ورم پستان و عوامل تشدیدکننده آن

ورم پستان یک بیماری التهابی چند عاملی غده پستانی است که بیشتر توسط باکتری هایی مانند اشرشیاکلی، استافیلوکوکوس اورئوس، استرپتوکوک و قارچ ها ایجاد می شود. این بیماری در گله های شیری بیشتر در بین دوره خشک شدن و اوایل شیردهی مشاهده می گردد. بسته به علائم و شدت، ورم پستان را می توان به عنوان ورم پستان بالینی (CM) یا ورم پستان تحت بالینی (SCM) طبقه بندی کرد. ورم پستان معمولاً با اندازه‌گیری تعداد سلول‌های سوماتیک (SCC) در شیر اندازه گیری می شود. درصورتی که تعداد این سلول ها بیش از 200000 سلول در میلی‌لیتر باشد، غده پستانی ملتهب تلقی می شود. تعداد سلول های سوماتیک، نسبت چربی شیر به پروتئین، سن گاو و مرحله شیردهی از جمله عوامل تاثیرگذار بر التهاب پستان است. روند ایجاد بیماری ورم پستان در شکل زیر نمایش داده شده است.

مراحل شکل یک:

1. هنگامی که باکتری ها به انتهای پستانک حمله کرده و به کانال و آلوئول پستانک وارد می شوند، یک واکنش ایمنی موضعی شروع می شود.
2. محصولات جانبی باکتری، مانند لیپوپلی ساکارید (LPS) یا وزیکول غشای خارجی (OMV) پاتوژن های گرم منفی به عنوان الگوی مولکولی مرتبط با پاتوژن (PAMP) عمل می کنند که توسط گیرنده های تشخیص بیماری (PRR) به ویژه Toll- شناسایی می شود.
3. عناصر هومورال مانند سیتوکین‌ها (IL1، IL6 و TNF) و کموکین‌ها [اینترلوکین(IL)-8] آزاد می‌شوند که به سایر گلبول‌های سفید خون، عمدتاً لوکوسیت‌های پلی‌مورفونوکلئر (PMN) در گردش خون سیستمیک هشدار می‌دهند و باعث بروز فاز حاد می گردند.
4. پروتئین ها؛ هنگامی که PMN در ناحیه آلوده وارد می شود
5. از طریق سلول های اپیتلیال پستانی (MEC)، باکتری ها را از طریق فاگوسیتوز می بلعند و می کشند.
6. اگر این التهاب پایدار باشد، ایمنی تطبیقی از طریق تعامل ماکروفاژها با لنفوسیت‌ها، مانند سلول‌های تنظیم‌کننده T، فعال می‌شود.

