1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e

Parte 2
L’impatto delle micotossine su
benessere e fisiologia animale
Fabio Abeni
Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in
Agricoltura
Centro di Ricerca per le Produzioni Foraggere e
Lattiero-casearie (CRA-FLC)
Sede di Cremona
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
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
La potenziale ingestione giornaliera di una bovina da latte
Scenario 1
alimento
Silomais
Farina di mais
Concentrato
Fieno
totale
Scenario 2
alimento
Silomais
Farina di mais
Concentrato
Fieno
totale
% ss
afb1 ppb ss
33
87
89
88
% ss
tq kg
1,0
1,3
1,0
0,0
afb1 ppb ss
33
87
89
88
afb1 ing g/d app % afb1
8,3
8,25
47
3,0
3,96
23
5,3
5,34
30
4,4
0,00
0
21,0
17,5
100
ss razione
afb1 ing g/d app % afb1
8,3
28,88
49
3,0
24,36
42
5,3
5,34
9
4,4
0,00
0
21,0
58,6
100
25,0
3,5
6,0
5,0
39,5
tq kg
3,5
8,0
1,0
0,0
ss razione
25,0
3,5
6,0
5,0
39,5
< 40 g/d di AFB1 per non avere problemi AFM1 latte (Moschini et al, 2008)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
La potenziale ingestione giornaliera di una bovina da latte
Proiezione del livello di
contaminazione
dell’insilato di mais in
AFB1, se impiegato in
ragione di 25 kg capo-1
giorno-1, sulla
contaminazione del latte in
AFM1 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
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
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
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Le micotossine nei foraggi aziendali
Produzione di latte in funzione della contaminazione da
muffe dell'insilato di mais
kg latte/Mg sosstanza secca originale
1600
1500
1400
Perdita > 300 kg
latte/tonnellata di
silomais (-20% in termini
di resa)
1300
1200
1100
1000
equazione di
Tabacco et al., 2011
J Dairy Sci
900
800
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
conta muffe (log10 ufc/g)
6,00
7,00
8,00
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Influenza DON (vomitossina) su ingestione alimento
DON (anche detto vomitossina)
Può influire su ingestione
Controllo – 2,1 – 6,3 – 8,5 ppm
Ingalls, 1996
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
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 1.0-10.0 g/mL
Formazione aflatossicolo altamente tossico
Molti batteri sono inibiti già a concentrazioni AFB1 < 10 g/mL 
disturbo crescita e metabolismo microrganismi rumine
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
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), 1070-1073
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Detossificazione ruminale: batteri e protozoi
Protozoi + veloci e + efficaci
Westlake et al. (1989)
Anim Feed Sci Technol 25, 169-178
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Interferenza con metabolismo ruminale
Es. frumento contaminato da Fusarium
+ 88% frazione NPN prontamente disponibile per sintesi proteine
microbiche (per attività proteasica Fusarium)
>  postprandiale [NH4+] fluido ruminale
< flusso proteina microbica e utilizzabile a livello duodenale
Dänicke et al., 2005 JAPAN
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Interazioni con sostanze adsorbenti
Biodisponibilità  proporzione di un contaminante ingerito che può
raggiungere la circolazione sistemica
Ing. 10 g contaminante x matrice alimentare A  tossicità
Ing. 10 g 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)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
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 25-37 °C, in range pH 2-10
3. adsorbenti vari: polimeri - lieviti e prodotti da loro derivati
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Intestino crasso
Intestino tenue
Ingestione aflatossine
200-250 g/d
bocca
Fase liquida rumine
50-60 L
Rumine
[aflatossine]
3.0-5.0 g/L
Reticolo
pH (?)
Abomaso
AF:SA
(1:5000 ?
1:50,000 ?
1:500,000 ?)
Omaso
Elementi tratti e riadattati da Moschini et al. (2008) Anim Feed Sci Technol 147:292-309
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
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)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
Volume medio eritrociti
46.0
Media di MCV fL
45.5
45.0
fL
44.5
tesi
44.0
ads
con
43.5
43.0
42.5
42.0
41.5
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
data
DATA
(Abeni et al, dati non pubblicati)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
pg
Emoglobina corpuscolare media
17.6
17.4
17.2
17.0
16.8
16.6
16.4
16.2
16.0
15.8
15.6
15.4
Media di MCHpg
tesi
ads
con
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
data
DATA
(Abeni et al, dati non pubblicati)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
Mean Corpuscular Volume (MCV)
50,0
fL
49,0
48,0
47,0
46,0
45,0
ADS
CON
44,0
0
1
2
3
wk from calving
4
5
6
7
(Dal Prà et al, ISM - MycoRED Europe, May 27-30 2013 - Martina Franca, Italy)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Effetti secondari impiego adsorbenti (nostri studi)
Lymphocytes (% of WBC)
50,0
47,5
45,0
%
42,5
40,0
*
37,5
*
*
35,0
32,5
ADS
30,0
0
1
2
3
4
5
CON
6
7
wk from calving
(Dal Prà et al, ISM - MycoRED Europe, May 27-30 2013 - Martina Franca, Italy)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Assorbimento micotossine
Assorbimento gastrointestinale
1) semplice diffusione di composti polari in fase liquida
2) diffusione di composti non ionici in fase lipidica
3) trasporto attivo (es. aflatossine)
1. Ingestione alimento, metabolismo ruminale e interazioni
con sostanze adsorbenti; assorbimento
Assorbimento micotossine
AFB1 plasma, ng/L
Concentrazione AFB1 nel plasma a seguito
di impianto vaginale
30
25
20
15
10
5
0
AFB1
0
15
30
60
180
360
tempo da impianto vaginale, min
Gallo et al., 2008, Italian Journal of Animal Science 7:53-63
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
Escrezione nel latte
AFM1  max 2 d dopo ingestione AFB1 da parte della vacca,
scompare 4 d dopo eliminazione AFB1 da dieta
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)
AFB1
0.35 mg·kg–1
3
AFM1
0.10
DON
1.8 mg·kg–1
66 ppm
880 ppm
1
3
5
DON
DOM-1
DOM-1 conj
<4
30
220
FB1
3 mg·kg–1
14
FB1
0
OTA
50 mg
1g
4
4
OTAa
OTA
OTAa
150
100
700
T-2
50 ppm
15
T-2
10–160
ZEN
25 ppm
7
ZEN
a-zearalenolo
481
508
ZEN
40 ppm
21
ZEN
2.5
ZEN
1.8 g e 6 g
1
ZEN
a-zearalenolo
4.0 and 6.1
1.5 and 4.0
2. Detossificazione epatica ed escrezione; carry-over nel
latte
Carry-over micotossine nel latte (Masoero et al., 2007)
Carryover AFM1 escreto/AFB1 ingerito = 0.000769 * kg latte/vacca/d
– 0.003255
Effetto livello cellule somatiche su CO  fase iniziale ingestione AF
di vacche + produttive
produzione latte, kg/d
Carry-over, AFM1 escreto/AFB1 ingerito
15
20
25
30
35
40
0,008 0,012 0,016 0,020 0,024 0,028
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
3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte,
riproduzione e sistema immunitario
Micotossicosi
Fattori genetici
Fattori fisiologici
Fattori ambientali
-specie
-razza e ceppo
-età
-ormoni
-nutrizione
-microflora digerente
-infezioni e parassitosi
-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
Sottovalutazione situazioni subcliniche: l’esempio della manza
Convinzione diffusa
“Manza non produce”  manza può mangiare tutto (???)
Situazione reale
La manza produce:

