Monika Leukert
Ürün Müdürü
Lallemand Animal Nutriton

Oksidatif stres, hayvansal üretimde büyüme, sağlık ve verimliliği olumsuz etkileyen önemli bir sorun. Bu etkileri azaltmak ve hayvan performansını iyileştirmek için, sorunun sebeplerinin derinlemesine anlaşılması ve hedefe yönelik stratejiler benimsenmesi gerekiyor.

GİRİŞ

Sağlık, refah ve esenlikle ilgili tartışmalarda sıkça duyulan bir terim olan oksidatif stres, serbest radikallerin ve antioksidanların ötesine uzanmaktadır. Bu, vücudun tüm hücrelerinde kaosa neden olan karmaşık bir olgudur. Reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretimi yaşamın doğal bir sonucudur. Metabolik süreçlerin bir yan ürünü olarak hayvanların hücrelerinde, özellikle de enerjinin üretildiği mitokondride ortaya çıkar. Normalde vücut, ROS üretimi ile antioksidanların etkisi arasında bir denge sağlamak için ince ayarlanmış bir sisteme sahiptir. Oksidatif stres, ROS ile vücudun antioksidanlarla zararlı etkilerini önleme veya nötralize etme yeteneği arasındaki dengesizliğin bir sonucudur. Bu dengesizlik, aşırı ROS üretimi veya tükenmiş bir antioksidan sistemi sebebiyle ortaya çıkabilir. Bu teknik makalede, oksidatif stres dünyasını araştıracak, karmaşıklıklarını ve hayvan sağlığını nasıl etkilediğini inceleyeceğiz.

ROS’UN İKİLİ DOĞASI

Hücre, hem eksojen hem de endojen kaynaklardan gelen çok çeşitli ROS’a maruz kalır (Şekil 1). ROS, süperoksit radikalleri (O2•-) ve hidrojen peroksit (H2O2) gibi bir grup molekülü kapsar. Genellikle “serbest radikaller” olarak etiketlenen ROS, oldukça reaktiftir ve hücresel hasara sebep olabilir. Ancak, tüm ROS’lar zararlı değildir. ROS ayrıca çeşitli sinyal yollarında yer alan hücresel haberciler olarak da işlev görür. Orta seviyelerde, ROS hücre büyümesinde, bağışıklık tepkisinde ve diğer temel işlevlerde rol oynar. Aşırı ROS anormal sinyalleşmeyi tetikleyebilir. ROS’un ikili doğası, düzenlenmelerini hayati hale getirir.

Şekil 1- Reaktif oksijen türlerinin (ROS) eksojen ve endojen kaynakları (Kohen ve Nyska, 2002) & Tab. ROS ve özelliklerine genel bakış (Domej ve ark., 2014’ten uyarlanmıştır).

MİTOKONDRİ: ENERJİ VE ROS’UN ENDOJEN ÜRETİM BÖLGESİ

Yaşayan her organizma enerji üretimine bağımlıdır ve bu sürecin önemli bir kısmı mitokondri adı verilen küçük yapılarda gerçekleşir. Bu hücresel güç merkezleri ATP (adenozin trifosfat) formunda enerji üretir. Bunu yaparken, normal hücre aktivitesinin doğal yan ürünleri olarak ROS da üretirler (Şekil 2). Bu süreç sırasında mitokondrinin çeşitli bölgelerinde süperoksit radikalleri üretilir. Normal fizyolojik şartlar altında mitokondri, glutatyon peroksidazlar (GPX’ler), süperoksit dismutazlar (SOD’lar), katalaz (CAT) ve diğerleri gibi antioksidanları içeren bir savunma sistemi tarafından ROS’tan korunur. Mitokondride aşırı ROS üretimi varsa veya antioksidanlar tükenmişse, mitokondriden aşırı serbest radikaller salınacak ve mitokondrinin kendisi de dahil olmak üzere farklı hücre bölmelerinde hasarı başlatacaktır.

