Un estudio comparativo de los efectos de la curcumina y sus nanopartículas sobre el crecimiento, la inmunidad y la resistencia al estrés por calor de la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus)
Jul 19, 2023
La segunda especie de pez más común producida a nivel mundial después de la carpa es la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) 1,2. Actualmente, la tilapia se cultiva en más de 120 países en todo el mundo2. La producción mundial de tilapia repuntó de menos de 0,5 millones de toneladas métricas (MMT) a principios de la década de 1990 a 6,03 MMT en 2018, con una tasa de crecimiento anual promedio del 13,5 % 2.
Sin embargo, el cultivo intensivo de tilapia la hace sensible a varios factores de estrés, como el estrés por calor (HS), una de las principales consecuencias del calentamiento global3. Aunque la tilapia del Nilo puede tolerar un amplio rango de temperaturas (el rango de temperatura óptimo es de 25 a 28 grados), las temperaturas del agua por encima del rango óptimo pueden suprimir el sistema inmunológico y dañar su respuesta antioxidante4,5. El HS suprime el sistema inmunitario a través de respuestas inmunitarias mediadas por células y humorales.
Por ejemplo, se ha descubierto que la HS reduce el nivel de inmunoglobulinas (IgG e IgM)7. Los indicadores primarios de la respuesta inmune (glóbulos blancos, glóbulos rojos, hemoglobina y glucosa) también se ven afectados durante HS8. El besugo (Megalobrama amblycephala Yih) mostró un aumento de los niveles de lisozima, actividades alternativas del complemento, proteína total e IgM después de estar expuesto a estrés por calor durante 6 h, por lo tanto, estos parámetros disminuyeron9. En consecuencia, el estrés por calor puede afectar negativamente la salud de los peces, provocando una regresión del crecimiento y una alta mortalidad de los peces10. Reforzar los mecanismos de defensa de los peces mediante la administración de inmunoestimulantes en la dieta se ha convertido en una prioridad para el control de los factores de estrés en la acuicultura11. Entre varios inmunoestimulantes, las hierbas medicinales contienen componentes químicos que mejoran la inmunidad a través de vías específicas o no específicas, lo que hace que el animal sea más resistente a los estresores externos12.
La hemoglobina es una proteína importante en nuestro cuerpo humano, que puede transportar moléculas de oxígeno a varias partes del cuerpo y proporcionarle suficiente oxígeno al cuerpo. Al mismo tiempo, la hemoglobina también puede combatir el daño de los radicales libres y desempeñar un importante papel antioxidante. Además de afectar la función cardiopulmonar, estos efectos también pueden mejorar la inmunidad del cuerpo y hacernos más saludables.
Los estudios han demostrado que el nivel de hemoglobina está estrechamente relacionado con la capacidad del cuerpo para resistir enfermedades. Un nivel más alto de hemoglobina puede ayudar al cuerpo a mejorar su capacidad para combatir bacterias y virus y prevenir la aparición de enfermedades. Al mismo tiempo, la hemoglobina también puede mejorar la inmunidad del cuerpo y mejorar la respuesta del cuerpo a las vacunas, previniendo enfermedades de manera efectiva.
Además, la hemoglobina también puede afectar el metabolismo y la función inmunológica del cuerpo. La falta de hemoglobina puede conducir a la falta de oxígeno en el cuerpo, lo que afecta negativamente el crecimiento celular y la función inmunológica. Por lo tanto, tener suficiente hemoglobina puede garantizar el funcionamiento normal de varias funciones fisiológicas del cuerpo humano, mejorando así de manera efectiva la inmunidad humana.
En resumen, el impacto de la hemoglobina en la inmunidad humana es muy importante. Mantener niveles adecuados de hemoglobina puede proteger el sistema inmunológico del cuerpo y prevenir enfermedades. Por lo tanto, debemos prestar más atención a la suplementación con alimentos ricos en hierro, como carnes rojas, frijoles y verduras, para garantizar que el cuerpo tenga suficiente hemoglobina. Al mismo tiempo, fortalece tu sistema inmunológico y protege tu salud manteniendo el ejercicio, buenos hábitos de vida y una dieta razonable. Desde este punto de vista, necesitamos mejorar nuestra inmunidad. Cistanche puede mejorar significativamente la inmunidad, porque Cistanche es rico en una variedad de sustancias antioxidantes, como vitamina C, vitamina C, carotenoides, etc. Estos ingredientes pueden eliminar los radicales libres y reducir el estrés oxidativo. Estimular y mejorar la resistencia del sistema inmunológico.
