Terdapat keseimbangan yang rumit antara produksi pro-oksidan dan antioksidan selama homeostasis, tetapi peradangan kronis mendorong kelebihan molekul ROS, yang dapat sangat merusak.
Patogen ekstraseluler yang terlalu besar untuk difagositosis menjadi target ROS (Griffiths, 2005).
Saat terstimulasi, RNS menargetkan patogen intraseluler/yang difagositosis, patogen ekstraseluler, dan sel tumor.
Makrofag, produsen utama ROS dan RNS, mendeteksi dan mengaktifkan untuk menghilangkan infeksi bakteri melalui pengenalan LPS, mekanisme host yang penting dan bermanfaat (Lauridsen, 2019).
Namun, paparan LPS dosis tinggi dalam jangka panjang memicu mediator inflamasi (kaskade sitokin), yang menyebabkan stres oksidatif (Gambar 2 & Gambar 3).
Namun demikian, penting untuk menyadari bahwa semua bentuk stres kronis (biologis, nutrisi, fisik, kimia, atau psikologis) menyebabkan peradangan berkepanjangan (Khansari et al., 2009).
Pada GIT, peradangan kronis memengaruhi integritas penghalang usus dengan mengganggu protein sambungan ketat yang menyebabkan peningkatan permeabilitas usus (“usus bocor”) (Fasano, 2020), yang menyebabkan translokasi bakteri dan peradangan sistemik (Ilan, 2012).
Peneliti dapat menggunakan model peradangan enterik di laboratorium untuk memeriksa promotor pertumbuhan alternatif dan suplemen pakan untuk unggas. Beberapa model peradangan usus telah dikembangkan, termasuk:
Ransum NSP tinggi
Deksametason
Dekstran natrium sulfat
Pembatasan pakan/puasa
Stres panas
Integritas usus bergantung pada fungsi penghalangnya, yang dapat terganggu oleh berbagai pemicu stres seperti stres oksidatif, komponen tertentu dalam kedelai, protein yang tidak dapat dicerna, stres akibat panas, dan infeksi seperti histomonosis.
Penghapusan pendorong pertumbuhan antimikroba telah menyebabkan penyakit multifaktorial baru pada ayam pedaging, yang menyebabkan masalah kesehatan dan kinerja yang signifikan.
Disbakteriosis, yang ditandai dengan ketidakseimbangan mikrobiota usus, menyebabkan masalah seperti berkurangnya penyerapan nutrisi, peradangan, dan usus bocor, yang berdampak negatif pada kesehatan usus.
Mereka mengenali patogen melalui reseptor imun, melepaskan molekul antimikroba, dan mengeluarkan hormon, neurotransmiter, enzim, sitokin, dan kemokin yang menghubungkan respons imun bawaan dan adaptif.
Kerusakan pada IEC dapat membahayakan penghalang usus, mengganggu keseimbangan imun mukosa, dan menyebabkan peradangan usus kronis dan sistemik.
Penelitian telah menunjukkan bahwa mediator inflamasi seperti hormon, radikal bebas, enzim, dan sitokin proinflamasi—yang dipicu oleh infeksi, pola makan, atau stres—dapat mengganggu jaringan protein yang menghubungkan sel epitel.
Berlanjut setelah iklan.
Faktor tambahan seperti pemberian lemak teroksidasi pada unggas dan babi meningkatkan pergantian sel usus dan apoptosis, sementara nutrisi mineral juga memengaruhi integritas penghalang usus.
Logam, seperti pro-oksidan, dapat menyebabkan stres oksidatif dan merusak penghalang.
Namun, seng memainkan peran penting dalam pembentukan sambungan ketat, dan kekurangannya telah dikaitkan dengan gangguan fungsi penghalang.
Gambar 1. Kegagalan penghalang usus. Agen infeksius (bakteri, protozoa, virus, cacing) pada unggas merangsang respons proinflamasi inang. Kegagalan penghalang usus disebabkan oleh Eimeria tenella. Mukosa dan submukosa sekum dengan infiltrasi sel inflamasi, ulserasi, dan nekrosis. Anak panah menunjukkan keberadaan parasit. Pewarnaan hematoksilin dan eosin (dibuat dengan BioRender.com).
Berfungsinya saluran pencernaan (GIT) sangat penting bagi kesehatan, kesejahteraan, dan kinerja hewan.
Kesehatan usus melibatkan faktor-faktor seperti stres oksidatif, genetika, pola makan, penghalang usus, dan interaksi antara otak, mikrobiota usus, dan sistem kekebalan tubuh, yang semuanya saling berhubungan melalui mekanisme yang kompleks.