مواد معدنی و نقش آن در پیشگیری و یا کنترل بیماری ورم پستان

مطالعات نشان داده است که حتی در حضور باکتری ها، سیستم ایمنی می تواند با تهاجم میکروبی مقابله نموده و از توسعه التهاب جلوگیری کند. سیستم ایمنی یک گاو بسیار حساس و مرتبط با تغذیه است. هرگونه کمبود تغذیه ای منجر به تضعیف پاسخ ایمنی می شود و بنابراین یک عامل مستعد کننده برای التهاب پستان خواهد بود. مواد معدنی گروهی از مواد مغذی هستند که بر وضعیت سلامت پستان تأثیر می گذارند. اساساً آنها در تشکیل اجزای ساختاری بدن و عملکرد صحیح آنزیم ها، هورمون ها، ویتامین ها و سلول ها شرکت می کنند (Weiss,2017). مواد معدنی را براساس مقدار موردنیاز بدن حیوانات به دو دسته ماکرو و میکرو تقسیم بندی می کنند. مواد معدنی پرمصرف شامل کلسیم (Ca)، فسفر (P)، سدیم (Na)، کلر (Cl)، گوگرد (S) و منیزیم (Mg) و عناصر کم مصرف شامل آهن (Fe)، مس (Cu)، منگنز (Mn)، روی (Zn)، کبالت (Co)، کروم (Cr)، ید (I)، مولیبدن (Mb) و سلنیوم (Se) است (National Research Council,2001) کمبود و مازاد مواد معدنی در جیره غذایی می تواند تأثیر مخربی بر حیوانات، محیط ‌زیست و سوددهی مزرعه‌های پرورش گاو شیری داشته باشد. کمبود مواد معدنی در گاو عمدتا به صورت اختلالات متابولیکی مشخصی مانند هیپوکلسمی حین زایمان (تب شیر)، هیپوفسفاتمی و هیپو منیزیومی (عدم تعادل در حرکت) همراه است. به هرحال باید توجه داشت که هرگونه کمبود مواد معدنی منجر به سرکوب سیستم ایمنی می شود که یک عامل مستعدکننده برای بروز بیماری های عفونی ازجمله ورم پستان است (Weiss,2017). بدیهی است که عامل کلیدی تعیین کننده غلظت یک ماده معدنی خاص در بدن تامین آن از طریق خوراک است. بنابراین تامین نیازهای غذایی برای گاوهای شیری بایستی با توجه به وضعیت فیزیولوژیکی آن ها تعیین شود. در ادامه به بررسی مواد معدنی منتخب و نقش کمبود آن ها در اختلال عملکرد سیستم ایمنی و در نتیجه بروز التهاب پستان پرداخته می-شود.

کلسیم

کلسیم (Ca) نقش مهمی در عملکرد ارگانیسم های مختلف ازجمله تشکیل اجزای ساختاری بدن، انقباض عضلانی در عضلات اسکلتی و صاف مانند اسفنکتر سرپستانک دارد . این اسفنکتر باعث انقباض موثر سرپستانک پس از شیردوشی و مانع از تهاجم میکروبی به پستان می شود.کمبود کلسیم موجب اختلال در انقباض اسفنکتر پستانک و افزایش خطر ابتلا به ورم پستان در گاوهای هلشتاین می شود ( DeGaris و همکاران,2008). همچنین کلسیم به عنوان یک ماده ضد انعقاد خون شناخته شده و کمبود آن ممکن است موجب خونریزی در غدد پستانی و قرمزی رنگ شیر در نژادهای مختلف گاو شیری شود (Horst و همکاران, 2003). در گاوهای شیری مقدار زیادی از این ماده به شیر منتقل شده و از دسترس حیوان خارج می شود. بنابراین می توان گفت 72 ساعت پس از زایمان به دلیل تولید مقدار زیاد شیر، مقدار قابل توجهی کلسیم دفع می شود و ممکن است موجب بروز اختلال متابولیکی مانند تب شیر یا فلج زایمان می گردد. در این بیماری مقدار کلسیم خون به کمتر از 1.5 میلی لیتر بر لیتر می رسد. از علائم بالینی کمبود کلسیم در گاوها می توان به خوابیدن طولانی مدت، کاهش اشتها، ضعف عضلانی و در موارد شدید مرگ حیوان اشاره نمود (Kimura و همکاران,2006).

فسفر

هشتاد و پنج درصد فسفر (P) در سیستم اسکلتی وجود دارد. این ماده جزء ضروری اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) می-باشد و در ترکیبات پرانرژی مانند ATP موجود است. این ماده معدنی همچنین در بافر PH (بافر فسفات) مایعات بدن نقش دارد. کمبود فسفر، به ویژه در دوره زایمان و در اوایل دوره شیردهی، با کاهش بهره وری، کاهش مصرف خوراک و افزایش خطر ابتلا به بیماری در گاوهای تازه زا همراه است ( Eisenberg و همکاران2019(. نتایج تحقیقات (Eisenberg و همکاران ،2014) نشان داد کمبود فسفر موجب تضعیف سیستم ایمنی و مقاومت در برابر عفونت ها می شود. توجه به این نکته حائز اهمیت است که نگرانی هایی در رابطه آلودگی محیط زیست با فسفر های موجود در مدفوع حیوانات وجود دارد. بنابراین لازم است تا دقت بیشتری در رابطه با نوع و مقدار فسفر مورد استفاده در جیره دام ها به کارگرفته شود.

