Микотоксикозы птицы (часть 1)

1. Введение

Микотоксины продуцируются некоторыми грибами, в частности многими видами Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Claviceps и Alternaria. Они составляют группу из нескольких сотен химически разнородных токсических компонентов (William, 1989; Moss, 1996; Rotter et al., Sweeney and Dobson, 1998). Наиболее распространены микотоксины афлатоксины, охратоксин А, трихотецены, зеараленон и фумонизины.

Злаковые растения могут быть контаминированы микотоксинами двумя путями. Первый, грибы растут как патогены на растениях; второй, грибы растут как сапрофиты на хранящихся растительных продуктах. В этом контексте необходимо отметить, что не все из этих грибов продуцируют микотоксины, т.е. выявление грибов не то же самое, что выявление микотоксинов, так как многие грибы не способны продуцировать микотоксины или продуцируют их в различном количестве в зависимости от субстрата, на котором они растут. Так как описан высокий уровень зараженности зерна злаковых и кормов для животных во всем мире (Placinta et. al., 1999; Spahr et al., 1999), то контаминация пищи микотоксинами и несущими микотоксины смесями через пищевую цепочку (Ramos and Hernandez, 1996) должно быть тщательно контролируемо. Хотя по определению острой токсичности, даже наиболее токсичные микотоксины гораздо менее токсичны, чем токсин ботулинуса (Moss, 1996), потребление корма или пищи, контаминированной микотоксинами, может индуцировать острые и долговременные хронические эффекты, проявляющиеся в тератогенных, канцерогенных (главным образом печень и почки), эстрогенных или иммуносуппрессивных расстройствах не только у животных, но также и у человека, но животные обычно поражаются в более тяжелой степени, благодаря потреблению зерна более низкого качества (D Mello et al., 1999; Steyn and Stander, 1999; Casteel and Rottinghouse, 2000). В дополнение, токсическое действие корма, контаминированного микотоксинами, может приводить и к другим последствиям, таким как отказ от корма, высокий показатель конверсии корма, снижение привесов, возрастание заболеваемости благодаря подавлению иммунитета и взаимодействию с репродуктивными функциями (CAST, 1989; Lindenmann et al., 1993; Kubena et al., 1998a), что вызывает огромные экономические потери.

Чтобы избежать микотоксикозов, разработаны определенные стратегии (Doyle et al., 1982; Park, 1993; Bauer, 1994; Ramos and Hernandez, 1997), которые можно разделить на методы до уборки урожая и после, а также на биологические, химические и физические методы.

Лучшим методом для предотвращения действия микотоксинов является минимизация их продукции (Miedaner and Reinbrecht, 1999), то есть уборка зерна зрелого и с низкой влажностью и хранение в холодном и сухом месте, что труднодостижимо в странах с теплым и влажным климатом. Более того, рост грибов и, следовательно,   производство ими микотоксинов, ограничивается использованием пропионовой кислоты или изобутирата аммония. Кормовые добавки, такие как антиоксиданты, серосодержащие аминокислоты, витамины и микроэлементы могут использоваться в качестве детоксикантов (Nahm, 1995).

Биологические методы пока не используются в практике, хотя количество подаваемых патентов растет постоянно ((Erber, 1996; Duvick and Rood, 2000). Эти методы включают процедуры ферментации микроорганизмами. Один из примеров это превращение афлатоксина В1 (особенно бактерией Flavobacterium auranticum) до безвредных продуктов деградации. Превращения, однако, в основном небольшие и неполные (Sweeney and Dobson, 1998; Arici, 1999, Bata and Lasztity, 1999; Karlovsky, 1999).

Химически некоторые микотоксины могут быть разрушены моноэтиламином кальция гидроксида (Bauer, 1994), озоном (McKenzie et al., 1997; Lemke et al., 1999) или аммонием (Park, 1993).