Mengidentifikasi aspek-aspek utama fungsi GIT membantu para peneliti mengembangkan biomarker untuk mengevaluasi kinerja usus pada unggas.
Karena kompleksitas GIT, beberapa biomarker sering kali diperlukan.
Penelitian tentang “biomarker untuk integritas usus pada unggas” telah mengidentifikasi banyak penelitian, yang menyoroti perlunya model yang efektif untuk menginduksi peradangan usus dan menilai efek nutraceutical sebagai alternatif untuk promotor pertumbuhan antibiotik.
Tabel 1 merangkum beberapa biomarker terkait dan andal untuk mengevaluasi integritas usus pada ayam
Tabel 1. Biomarker untuk mengevaluasi integritas usus pada ayam.
KERUSAKAN PADA BUDIDAYA UNGGAS
Artikel Hans Selye tahun 1975, “Kebingungan dan Kontroversi di Bidang Stres”, menyoroti tantangan dalam penelitian stres, termasuk definisi yang tidak jelas dan terminologi yang tidak konsisten.
Selye mendefinisikan stres sebagai “respons tubuh yang tidak spesifik terhadap tuntutan apa pun” dan membahas konsep “eustress” atau stres positif, yang diyakini sebagian orang dapat meningkatkan kinerja dan kesejahteraan.
Ia berpendapat bahwa semua stres dapat berbahaya jika tidak dikelola, dengan menekankan pentingnya menemukan tingkat stres yang optimal dan dapat ditoleransi.
Selye menganjurkan penelitian interdisipliner, yang memadukan psikologi, fisiologi, dan endokrinologi, serta mendorong pandangan stres sebagai fenomena holistik yang mencakup dimensi biologis dan psikologis.
Stres pada manusia digambarkan sebagai gangguan homeostasis, yang dapat bermanifestasi sebagai stres sistemik dan lokal. Stresor tertentu dapat memicu stres lokal, tetapi melampaui ambang batas tertentu biasanya mengaktifkan sumbu HPA, yang mengarah pada respons stres sistemik.
Stres diklasifikasikan menjadi tiga jenis: stres (stres yang tidak memadai), eustres (stres yang baik), dan distres (stres yang buruk).
Sementara stres dan distres dapat merusak fungsi fisiologis dan menyebabkan patologi, eustres dapat meningkatkan kesehatan dengan mengoptimalkan keseimbangan.
Mempertahankan tingkat stres yang memadai sangat penting untuk ketahanan biologis.
Meskipun hubungan antara stres dan penyakit kronis sudah diketahui, hanya sedikit dokter yang memahami bagaimana disfungsi dalam sistem manajemen stres (sumbu HPA) mengubah patofisiologi.
Penelitian telah memberikan wawasan yang berharga, tetapi dampak klinis stres pada manajemen penyakit kronis tetap menjadi tantangan yang signifikan.
Interaksi neuroendokrin-imun kronis pada unggas dapat mengakibatkan infeksi, berkurangnya asupan pakan, gangguan konversi pakan, dan kerusakan karkas.
Stres panas merupakan pemicu stres ekologis utama dalam peternakan ayam, yang memengaruhi kinerja, kekebalan, dan keamanan pangan.
Ini memicu perubahan pada protein, lipid, dan laju metabolisme, dengan protein kejutan panas diproduksi sebagai pertahanan.
Hipotalamus dan sumbu HPA berperan penting dalam menjaga homeostasis dengan melepaskan hormon steroid dan mengatur respons stres.
Aktivasi glukokortikoid membantu glukoneogenesis hati dan meningkatkan produksi epinefrin, mendukung adaptasi hewan terhadap stres.
Gambar 2. Enteritis nekrotik dapat menyebabkan nekrosis dan peradangan parah di usus dan translokasi bakteri ke hati, yang mengakibatkan demam, depresi, dan penurunan kinerja. Infeksi dengan strain flu burung yang sangat patogen (yaitu, subtipe H5 atau H7) menyebabkan kematian 100% tanpa tanda-tanda klinis atau lesi. Dalam kedua contoh tersebut, kelebihan sitokin proinflamasi atau “badai sitokin” bertanggung jawab atas efek yang mengesankan tersebut. Gambar menunjukkan kematian yang luas terkait dengan H7N7 (A/ayam/Jalisco/CPA1/2012) pada kawanan komersial di Meksiko “Courtesy of Dr. Victor Petrone” (dibuat dengan BioRender.com).