منیزیم

منیزیم (Mg) نقش اساسی در متابولیسم سلولی ایفا می کند و به عنوان یک کوفاکتور برای بیش از 300 آنزیم کاربرد دارد. علاوه بر این، غلظت مناسب منیزیم درون سلولی برای عملکرد Na+/K+ATPase مورد نیاز است ( Gröber و همکاران,2015). محل اولیه جذب Mg2+ شکمبه است و ممکن است تحت تأثیر نوع جیره و نوع علوفه باشد. منیزیم نقش بسزایی در پاسخ ایمنی ذاتی دارد. نتایج مطالعات نشان می دهد کمبود منیزیم موجب افزایش شیوع لنگش در گاوها می شود. با در نظر گرفتن همه این نتایج، منیزیم یک عامل مهم برای سیستم ایمنی است، اما مشخص نیست که آیا کمبود منیزیم خود به عنوان یک عامل پیش التهابی عمل می کند یا بهتر است بگوییم باعث سرکوب سیستم ایمنی می شود که به نوبه خود باعث افزایش التهاب می شود بنابراین، مطالعات بیشتری در مورد گاو برای درک کامل نقش این ماده مورد نیاز است (Marjani, S.L,2019).

سلنیوم

سلنیوم (Se) یک نیمه فلز است که به مقدار نسبتاً کمی در بدن حیوانات یافت می شود. سلنیوم موجب بهبود رشد، عملکرد تولیدمثلی و وضعیت سلامت در گاوها می شود (Ullah, H و همکاران,2020(. کمبود سلنیوم ممکن است منجر به تاخیر در رشد گوساله، سرکوب سیستم ایمنی و مشکلات در تولید مثل شود. در دفاع آنتی اکسیدانی، تنظیم حالت ردوکس و انواع مسیرهای متابولیک خاص نقش دارد، اما برخی از عملکردهای بیولوژیکی سلنیوم هنوز ناشناخته است. در رابطه با نقش سلنیوم در سیستم ایمنی می توان گفت، Se در مرکز فعال آنزیم گلوتاتیون پراکسیداز (GSH-Px) موجود است که گونه‌های فعال اکسیژن را کاهش می‌دهد و بنابراین اثر آنتی‌اکسیدانی دارد. بنابراین، مکمل سلنیوم ممکن است منجر به پاسخ های بالینی مثبت تحت شرایط مختلف با افزایش آسیب اکسیداتیو مانند ورم پستان شود. علاوه بر این، نتایج مطالعات نشان داد که غلظت سلنیوم ممکن است بر عملکرد نوتروفیل گاوی و توانایی آنها برای خنثی کردن میکروارگانیسم‌ها تأثیر بگذارد. نوتروفیل ها به عنوان ایمونوسیت در نظر گرفته می شوند که در طول فاگوسیتوز نقش مهمی ایفا می کنند و در خط دفاعی در برابر میکروارگانیسم هایی که به غده پستانی حمله می کنند عمل می کنند. مطالعات آزمایشگاهی بر اساس نوتروفیل‌های گاوی نشان داد که مکمل سلنیوم باعث افزایش مهاجرت کموتاکتیک، فاگوسیتوز و فعالیت سوپراکسید دسموتاز سدیم خون می‌شود. سلنیوم با تاثیرگذاری بر بیان متفاوت mRNA های اگزوژن، نقش کلیدی در جلوگیری از التهاب پستان در گاوهای شیری دارد. نتایج تحقیقات نشان داد هنگامی که در تولید یک آنتی بیوتیک از سلنیوم استفاده می شود موجب بدست آوردن بیشترین کارایی درمان می گردد (Sripad, K و همکاران,2016).
نتایج تحقیقات (Machado, V.S و همکاران, 2014) نشان داد هنگامی که گاوهای مبتلا با یک داروی مولتی مینرال حاوی سلنیوم تزریق شدند، اثر مفیدی بر درمان ورم پستان مشاهده شد.

