FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS 250

Transkrypt

1 FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS 250 Folia Univ. Agric. Stetin. ZOOTECHNICA 48 WYDAWNICTWO AR SZCZECIN 2006

2 AKADEMIA ROLNICZA W SZCZECINIE AGRICULTURAL UNIVERSITY OF SZCZECIN Rada Naukowa Wiesław Deptuła (Szczecin), Zbigniew Dobrzański (Wrocław), Andrzej Gugołek (Olsztyn) Małgorzata Sulik (Szczecin) przewodnicząca, Julian Kluczek (Bydgoszcz) Piotr Nowakowski (Wrocław), Stanisław Winnicki (Poznań), Wojciech Zawadzki (Wrocław) Opracowanie redakcyjne i korekta mgr Alicja Berner Skład komputerowy SALGREY Małgorzata Szychowska Wydano za zgodą Rektora Akademii Rolniczej w Szczecinie ISSN Copyright by Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Szczecinie Szczecin 2006 Przewodniczący Kolegium Redakcyjnego Edward Niedźwiecki ul. Doktora Judyma 22, Szczecin, tel wydawnictwo@biot.ar.szczecin.pl WYDAWNICTWO AKADEMII ROLNICZEJ W SZCZECINIE Wydanie I. Nakład 130 egz. Ark. wyd. 13,2, format B-5. Oddano do druku we wrześniu 2006 r. Druk ukończono we wrześniu 2006 r. Zamówienie AR 5738/116/130/2006 Druk wykonano w Dziale Poligrafii Akademii Rolniczej w Szczecinie

3 SPIS TREŚCI Romuald Zabielski 7 Czym skorupka za młodu nasiąknie..., czyli w jakim stopniu funkcje przewodu pokarmowego zwierząt i człowieka mogą zaleŝeć od jego rozwoju we wczesnym okresie postnatalnym...7 Karolina Nowak, Paweł Majewski, Maria Waloch, Krystyna Skwarło-Sońta ZaleŜne od sezonu kształtowanie się rytmu dobowego funkcji szyszynki w rozwoju osobniczym kury domowej...17 Danuta Wrońska-Fortuna, Józef Niezgoda Udział wazopresyny w aktywacji osi podwzgórze przysadka nadnercza (HPA) u nowo narodzonych jagniąt...25 Joanna Zubel, Krystyna Pierzchała-Koziec Rola greliny w modulowaniu proliferacji limfocytów u jagniąt...37 Tadeusz Stefaniak, Paulina Jawor NajwaŜniejsze przyczyny niedoboru odporności siarowej u cieląt na fermach bydła mlecznego...45 Paulina Jawor, Tadeusz Stefaniak Dynamika wybranych białek ostrej fazy w leczeniu stanów zapalnych narządu oddechowego cieląt...51 Tomasz Motyl, Joanna Zarzyńska, Małgorzata Gajewska, Barbara Gajkowska Regulacja programowanej śmierci komórki w przebudowie gruczołu mlekowego u bydła...57 Tomasz Skrzypek, Jose L. Valverde Piedra, Henryk Skrzypek, Waldemar Kazimierczak, Jarosław Woliński, Romuald Zabielski Rozwój jelita cienkiego u prosiąt karmionych mlekiem matki i preparatem mlekozastępczym w pierwszym tygodniu Ŝycia...67 Jose L. Valverde Piedra, Małgorzata Kapica, Sylwia E. Szymańczyk-Kwapik, Marta Pawłowska, Iwona Puzio Wpływ doustnego podawania lektyny na strukturę błony śluzowej przewodu pokarmowego u nowo narodzonych szczurów...81 Justyna Graffstein, Józef Niezgoda Zmiany stęŝenia glukozy, insuliny i IGF-I we krwi źrebiąt huculskich po urodzeniu...87 Małgorzata Kapica, Iwona Puzio, Jose L. Valverde Piedra, Sylwia E. Szymańczyk-Kwapik, Marta Pawłowska Zawartość insulinopodobnego czynnika wzrostu-1 (IGF-1) w osoczu krwi szczurów w okresie postnatalnym w warunkach doustnego podawania lektyny...97 Wojciech Zawadzki, Albert Czerski, BoŜena Króliczewska Wpływ podawanego doŝwaczowo kwasu mlekowego na aktywność mioelektryczną macicy u owiec Iwona Puzio, Małgorzta Kapica, Marta Pawłowska, Jose L. Valverde Piedra, Gustaw Kulasek, Zdzisław Gajewski, Jacek Wilczak, Romuald Zabielski Charakterystyka cech fizycznych i strukturalnych kości kończyn nowo narodzonych prosiąt Marta Pawłowska, Jose L. Valverde Piedra, Sylwia Szymańczyk-Kwapik, Małgorzata Kapica, Tomasz Piersiak, Iwona Puzio Wpływ L-alanylo-L-glutaminy na rozwój i mineralizację kości udowej prosiąt w okresie neonatalnym Anna Majewska Wpływ systemu utrzymania krów rasy holsztyńsko-fryzyjskiej na rodzaj porodu i wydajność mleczną...127