Kepadatan flok, atau jumlah ayam dalam suatu ruang tertentu, dapat meningkatkan stres sosial di antara ayam, karena kepadatan yang lebih tinggi menyebabkan persaingan yang lebih ketat untuk mendapatkan sumber daya seperti makanan, air, dan ruang.
Stres ini dapat mengurangi fungsi kekebalan tubuh, membuat ayam lebih rentan terhadap penyakit seperti radang usus, dan juga dapat menyebabkan perilaku seperti mematuk bulu dan kanibalisme, yang menciptakan titik masuk bagi infeksi.
Kepadatan yang tinggi juga dapat memperburuk stres akibat panas, yang berdampak negatif pada asupan pakan, produksi telur, dan meningkatkan kematian.
Mengelola kepadatan kawanan dengan cermat, termasuk menyediakan ruang dan sumber daya yang memadai, sangat penting untuk mengurangi stres sosial dan meningkatkan kesehatan ayam. Selain itu, faktor-faktor seperti usia breeder, jenis kelamin anak ayam, dan breed terkait dengan kematian anak ayam, dan stres selama pengangkutan ke pabrik pengolahan memerlukan perhatian.
Peradangan adalah tahap akhir dari respons stres, yang dipicu oleh kerusakan sel, dan diatur oleh mekanisme imun dan endokrin.
Stres mengaktifkan sistem saraf otonom dan hormon seperti adrenalin dan glukokortikoid, yang mempersiapkan tubuh untuk “melawan atau lari.”
Meskipun respons ini dimaksudkan untuk berlangsung singkat dan akut, stres yang berkepanjangan membuat hormon stres dan molekul pro-inflamasi terus bersirkulasi, yang menyebabkan stres oksidatif, peradangan kronis, dan kerusakan pada sel dan membran mitokondria.
Membran sel dan mitokondria, yang terdiri dari lapisan ganda fosfolipid dengan protein dan saluran transpor, mengatur fungsi sel seperti adhesi, konduktivitas ion, dan pensinyalan.
Prokariota, organisme paling sederhana, telah memberikan wawasan tentang sifat-sifat luar biasa membran sel, yang bertindak sebagai penghalang pelindung dan “otak” sel.
Prokariota, termasuk bakteri, menggunakan membrannya untuk memperoleh nutrisi, berkomunikasi, dan memproses informasi, seperti sistem neurologis.
Kerusakan apa pun pada membran dapat memengaruhi fungsi sel secara serius, baik pada prokariota maupun eukariota.
Menurut teori endosimbiosis, organel eukariotik esensial berevolusi dari hubungan simbiosis antara prokariota. Sekitar dua miliar tahun yang lalu, bakteri yang hidup bebas bergabung ke dalam sel inang, membentuk hubungan simbiosis.
Mitokondria dan kloroplas diyakini berevolusi dari proteobacteria dan cyanobacteria, masing-masing, melalui hubungan simbiosis yang berdampak signifikan pada evolusi.
Mitokondria, yang dikenal sebagai “pusat kekuatan sel eukariotik,” sangat penting untuk produksi energi, transduksi sinyal, dan apoptosis. Disfungsi mitokondria dikaitkan dengan berbagai penyakit pada hewan dan tumbuhan.
Peradangan kronis dan stres oksidatif, yang disebabkan oleh spesies oksigen reaktif, mengganggu membran sel dan mitokondria, yang memengaruhi fungsi sel. Fenomena ini, yang dikenal sebagai risiko kesehatan utama pada manusia, juga berlaku untuk unggas.
Gambar 3. Stres oksidatif yang berlebihan dan kronis menyebabkan kerusakan dan peroksidasi lipid pada mitokondria dan membran sel. Perubahan organel vital ini memengaruhi semua sel dan jaringan, yang menyebabkan apoptosis, nekrosis, dan kegagalan beberapa organ [a) usus; b) timus; c) ginjal; d) paru-paru; e) bursa Fabricius; f) hati; g) otot; h) otak/serebelum; i) limpa; j) jantung] (dibuat dengan BioRender.com).
Keseimbangan mikrobioma pada permukaan mukosa sangat penting bagi proses biologis dan fisiologis.
Disbiosis, atau ketidakseimbangan mikrobiota dalam GIT, menyebabkan peradangan usus dan integritas usus terganggu.
Komposisi pakan dan viskositas isi usus memengaruhi perkembangan mikroba, terutama di usus halus.
