ภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหารสัตว์

สพ.ญ.มาฆะเพ็ญ ทรงอาจ ผู้จัดการฝ่ายวิชาการ บริษัท เวท อะกริเทค จำกัด

ภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหารสัตว์ปีก

          ระบบทางเดินอาหารมีความสำคัญในด้านการย่อยและการดูดซึมสารอาหาร มีหน้าที่ช่วยป้องกันเชื้อแบคทีเรียและสารพิษเข้าสู่ร่างกาย และยังมีบทบาทเกี่ยวข้องกับระบบภูมิคุ้มกัน ทุกครั้งที่มีการย่อยและการดูดซึมสารอาหาร ร่างกายจะมีการสร้างอนุมูลอิสระออกมาอยู่แล้วเป็นปกติ ทั้ง reactive oxygen species (ROS) และ reactive Nitrogen species (RNS) โดยถูกสร้างมาจากเยื่อบุทางเดินอาหารเองจากขบวนการเมตาบอลิซึมของออกซิเจนหรือถูกสร้างจากแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในทางเดินอาหารปกติ ในภาวะที่สารอนุมูลอิสระผลิตมามากเกินกว่าสารต้านอนุมูลอิสระเข้าไปเก็บกิน จะเกิดภาวะที่ไม่สมดุล และส่งผลให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหาร

ภาวะเครียดออกซิเดชัน

            เราทราบกันว่าความเครียดในสัตว์ปีกเป็นผลมาจากสภาพแวดล้อม สารอาหาร ปัจจัยจากการจัดการ หรือการเกิดโรค ซึ่งปัจจัยเหล่านี้มักจะส่งผลต่อสุขภาพและผลผลิตในสัตว์ปีก แต่ภาวะเครียดออกซิเดชันจะเป็นภาวะเครียดที่ลงลึกไปถึงระดับเซลล์และเนื้อเยื่อ ซึ่งเป็นผลมาจากความไม่สมดุลของอนุมูลอิสระที่ถูกผลิตขึ้นมากับสารต้านอนุมูลอิสระที่สร้างขึ้นภายในเซลล์ และนำไปสู่การเกิดภาวะลิปิดเพอร์ร็อกซิเดชัน (lipid peroxidation) โปรตีนไนเตรชัน (protein nitration) ความเสียหายของสารพันธุกรรม และทำให้เกิดการตายของเซลล์ตามมา โดยที่เซลล์จะสัมผัสกับอนุมูลอิสระที่สร้างขึ้นมาอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาในระหว่างที่เกิดขบวนการเมตาบอลิซึมของออกซิเจน ทั้งอนุมูลอิสระของออกซิเจนและไนโตรเจนเมื่อถูกสร้างขึ้นระดับหนึ่ง จะส่งสัญญาณไปที่ระบบรักษาสมดุลของร่างกาย เพื่อเตือนว่ามีอนุมูลอิสระที่มากเกินไป หรือร่างกายไม่สามารถสร้างสารต้านอนุมูลอิสระมากำจัดได้อย่างสมบูรณ์ จึงทำให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชันขึ้นในร่างกาย

ชนิดของสารอนุมูลอิสระที่พบ

reactive oxygen species (ROS) ประกอบไปด้วย suproxide, hydrogen peroxide และ hydroxyl radical ซึ่งถูกสร้างมาในขบวนการเมตาบอลิซึมของออกซิเจน โดยตัวที่ช่วยลด ROS ในระดับเซลล์คือ superoxide dismutase (SOD), catalase และ glutathione peroxidase (GPx)

reactive Nitrogen species (RNS) เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้มาจากขบวนการ nitric oxide synthases (NOS) ซึ่งจะเกิดขึ้นที่ชั้นเยื่อเมือกทางเดินอาหารเป็นหลัก โดย NOS จะเมตาบอไลต์อาจินีน (Arginine) เป็นซิทรูลีน (Citrulline) และสร้าง nitric oxide radical ขึ้น ซึ่งสำคัญมากต่อการทำงานในระดับเซลล์ ซึ่งประกอบไปด้วยสารสื่อประสาทและระบบการทำงานภูมิคุ้มกัน การที่มี nitric oxide radical ในปริมาณมากขึ้นจะทำให้เยื่อบุทางเดินอาหารถูกทำลายและเสียหาย มีผลให้การดูดซึมสารอาหารไม่สมบูรณ์