Şekil 2 - Mitokondri içinde enerji üretimi ve ROS üretimi arasındaki bağlantı:

(1) Mitokondri hücre enerjisini sağlar ve programlanmış hücre ölümünü (apoptoz) kontrol eder.
(2) Elektronik kayıplar solunum zinciri boyunca ortaya çıkarak ROS’a yol açar.
(3) Antioksidan savunma yetersizse, aşırı ROS serbest radikal kaskadını başlatır

Bir hücredeki mitokondri sayısı, hücrenin türüne ve enerji ihtiyacına bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir. Bazı hücrelerde birkaç yüz mitokondri bulunurken bazılarında binlerce mitokondri olabilir. Örneğin:

• Kas hücreleri: Kas hücreleri yüksek oranda enerji gerektirir ve binlerce mitokondri içerebilirler. Bunun sebebi, kasılmak ve işlevlerini yerine getirmek için önemli miktarda enerjiye ihtiyaç duymalarıdır.
  
• Karaciğer hücreleri: Çeşitli metabolik işlevleri yerine getiren karaciğer hücreleri de birkaç yüz ile binin üzerinde değişen sayıda mitokondriye sahiptir.
• Sinir hücreleri: Sinir hücreleri (nöronlar), enerji üretmekten ziyade elektrik sinyallerini iletmeye odaklandıkları için kas veya karaciğer hücrelerine kıyasla tipik olarak daha az mitokondriye sahiptir.
• Alyuvarlar: Olgun alyuvarlar mitokondriden tamamen yoksundur, çünkü ana görevleri enerji üretimi için kullanmadan oksijen taşımaktır.
• Oositler: Olgun oositler yaklaşık 100 bin mitokondri içerebilir. Başka hiçbir memeli hücresi daha fazla sayıda mitokondri içermez.

ANTİOKSİDAN SAVUNMA SİSTEMİ

Serbest radikallerin zararlı etkilerine karşı koymak için hücreler hem enzimatik (örneğin süperoksit dismutaz, katalaz ve glutatyon peroksidaz) hem de enzimatik olmayan (A, C, E vitaminleri ve polifenoller gibi) bir antioksidan ağına sahiptir (Şekil 3). Enzimatik antioksidanlar (birincil antioksidanlar olarak da adlandırılır) endojen olarak üretilir ve sitoplazmanın yanı sıra mitokondride de bulunabilir. Bu enzimler ROS’u daha az zararlı maddelere dönüştürerek doğrudan nötralize eder. Örneğin, SOD süperoksit radikallerini hidrojen peroksite dönüştürür, bu da katalaz veya glutatyon peroksidaz tarafından su ve oksijene detoksifiye edilir (Şekil 4). Primer antioksidanlar tarafından doğrudan süperoksit radikallerinin dönüştürülmesi (söndürülmesi), serbest radikal kaskadının ve ilişkili oksidatif hasarların başlatılmasından sorumlu hidroksil radikallerinin (OH°) oluşumunu önler veya en aza indirir.

Şekil 3 - Antioksidanların sınıflandırılması (Lakovou & Kourti, 2022’den uyarlanmıştır).

Buna karşılık, enzimatik olmayan antioksidanlar (ikincil antioksidanlar olarak da adlandırılır) endojen olarak üretilebilir veya diyet kaynaklarından gelebilir. Hidroksil radikallerini (OH°) temizleyerek oksidatif stresle dolaylı olarak mücadele ederler ve böylece serbest radikal kaskadının yayılmasını sonlandırırlar. Buna bağlı olarak, hücre zarları ve DNA gibi hücresel yapıların korunmasında da rol oynarlar. Birincil (enzimatik) antioksidanlar ROS’u sürekli olarak metabolize edebilirken, ikincil antioksidanlar bunu yapamaz. Sadece bir serbest radikal molekülünü nötralize edebilen bir ikincil antioksidan moleküldür.

Birincil ve ikincil antioksidanlar birlikte antioksidan savunma sistemini oluşturur.

Şekil 4 - Endojen ROS üretim yolu ve hücresel düzeyde birincil ve ikincil antioksidanların rolü.

OKSİDATİF STRESİN SONUÇLARI

ROS ve antioksidanlar arasındaki hassas dengenin bozulması, hücre içinde bir olaylar zinciri başlatarak hücresel düzeyde kaosa sebep olur. Oksidatif stresin hücresel kaosa sebep olma şekli aşağıdaki gibidir. 