4 Piotr Wójcik Określenie związku masy ciała rodzących się cieląt z łatwością porodu i indeksami miednicy krów Piotr Baranowski, Barbara Binerowska, Tomasz Romańczuk Porównanie wybranych cech biometrycznych i cech oręŝa tryków rasy wrzosówka polska (Ovis aries), muflona (Ovis orientalis musimon, Schreber 1782) oraz mieszańców międzygatunkowych Lidia Felska-Błaszczyk Wpływ róŝnego natęŝenia światła w trakcie odchowu szynszyli na jakość ich skór Andrzej Gugołek, Manfred O. Lorek, Paweł Janiszewski Porównanie strawności składników pokarmowych i energii u norek (Mustela vison) i tchórzy hodowlanych (Mustela putorius) Dorota Jankowiak, Marlena Kruglak, Marta Dzieńska Zmiany koncentracji lipidów całkowitych i ich wybranych frakcji w osoczu krwi cięŝarnych kóz Anita Kołodziej, Arkadiusz Pietruszka, Anna Sosnowska, Agnieszka Obst Ocena wartości odŝywczej mięsa zakupionego na terenie Szczecina...187

5 CONTENTS Romuald Zabielski What youth is used to, age remembers, or how much the gastrointestinal functions in animals and humans depend on the perinatal development...7 Karolina Nowak, Paweł Majewski, Maria Waloch, Krystyna Skwarło-Sońta Season-related post-embryonic changes in the diurnal rhythm of AA-NAT activity in the chicken pineal gland...17 Danuta Wrońska-Fortuna, Józef Niezgoda Participation of AVP in hypothalamo pituitary adrenal (HPA) activity in newborn lambs...25 Joanna Zubel, Krystyna Pierzchała-Koziec The effect of ghrelin on the lymphocytes proliferation in lambs...37 Tadeusz Stefaniak, Paulina Jawor The most important causes of failure of passive transfer in calves kept in dairy farms...45 Paulina Jawor, Tadeusz Stefaniak Acute phase proteins in treatment of calves with respiratory tract inflammation...51 Tomasz Motyl, Joanna Zarzyńska, Małgorzata Gajewska, Barbara Gajkowska The regulation of programmed cell death in remodeling of bovine mammary gland...57 Tomasz Skrzypek, Jose L. Valverde Piedra, Henryk Skrzypek, Waldemar Kazimierczak, Jarosław Woliński, Romuald Zabielski The development of small intestine of piglets feeding by natural and artifical milk during the first week of life...67 Jose L. Valverde Piedra, Małgorzata Kapica, Sylwia E. Szymańczyk-Kwapik, Marta Pawłowska, Iwona Puzio The effect of oral lectin administration on the structure of the gastrointestinal mucosa of newborn rats...81 Justyna Graffstein, Józef Niezgoda Changes in level of glucose, insulin and IGF-I in blood plasma of hucul pony foals after birth...87 Małgorzata Kapica, Iwona Puzio, Jose L. Valverde Piedra, Sylwia E. Szymańczyk-Kwapik, Marta Pawłowska Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) concentration in blood plasma after lectin oral administration in postnatal rat...97 Wojciech Zawadzki, Albert Czerski, BoŜena Króliczewska The influence of intraruminal administering lactic acid on the myoelectrical activity of uterus in ewes Iwona Puzio, Małgorzta Kapica, Marta Pawłowska, Jose L. Valverde Piedra, Gustaw Kulasek, Zdzisław Gajewski, Jacek Wilczak, Romuald Zabielski Characteristic of physical and structural parameters of bones in neonatal piglets Marta Pawłowska, Jose L. Valverde Piedra, Sylwia Szymańczyk-Kwapik, Małgorzata Kapica, Tomasz Piersiak, Iwona Puzio The effect L-alanyl-L-glutamine on the development and mineralization of the femur in the neonatal pig Anna Majewska Effect of management system on the calving type and milk yield of Holstein-Friesians cows...127