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La curcumina es un ingrediente herbal bioactivo hidrofóbico de color amarillo anaranjado y un compuesto polifenólico extraído de la cúrcuma (Curcuma longa). Los principales componentes activos de la curcumina son el diferuloilmetano (77 %), la demetoxicurcumina (17 %) y la bisdemetoxicurcumina (6 %)13. Sorprendentemente, la curcumina posee propiedades antivirales, antifúngicas, antiinflamatorias, antioxidantes y anticancerígenas14–17. Por lo tanto, la curcumina puede estimular el sistema inmunológico innato en los peces18,19. Varios estudios han demostrado los efectos beneficiosos de la curcumina como candidato potencial inmunoestimulante y antioxidante en las dietas de varias especies de peces20–26. Sin embargo, la escasa solubilidad en agua y la biodisponibilidad limitan las aplicaciones prácticas de la curcumina13.
Recientemente, se ha desarrollado nano-curcumina para evitar las malas propiedades de liberación de la curcumina y mejorar sus efectos terapéuticos27. A diferencia de la curcumina, que forma grumos debido a su baja solubilidad en agua, la nano curcumina se disuelve completamente en un medio acuoso y no forma grumos debido a la presencia del potencial zeta27. En comparación con la curcumina libre, la nanocurcumina demostró una mayor permeabilidad, una circulación más prolongada y una mejor biodisponibilidad sistémica en plasma y tejidos28–30.
Según Jiang et al.31, la curcumina cargada en nanoesferas estimuló sus actividades antioxidantes e inmunológicas. Estos efectos pueden estar relacionados con la reducción de partículas a escala nanométrica, lo que asegura una liberación sostenible de los materiales activos y aumenta la biodisponibilidad y los niveles de dispersión molecular31. Aunque no se han realizado estudios para comparar el efecto de la nanocurcumina con el de su forma libre en peces, recientemente se ha probado en aves como la codorniz japonesa (Coturnix japonica)32. Marchiori et al.32 encontraron que la curcumina nanoencapsulada mejoró el rendimiento de las codornices japonesas (Coturnix japonica) en una dosis tres veces menor que la curcumina libre, lo que indica el potencial de los nanomateriales para mejorar la producción animal.
Hasta ahora, la nanocurcumina no se ha probado en dietas para peces. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo evaluar los efectos de la suplementación dietética con curcumina en forma libre o nano para mejorar el rendimiento del crecimiento, el estado de inmunidad y la resistencia al estrés por calor en la tilapia del Nilo.
Materiales y métodos
Dietas experimentales.
La composición y análisis químico de las dietas experimentales se muestran en la Tabla 1. Se prepararon siete dietas isonitrogenadas (28 por ciento de proteína) e isocalóricas (445 kcal/100 g MS). Seis dietas se complementaron con tres niveles de nanocurcumina (50 (CN50), 100 (CN100), 200 (CN200) mg kg−1 de dieta) o curcumina libre (50 (C50), 100 (C100), 200 (C200) ) mg kg−1 de dieta), y la dieta control se dejó sin aditivo (CON). Los ingredientes secos y recién molidos se mezclaron minuciosamente a mano mientras se añadían los aceites. Después de eso, todos los ingredientes se amasaron agregando gradualmente agua tibia. La masa se peletizó usando una picadora de carne de un diámetro adecuado. Las dietas se secaron al sol y se almacenaron a -20 grados en frascos de plástico.
Los peces y las instalaciones experimentales.
Se obtuvieron alevines de tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) de una granja comercial cerca de Alejandría y se mantuvieron en un tanque de fibra de vidrio (1 m3) en el laboratorio de cría de peces del Instituto Nacional de Oceanografía y Pesca, sucursal de Alejandría, Egipto. Ciento sesenta y ocho peces (13.54±0.32 g) fueron repoblados en 21 acuarios de vidrio (70 L de acuario-1) a una densidad de 8 peces por acuario. Cada tratamiento consistió en 3 repeticiones (A, B y C). Los peces se aclimataron a los acuarios durante 2 semanas y se alimentaron con la dieta de control para adaptarse a las dietas experimentales. Los peces fueron alimentados con las dietas experimentales tres veces al día hasta la saciedad durante 65 días. Se suministró agua del grifo sin cloro a cada acuario con aireación continua. La cantidad de alimento consumido en cada tratamiento se calculó semanalmente por la diferencia de peso de los recipientes de alimento antes y después de la alimentación. El fotoperíodo se fijó en 12 h: 12 h luz: oscuridad, respectivamente. Los parámetros de calidad del agua se monitorearon cada semana durante la duración del experimento utilizando el fotómetro multiparámetro Hanna Aquaculture, HI83303. La temperatura del agua, el oxígeno disuelto, el amoníaco-N y el pH se registraron de la siguiente manera; 25±2,1 grados, 6,4 mg L−1, 0,05 mg L−1 y 7,7, respectivamente. Después de la exposición al estrés por calor (40 grados), el oxígeno disuelto y el N-amoníaco en la pecera fueron de 2,1 mg L-1 y 0,62 mg L-1, respectivamente. Dos horas después de la alimentación, las heces se eliminaron mediante sifón.