В частности обработка аммонием применяется для детоксификации контаминированных афлатоксином кормов в некоторые штатах США, а также в Сенегале, Франции и Великобритании. Средняя величина затрат на обработку аммонием варьирует от 5 до 20% стоимости продукта (Coker, 1998). Основным недостатком метода химической детоксификации является неэффективность в отношении других микотоксинов и возможное ухудшение здоровья животных в результате наличия чрезмерных остаточных количеств аммония в кормах.

Физические методы сфокусированы на удалении микотоксинов различными адсорбентами, добавляемыми в контаминированные микотоксинами корма (Ramos et al., 1996a) с надеждой, что они эффективны в желудочно-кишечном тракте скорее с профилактическим, чем лечебным способом действия. В настоящее время, тем не менее, использование микотоксин-связывающих адсорбентов – наиболее часто используемый способ защиты животных от повреждающего влияния деконтаминированных кормов.

2. Эффективность различных адсорбентов для связывания микотоксинов.

Здесь обсуждаются адсорбенты, в частности в связи с их эффективностью, специфичностью и механизмом процесса адсорбирования. Последнее схоже с химическими реакциями а, следовательно, высвобождение свободной энергии (∆G) это движущая сила в каждой адсорбции. Наиболее важное свойство адсорбции – физическая структура адсорбента, т.е. общий заряд и распределение заряда, размер пор и площадь доступной поверхности. С другой стороны, свойства адсорбируемых молекул, микотоксинов, такие как полярность, растворимость, размер, форма и – в случае ионизированных составляющих - распределение заряда и константа диссоциации также играют важную роль. Поэтому эффективность каждого процесса адсорбции должна быть изучена в отношении специфических свойств адсорбируемых веществ.

2.1. Активированный древесный уголь

Активированный древесный уголь, который изготовляется пиролизом органического материала, очень пористый нерастворимый порошок с высоким отношением поверхность/масса (500-3500 м2/г). С 19-го века он используется как антидот при отравлениях. Следовательно, он может использоваться также для инактивации микотоксинов. В водных растворах он может эффективно адсорбировать большинство микотоксинов (Таблица 1), тогда как различные активированные древесные угли имеют меньшую эффективность или вовсе не эффективны против микотоксикозов (Таблица 2). Возможно, это происходит благодаря тому, что активированный уголь сравнительно неспецифический адсорбент и, следовательно, питательные вещества также адсорбируются, особенно если их концентрации в кормах существенно выше в сравнении с концентрацией микотоксинов. В других испытаниях на козах, тем не менее,  показано, что высокая доза активированного угля полезна при остром отравлении, связанном с потреблением большого количества афлфтоксинов (Hatch et al., 1982).

2.2. Алюмосиликаты (цеолиты ,ГНКАС, глины)

Большинство исследований, связанных с удалением микотоксинов с использованием адсорбентов, сфокусировано на алюмосиликатах, в основном цеолитах и гидратированных натрий-кальций-алюмосиликатах (ГНКАС), и алюмосиликатсодержащих глинах, состоящих из алюминатов, силикатов и некоторых взаимозаменяемых ионов, главным образом ионов щелочных и щелочноземельных металлов (Barrer, 1989; Mumpton, 1999). Глинистые минералы являются в основном слоистыми силикатами с общей химической формулой [Si₂O₅^2-]_xy , например, каолин Al₄(OH)₈ Si₂O₅. Цеолиты состоят из тетраэдров SiO₄ и AlO₄ , как двух основных строительных блоков с атомом металла в центре каждого тетраэдра. Общая химическая формула [AlSi₃O_8-] _xy , например ортоклас КAlSi₃O₈ , цеолит А {Na₁₂[Al₁₂Si₁₂O₄₈]. 27H₂O}₈. Тогда как SiO₄ – электрически нейтральная единица, AlO₄ - единица, несущая один отрицательный заряд, который должен быть компенсирован положительным зарядом, обычно ионом натрия, как в цеолите А. Цеолиты сходны с молекулярным сито, также как и с ионообменными смолами и подходят для разграничения различных молекул по размеру, форме и заряду. ГНКАС содержат ионы кальция и протоны, которые заменяют естественно присутствующие ионы натрия. Они относятся к типу слоистых бентонитовых глин, которые состоят из слоев алюминия и кремния, связанных в порядке 1:1 или 2:1.

