilmektedir. Her iki etki de geçiş dönemi sığırlarda, lipit mobilizasyonuna bağlı SYA’ların kullanımının artması yüzünden önemli ölçüde artmaktadır. Bu durum; özellikle yüksek vücut kitle indeksli sığırlarda, düşük vücut kitle indeksli sığırlardan daha belirgindir. Geçiş dönemi süt sığırlarının kanlarında ROS ve antioksidan (A ve E vitamini) konsantrasyonları, sütlerinde lipoperoksit ile A ve E vitaminleri ölçülmüştür. (Rizzo vd., 2013) Çalışma sonucu, NEB sırasında geçiş dönemi tüm sığırlara A ve E vitaminlerinin ilavesinin onların endojen antioksidan savunmasına katkıda bulunacağı bildirilmiştir. Avcı ve Kızıl, 2012, geçiş dönemi sığırlarda eritrosit MDA düzeyinde artış ve plazma antioksidanlarında (CAT, GSH-Px, vitamin E ve vitamin C) azalmaya bağlı olarak oksidatif stresin oluştuğunu ortaya koymuşlardır.

ANTİOKSİDAN ETKİYE SAHİP KATKI MADDELERİ

ROS’nin meydana getirdiği hasarları önlemek üzere vücutta görev yapan savunma sistemlerine, “antioksidan savunma sistemleri” adı verilmektedir. Antioksidanlar, peroksidasyon zincir reaksiyonunu engelleyerek veya ROS’yi toplayarak lipit peroksidasyonunu engellemektedirler. Antioksidanlar, oksidatif hasarın DNA’ya olan etkisini ve hücre bölünmesindeki anormal artışını azaltarak kansere karşı koruyucu etki yapmaktadırlar. (Sezer ve Keskin, 2014)

Antioksidanlar düşük konsantrasyonlarda oksidan maddelerle karşılaşır ve hedef molekülün oksidasyonunu geciktirir ya da inhibe eder. (Gutteridge, 1995) Antioksidan enzimler serbest radikalleri indirgeyerek oluşacak hasarı önlemede rol oynar (Kızıl vd., 2011). Bunlar serbest radikalleri tutarak veya daha zayıf yeni bir moleküle dönüştürerek aktivitelerini azaltır veya serbest radikalleri kendilerine bağlayıp reaksiyon zincirini kırma/onarma şeklinde etki gösterirler (Traber ve Packer L, 1995).

Riboflavin, süt ineklerinde enerji üretiminde dolaylı olarak birçok oksidasyon ve indirgeme reaksiyonuna aracılık eder. Riboflavinin, bağışıklık sistemi ve üreme üzerinde olumsuz bir etkisi olan ve geçiş döneminde artan oksidatif stresi azalttığı tespit edilmiştir. Ayrıca, riboflavin, bağışıklık hücrelerinin aktivasyonunda önemli bir rol oynar ve süt ineklerinin enfeksiyonlara karşı daha etkili bir şekilde savaşmasına izin verir.

Magnezyum: Geçiş dönemindeki süt ineklerinde oluşan negatif enerji dengesi (NED) ve aşırı lipolizi sonucu karaciğere gelen NEFA metabolitleri mitokondriyal oksidasyon yerine peroksizomal oksidasyona sebep olarak bir oksidatif stres oluşturur. Mg mineralinin geçiş döneminde Rasyonun anyon katyon dengesi üzerine bilinen önemli etkilerinin yanında antioksidan sistemlere verdiği enzimsel desteğin de göz önünde bulundurulması önemlidir.