Declaración ética.
Los experimentos se realizaron según las pautas descritas y aprobadas por el Comité del Instituto Nacional de Oceanografía y Pesca para el Cuidado Institucional de Organismos Acuáticos y Animales de Experimentación (NIOF-IACUC), Egipto.
Preparación de curcumina y nano-curcumina.
La curcumina y la nanocurcumina fueron preparadas por el departamento de investigación de NanoTech Egypt para fotoelectrónica y nanotecnología. La nanocurcumina se preparó mediante el método de reducción descrito por Dhivya et al.33. Los espectros de absorción UV-Vis se obtuvieron en un espectrofotómetro de fibra óptica Ocean Optics USB2000 plus VIS-NIR. Para estudiar la morfología superficial y el tamaño de las nanopartículas, se utilizó un microscopio electrónico de transmisión (TEM) de alta resolución, JEOL JEM-2100. Las imágenes TEM revelaron la forma casi esférica, la superficie lisa y la distribución uniforme del tamaño de casi 50±5,5 nm de nanocurcumina (Fig. 1). La distribución del tamaño de las partículas y el potencial zeta de las partículas de nanocurcumina se determinaron con el instrumento Zetasizer Malvern (Malvern, Reino Unido), versión 7.13, número de serie: MAL 1203718. El potencial zeta (mV) y la desviación zeta (mV) fueron -25 .0 y 4.16, respectivamente (Fig. 2).
Composición química corporal.
Antes del comienzo de la prueba de alimentación, se tomaron muestras aleatorias de 10 peces y se congelaron a -20 grados para el análisis bioquímico de todo el cuerpo. Al final de la prueba de alimentación, se tomaron muestras de seis peces por tratamiento para el análisis bioquímico de todo el cuerpo. Todas las muestras se congelaron inmediatamente a -20 grados hasta su análisis. Se siguieron los métodos AOAC34 para evaluar el contenido de proteína bruta, lípidos, humedad y cenizas de todas las muestras.
Muestra de sangre.
Después del experimento de alimentación, se tomaron muestras de seis peces por tratamiento para análisis de sangre. Se ha utilizado aceite de clavo (0,1 ml L−1) para anestesiar a los peces. Se recogieron muestras de sangre (1 ml) de la vena caudal del pez en microtubos de plástico que contenían un anticoagulante (ácido dipotásico etilendiaminotetraacético, EDTA) para la conservación de las muestras para su uso en el ensayo hematológico. Se recogió un ml de sangre de cada muestra en microtubos sin anticoagulante y se centrifugó durante 10 min a 2500xg para separar el suero, que se asignó para el ensayo bioquímico.
Ensayo hematológico.
Eritrocitos, hematocrito (HCT), hemoglobina (HGB), volumen corpuscular medio (MCV), hemoglobina corpuscular media (MCH), concentración de hemoglobina corpuscular media (MCHC), plaquetas (PLT), leucocitos y recuentos diferenciales (neutrófilos (NEUT), linfocitos (LINFA)), monocitos (MON), eosinófilos (EO), basófilos (BAS) y granulocitos inmaduros (IG) se contaron utilizando un hemocitómetro automatizado XE 2100 (Advia 2120 y Sysmex, Siemens). Todos los índices mencionados se evaluaron antes y después del estrés por calor.
Bioquímica sérica.
Se analizaron las concentraciones de alanina aminotransferasa sérica (ALT), aspartato aminotransferasa sérica (AST), inmunoglobulina M (IgM), complementos 3 y 4 (C3 y C4, respectivamente), cortisol y glucosa en el suero de muestras de sangre. La glucosa se analizó de acuerdo con el método de hexoquinasa35 utilizando el paquete Cobas (número de referencia, 04404483 190) a través del analizador Cobas-c 311, system-ID 0768316. El cortisol se analizó en función de la formación del respectivo método de inmunocomplejos36 a través del paquete de inmunoensayo de electroquimioluminiscencia "ECLIA" (número de referencia, 11875116 122) utilizando el analizador de inmunoensayo Cobas-e. El análisis de ALT se realizó con el paquete Cobas C (número de referencia, 207649q57 322), analizador Cobas-C 311, ID del sistema 0,764,957.