Mitokondri, enerji üreticisi olarak oksidatif strese karşı özellikle savunmasızdır. Mitokondride oksidatif hasar, hücre sağlığını, organ fonksiyonunu ve hayvan canlılığını etkileyebilecek enerji üretimi işlev bozukluğuna yol açabilir. Sürekli bir çift lipit molekülü tabakasından oluşan hücre zarları, oksidatif stresin bir sonucu olarak lipit hasarı ile dengesizleşebilir ve hücresel bütünlüğü ve işlevi etkileyebilir. Bu lipid peroksidasyonu üç ana aşamayı içeren zincirleme bir reaksiyon sürecidir (Şekil. 5).

Şekil 5 - Üç adımda lipid peroksidasyonuna genel bakış (Mortensen ve ark., 2023’ten uyarlanmıştır).

Lipid peroksidasyonu tipik olarak hidroksil radikalleri (•OH) gibi serbest radikallerin hücre membranlarının lipid çift tabakası içindeki çoklu doymamış yağ asitlerine (PUFA’lar) saldırdığı başlangıç aşamasıyla başlar. Bu saldırı bir lipit radikalinin (L•) ve reaktif oksijen türlerinin oluşumuyla sonuçlanır. Yayılma aşamasında, yeni oluşan lipid radikali moleküler oksijen (O2) ile reaksiyona girerek bir lipid peroksil radikali (LOO•) üretir. Bu peroksil radikali oldukça reaktiftir ve komşu PUFA’ya saldırarak zincirleme bir reaksiyona yol açabilir. Bu süreç daha fazla lipit radikali ve lipit peroksil radikali üreterek lipitlerin oksidasyonunu devam ettirir. Sonlandırma aşaması zincirleme reaksiyonun sonlandırılmasını içerir. Bu, iki lipid radikali birleşerek radikal olmayan bir yapı oluşturduğunda meydana gelir. Alternatif olarak, E vitamini, C vitamini, glutatyon veya antioksidan enzimler gibi antioksidanlar serbest radikalleri nötralize ederek lipid peroksidasyonunun yayılmasını durdurabilir.

Protein oksidasyonu yanlış katlanma ve agregasyona yol açarak hücrelerin işlevini bozabilir. DNA hasarı mutasyonlara ve genomik kararsızlığa sebep olabilir. Aşırı oksidatif stres, kontrollü ve kontrolsüz hücre ölümüne sebep olabilir.

Oksidatif stres, vücudun bağışıklık sistemi hücresel hasara cevap verdiği için enflamasyonu tetikleyebilir. Enflamasyon doğal bir savunma mekanizması olsa da, kalıcı oksidatif stresten kaynaklanan kronik enflamasyon çeşitli hastalıklara yol açabilir ve hücresel fonksiyonları daha da bozabilir.

Özetle, oksidatif stres hücresel bileşenlere zarar veren ve hücresel işlevleri ve bütünlüğü bozan bir dizi olayı başlatarak hücresel işlevi bozar. Bu bozuklukların kümülatif etkisi hücresel bir kaos durumuna yol açarak sonuçta çeşitli hastalıklara ve patolojik durumlara zemin hazırlar (Şekil 6).

Şekil 6 - Kontrolsüz oksidatif stres durumunda hastalık (Lykkesfeldt & Svendsen, 2007’den uyarlanmıştır).

HAYVANSAL ÜRETİMDE OKSİDATİF STRESİN ETKİSİNİ AZALTMAYA VE ANTİOKSİDAN SAVUNMAYI DESTEKLEMEYE YÖNELİK STRATEJİLER

Hayvansal üretimde oksidatif stresin azaltılması, hayvanların sağlık ve refahının sağlanması için çok önemlidir. İşte bazı stratejiler:

• Stresi en aza indirin: optimum barınak şartları, kalabalıklığın azaltılması ve uygun bakım uygulamaları dahil olmak üzere stres azaltıcı önlemler uygulayın.
• Çevre yönetimi: kirleticilere maruz kalma veya sert hava şartları (yüksek sıcaklıklar gibi) gibi oksidatif strese katkıda bulunan çevresel faktörleri kontrol edin. 
• Dayanıklılığa yönelik seçim: oksidatif strese karşı genetik dayanıklılıklarına göre üreme için hayvanları seçin. Bu, hayvan sağlığını iyileştirmek için uzun vadeli bir strateji olabilir.