Fertilità  vitello e successiva lattazione

Sviluppo mammella

Riduzione tempo “improduttivo”

Progresso genetico
3. Effetti su metabolismo nutrienti, crescita, produzione latte,
riproduzione e sistema immunitario
Azione negativa micotossine in bovine in transizione
Problemi tipici
Effetti additivi causati da
micotossine
Micotossine implicate
Odore-sapore avversi alimento
contaminato
Metaboliti volatili
micotossine
Attività antimicrobiche
Patulina, acido fusarico, …
Steatosi epatica
Danno epatico (colestasi), cirrosi
epatica
AF, fumonisine, monacoline
Danneggiamento immunità
innata
Danneggiamento immunità innata
Tricoteceni, ocratossine,
ABs, gliotossina
 Incidenza infezioni
respiratorie
Effetti pro-infiammatori
A. Fumigatus
 Incidenza mastiti e laminiti
Effetti pro-infammatori
tricoteceni
Effetti estrogenici
Zearalenone e metaboliti
 Ingestione alimento
 fermentazioni ruminali
(SARA)
Danneggiamento fertilità
adattato da Fink-Gremmels, 2008
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-NH3 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)
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  a-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)
Cosa fare
Prevenzione
Gestire alimenti in modo tale da evitare deterioramento
Ridurre stress (inclusi quelli alimentari e nutritivi)
Trattamento
Adsorbenti
Favorire consumo di sostanza secca
Rimuovere alimenti contaminati
Fornire gli alimenti + sicuri nelle fasi + delicate (es. transizione)
Nutrizione: valutare impiego antiossidanti ed epatoprotettori;
controllare rispetto fabbisogni, soprattutto fibra effettiva per
rumine
Impiego tamponi e derivati da lieviti