مس

مس (Cu) برای خواص ساختاری و کاتالیزوری در خوراک ضروری است. این فلز شامل سیتوکروم-c اکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز، کاتکول اکسیداز، سرولوپلاسمین و آمین اکسیدازها می باشد. همچنین در سنتز کلاژن و الاستین و همچنین تولید میلین و هموگلوبین نقش دارد. با توجه به سیستم ایمنی و میکروارگانیسم‌های ورم پستان، نتایج مطالعات نشان داده است که مس خواص ضد باکتریایی در برابر باکتری‌های جدا شده از گاوهای دارای التهاب پستان از خود نشان داده است (Wernicki, A و همکاران, 2014). نتایج مطالعات (Kalińska و همکاران,2019) نشان داد نانوذرات نقره و مس بالاترین فعالیت ضد میکروبی را در برابر باکتری های جدا شده از پستان های ملتهب نشان می دهند. استفاده از مکمل مس در جیره گاوهای تازه زا موجب کاهش بروز ورم پستان می شود. کمبود مس منجر به اختلال فاگوسیتوز و کاهش فعالیت مس، روی و سدیم می شود.

زینک

روی (Zn) یکی از عناصر ریز مغذی است که نقش مهمی در نگهداری جمعیت میکروبی شکمبه و سنتز پروتئین‌هایی از جمله کلاژن، گلوکاگون و انسولین ایفا می کند. این عنصر همچنین در سنتز DNA و RNA نقش مهمی دارد. روی یک فعال کننده ضروری برای آنزیم هایی از جمله آلکالین فسفاتاز، کربنیک انیدراز، DNA و RNA پلیمراز و سوپراکسید دیسموتاز است که نقش کلیدی در فرآیندهای آنتی اکسیدانی دارد. روی همچنین یک کوفاکتور برای مجموعه ای از اکسیدوردوکتازها بوده و در تشکیل کراتین نقش دارد. برخی از مطالعات نشان داده اند که مکمل غذایی روی باعث کاهش تعداد سلول های سوماتیک و سطح آمیلوئید A شیر می شود (Cope, C.M و همکاران,2009). نتایج مطالعات (Weng, X و همکاران,2019) نشان داد استفاده از مکمل روی در تغذیه گاوهای هلشتاین موجب بهبود یکپارچگی اپیتلیوم پستان می شود که به عنوان بخشی از سیستم ایمنی ذاتی پستان در نظر گرفته می شود. روی برای رشد و عملکرد مناسب سلول‌های واسطه ایمنی ذاتی مانند نوتروفیل‌ها ضروری می باشد. کمبود این ماده معدنی بر رشد و عملکرد سلول های T و B تأثیر نامطلوب می گذارد. روی دارای خواص آنتی اکسیدانی بوده که موجب تثبیت غشا و جلوگیری از آسیب ناشی از رادیکال های آزاد در طول فرآیندهای التهابی می شود (,Prasad, A.S2013).

حیوانات مبتلا به ورم پستان تحت بالینی یک مخزن مهم و اغلب نادیده گرفته شده برای انتقال ارتباط میکروارگانیسم ها در مزرعه هستند. با این حال، آنها ممکن است حامل ژن های مقاوم به آنتی بیوتیکی باشند که به تشکیل مداوم کلونی کمک می کند، همچنین این بیماری ممکن است خطراتی برای سلامت عمومی ایجاد کند. بنابراین لزوم توجه به تشخیص و درمان به موقع آن بسیار ضروری است. در ادامه به بررسی روش های درمان این بیماری می پردازیم.