 Beslenme yoluyla antioksidan savunmanın desteklenmesi:

A. İKİNCİL ANTİOKSİDANLAR

Günümüzde, neredeyse tüm hayvan diyetlerine dışsal, ikincil antioksidanlar eklenmektedir. Örneğin, E vitamini, polifenoller ve karotenoidler serbest radikalleri nötralize etme yetenekleriyle bilinmektedir. Bir elektron bağışlayarak ve kimyasal dengeyi koruyarak serbest radikalleri temizlerler. Bununla birlikte, bir ikincil antioksidan molekülü yalnızca bir serbest radikal molekülünü nötralize edebildiğinden, bu diyet ajanları kolayca doygunluğa ulaşır. Serbest radikaller ne kadar az üretilirse, ikincil antioksidanların o kadar az kullanılması gerekir, bu da kritik dokulara aktarılmasına ve besinsel/ticari değerler için birikmesine yol açar (örneğin yumurtada daha fazla E vitamini veya somon filetosunda karotenoidler). Bu aynı zamanda özellikle lipit peroksidasyonu ve lipit hücre tabakasının istikrarsızlaşması ve ölüm sonrası hücresel bütünlükle mücadele ederek nihai ürünün daha iyi korunmasına ve kalitesine (daha az damlama kaybı, pişirme kaybı ve/veya gelişmiş doku) katkıda bulunabilir.

B. BİYOLOJİK OLARAK KULLANILABİLEN İZ MİNERALLER

Bir başka strateji de hücrelerdeki endojen antioksidanları doğrudan desteklemek olabilir. İz mineraller, birincil antioksidanların temel önemli ko-faktörleri olarak desteklenir (SOD bakır, çinko ve manganeze; CAT demire ve GPx selenyuma ihtiyaç duyar). Bu eser mineraller olmadan antioksidan enzimler çalışamaz. İz minerallerin biyolojik olarak en kullanılabilir formda takviye edilmesi önerilir. Selenyum söz konusu olduğunda, biyoyararlanımı yüksek organik selenyum kaynağı selenyumla zenginleştirilmiş mayadır. Emilimden sonra, hücrenin selenyumunun önemli bir kısmı önemli bir antioksidan enzim olan GPx’i üretmek için kullanılır.

C. ANTİOKSİDAN ENZİM ÜRETİMİNİN YUKARI YÖNLÜ REGÜLASYONU

Bir başka ihtimal de antioksidan savunmasını (birincil antioksidanlar) doğrudan yukarı doğru düzenlemektir. Birçok yazar eksojen SOD takviyesinin SOD, CAT ve GPx’in endojen üretimini artırma yeteneğine sahip olduğunu göstermiştir. Farklı hayvan türlerinde yapılan çalışmalar, farklı dokuların hücrelerindeki antioksidan enzimlerin bu artışını göstermiştir. Bu mekanizma, ikincil antioksidanların etki edemediği mitokondride (ilk savunma hattı) doğrudan antioksidan savunma sistemini destekler. Ayrıca hücrelerdeki enerji üretimi için önemli olan savunmasız mitokondrilere ekstra bir koruma katmanı getirir. Mitokondride ilk savunma hattının desteklenmesi, hidroksil radikalinin (OH°) üretimini ve salınımını azaltmaya yardımcı olabilir ve sonuç olarak oksidatif hasara karşı koymak için antioksidanlara olan talebi azaltır.

BİR SÜPEROKSİT DİSMUTAZ KAYNAĞI

Melofeed, antioksidan enzim süperoksit dismutaz (SOD = min. 2.600.000 IU/kg) açısından doğal olarak zengin olan belirli bir kavun çeşidinden üretilen kurutulmuş kavun suyu içerir. Kurutulmuş kavun suyu, aktif bileşiklerinin sindirim sistemi boyunca sindirilmesini önleyen özel bir kaplama ile korunmaktadır. Şekil 7, kaplanmış kurutulmuş kavun suyunun GIT boyunca korumasız kurutulmuş kavun suyuna kıyasla direncini göstermektedir (bir fare modelinde). Kaplama olmadan, kavun suyundaki SOD diğer herhangi bir protein gibi parçalanır ve 24 saat sonra mesane yoluyla atılır. Üst bağırsakta açılan kaplama sayesinde SOD, spesifik reseptörlerin uyarıldığı ileuma (ince bağırsağın son kısmı) ulaştığında bozulmadan kalır (Şekil 7).