Mangan: Daha önce bahsedilen süperoksit dismutaz (SOD) enziminin yapısında Cu ve Zn ile yer alarak; mitokondriyal süperoksitlerin hidrojen peroksite dönüşümünü sağlayan antioksidan mekanizmada rol oynar

Vitamin: E ve C vitaminleri gibi önemli antioksidanların rejenere olmasına ve tekrar aktif formlarına dönüşmesini sağlar (Valko vd., 2007). E vitamini ile GSH-Px serbest radikallere karşı birbirlerini tamamlayıcı etkilere sahiptir. Antioksidan etkisi en fazla olan α-tokoferol’dür (Vinson vd., 1994). Bu dönemde selenyum, bakır, çinko ve mangan içeren minerallerin kullanımının oksidatif stresin azaltılmasına yardımcı olacağı sonucuna varılmıştır (Weiss, 2006). E vitamini, C vitamini ve karotenoidler gibi antioksidan vitaminleri ve esansiyel iz mineralleri içeren gıdaların yeterince alınmasına bağlıdır (Duthie et al. 1989). Bu vitaminler birlikte etkin bir şekilde çalışarak hastalık ve hasarlara neden olan zararlı reaktif oksijen türlerinin etkisini yok etmektedir. E vitamini (tokoferoller), yağda çözünebilen başlıca antioksidanlardan olup tüm hücre membranlarında bulunmakta ve çoklu doymamış yağ asitlerini oksidasyona karşı korumaktadır (Diplock 1998).  E vitamininin yüksek dozlarda diyete ilavesinin LDL düzeylerini önemli ölçüde artırdığı ve oksidatif strese karşı oldukça koruyucu olduğu bildirilmektedir (Reaven et al. 1993).

Özellikle bitkisel gıdalarda bulunan fenolik bileşikler de indirgen ajan, hidrojen verici, tekli oksijen yakalayıcı ve metal kelatör olmaları nedeniyle önemli antioksidanlar arasında sayılmaktadır (Rice-Evans et al. 1995). Selenyum, bakır, manganez ve çinko gibi mineraller de koruyucu enzimlerin yapıları ve katalitik aktiviteleri için gereklidir. (Diplock 1998).

E vitamini (α-tokoferol) hücre zarlarında ve düşük yoğunluklu lipoprotein (LDL) dahil olmak üzere çeşitli lipit parçacıklarında lipit peroksidasyonu sırasında ‘zincir kırıcı’ olarak işlev gören etkili bir lipit çözünür antioksidandır (Niki, 2014). C vitamini ise suda çözünebilen bir serbest radikal temizleyicisidir. Ayrıca, GSH veya indirgeyici eşdeğerler bağışlayabilen bileşiklerle birlikte hücre zarlarında E vitaminini yeniden oluşturur. C vitamini, lipit peroksidasyon zincir reaksiyonunu sonlandırmak için lipit radikaline bir elektron vererek askorbat radikaline dönüşür (Niki, 1991; C.Oh vd. 2010).

SONUÇ

Geçiş dönemi, süt sığırlarında metabolik yükün arttığı, negatif enerji dengesinin geliştiği ve buna bağlı olarak reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretiminin yükseldiği kritik bir dönemdir. Artan ROS üretimi, antioksidan savunma sistemleri ile dengelenemediğinde oksidatif strese yol açmakta; bu durum mastitis, ketozis, yağlı karaciğer, laminitis ve üreme bozuklukları gibi hastalıkların gelişme riskini artırmaktadır. Oksidatif stres, hücresel düzeyde lipit peroksidasyonu, protein hasarı ve DNA hasarına neden olarak doku fonksiyonlarını olumsuz etkilemektedir.

Bu nedenle geçiş döneminde antioksidan savunmanın güçlendirilmesi hem metabolik hastalıkların önlenmesi hem de süt verimi ve üreme performansının sürdürülebilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Antioksidan etkili bitkisel ekstraktlar, Vitamin E, vitamin C, selenyum ve yüksek biyoyararlanıma sahip bakır, çinko, mangan gibi vitamin ve minerallerin yeterli düzeyde sağlanması; ayrıca rasyonun enerji dengesinin doğru düzenlenmesi, oksidatif stresin olumsuz etkilerini azaltmada etkili stratejiler olarak önerilmektedir. Gelecekte yapılacak çalışmaların, farklı antioksidan kombinasyonlarının geçiş dönemi sığırlarında klinik sonuçlara etkisini karşılaştırmalı olarak incelemesi gerektiği sonucuna varılmıştır.