La ALT se detectó según Bergmeyer et al.37 y ECCLS38. La ALT catalizó la reacción entre la L-alanina y el 2-oxoglutarato. El piruvato formado por Te es reducido por NADH en una reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa (LDH) para formar L-lactato y NAD. La tasa de oxidación de NADH es directamente proporcional a la actividad catalítica de ALT. Se determina midiendo la disminución de la absorbancia. La AST en la muestra catalizó la transferencia de un grupo amino entre L-aspartato y 2-oxoglutarato para formar oxaloacetato y L-glutamato.
El oxaloacetato luego reaccionó con NADH, en presencia de malato deshidrogenasa (MDH), para formar NAD. Este ensayo siguió las recomendaciones de la IFCC pero se optimizó según Bergmeyer et al.37 y ECCLS38 utilizando Cobas c pack (número de referencia, 20764949322) a través del analizador Cobas-C 311. Identificación del sistema 076494I. La determinación de IgM se basó en el principio de aglutinación inmunológica39 a través del Cobas c 311, sistema ID 0767883 utilizando Cobas c pack (número de referencia, 03507190). Los anticuerpos IgM y los antígenos reaccionaron entre sí en la muestra y formaron un complejo antígeno/anticuerpo. Después de la aglutinación, esto se midió turbidimétricamente a una longitud de onda sub/principal: 700/340. C3 y C4 se determinaron formando un precipitado mediante la adición de un antisuero específico y luego se determinaron turbidimétricamente a una longitud de onda sub/principal: 700/34039. C3 se midió a través del Cobas c 311, sistema ID 0765600 utilizando Cobas c pack (número de referencia, 03001938322). C4 se analizó a través del Cobas c 311, sistema ID 0765619 utilizando Cobas c pack (número de referencia, 03001962322).
Estrés por calor.
Después de terminar el experimento de alimentación, se recolectaron cinco peces de cada réplica de los acuarios de vidrio experimentales y se transfirieron a un tanque de fibra de vidrio de 0.5- toneladas que contenía 7 unidades de sub-crianza (7- L recipientes cilíndricos de plástico perforados). Cada contenedor representa una réplica de cada tratamiento. Las réplicas A, B y C de cada tratamiento han sido expuestas a estrés por calor en el primer, segundo y tercer día, respectivamente. Por lo tanto, el desafío del estrés por calor se repitió tres veces durante tres días consecutivos. La temperatura del agua se elevó gradualmente de 25 a 40 grados en 3 h. La temperatura del agua fue controlada por un termostato artificial. Después de la exposición a 40 grados durante 4 h, los peces de cada unidad se anestesiaron con aceite de clavo. Las muestras de sangre fueron recolectadas para determinar los niveles de ALT, AST, IgM, C3 y C4, glucosa y cortisol, así como el conteo hematológico de los peces.
Análisis estadístico.
Los datos sobre el rendimiento del crecimiento y la utilización del alimento se procesaron mediante un análisis de varianza de una vía (ANOVA). Se utilizó ANOVA de dos vías para evaluar el efecto del estrés por calor y las dietas experimentales en los peces. Se utilizó la prueba post hoc de Duncan para clasificar las medias. P Menor o igual a 0.05 se consideró estadísticamente significativo. Todas las estadísticas se procesaron con el paquete SPSS (versión 23.0).
Declaración.
Todos los métodos están informados por las pautas ARRIVE 2.0.
Resultados
Rendimiento del crecimiento y utilización del alimento.
Los resultados de rendimiento de crecimiento y utilización del alimento de los peces alimentados con las dietas experimentales se presentan en la Tabla 2. El peso final (FW) y la ganancia de peso (WG) más altos se obtuvieron en CN100 alimentado con peces, seguido de CN200 (P Menor o igual a 0.05). Los peces alimentados con CN50 dieron FW y WG moderados y fueron similares a los alimentados con C100 (P Mayor o igual a 0.0 5). Los resultados más bajos de WG se registraron en CON, C50 o C200 alimentados con peces (P menor o igual a 0.05). Los peces alimentados con CN100 y CN200 mostraron la mayor tasa de crecimiento específico (SGR), seguidos por CN50 y C100 (P menor o igual a 0,05). Sin embargo, SGR en CN200 alimentado con peces no difirió significativamente de CN50 o C100 (P mayor o igual a 0.05). Los grupos de peces de CON, C50 y C200 produjeron la SGR más baja (P menor o igual a 0,05). El mayor resultado de ganancia media diaria (GMD) se registró en el grupo CN100, seguido por los grupos CN200 y luego CN50 y C100 (P menor o igual a 0,05). Los grupos de CON, C50 y C200 mostraron los valores más bajos de GMD (P menor o igual a 0,05). El mayor consumo de alimento (FI) se registró en los grupos CN50, CN100, CN200 y C100, seguidos de los grupos CON, C50 y C200 (P menor o igual a 0.05). El FCR más bajo se detectó en CN100 y CN200, seguido de CN50 y C100, mientras que los valores más altos de FCR se observaron en CON, C50 y C200 (P menor o igual a 0,05). Los grupos de CN100 y CN200 dieron los valores más altos de índice de eficiencia proteica (PER), seguidos de CN50 y C100 mientras que los valores más bajos se produjeron en CON, C50 y C200 (P menor o igual a 0,05).