Şekil 7 - Mavi noktalar görüntü artefaktlarıdır; radyoaktivite sarı ve kırmızı ile gösterilmiştir. Görünmeyen diğer organların aksine, iskelete ek olarak sindirim sistemini gri renkte görselleştirmek için bir reaktif enjekte edilmiştir.

İleumdaki bu reseptör uyarımı, hücrelerde antioksidan enzimlerin (SOD, CAT ve GPx) üretilmesi için tüm vücutta bir aktivasyon kaskadı başlatmak için çok önemlidir. MELOFEED takviyesinin çeşitli hayvan türlerinin farklı dokularında antioksidan enzimlerin ekspresyonunu artırmaya yardımcı olduğu gösterilmiştir (örneğin, katmanların üreme yolu (Şekil 8), balıkların solungaçları, karaciğer, kalp ve kemirgenlerin yağ dokusu). Bunun da hayvanların oksidatif strese karşı dayanıklılığı, performansı, üremesi ve son ürün kalitesi (süt, et ve/veya yumurta) üzerinde olumlu bir etkiyle bağışıklık fonksiyonları ve antioksidan savunma belirteçlerini olumlu yönde modüle ettiği gösterilmiştir.

Şekil 8 - 6 hafta boyunca MELOFEED ile beslenen yumurtacı tavuklarda, endojen antioksidan enzimlerin ekspresyonu, üreme sisteminin tüm dokularında (süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT), glutatyon peroksidaz (GPx)) takviye edilmeyen kontrole kıyasla %25-30 oranında artmıştır (Barbé ve ark., 2015; Carillon ve ark., 2016).

BİRİNCİ SINIF BİR ORGANİK SELENYUM KAYNAĞI

ALKOSEL, organik selenyum (Se) bakımından zengin inaktive bir mayadır. Üretim süreci, organik selenyumun bitkilere dahil edilmesinin doğal yolunu taklit eder. Bitkiler gibi, ALKOSEL’i üretmek için kullanılan özel maya türü (Saccharomyces cerevisiae) inorganik selenyumu emer ve organik selenyuma dönüştürür. Bu da selenlenmiş mayayı hayvanlar için doğal bir çözüm haline getirmekte ve selenomethionine (SeMet) en büyük oranı temsil etmek üzere yaklaşık 100 farklı organik selenyum bileşiği ile selenyum açısından zengin bir biyokütle içermektedir. ALKOSEL’deki çeşitli organik selenyum formlarının kombinasyonu, optimum Se biyoyararlanımını ve işlevselliğini garanti eder. Gerçekten de, SeMet gibi bazı formlar başlangıçta kaslar gibi hayvanın yapısal proteinlerine dahil edilerek depolanır ve daha sonra pasif ve aşamalı olarak proteinler olarak salınır ve doğal olarak tersine çevrilir. Buna karşılık, Se-sistein (SeCys) gibi diğer bazı Se formları, birincil antioksidan GPx gibi çeşitli biyoaktif seleno-enzimlerin temel kofaktörleri olarak hareket etmek üzere fonksiyonel Se havuzuna yönlendirilir. Selenize mayalarla beslenen hayvanların zorlu durumlarda antioksidan durumlarının yükseldiği ve stres olaylarına karşı dirençlerinin arttığı gösterilmiştir.

Glutatyon peroksidazlar (GPx) selenyum içeren bir antioksidan enzim grubudur. GPx’lerin uygunsuz aktivitesi selenyumdaki beslenme eksikliği ile ilişkilidir. Bu antioksidan enzimler, diğer serbest radikal türlerinin yanı sıra hidrojen peroksit (H2 O2 ) ve lipid hidroperoksitlerin (LOOH) detoksifikasyonunda rol oynayan selenoproteinlerdir. Bu reaksiyonlarda glutatyon (GSH) indirgeyici bir madde olarak kullanılır (Şekil 9) ve glutatyon redüktaz enzimi tarafından geri yüklenir.