ทั้ง ROS และ RNS สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดภาวะ lipid peroxidation ได้เหมือนกันโดยเฉพาะบริเวณเยื่อบุเซลล์ที่เป็นชั้นไขมันและไลโปโปรตีนซึ่งมีกรดไขมันแบบไม่อิ่มตัวประกอบอยู่ โดยผลิตภัณฑ์สุดท้ายเมื่อเกิดภาวะ lipid peroxidation คือ 4-hydroxynonenal ซึ่งจะทำให้ความเสียหายจากภาวะเครียดออกซิเดชันเพิ่มสูงขึ้นในชั้นเยื่อหุ้มเซลล์ และทำให้การส่งสัญญาณในระดับเซลล์เสียไป ไมโตคอนเดรียทำงานผิดปกติ นอกจากนี้การอักเสบในทางเดินอาหารทั้งที่มาจากความเครียดต่างๆ หรือมาจากการติดเชื้อโรคก็สามารถสร้าง ROS และรบกวนขบวนการเก็บกินสารอนุมูลอิสระ

ปัจจัยที่ทำให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหาร

1.การเครียดจากความร้อน

            การที่สัตว์ปีกอยู่ในอุณหภูมิสูงตลอดเวลา ส่งผลให้เกิดภาวะเครียดเรื้อรังและกระทบกับผลผลิตโดยตรง  นอกจากนี้แล้วการเครียดจากความร้อนยังเป็นปัจจัยหลักที่สำคัญที่ส่งผลให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชัน เพราะการเครียดจากความร้อนไปมีผลทำให้ขบวนการเก็บกินสารอนุมูลอิสระไม่สมดุล เป็นสาเหตุให้เยื่อบุลำไส้เสียหายและเกิดการตายของเซลล์ลำไส้ลง ซึ่งทำให้มีความไวต่อการผ่านเข้ามาได้ของแบคทีเรียและสารพิษของแบคทีเรียจากทางเดินอาหารเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิต และไปมีผลต่ออวัยวะสำคัญต่าง ๆ ส่วนของ ROS เช่น superoxide anions, hydrogens peroxide และ hydroxyl radical ที่ถูกสร้างขึ้นในไมโตคอนเดรียจะส่งสัญญาณภายในเซลล์ ไปให้เอนไซม์ที่ทำหน้าที่กำจัดสารอนุมูลอิสระหลั่งออกมากำจัด ROS อย่างรวดเร็ว ในสัตว์ปีกที่อยู่ในภาวะเครียดจากความร้อนเป็นเวลานานมักพบว่าวิลไลและความลึกของคริปต์ (crypt) หดสั้นลง ทำให้พื้นที่ผิวในการดูดซึมสารอาหารลดลงไปด้วย และการที่เยื่อบุทางเดินลำไส้เสียหายและเกิดการตายจากการเครียดจากความร้อนหรือการที่มีสารพิษของแบคทีเรียแกรมลบหรือแอลพีเอส (lipopolysaccharide;LPS) ซึมผ่านเข้ามา จะเพิ่มการสร้าง ROS ในเซลล์จำเพาะต่าง ๆ มากขึ้น และภาวะเครียดจากความร้อนจะไปกระตุ้นสมองส่วนไฮโปทาลามัสหลั่งฮอร์โมน CRH (corticotropin releasing hormone) ไปกระตุ้นให้สมองส่วนหน้าหลั่งฮอร์โมน ACTH (adrenocorticotropic hormone) ออกมา โดยฮอร์โมน ACTH จะไปกระตุ้นต่อมหมวกไตชั้นนอกหลั่งฮอร์โมน corticosteroid หรือฮอร์โมนแห่งความเครียดออกมาในกระแสเลือดเพิ่มขึ้น ซึ่งจะส่งผลให้การกินได้ อัตราการเจริญเติบโตลดลง การสร้างระบบภูมิคุ้มกันลดลง ซึ่งการสร้างระบบภูมิคุ้มกันลดลงจากผลตรงนี้จะไปมีผลรบกวนระบบภูมิคุ้มกันด่านแรก (internal-immune barrier) ในทางเดินอาหาร ทำให้แบคทีเรียก่อโรคสามารถเข้ามาในเยื่อบุทางเดินอาหาร และก่อให้เกิดการอักเสบในระบบทางเดินอาหารขึ้น

2.สารพิษต่างๆ

            ในอาหารสัตว์ปีกมักจะพบการปนเปื้อนสารพิษจากเชื้อรา สารพิษจากแบคทีเรีย การได้รับสารพิษเหล่านี้จะส่งผลให้ทางเดินอาหารเกิดภาวะเครียดออกซิเดชัน ซึ่งมีผลโดยตรงต่อสุขภาพทางเดินอาหาร โดยเฉพาะในชั้นเยื่อบุทางเดินอาหารและบริเวณรอยต่อของเซลล์เยื่อบุลำไส้ (tight junction) ซึ่งทำหน้าที่เป็น intestinal barrier ป้องกันการซึมผ่านของสารพิษเข้าสู่ลำไส้  สารพิษเชื้อราและสารเมตาบอไลต์ของสารพิษเชื้อราชนิดต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น อัลฟ่าท็อกซิน (aflatoxin) ซีราลีโนน (zealarenone) ดีออกซีนิวาลีนอล(deoxynivalenol) ไตรโคทีซีน (trichothecenes) ฟูโมนิซิน (fumonisin)  ที-2 ท็อกซิน (T-2 toxin) และออคราท็อกซิน (ochratoxin) เพียงชนิดเดียวก็สามารถมีผลต่อเยื่อบุทางเดินอาหารได้ ส่งผลกระทบต่อการดูดซึมสารอาหารและยังเหนี่ยวนำให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหารได้ โดยจะแสดงอาการแบบเรื้อรังเมื่อได้รับสารพิษในระดับต่ำเป็นเวลานาน ซึ่งมีผลต่อความแข็งแรงของลำไส้ และการทำงานของระบบภูมิคุ้มกัน