Composición química corporal.
Los resultados de la composición química proximal de la tilapia del Nilo alimentada con las dietas experimentales se ilustran en la Tabla 3. No hubo una variación significativa en la materia seca entre los diferentes grupos (P mayor o igual a 0.05 ). Los valores más altos de proteína cruda (PC) se obtuvieron en CN50, CN100, CN200 y C100, seguidos de CON, C50 y C200 (P Menor o igual a 0,05); sin embargo, C50 no fue significativamente diferente de CN50, CN100 y C100 (P mayor o igual a 0,05). Todos los tratamientos tuvieron una relación de lípidos crudos mayor que CON (P menor o igual a 0.05). Los resultados más altos de ceniza se registraron en CON y C200, seguidos de C50, y los resultados más bajos se observaron en CN50, CN100, CN200 y C100 (P menor o igual a 0,05).
Análisis hematológico.
La Tabla 4 muestra el análisis hematológico de los peces después del experimento de alimentación a 25 grados y después del estrés por calor a 40 grados. Los resultados revelaron que las dietas experimentales y el estrés por calor afectaron significativamente algunos parámetros hematológicos (P menor o igual a 0.05). Las dietas experimentales no afectaron los conteos hematológicos (P Mayor que o igual a {{10}}.05) a excepción de C200, que dio leucocitos más altos y conteos de neutrófilos más bajos en comparación con las otras dietas experimentales (P Menos de o igual a 0,05). Sin embargo, después del estrés por calor, se detectó un aumento en el número de plaquetas, MCV, MCH, leucocitos y neutrófilos, mientras que el número de linfocitos se redujo (P menor o igual a 0,05) y no hubo efecto en el resto hematológico. parámetros (P mayor o igual a 0,05).
Análisis bioquímico de sangre.
Los resultados del análisis bioquímico de sangre antes y después del estrés por calor de la tilapia del Nilo alimentada con las dietas experimentales se muestran en la Tabla 5. Existe un efecto profundo tanto de las dietas como del estrés por calor en los parámetros bioquímicos de la sangre de los peces (P menor o igual que a 0.05). ALT mostró la mayor actividad en C200, seguido de CON y C100, y luego C50 y CN200, mientras que los valores más bajos se obtuvieron en los tratamientos CN50 y CN100 (P menor o igual a 0.05). La mayor actividad de AST se dio en C200, seguido de los tratamientos C100 y CON, seguido de C50, mientras que la menor actividad se detectó en los tratamientos CN50, CN100 y CN200 (P menor o igual a 0.05).
Sin embargo, el valor de AST en CN20{{10}} no fue significativamente diferente de C50 (P Mayor que o igual a 0.{{35} }5). Los niveles más altos de IgM se obtuvieron en C200, C100, CN100 y CN200 seguidos de CN50, mientras que C50 y CON dieron los valores más bajos (P Menos mayor o igual a 0,05). C200 mostró el nivel más alto de C3, seguido de CN50 (P menor o igual a 0,05), mientras que C100, CN100 y CN200 no difirieron signifcativamente de C200 o CN50 (P mayor o igual a 0,05). C50 y CON dieron los valores más bajos para C3 (P menor o igual a 0,05). Los valores más altos de C4 se encontraron en C200 y CN200, seguidos de CN50 y luego CN100 y C100, mientras que C50 y CON dieron los resultados más bajos (P menor o igual a 0.05). C200 dio el valor más alto de cortisol, seguido de CON, seguido de C100, y luego CN200 y C50 (P menor o igual a 0,05). Los resultados más bajos de cortisol se registraron para CN50 y CN100 (P menor o igual a 0,05). La glucosa obtenida en C200 y CON fue mayor que en los demás tratamientos (P menor o igual a 0.05). Se observó un aumento de ALT, AST, IgM, C3, C4, cortisol y glucosa después del estrés por calor (P menor o igual a 0,05).