Şekil 9 - Hidrojen peroksit ve lipid hidroperoksitlerin GPx tarafından toksikasyon yolu (Ellwanger ve ark., 2016’dan uyarlanmıştır).

SONUÇ

Oksidatif stres, hayvan sağlığı ve refahı için geniş kapsamlı sonuçları olan karmaşık bir olgudur. Birincil ve ikincil antioksidanların rollerini anlamak, bu zorluğun üstesinden gelmeye yardımcı olacak en uygun stratejiyi tanımlamak için çok önemlidir. Stres faktörlerine maruz kalmanın en aza indirilmesi, yeterli beslenme ve dikkatli bir antioksidan stratejisi seçimi dahil olmak üzere oksidatif stresi azaltan yönetim uygulamalarını hayata geçirerek, hem çiftlik hayvanlarının hem de refakatçi hayvanların sağlığını, uzun ömürlülüğünü ve performansını koruyabiliriz.

İPUÇLARI: OKSİDATİF STRES NASIL ÖLÇÜLÜR

Tek bir biyobelirteç oksidatif stresi, enflamasyonu ve antioksidan durumu ölçemez.

Oksidatif strese ilişkin 1 belirteç ile antioksidan duruma ilişkin 1 belirteç ilişkilendirilmesi önerilir:

• Fazla mesai örneklemesi ve bireysel ölçümler
• ROS neredeyse hiç analiz edilmez (çok kısa yarılanma süresi, kararsızlık, vb.)
• İmmün zorluklar durumunda APP1 ve inflamasyon biyomarkerları ile birlikte değerlendirilmesi
• Sağlık kriterleri ile paralel yorumlanmalıdır
• Ürün kalitesi parametreleri (et, süt ve yumurta) ile bağlantılı olmak
• Organ sağlığı ve fonksiyon parametreleri ile bağlantılı olmak (örn. gamet, karaciğer)
• Zorluklara özgü belirteçler: ısı stresi için KRL, aşılama için GPx aktivitesi/haptoglobin/lipid peroksitler vb.

Antioksidan durumunun tipik biyolojik belirteçleri:

•  Kanda veya farklı organlarda antioksidan enzim aktivitesi
•  Antioksidan enzimlerin genomik/proteomik analizi
•  GSH/GSSG oranı (indirgenmiş ve oksitlenmiş 
• glutatyon)
•  Genel biyobelirteçler: total antioksidan durum (TAS), KRL, vb.
•  Serumdaki selenyum seviyeleri

Oksidatif stresin tipik biyolojik belirteçleri:

• Oksitlenmiş proteinler (karboniller)
• Oksitlenmiş lipidler (MDA, TBARS, lipid peroksitler)
• Oksitlenmiş DNA (8-oxoG)
• Genel biyobelirteç: toplam oksidan durumu (TOS)
• Haptoglobin

1 APP: Akut faz proteinleri // KRL: Kit Radicaux Libres // MDA : Malondialdehit// TBARS : Tiyobarbitürik asit reaktif maddeleri // 8-oksoG: 8-Oksoguanin

LALLEMAND ANIMAL NUTRITION HAKKINDA

Lallemand Animal Nutrition, fermantasyon biliminde önemli şirket olmanın yanında ve önde gelen bir maya ve bakteri üreticisidir. Hayvan refahını ve performansını, yem yönetimini ve hayvan çevresini optimize etmek için mikroorganizmalardan yararlanmaktadır. Sektör ortaklarına ve çiftçilere, hayvan performansını iyileştirerek ve çiftlik hayvanları ile evcil hayvanların refahını artırarak artan küresel nüfusu sürdürülebilir bir şekilde beslemelerine yardımcı olma konusuna önem vermektedir. Müşterileri için yenilikçi mikrobiyal ürün, hizmet ve çözüm yelpazesini sunan firma, özel ihtiyaçlara özel hizmetler sağlamakta ve çözümlerinin en iyi şekilde uygulanmasını ve etkinliğini sağlamak için uzman teknik destek sunmaktadır.