            สารพิษเชื้อราที่ถูกผลิตมาจากเชื้อรากลุ่มฟูซาเรียม (Fusarium spp.) เช่น ไตรโคทีซีน ดีออกซีลีวาลีนอล ฟูโมนิซิน  ที-2 ท็อกซิน เป็นสารพิษหลักที่กระตุ้นให้เกิดการสร้าง ROS ซึ่งทำให้เกิดขบวนการ lipid peroxidation รบกวนการทำงานของระบบเซลล์ในการส่งสัญญาณให้ขบวนการกำจัดสารอนุมูลอิสระออกมา ลดการสร้างสารต้านอนุมูลอิสระ และทำให้เยื่อบุทางเดินอาหารมีความไวรับต่อสารพิษต่างๆ มากขึ้น นอกจากนี้สารพิษเชื้อรายังเพิ่มการตายของเซลล์ลำไส้ ทำให้มีผลต่อสุขภาพและการเจริญเติบโตของสัตว์ปีก

            สารพิษจากโลหะหนัก เช่น อาร์เซนิค หากได้รับเป็นเวลานานก็เหนี่ยวนำให้เกิดการอักเสบของลำไส้ และเกิดภาวะ lipid peroxidation รบกวนการกำจัดสารอนุมูลอิสระและกระตุ้นให้เซลล์เยื่อบุลำไส้ตายได้เช่นเดียวกัน

            แอมโมเนีย เป็นสาเหตุหลักที่มักปนเปื้อนมาในอากาศ เมื่อในโรงเรือนมีการจัดการเรื่องการระบายอากาศได้ไม่ดีพอ สัตว์ปีกที่ได้รับแอมโมเนียในปริมาณสูง จะมีวิลไลและ crypt ที่หดสั้นลงโดยเฉพาะในส่วนของลำไส้เล็ก นอกจากนี้แอมโมเนียยังส่งผลต่ออวัยวะสร้างภูมิคุ้มกันให้ทำงานลดลง เพิ่มการทำงานของเอนไซม์ ครีเอตินีน ไคเนส (creatinine kinase) ลดการทำงานของเอนไซม์ superoxide dismutase ซึ่งถูกสร้างขึ้นมาเมื่อเกิดภาวะเครียดออกซิเดชัน และทำให้เกิดการตายของชั้นเยื่อบุลำไส้

3.เชื้อก่อโรค

          ในภาวะปกติทางเดินอาหารของสัตว์ปีกจะประกอบไปด้วยแบคทีเรีย เชื้อรา และโปรโตซัว ที่อยู่ในภาวะสมดุลหรือที่เรียกว่า gut microbiota แต่สัดส่วนจะแตกต่างกันออกไปขึ้นกับว่าเป็นลำไส้ตอนต้นหรือตอนปลาย แบคทีเรียในทางเดินอาหารเหล่านี้สามารถสร้าง ROS ขึ้นมาได้ หากเกิดความไม่สมดุลในทางเดินอาหารเกิดขึ้น เช่นเกิดภาวะเครียดออกซิเดชัน หรือลำไส้มีการอักเสบ โอกาสที่เชื้อโรคหรือสารพิษต่างๆ จะเข้าสู่ร่างกายได้ง่ายขึ้น

 เชื้อบิดหรือ Eimeria เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหาร เพราะไปทำลาย barrier ของทางเดินอาหารและ tight junction ทำให้เกิดภาวะ lipid peroxidation และมีผลให้ลดการกำจัดสารอนุมูลอิสระในทางเดินอาหาร จึงทำให้สัตว์ที่ป่วยเป็นโรคบิดกินอาหารลดลง การดูดซึมสารอาหารลดลงและการเจริญเติบโตลดลง

สารพิษที่สร้างมาจากแบคทีเรีย เช่น LPS จะถูกสร้างมากขึ้นเมื่อแบคทีเรียในทางเดินอาหารเพิ่มมากขึ้น LPS จะเป็นตัวเหนี่ยวนำให้เกิดการตายของเซลล์และเกิดความเสียหายในระบบทางเดินอาหารได้ด้วย