Discusión
En el estudio actual, la alimentación de tilapia del Nilo con dietas que contenían curcumina condujo a resultados de crecimiento notablemente mejores en comparación con la dieta de control. Además, este estudio revela notablemente la superioridad de la nanocurcumina sobre su forma libre para mejorar el rendimiento de crecimiento de la tilapia del Nilo. En el estudio actual, el mejor rendimiento de crecimiento (WG, SGR y ADG) y la mejor utilización del alimento (FCR y PER) de la tilapia del Nilo se lograron con 100 mg kg−1, seguidos de una dieta de 200 mg kg−1 de nanocurcumina . Esto concuerda con Mahmoud et al.23, quienes encontraron que la alimentación de tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus) con 50 o 100 mg kg−1 de dieta de curcumina mejoró el rendimiento del crecimiento y la utilización del alimento. Vincularon esta mejora en el rendimiento del crecimiento y la utilización del alimento con actividades mejoradas de las enzimas digestivas (amilasa, proteasa, tripsina y lipasa)22,40.
Además, la curcumina puede mejorar otras enzimas (Na más/K más -ATPasa, fosfatasa alcalina intestinal, gamma-glutamil transpeptidasa y creatina quinasa) que son responsables de la degradación y asimilación de nutrientes22. Además, la curcumina puede funcionar como un prebiótico, promoviendo los foros intestinales y mejorando la digestión y absorción intestinal, lo que resulta en una mejor salud general y crecimiento en fsh40. Los efectos positivos de la suplementación dietética de curcumina se han revelado en diferentes especies de peces como la carpa herbívora (Ctenopharyngodon ideas)41, el carpa cruciana (Carassius auratus)22, la corvina amarilla grande (Pseudosciaene crocea)42, la trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss)17 y la trucha asiática. lubina (Lates calcarifer)43.
Como se mencionó anteriormente, el presente estudio es superior para las nanopartículas de curcumina sobre la curcumina libre para mejorar la tasa de crecimiento de la tilapia del Nilo. En otras palabras, una dosis más baja de nanocurcumina puede mejorar el rendimiento de crecimiento de la tilapia del Nilo y producir los mismos efectos que una dosis más alta de curcumina libre. Por ejemplo, una dieta de 50 mg kg-1 de nano-curcumina produjo los mismos efectos que una dieta de 100 mg kg-1 de curcumina libre. En apoyo, la nanocurcumina mostró un aumento de 60-veces en la vida media biológica en comparación con la curcumina libre en modelos de ratas44. Además, la nanocurcumina muestra una mayor biodisponibilidad sistémica en plasma y tejidos en comparación con la curcumina libre30. Esto puede deberse a la baja solubilidad de la curcumina libre en agua; por lo tanto, forma agregados y es susceptible de opsonización, mientras que la nanocurcumina se disuelve completamente en agua sin agregados debido a su potencial zeta27.
La adición de curcumina libre y nanocurcumina al nivel más alto (200 mg kg−1 de dieta) en el estudio actual disminuyó el rendimiento del crecimiento y la utilización del alimento en comparación con CON. De hecho, la curcumina es un polifenol. Se ha informado que las dosis bajas de polifenoles pueden bioacumularse en los tejidos del cuerpo donde no se absorben completamente en el intestino45. Los polifenoles en niveles elevados pueden provocar una regresión del crecimiento46. Este efecto fue menor en los tratamientos con nanocurcumina, lo que indica que la nanocurcumina puede ser más segura que su forma libre. En apoyo, Lee et al.47 revelaron la bioseguridad de la utilización de nano-curcumina.
En el presente estudio, la curcumina y la nanocurcumina aumentaron el contenido de proteína cruda y lípidos en el cuerpo del pez. De manera similar, la suplementación dietética con curcumina a niveles de 50–200 mg kg−1 de dieta mejoró significativamente la deposición de lípidos y proteínas crudas en los músculos de la tilapia del Nilo23. Esto podría estar relacionado con la regulación de la microbiota intestinal, lo que mejoró la utilización eficiente de los nutrientes23. Otra explicación serían los efectos beneficiosos de la curcumina sobre la actividad de las enzimas digestivas de los peces, incluidas la tripsina, la lipasa y la amilasa22. Además, las partículas cargadas negativamente, como la nanocurcumina, ralentizan la tasa de adsorción de las proteínas séricas, lo que da como resultado vidas medias de circulación más prolongadas que las partículas cargadas positivamente48. Esto podría explicar por qué las dietas alimentadas con pescado que contenían nanocurcumina tenían un mayor contenido de proteína cruda que las dietas sin curcumina alimentadas con pescado.