6 Piotr Wójcik Determination of the relationship of calf birth weight to calving ease and pelvic index of cows Piotr Baranowski, Barbara Binerowska, Tomasz Romańczuk Comparing selected biometric traits and horns traits of Polish Heath Sheep rams (Ovis aries), mouflon rams (Ovis orientalis musimon, Schreber 1782) and interspecies hybrids Lidia Felska-Błaszczyk Effect of different light intensity during chinchilla (Chinchilla lanigera) raising on their pelts quality Andrzej Gugołek, Manfred O. Lorek, Paweł Janiszewski A comparison of nutrient and energy digestibility in the mink (Mustela vison) and European polecat (Mustela putorius) Dorota Jankowiak, Marlena Kruglak, Marta Dzieńska The changes of concentration of total lipids and its chosen fractions in blood plasma of pregnant goats Anita Kołodziej, Arkadiusz Pietruszka, Anna Sosnowska, Agnieszka Obst Evaluation the nutritive value of meat purchased on Szczecin area...187

7 FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS Folia Univ. Agric. Stetin. 2006, Zootechnica 250 (48), 7 16 Romuald ZABIELSKI CZYM SKORUPKA ZA MŁODU NASIĄKNIE..., CZYLI W JAKIM STOPNIU FUNKCJE PRZEWODU POKARMOWEGO ZWIERZĄT I CZŁOWIEKA MOGĄ ZALEśEĆ OD JEGO ROZWOJU WE WCZESNYM OKRESIE POSTNATALNYM* 1 WHAT YOUTH IS USED TO, AGE REMEMBERS, OR HOW MUCH THE GASTROINTESTINAL FUNCTIONS IN ANIMALS AND HUMANS DEPEND ON THE PERINATAL DEVELOPMENT Katedra Nauk Fizjologicznych, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego ul. Nowoursynowska 159, Warszawa Abstract. This article discusses available information on the disturbances in foetal programing and neonatal development caused by insufficient or excessive nutrient supply of pregnant dams and the late consequences in adult or elderly life. Also the costs of inadequate supply with colostrum and milk bioactive substances associated with formula milk feeding are conferred. Finally, the gastrointestinal tract preconditioning by moderate endotoxin exposition to neonates is illustrated. Słowa kluczowe: program płodu, rozwój, substancje bioaktywne. Key words: bioactive substances, development, foetal programming. WSTĘP Powszechnie znane i często przytaczane przy róŝnych okazjach przysłowie Czym skorupka za młodu nasiąknie, tym na starość trąci jest niezwykle trafne dla krótkiego zobrazowania omawianego tutaj problemu. Tytuł miał sugerować podjęcie w artykule tematyki związanej z modulującym wpływem kompleksu czynników oddziałujących na noworodka (i na płód) na funkcje przewodu pokarmowego u tego samego osobnika rozpatrywanego w odległym czasie, to jest w wieku młodzieńczym, dorosłym lub starczym. Problem ten dotyczy przede wszystkim ludzi, ale takŝe zwierząt hodowlanych i towarzyszących człowiekowi. Zasadniczą trudnością w zdefiniowaniu problemu jest nie tyle określenie tego, czym wspomniana wyŝej skorupka ma nasiąkać oraz jak długo i z jaką intensywnością, ile oddzielenie właściwych efektów od efektów działania całego kompleksu czynników środowiskowych działających od okresu neonatalnego do dnia obserwacji. To właśnie stanowi największą trudność w konstrukcji odpowiedniego układu doświadczalnego i prawdopodobnie powoduje, Ŝe tak niewiele badań jest podejmowanych. Innym rozwiązaniem są badania ankietowe prowadzone na duŝych populacjach osobników, połączone z określeniem aktualnego stanu fizjologicznego wybranych osobników. Wadą badania ankietowego jest subiektywizm oceny. PoniŜej zostaną pokrótce przedyskutowane problemy * Praca naukowa finansowana ze środków Ministra Nauki, w latach , jako projekt badawczy zamawiany nr PBZ-KBN-093/P06/2003.

