Những ứng dụng của astaxanthin: Sức khỏe và tăng trưởng

Ngoài ra, việc bổ sung carotene vào thực phẩm đã cải thiện khả năng tăng trưởng của cá rô phi vằn Oreochromis niloticus (Hu và cs., 2006), cá pacu Piaractus mesopotamicus (Bacchetta và cs., 2019) và tôm sú Penaeus monodon (Niu và cs., 2014). Có ba cách giải thích cơ bản về cách các sắc tố carotenoid có thể thúc đẩy sự phát triển của giáp xác. Thứ nhất, sắc tố carotenoid có thể kiểm soát quá trình trao đổi chất của động vật thủy sản thông qua hoạt động của enzyme tiêu hóa tăng lên, từ đó thúc đẩy quá trình tiêu hóa, hấp thu và sử dụng dinh dưỡng, dẫn đến tăng lượng thức ăn ăn vào (Baron và cs., 2008; Zhang và cs., 2013).

Thứ hai, sắc tố carotenoid cũng có thể rút ngắn thời gian giữa các chu kỳ lột xác ở động vật giáp xác và điều chỉnh quá trình trao đổi chất NADPH, cả hai đều làm giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện hiệu suất tăng trưởng (Hertrampf và Piedad-Pascual 2003; Mao và cs., 2017). Giả thuyết cuối cùng là khả năng của astaxanthin trong việc tăng cường hệ vi khuẩn đường ruột nhằm phá vỡ các thành phần khó tiêu để chiết xuất nhiều chất dinh dưỡng hơn (Vasudevan và cs., 2006). Một báo cáo trước đây đã xác nhận rằng cá Porgy đỏ (Pagrus pagrus) được cho ăn khẩu phần có chứa AX có tỷ lệ lipid thấp hơn đáng kể, từ đó cải thiện việc sử dụng lipid và cung cấp thêm năng lượng để cải thiện hiệu suất tăng trưởng (Kalinowski và cs., 2011). 

Sự gia tăng của các bệnh truyền nhiễm trong NTTS thâm canh, đặc biệt là trong giai đoạn đầu sản xuất, tạo thành một hạn chế đáng kể hoặc mối đe dọa hàng đầu có ảnh hưởng đáng kể đến nền kinh tế toàn cầu. Những nỗ lực khoa học đáng kể đã được thực hiện trong suốt nhiều năm để cải thiện hệ thống miễn dịch và khả năng chống oxy hóa của nhiều loài cá và động vật giáp xác bằng cách tiêu thụ astaxanthin (AX). Nhiều nghiên cứu đã chứng minh một số báo cáo trước đây về tác động của Axe trong việc tăng cường khả năng chống oxy hóa, khả năng miễn dịch và khả năng kháng bệnh chống nhiễm trùng ở các động vật thủy sản khác nhau.

Nghiên cứu sâu rộng đã chứng minh rằng AX có nhiều lợi ích cho động vật giáp xác, ngoài các đặc tính tạo sắc tố điển hình, hoạt động chống oxy hóa, hỗ trợ hệ thống miễn dịch, khả năng chống lại bệnh tật và khả năng chống lại các tác nhân gây áp lực môi trường như nhiệt độ, pH và amoniac. Nhưng vì người ta thường biết rằng động vật giáp xác không thể tự sản xuất AX nên một số loài giáp xác nuôi cần bổ sung AX vào chế độ ăn (Tejera và cs., 2007; Wade và cs., 2017). 

Sự sẵn có và đồng bộ hóa các chất chống oxy hóa bên trong và bên ngoài là cần thiết để bảo vệ chống oxy hóa của cá nhằm loại bỏ các gốc tự do như các loại oxy phản ứng (ROS) (Ju và cs., 2011). Catalase, superoxide effutase (SOD), glutathione (GSH), glutathione reductase (GR), glutathione S-transferase (GST) và glutathione peroxidase (GPX) là những ví dụ về khả năng chống oxy hóa nội sinh hoặc nội sinh (Sommer và cs., 1991). Với đặc tính khử và ái nhân, GSH là thiol chính của tế bào không phải là protein (Pisoschi và Pop 2015). Enzym chống oxy hóa GPx, có thể phá hủy lipid peroxide (LPO, MDA) được tạo ra trong tế bào, được biết là sử dụng GSH làm chất nền (Livingstone 2001). Cả yếu tố căng thẳng môi trường và nhiễm trùng đều có thể làm tăng sản xuất ROS và MDA, đồng thời làm giảm các phân tử chống oxy hóa như GSH, SOD và catalase (Pan và cs., 2011; Ameur và cs., 2012; Ho và cs., 2013; Srikanth và cs., 2013; Regoli và Giuliani 2014; Dawood và cs., 2020b). 