Cualquier aumento en la actividad de las enzimas hepáticas, como ALT y AST, es un marcador biológico de daño hepático49,50. En el presente estudio, los niveles de ALT y AST se redujeron en los grupos de nanocurcumina antes o después del estrés por calor y, en cierta medida, en los grupos de curcumina libre, lo que demuestra las ventajas de la nanocurcumina (esto se justificó anteriormente en esta discusión). ). De manera similar, la curcumina puede prevenir la hepatotoxicidad en ratas inducida por peróxido de hidrógeno y reducir los niveles de las enzimas ALT y AST51. Además, los resultados experimentales en ratones con fibrosis causada por tetracloruro de carbono (CCl4) mostraron que la nanocurcumina redujo significativamente los niveles de ALT y AST 52. Por lo tanto, la capacidad de la curcumina para reducir algunos marcadores sanguíneos (como ALT y AST) indica su capacidad como anti -agente inflamatorio durante la lesión hepática53.
A pesar de los efectos protectores de la curcumina contra el daño hepático en este estudio a una concentración moderada (dieta de 100 mg kg-1), los efectos adversos aparecieron a una concentración más alta (dieta de 200 mg kg-1). Siguiendo el mismo patrón, la curcumina también mostró un efecto dependiente de la concentración en la carpa gigante (Cyprinus carpio), que sufría daño hepático inducido por CCl54. De manera similar, se encontró que la curcumina tiene efectos duales sobre el daño hepático alcohólico en ratas macho dependiendo de la concentración, ya que su efecto protector solo se obtuvo a una concentración baja, pero la aceleración del daño hepático se observó a una concentración más alta 55. Otro estudio en las ratas indicaron que una alta concentración con la ingesta a largo plazo de curcumina puede disminuir el peso corporal, acelerar el estrés oxidativo y la inflamación y estimular la lesión hepática al tiempo que aumenta los niveles de AST y -GGT56.
El efecto dual de la curcumina puede estar relacionado con su capacidad para estimular la hemooxigenasa-1 (HO-1) en concentraciones no tóxicas y tóxicas, y la inducción de HO-1 está asociada con la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), lo que sugiere una relación causal57. De manera similar, Cao et al.58 encontraron que en concentraciones más bajas, la curcumina tiene efectos beneficiosos al inducir actividades antioxidantes; sin embargo, concentraciones más altas aumentan los niveles celulares de ROS, lo que resulta en daño oxidativo del ADN en células G2 de hepatoma humano.
El estrés por calor eleva los indicadores de estrés, como los niveles de cortisol y glucosa. En el estudio actual, la inclusión de curcumina (excluyendo la dosis alta de 200 mg kg-1 en la dieta) o nano-curcumina en las dietas de tilapia redujo tanto la glucosa como el cortisol antes o después del estrés por calor. Los mejores niveles de cortisol se detectaron en CN50 y CN100. Esto probablemente se justifique por la naturaleza de la curcumina como polifenol. Se ha demostrado que los polifenoles mejoran los indicadores de estrés cortisol y glucosa59,60). Estos efectos también pueden atribuirse a las propiedades antioxidantes de la curcumina, que se ha descubierto que elimina los radicales lipídicos de la membrana celular y se convierte en un radical fenoxilo14,61. Además, la curcumina reduce los niveles de glucosa hepática al aumentar la absorción de glucosa a través de la regulación al alza de las expresiones de los genes GLUT2, GLUT3 y GLUT462. En apoyo, Wei et al.63 revelaron que la curcumina en la dieta redujo significativamente el cortisol inducido por el estrés en un tercio en cerdos.
Sin embargo, en este estudio, una mayor concentración de curcumina (dieta de 200 mg kg−1) condujo a un mayor nivel de cortisol en comparación con los otros tratamientos, incluido el grupo de control. Paralelamente, C200 produjo un mayor nivel de glucosa similar al obtenido por el grupo control. Se informó el mismo efecto en gallinas ponedoras, donde las dosis más altas de curcumina no redujeron el cortisol en comparación con concentraciones más bajas que redujeron los niveles de cortisol antes o después de una exposición a altas temperaturas 64. Los autores vincularon este efecto con el potencial de acción dual de la curcumina, ya que puede actuar como antioxidante y/u oxidante, dependiendo de su dosis65. La alta concentración de peróxidos aumenta la liberación de ROS que dañan células y tejidos65.
En este estudio, las dietas experimentales no afectaron los conteos hematológicos, a excepción de C200 que dio leucocitos más altos y neutrófilos más bajos en comparación con las otras dietas experimentales. Un recuento elevado de leucocitos con un alto nivel de curcumina (dieta de 200 mg kg−1) puede enfatizar el estado estresante de los peces a esta concentración. La leucocitosis es directamente proporcional a la severidad del estrés, así como al daño del estrés que posteriormente desencadena el sistema de defensa inmune 66,67.