8 8 R. Zabielski związane z zaburzeniem programu rozwoju płodu, przykłady wpływu składników pokarmowych (odŝywczych i biologicznie aktywnych) oraz czynników patogennych działających w okresie perinatalnym na funkcjonowanie organizmu w późniejszym Ŝyciu. WPŁYW ODśYWIENIA PŁODU NA REGULACJĘ WZROSTU I METABOLIZM DOROSŁEGO ORGANIZMU (FOETAL PROGRAMING) Na rozwój płodu wpływa wiele czynników; wśród nich istotne miejsce zajmuje łoŝyskowa aprowizacja w substancje odŝywcze. ŁoŜysko jest odpowiedzialne za zapewnienie odpowiednich ilości tlenu oraz substancji energetycznych i budulcowych dla intensywnie rozwijającego się płodu. Hales i Barker (1992) w badaniach epidemiologicznych na ludziach zauwaŝyli, Ŝe niedostatki w zaopatrzeniu płodu w substancje odŝywcze mogą mieć swoje konsekwencje w dorosłym Ŝyciu. Osobnicy, którzy przetrwali okres niedostatecznego zaopatrzenia w Ŝyciu płodowym, charakteryzowali się małą masą przy urodzeniu, a w wieku dorosłym, kiedy zaopatrzenie w składniki pokarmowe było co najmniej odpowiednie, szczególnie często zapadali na choroby, takie jak zespół X, cukrzyca typu II, choroba wieńcowa, nadciśnienie tętnicze (Hales i Barker 1992; Barker i in. 1993; Law i Shiell 1996). Przyczyn chorób, pojawiających się w dorosłym Ŝyciu, dopatrywano się w zaburzeniach programu rozwoju płodu (foetal programming), szerzej omówionego w pracy przeglądowej Metges i Hammon (2005). Badania ankietowe i epidemiologiczne starano się wesprzeć badaniami modelowymi na zwierzętach. W badaniach na szczurach Vickers i in. (2000) zaobserwowali, Ŝe zmniejszenie ilości przyjmowanego pokarmu przez cięŝarne samice o 30%, w stosunku do Ŝywienia ad libitum, doprowadziło do wystąpienia objawów zespołu X u potomstwa. W dniu urodzin ich potomstwo charakteryzowało się znacznie mniejszą masą ciała od średniej masy ciała szczurów. Młode szczury, mając zapewniony normalny poziom Ŝywienia, rosły i szybko kompensowały małą urodzeniową masę ciała, jednakŝe były krótsze i gromadziły więcej tłuszczu trzewnego. Ponadto po osiągnięciu wieku dojrzałego obserwowano u nich objawy nadciśnienia tętniczego, hyperinsulinemię i hyperleptynemię oraz zmiany w zachowaniu, m.in. obniŝoną aktywność lokomocyjną i hyperfagię (Vickers i in. 2000, 2003). Znamienne jest to, Ŝe wszystkie objawy ulegały nasileniu w grupie szczurów Ŝywionych dietą wysokokaloryczną. Badania na cięŝarnych owcach (Bispham i in. 2003; Bloomfield i in. 2003; Oliver i in. 2005) dostarczyły podobnych obserwacji jak badania szczurów, z tym Ŝe masa płodów i nowo narodzonych jagniąt nie odbiegała od normy. Zmiany w rozwoju płodów jagniąt powiązano z anabolicznym efektem zaleŝnym od endogennego kortyzolu i IGF-I. Logicznym wytłumaczeniem ograniczenia wzrostu płodu wskutek niedoŝywienia cięŝarnej samicy jest ograniczenie rozwoju łoŝyska. Co ciekawe, nadmierne Ŝywienie cięŝarnej samicy daje podobny efekt, co z kolei prowadzi do hipoksji i hipoglikemii u płodów i ich słabszego wzrostu (Wallace i in. 1997). W badaniach nad mechanizmami zauwaŝono, Ŝe transport glukozy przez łoŝysko nie uległ zmianie, zatem zahamowanie wzrostu płodów jest związane głównie z ograniczeniem rozmiarów łoŝyska i zmniejszeniem przepływu krwi przez łoŝysko (Wallace i in. 2003, 2004). Poza niedoborem lub nadmiarem energii, takŝe poziom białka w diecie cięŝarnej samicy odgrywa istotną rolę w zaprogramowaniu Ŝycia osobniczego. U szczurów Desai i in. (1997) wykazali, Ŝe