การต้านภาวะออกซิเดชันในทางเดินอาหาร

ในเยื่อบุลำไส้จะมีระบบต้านอนุมูลอิสระและมี microbiota หรือจุลชีพที่หลากหลายอยู่ในนั้น มีทั้งส่วนที่สัมผัสโดยตรงกับอาหารและไม่สัมผัสกับอาหาร ดังนั้นการที่จะเกิด ROS หรือ RNS มากหรือน้อยนั้นเป็นผลมาจากทางเดินอาหารของสัตว์นั้นมีการอักเสบ หรือมีความไม่สมดุลของการทำงานของระบบกำจัดสารต้านอนุมูลอิสระกับสารอนุมูลอิสระมากน้อยแค่ไหน เช่น การได้รับอาหารที่มีส่วนผสมของน้ำมันที่หืนแล้ว ร่างกายก็จะเกิดความไม่สมดุลของการทำงานของระบบกำจัดสารต้านอนุมูลอิสระกับสารอนุมูลอิสระ การต้านภาวะออกซิเดชันจะมีทั้งส่วนที่เป็นเอนไซม์ที่อยู่ภายในเซลล์เยื่อบุทางเดินลำไส้ซึ่งเป็นเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระ  ทั้ง superoxide dismutase (SOD), catalase และ glutathione peroxidase (GPx) และส่วนที่ไม่ใช่เอนไซม์ ได้แก่ตัวเก็บกินอนุมูลอิสระทั้งภายนอกภายใน เช่น กลูตาไธโอน ไอออนบางชนิด เช่น เหล็ก ทองแดง หรือฟลาวินอยด์ โดยกลูตาไธโอนและ SOD เป็นสารต้านอนุมูลอิสระในระดับเซลล์และกระจายออกมายังบริเวณลำไส้ และจะพบว่ามีปริมาณมากในบริเวณที่มีการสร้างของเซลล์ลำไส้

การลดภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหาร

            การทำสูตรอาหารสัตว์ที่มีสารต้านอนุมูลอิสระ จะช่วยลดอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นในขบวนการย่อยและดูดซึมสารอาหาร ช่วยรักษาสมดุลให้เยื่อบุลำไส้ มีหลายการศึกษาที่พบว่าสาเหตุเหนี่ยวนำที่มักจะทำให้เกิดภาวะเครียดออกซิเดชันคือการเกิดพยาธิสภาพของตัวสัตว์ หรือการเลี้ยงสัตว์แบบไม่มีสวัสดิภาพสัตว์ ดังนั้น การเสริมสารต้านอนุมูลอิสระในอาหารจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่จะช่วยลดความเสียหายที่เกิดขึ้น สารต้านอนุมูลอิสระที่มักผสมในอาหาร เช่น วิตามินอี วิตามินซี กรดอัลฟาไลโปอิค (alpha lipoic acid) สารกลุ่มโพลีฟีนอล (polyphenol compounds) อีควอล (Equol) สารสกัดจากพืช (plant extracts) แอล-กลูตามีน (glutamine) กลูตาเมท (glutamate) และ เอ็น-อะซิติลซิสเทอีน (N-acetylcysteine) โดยสารต้านอนุมูลอิสระเหล่านี้ จะช่วยเก็บกินทั้ง ROS และ RNS ในทางเดินอาหาร โดยสามารถเลือกใช้สารต้านอนุมูลอิสระเหล่านี้เพียงตัวเดียวหรือใช้ร่วมกันหลายตัวก็ได้ แต่ทั้งนี้ก็ควรลดความเครียดจากสิ่งแวดล้อมร่วมด้วยเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

            จะเห็นได้ว่าภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหารสัตว์ปีกอาจจะเป็นสิ่งที่เรามองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่กระทบโดยตรงต่อสุขภาพสัตว์และประสิทธิภาพการผลิต ดังนั้นการลดปัจจัยที่ทำให้ภาวะเครียดออกซิเดชันในทางเดินอาหารสัตว์ปีกในฟาร์มจึงมีความสำคัญ เริ่มต้นจากทำอาหารสัตว์ที่ดี และการจัดการสิ่งแวดล้อมในฟาร์มที่ดี เพื่อสุขภาพสัตว์ที่ดีและผลผลิตที่ดีจะตามมา

เอกสารอ้างอิง

Birendra, M. and Jha, R. 2019. Oxidative Stress in the Poultry Gut:Potential Challenges and Interventions. Front. Vet. Sci. 6:60.

Lauridsen, C. 2019. From oxidative stress to inflammation: redox balance and immune system. Poultry Science 98:4240–4246.

Verstegen, L.Y., Tamminga, M.S.,  Williams, B. 2005. The role of the commensal gut microbial community in broiler chickens. Worlds Poult Sci J. 61:95–104.