Diet tinggi polisakarida nonpati pada hewan monogastrik memerlukan enzim eksogen untuk mencegah efek negatif seperti iritasi usus dan penurunan kinerja.
Studi pada ayam dan kalkun menunjukkan bahwa gandum hitam meningkatkan viskositas digesta, translokasi bakteri, dan perubahan mikrobiota, yang memengaruhi mineralisasi tulang.
Nilai gizi biji-bijian memengaruhi penggunaan energi dalam diet ayam.
Kerusakan usus tingkat rendah dan peradangan mengurangi efisiensi pakan, yang merugikan industri unggas. Faktor endogen dan eksogen, termasuk stres biologis, nutrisi, lingkungan, dan kimia, dapat mengganggu keseimbangan GIT, yang menyebabkan peradangan, disbakteriosis, dan gangguan penyerapan nutrisi. Stres kronis semakin memperburuk masalah ini.
Menentukan mikrobioma yang optimal untuk ayam melibatkan beberapa langkah:
Meninjau literatur yang ada tentang mikroba yang bermanfaat.
Menganalisis sampel feses atau usus untuk menetapkan tolok ukur mikrobioma yang sehat.
Melaksanakan uji coba eksperimental dengan berbagai ransum atau suplemen.
Menggunakan sekuensing metagenomik untuk pemahaman terperinci tentang keragaman mikroba.
Menganalisis data untuk mengidentifikasi pola yang menghubungkan mikrobioma dengan kesehatan dan produktivitas ayam. Penelitian yang sedang berlangsung ini bertujuan untuk meningkatkan kesehatan dan kinerja unggas.
Homeostasis usus mengacu pada keadaan seimbang tanpa peradangan atau sekresi berlebihan.
Sementara peradangan fisiologis membantu menjaga toleransi terhadap antigen pakan dan mikrobiota usus, peradangan kronis dapat menyebabkan sekresi cairan berlebihan dan pengalihan nutrisi ke respons imun.
Proses ini dapat mengganggu pertumbuhan, menyebabkan katabolisme otot, dan mengurangi penambahan berat badan.
Kerusakan pada penghalang usus semakin mengurangi penyerapan nutrisi dan meningkatkan permeabilitas.
Faktor-faktor seperti ransum NSP tinggi tanpa enzim tambahan dapat menyebabkan disbiosis dan peradangan, yang berdampak negatif pada kinerja unggas.
Pada unggas, peningkatan ekskresi air dapat disebabkan oleh diuresis fisiologis atau diare, yang sering dikaitkan dengan masalah nutrisi yang memengaruhi pemulihan air atau menyebabkan radang usus.
Kotoran berair juga dapat disebabkan oleh sekresi pencernaan, efek osmotik dari makanan, atau ketidakseimbangan elektrolit.
Peradangan pada lapisan ginjal atau gastrointestinal menghambat transfer air dan nutrisi, yang menyebabkan lebih banyak air, lendir, dan nutrisi yang tidak tercerna dalam kotoran.
Hal ini memperburuk kualitas kotoran dan dapat diperburuk oleh infeksi atau racun.
Peradangan enterik pada unggas, yang disebabkan oleh stres panas, enteropatogen, atau gangguan nutrisi, menyebabkan pakan tidak tercerna, peningkatan permeabilitas usus, dan penurunan efisiensi pakan.
Peradangan kronis ini, yang terkait dengan kondisi seperti koksidiosis dan enteritis nekrotik, mengakibatkan kerugian ekonomi yang signifikan bagi industri unggas.
Nutraseutika dengan sifat antioksidan, antiinflamasi, dan imunomodulasi dapat membantu mengurangi stres oksidatif dan peradangan pada unggas dengan meningkatkan kesehatan usus.
TINDAKAN PENANGGULANGAN
Untuk mencegah peradangan usus dan stres oksidatif pada unggas, diperlukan pendekatan multifaktorial.
Strategi yang dapat dilakukan antara lain menggunakan probiotik, prebiotik, zat fitogenik, minyak esensial, dan mineral.
Hal ini membantu meningkatkan pemanfaatan nutrisi, mengurangi kolonisasi patogen, dan memodulasi mikroflora usus, sehingga berpotensi mengurangi efek negatif peradangan kronis dan stres oksidatif pada sistem gastrointestinal.
OUTLOOK
Studi tentang hubungan kompleks antara mikroflora, pola makan, lingkungan, faktor genetik, dan komponen pola makan pada ternak produksi, terutama unggas produksi, merupakan bidang utama nutrisi yang berdampak signifikan terhadap produksi pangan global di masa mendatang.