9 Czym skorupka za młodu nasiąknie... 9 zmniejszenie podaŝy białka w diecie cięŝarnych samic (ilość kalorii nie uległa zmianie) prowadzi do zahamowania wzrostu płodów oraz pourodzeniowej kompensacji wzrostu. U dorosłych osobników natomiast stwierdzano spadek tolerancji na obciąŝenie glukozą, hyperinsulinemię, odporność na insulinę, nadciśnienie tętnicze (Ozanne i in. 1996; Gardnem i in. 1997), otyłość (Ozanne i in. 2004) oraz zaburzenia w rozwoju mózgu i naczyń mózgowia (Bennis-Taleb i in. 1999). Podobne efekty obserwowali Metges i in. (2001) oraz Daenzer i in. (2002) w doświadczeniach, w których cięŝarne samice Ŝywiono dietą izokaloryczną z nadmiarem białka. Szczury rodziły się z masą ciała mniejszą od średniej, co było kompensowane w okresie ssania, a następnie przeradzało się w nadwagę w około 6. tygodniu Ŝycia. Co moŝe być przyczyną wywołania zwiększonej zdolności do otłuszczania u osobników, które w Ŝyciu płodowym nie zostały odpowiednio zaopatrzone w białko? W okresie Ŝycia płodowego do mechanizmów mających wpływ na zmianę programu rozwoju płodu zaliczono zwiększoną aktywność osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej (Langley-Evans 1997) oraz spadek stęŝenia insuliny i IGF-I (Oliver i in. 1993; Fowden 1995; Menon i Sperling 1996). Wszystkie efekty uległy odwróceniu po zastosowaniu farmakologicznej blokady uwolnionych w ten sposób kortykosteroidów, tak jak po infuzjach glukozy lub insuliny. Podobnie podawanie IGF-I noworodkom szczurów z zaburzonym programem rozwoju (Muaka i in. 1997; Vickers i in. 2001) prowadziło do zmniejszenia objawów otyłości, hyperinsulinemii i nadciśnienia w dorosłym Ŝyciu. NaleŜy wspomnieć, Ŝe zaburzenia w poziomie kortyzolu, isnuliny i IGF-I rzutują na syntezę i uwalnianie hormonów płciowych i tarczycy, hormonu wzrostu, leptyny, aczkolwiek związki przyczynowo-skutkowe wciąŝ nie są do końca wyjaśnione (Metges i Hammon 2005). Niejasny jest teŝ, u potomstwa z zaburzonym programem rozwoju wskutek niewłaściwego odŝywienia w Ŝyciu płodowym, udział przewodu pokarmowego zarówno w zjawisku kompensacji wzrostu u noworodków, jak i we wszelkich zmianach obserwowanych w dorosłym Ŝyciu. Udział ten naleŝy rozpatrywać w aspekcie zmian czynności trawiennych i funkcji regulacyjnej. Trawienne funkcje przewodu pokarmowego decydują o tempie transportu treści pokarmowej, rozmiarach sekrecji enzymów trawiennych i wchłaniania składników odŝywczych. NaleŜy teŝ pamiętać, Ŝe przewód pokarmowy jest największym gruczołem wewnętrznego wydzielania w organizmie, który wytwarza kilkadziesiąt hormonów/peptydów Ŝołądkowo-jelitowych. Czynniki te nie tylko działają lokalnie w przewodzie pokarmowym, ale kontrolują wiele pozatrawiennych funkcji, między innymi apetyt, aktywność lokomotoryczną i równowagę energetyczną organizmu. Do takich czynników zalicza się m.in. grelinę, obestatynę, leptynę, polipeptydy z rodziny YY, oreksyny (Guilloteau i in. 2002; Zabielski i in. 2006). TakŜe cholecystokinina, poza oddziaływaniem na funkcje trawienne, wywiera silne działanie satietyczne, ale teŝ bierze udział w procesach np. zapamiętywania w ośrodkowym układzie nerwowym. NaleŜy teŝ uwzględnić czynność trzustki niezwykle silnie połączoną z funkcją trawienną przewodu pokarmowego i z metabolizmem całego organizmu. Wydzielanie soku trzustkowego pozostaje pod kontrolą hormonów uwalnianych przez wyspy trzustki (oś wyspowo-pęcherzykowa). Rozwój autonomicznej części układu nerwowego, w tym takŝe jelitowego układu nerwowego, przebiega szczególnie intensywnie pod koniec Ŝycia płodowego i jest kontynuowany jeszcze przez dość długi czas po urodzeniu; u dzieci przez ponad 2 lata. Rozwój ten przejawia się