Cá và động vật không xương sống đã được chứng minh là tạo ra nhiều enzyme chống oxy hóa hơn như SOD, catalase và GPx 

Các đặc tính chống oxy hóa nổi bật của AX tổng hợp và tảo là một chất chống oxy hóa mạnh do khả năng không bão hòa và oxy hóa đặc biệt cao trong cấu trúc hóa học (Ismail và cs., 2016). Thật vậy, AX có hoạt tính chống oxy hóa cao gấp 100 lần so với tocopherol và beta-carotene (Mularczyk và cs., 2020). AX có các nhóm keto (= O) và hydroxyl (–OH), liên kết đôi carbon-carbon liên hợp và cả đặc tính ưa mỡ (kỵ nước, không phân cực) và ưa nước (cực). Các nhóm chức năng phân cực của AX được định hướng bên ngoài màng và các nhóm hydroxyl được gắn trên màng (Kishimoto và cs., 2016; Britton 2020). Xương sống AX có thể hoạt động như dây phân tử để tăng cường các tính chất cơ học của màng (Pashkow và cs., 2008; Skibsted 2012).

Khi so sánh với cá đối chứng được cho ăn chế độ ăn không phải AX, cá được cho ăn AX cho thấy mức MDA giảm rõ rệt ở nhiều mô (Kurnia và cs., 2007). MDA là một dấu hiệu tốt cho thấy tổn thương liên quan đến stress oxy hóa mô trong cơ thể (Kaneda và Miyazawa 1987). Ngoài ra, cá và động vật không xương sống đã được chứng minh là tạo ra nhiều enzyme chống oxy hóa hơn như SOD, catalase và GPx cũng như các chất chống oxy hóa nội sinh tế bào như GSH khi sử dụng carotenoid như AX (Pan và cs., 2011; Sahin và cs., 2014; Al-Amin và cs., 2015; Gammone và cs., 2015; Ngoài ra, việc bổ sung AX có thể làm tăng nồng độ TAC huyết thanh ở các loài thủy sản khác nhau (Kurnia và cs., 2007). 

Ngoài ra, người ta đã phát hiện ra rằng việc bổ sung carotenoid làm tăng sự biểu hiện của HSP trong tế bào nuôi cấy và mô của một số loài động vật (Müller và cs., 2013; Cheng và cs., 2018; Fleischmann và cs., 2020; Tan và cs., 2020). ). Carotenoids đã chứng minh tác dụng chống oxy hóa có thể hoạt động không chỉ bằng cách loại bỏ trực tiếp ROS mà còn bằng cách điều chỉnh sự biểu hiện của các protein liên quan đến căng thẳng và phòng vệ chống oxy hóa. Ba phản ứng sau đây, chuyển điện tử (oxy hóa và khử), tách hydro (trừu tượng nguyên tử hydro allylic) và cộng gốc tự do (hình thành chất cộng), được coi là ba quá trình qua đó carotenoid tương tác với các gốc tự do (Pashkow và cs., 2008). ; Sahin và cs., 2014; Gammone và cs., 2015; Cơ chế hoạt động của carotenoid trong cơ thể được chia thành bốn nhóm sau: Tác dụng chống oxy hóa và thúc đẩy quá trình oxy hóa, giảm dịch mã tín hiệu NF-kB, kích hoạt yếu tố hạt nhân liên quan đến yếu tố hồng cầu 2 (Nrf2) và tương tác với các yếu tố phiên mã khác đều là ví dụ về những tác động này (Kaulmann và Bohn 2014; Niu và cs., 2018; Rodriguez-Conceptcion và cs., 2018; Dawood và cs., 2020a).