روش های درمان ورم پستان

یکی از روش های سنتی درمان ورم پستان گاوها استفاده از آنتی بیوتیک است. استفاده غیرسیستماتیک و تجربی از آنتی بیوتیک ها برای درمان ورم پستان در گاوها اغلب منجر به نقض مشخصات میکروبی و بروز سویه های جدید باکتری های بیماری زا مقاوم به آنتی بیوتیک می شود. علاوه بر این، درمان آنتی بیوتیکی برای ورم پستان باعث افزایش تجمع داروهای ضد میکروبی در شیر می شود که تأثیر منفی بر کیفیت آن دارد. آنتی‌بیوتیک‌ها همچنین بیشتر باکتری‌های موجود در دستگاه گوارش را از بین می‌برند که باعث عدم تعادل در جمعیت میکروبی روده می‌شود و اکوسیستمی را که معمولاً در روده یک حیوان سالم وجود دارد، از بین می‌برد (Fursova K وهمکاران، 2018). علاوه بر این، با توجه به طیف گسترده ای از عوامل بیماری زا در گاوهای مبتلا به ورم پستان، استفاده از واکسن های تجاری اثربخشی پایینی را نشان داده است (Rudenko P و همکاران،2020).

نانو ذرات معدنی – ابزاری کاربردی در مدیریت التهاب پستان

افزودن مواد معدنی به خوراک حیوانات به اشکال مختلف مانند نمک های معدنی، اشکال آلی، کیلات ها یا به عنوان نانو ذرات با اهداف متنوعی مانند محرک رشد، فعالیت های ضد میکروبی و ضد عفونی کننده ها روز به روز درحال گسترش است. نانوذرات (NPs) شامل نانو فلزات و اکسیدهای نانو فلزی به عنوان ساختارهای نانومتری با یک یا چند بعد (طول، عرض یا ضخامت) در محدوده 1 نانومتری تا 100 نانومتر تعریف می‌شوند. مهم ترین مزیت NP ها را می توان عدم ایجاد مقاومت باکتریایی دانست. نانوذرات حاوی مس (CuNPs)، نقره (AgNPs)، پلاتین (Pt_NPs) و روی (ZnONPs) از جمله کاربردی ترین نانو ذرات در تغذیه دام ها می باشند. نانوذرات ممکن است به دلیل تشکیل گونه‌های فعال اکسیژن (در واکنش فنتون)، تخریب DNA و پراکسیداسیون لیپیدها و پروتئین‌ها، اثر سمی روی باکتری‌ها داشته باشند. به عنوان مثال، نتایج مطالعات نشان داد که CuNP ها فعالیت بازدارندگی قابل توجهی در برابر گونه های مختلف باکتری مانند اشریشیا کلی، کلبسیلا پنومونیه، سودوموناس آئروژینوزا، پروپیونی باکتریوم آکنه و سالمونلا تیفی از خود نشان می دهند. که این باکتری ها از عوامل اصلی ایجاد التهاب پستان در گاوهای شیری می باشند. علاوه بر این، سویه های استافیلوکوکوس اورئوس جدا شده از موارد بالینی و تحت بالینی ورم پستان، حساسیت قابل توجهی به AgNPs و AuNPs نشان دادند. ZnO-NP ها نیز دارای خواص ضد میکروبی در برابر استافیلوکوکوس اورئوس و سایر باکتری های بیماری زا مانند E. coli و K. pneumoniae نشان می دهند. همچنین از AgNP ها را می توان در درمان بیماری های ناشی از قارچ ها که در التهاب پستان نیز نقش دارند استفاده نمود (Wernicki, A و همکاران, 2014). باتوجه به نتایج مطالعات می توان گفت AgNPs و CuNPs به دلیل اثر هم افزایی آنها بر پاتوژن های مختلف، می تواند به عنوان موثرترین راه حل در مدیریت ورم پستان باشند. با این وجود، به نظر می رسد دوز و شکل NP های اعمال شده عوامل کلیدی تعیین کننده میزان اثربخشی باشد. بنابراین، افزودن NPs به طور بالقوه باید برای گاو و انسان بی خطر باشد، اما مطالعات بیشتری لازم است.