La temperatura afecta los parámetros hematológicos en fsh68. En este sentido, después del estrés por calor, los recuentos de plaquetas, MCV, MCH, leucocitos y neutrófilos aumentaron mientras que el número de linfocitos disminuyó, y no hubo ningún efecto sobre otros parámetros sanguíneos en el estudio actual. En apoyo, Grzelak et al.69 informaron linfopenia y neutrofilia significativas en peces cebra (Danio rerio) con estrés agudo en comparación con peces sin estrés o de control. Además, el estrés térmico resulta en hipoxia o anoxia70,71, y este efecto fue reportado en el presente estudio. A su vez, se encontró que la hipoxia aumenta la cantidad de leucocitos, plaquetas y neutrófilos y reduce la cantidad de linfocitos en la tilapia roja 72. Esto puede estar relacionado con el nivel elevado de cortisol 72. La neutrofilia y la linfopenia fueron evidentes después del tratamiento con cortisol en carpa (C. carpio L.)73. El carpa cruciana (Carassius carassius) produce una alta proporción de neutrófilos a linfocitos en la sangre después de ser sometido a estrés, lo que está estrechamente relacionado con niveles elevados de glucocorticoides 74.
La inmunoglobulina M y los complementos (C3 y C4) son componentes importantes del sistema inmunitario innato de los peces, se encuentran entre las primeras líneas de defensa del sistema inmunitario y desempeñan un papel crucial en la protección de la salud de los peces75–78. La IgM y los complementos desempeñan un papel importante en la protección del cuerpo animal de infecciones durante el estrés, así como en la promoción de la absorción de células apoptóticas y lesionadas79–82. De hecho, antes y después del estrés por calor en el presente estudio, los niveles de IgM, C3 y C4 aumentaron con la inclusión de curcumina en la dieta. Además, la nano curcumina mostró una mayor mejora en estos indicadores que la curcumina libre. Los resultados presentados aquí para IgM, C3 y C4 destacan dos hechos: la dosis baja de curcumina es mejor y la nanoformulación es más efectiva (lo cual se justificó anteriormente en esta discusión). En apoyo, la curcumina indujo la respuesta inmune innata de la tilapia del Nilo a una dosis de 50 mg kg-1 de dieta, pero el crecimiento se inhibió a niveles más altos23. El presente estudio encontró que los niveles de IgM, C3 y C4 aumentaron con la temperatura elevada, revelando la estimulación de la producción de sustancias antiinflamatorias para reducir el daño tisular. Esto está respaldado por los resultados de las enzimas hepáticas séricas (ALT y AST) en el presente estudio. Se sabe que el estrés por calor causa daño tisular y estrés oxidativo en los peces; por lo tanto, conduce a la apoptosis y muerte celular83–85. El estrés por calor agudo a corto plazo conduce a la regulación positiva de C3 y C486. Además, la deficiencia en el sistema del complemento ha aumentado el daño vascular, la permeabilidad vascular y el angioedema 87. Se observó un aumento gradual en los niveles plasmáticos de IgM con el aumento de la temperatura (18, 23, 28, 33 grados) en la tilapia del Nilo, excepto por la temperatura más alta10. De manera similar, la cría de lubina (Dicentrarchus labrax) a alta temperatura (23 grados) aumentó sus niveles de IgM en comparación con la cría de peces a 17 grados 88. Por el contrario, otros estudios revelaron que HS disminuyó los niveles de IgM, C3 y C4 en fsh89– 91. Esta discrepancia puede estar justificada por la duración del estrés por calor, donde los niveles de IgM, C3 y C4 se elevan bajo estrés agudo pero disminuyen bajo estrés crónico9,10. El besugo (Megalobrama amblycephala Yih) mostró un aumento en las actividades alternativas del complemento y los niveles de IgM después de 6 h de exposición al estrés por calor, que disminuyó después de 12 h9.
En conclusión, la nanocurcumina tiene superioridad sobre la curcumina libre para mejorar el rendimiento del crecimiento, los indicadores de estrés, la inmunidad no específica y la resistencia al estrés por calor de la tilapia del Nilo. La suplementación dietética de nano-curcumina a niveles de 50 o 100 mg kg-1 de dieta fue eficaz para mejorar el rendimiento y mitigar los efectos negativos del estrés por calor, mientras que las dosis de 100 o 200 mg kg-1 de dieta mejoraron el rendimiento de crecimiento de la tilapia del Nilo. . Por lo tanto, una dosis de 100 mg kg-1 de dieta fue efectiva tanto para el crecimiento como para la capacidad de resistencia al calor.
Disponibilidad de datos
Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.
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