Người ta nhận thấy rõ rằng các yếu tố phiên mã như NF-kB và Nrf2 có liên quan đến phản ứng miễn dịch, viêm và phản ứng căng thẳng oxy hóa. Các chất gây viêm như yếu tố hoại tử khối u (TNF) và cytokine, cũng như stress oxy hóa, kích hoạt con đường NF-kB. Mặt khác, người ta biết rằng con đường Nrf2 đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tế bào chống lại stress oxy hóa do ROS gây ra (Kaulmann và Bohn 2014). Các gen cảm ứng Nrf2, heme oxyase 1 (HO-1) và iNOS, kiểm soát phản ứng viêm và stress oxy hóa, được phiên mã bởi protein NF-kB, bị ức chế bởi AX ở động vật thủy sản và các động vật khác-(Kaulmann và Bohn 2014 ; Xie và cs., 2018; Le Goff và cs., 2019; Hơn nữa, việc bổ sung AX trong nuôi trồng thủy sản có thể ngăn chặn các cytokine gây viêm và các dấu hiệu apoptotic như caspase 3, caspase 9 và nồng độ IL-15, IL-1β và TNF-α (Song và cs., 2017). Cùng với nhau, những phát hiện này ngụ ý rằng carotenoid trong chế độ ăn uống có thể tăng cường khả năng phòng vệ chống oxy hóa tự nhiên của cơ thể, chẳng hạn như enzyme chống oxy hóa, chất chống oxy hóa nội sinh tế bào và HSP, cũng như tăng khả năng chống lại stress oxy hóa và ngăn chặn dòng viêm và apoptotic. 

Astaxanthin mang đến nhiều lợi ích cho sinh trưởng của các loài thủy sản

Hoạt động thực bào được tăng cường ở cá đã được ghi nhận sau khi điều trị bằng nhiều loại AX chống lại các bệnh truyền nhiễm khác nhau (Harikrishnan và Balasundaram 2005; Sahu và cs., 2007; Harikrishnan và cs., 2010b, 2011). Vì O2− là sản phẩm đầu tiên được giải phóng trong quá trình hô hấp nên nồng độ O2− đã được chấp nhận như một thông số chính xác để định lượng cường độ của một đợt hô hấp (Secombes 1990). Tỷ lệ tổng thể của các tế bào máu dương tính với NBT vẫn ổn định giữa việc tăng cá hồi vân sau liệu pháp kích thích miễn dịch (Jeney và Anderson 1993). Những tế bào này có thể là bạch cầu trung tính vẫn có khả năng tạo ra các loại oxy phản ứng.

Với tất cả các liều lượng của chế độ ăn bổ sung dành riêng cho mầm bệnh, hoạt động của lysozyme trong huyết thanh đã tăng lên đáng kể. Cá được điều trị bằng các phương thuốc thảo dược có chứa AX để chữa nhiều bệnh khác nhau đã cho thấy hoạt động lysozyme trong huyết thanh tăng lên (Martins và cs., 2002; Harikrishnan và Balasundaram 2008; Harikrishnan và cs., 2009, 2010a). Xu hướng gia tăng hoạt động của lysozyme trong huyết thanh có thể đã góp phần cải thiện các cơ chế phòng vệ không đặc hiệu được mô tả ở một số loài cá chống lại mầm bệnh (Sahu và cs., 2007). Cá chép Cyprinus carpio, được điều trị bằng 50 và 100 mg kg-1 chế độ ăn bổ sung AX chống lại mầm bệnh cho thấy sự gia tăng đáng kể về hoạt động thực bào trong huyết thanh, bùng nổ hô hấp, lysozyme và diệt khuẩn dẫn đến giảm tỷ lệ tử vong trong lần đầu tiên 30 ngày sau khi nhiễm vi khuẩn Aeromonas hydrophila (Ju và cs., 2011).

Nhiều báo cáo trước đây đã báo cáo rằng AX trực tiếp hoặc gián tiếp tạo ra hoạt động chống oxy hóa và tăng cường các phản ứng miễn dịch bẩm sinh, qua trung gian tế bào và thể dịch (Jyonouchi và cs., 2000; Kurihara và cs., 2002; Park và cs., 2011). Tác động của AX đối với khả năng miễn dịch bẩm sinh có thể tương quan với khả năng kích hoạt các quá trình tác dụng kháng khuẩn tiếp theo, chẳng hạn như giải phóng enzyme lysosomal, các yếu tố bổ sung, peptide cation và tổng hợp các loại phản ứng oxy (Chew và cs., 2011; Smith và cs., 2013).