مکمل های معدنی به عنوان یک ابزار کمکی در درمان ورم پستان

از نقطه نظر بالینی، به خوبی مشخص است که برخی از موارد ورم پستان نیاز به درمان حمایتی از جمله مایعات حاوی کلسیم دارند، زیرا گاوهای مبتلا به التهاب پستان اغلب دچار هیپوکلسمی هستند. علاوه بر این، تزریق مکمل مواد معدنی کمیاب مانند روی، منگنز، سلنیوم و مس نیز می تواند به عنوان یک ابزار کمکی در درمان ورم پستان در گاوهای شیری در نظر گرفته شود. به عنوان مثال نتایج مطالعات (Hoque و همکاران, 2016) نشان داد درمان ضد میکروبی موثرترین راه در درمان بیماری ورم پستان است. در این مشاهده تزریق سلنیوم به گاوهای شیری گروه کنترل موجب شد تا این گروه نسبت به گروه شاهد کمتر در معرض التهاب پستان قرارگیرند همچنین تزریق یک داروی مولتی مینرال (شامل سلنیوم، مس، روی و منگنز) تأثیر مثبتی بر سلامت پستان، کاهش خطی تعداد سلول‌های سوماتیک (SCC) و بروز ورم پستان تحت بالینی و بالینی دارد. نتایج مطالعه (,Smulski, S2020) نشان داد تجویز یک آنتی بیوتیک همراه با آنتی اکسیدان مانند سلنیوم موجب افزایش اثربخشی و بهبود التهاب پستان بالینی می گردد.

شکل (2) خلاصه‌ای از پاتومکانیسم‌های مرتبط با کمبود مواد معدنی و بروز ورم پستان در دام شیری

Zinc : زینک

• اختلال در رشد و عملکرد سلول های B و T
• کاهش یکپارچگی اپیتلیوم پستان

Copper (مس)

• کاهش تاثیر باکتری کشی

Selenium (سلنیوم)

• کاهش فعالیت آنتی اکسیدانی آنزیم ها
• افزایش فعالیت نوتروفیل ها

Magnesium (منیزیم)

• مکانیسم به طور کامل درک نشده است
• احتمال می رود کمبود آن عامل پیش التهابی باشد

Phosphorus (فسفر)

• کاهش فعالیت فاگوسیتیک سلول های ایمنی

Calcium (کلسیم)

• تاخیر در فعال شدن نوتروفیل ها
• اختلال در انقباض اسفنکتر سر پستانک

نتیجه گیری

یکی از اصول اساسی در مزارع پرورش گاو شیری توجه به مواد معدنی است زیرا این مواد نقش ویژه ای در فرآیندهای بیولوژیکی مختلف دارند. و از این رو بر صفات کلیدی تولید و کیفیت لبنیات نقش دارد. علاوه بر این، مواد معدنی برای عملکرد مناسب سلول‌های ایمنی ضروری هستند، بنابراین هرگونه کمبود مواد معدنی ممکن است منجر به سرکوب سیستم ایمنی شود که گاوها را مستعد عفونت می‌کند. ورم پستان یک مشکل مداوم حتی در مزارع با مدیریت خوب است، و مکمل های معدنی ممکن است راهی برای تقویت ایمنی ذاتی غده پستانی و در نتیجه کاهش خطر التهاب پستان باشد. البته باید به این نکته توجه داشت که شواهد مطالعات برون تنی( in vivo) محدودی برای تایید بسیاری از کاربردهای نشان داده شده در شرایط آزمایشگاهی در دسترس است. و لازم است تا در این زمینه تحقیقات بیشتری صورت گیرد.