Пригодность алюмосиликатов для адсорбции микотоксинов (Таблица 1) изучали в течение более 20 лет (глины: Masimango et al., 1978; цеолиты - Mumpton and Fishman, 1977; ГНКАС: Davidson et al., 1987; Ramos and Hernandez, 1997). Phillips et al. (1988) анализировали in vitro связывающие свойства различных адсорбентов, которые являются типичными для большинства химических классов окиси алюминия (глинозема), кремнезема и алюмосиликатов и выбрали ГНКАС в качестве наиболее подходящего кандидата для опытов in vivo, связанных с предотвращением афлатоксикозов у цыплят. Было показано, что ГНКАС обладают высоким сродством к афлатоксину В1, формируя комплекс, который стабилен при температуре от 25 до 37°С, при рН от 2 до 10 и в элюотропном ряду разбавителей. При добавлении ГНКАС в концентрации 0,5% в корм цыплят, содержащий 7,5 мг/кг афлатоксина В1, значительно уменьшается ростоингибирующий эффект. В этом исследовании адсорбция ГНКАС очевидно была химической адсорбций, включая формирование сильных связей. Два года спустя Phillips et al. (1990а) интерпретировали механизм как формирование комплекса между ß-карбонильной системой афлатоксина с «некоординированным размытым сайтом» ионов алюминия. Таким образом, ГНКАС можно использовать как «неорганическую губку», изолирующую афлатоксин в желудочно-кишечном тракте с/х животных. Ramos et al., 1999в исследовали адсорбцию афлатоксина бентонитовыми глинами в соответствии с изотермическими расчетами Freundlich и Langmuir. Они получили более выраженные данные адсорбции, используя изотерму Freundlich и подтвердили,  таким образом, наличие гетерогенной поверхности с различными адсорбционными центрами, обладающими различным сродством к адсорбируемому веществу или сосуществование различных механизмов адсорбции или и то и другое вместе. Также тестировали использование алюмосиликатов для адсорбции других микотоксинов, но с небольшим успехом (Bauer, 1994; Ramos et al., 1996b; Lemke et al., 1998) за исключением химически модифицированных бентонитовых глин со связывающей способностью в отношении зеараленона 108 мг/г (Lemke et al., 1998). Эти глины были выделены с цетилпиридином или гексадецилтриметиламмонием, что проявляется в возрастающей гидрофобности поверхности глины, в результате чего повышается аффинитет к гидрофобному зеараленону. Напротив, тесно связанные органофильные филлосиликаты демонстрируют значительно более низкую связывающую способность (Schall et al., 2000). Неожиданно высокая связывающая способность 290 мг/г в отношении алкалоида эрготамина была получена с монтмориллонитом кальция (Huebner et al., 1999).

Что касается опытов in vivo, трудно подсчитать количество адсорбированного микотоксина. Следовательно эффективность адсорбции должно быть определено по показателям производительности животных, т.е. прирост массы тела, потребление корма, смертность, концентрация соответствующих микотоксинов в крови, тканях и органах. Результаты таких опытов представлены в таблице 2. Что касается применимости алюмосиликатов для связывания микотоксинов, можно сделать заключение, что они очень эффективны для предотвращения афлатокскозов, но их эффективность против зеараленона, охратоксина и трихотеценов ограничена. В дополнение к ограниченному спектру связывания различных микотоксинов, алюмосиликаты имеют недостаток, выражающийся в высоком уровне связывания витаминов и микроэлементов.