10 10 R. Zabielski rozwojem i przebudową sieci neuronalnej oraz duŝą plastycznością w uwalnianiu neuroprzekaźników (Wester i in. 1999; Ekblad i Sundler 2002). Zatem zaburzenie programu rozwoju płodu i noworodka, a następnie kompensacja wzrostu, która ma teŝ wpływ na strukturę i funkcje przewodu pokarmowego (Marion i in. 2002), moŝe wiązać się z zaburzeniami rozwoju układów regulacyjnych jelita, endokrynnego i nerwowego, z późniejszymi konsekwencjami dla całego organizmu. Z dostępnej literatury przedmiotu wynika, Ŝe dotychczas nie badano szczegółowo rozwoju przewodu pokarmowego u noworodków z zaburzonym foetal programing. Nie wiadomo zatem, co jest przyczyną tak silnie przyspieszonego wzrostu zaraz po urodzeniu. MoŜna się domyślać, Ŝe niedobór białka prowadzi do spowolnienia rozwoju błony śluzowej jelita w ostatnich dniach Ŝycia płodowego i tym samym prowadzi u noworodków do wydłuŝenia czasu, w jakim bariera jelitowa pozostaje otwarta. Być moŝe w wyniku tego zwiększa się sprawność wchłaniania składników pokarmowych siary i mleka, dzięki czemu uzyskiwany jest opisywany efekt kompensacji wzrostu. Z drugiej strony jednak, wraz z opóźnieniem zamykania bariery jelitowej wydłuŝa się czas ekspozycji organizmu na wszelkie niepoŝądane czynniki, które mają ułatwiony do niego dostęp drogą alimentarną. ODLEGŁE W CZASIE EFEKTY KARMIENIA NATURALNEGO Stosunkowo wiele badań moŝna spotkać w literaturze na temat wpływu siary i mleka matki na rozwój funkcji trawiennych niemowląt i dzieci. Znacznie mniej badań dotyczy odległych efektów karmienia naturalnego, to znaczy obserwowanych w Ŝyciu dorosłym. Badania te były prowadzone najczęściej w postaci kwestionariuszy ankietowych i miały wskazać optymalny dla zdrowia ludzi czas karmienia piersią niemowląt. Stwierdzenie, Ŝe naturalny pokarm mleko matki jest niezmiernie waŝne dla rozwoju młodego organizmu, jest truizmem. Z drugiej strony, matki są często zmuszone względami pozazdrowotnymi do skracania czasu karmienia piersią. Podobne zjawisko powszechnie występuje w chowie i hodowli zwierząt. Skrócenie laktacji ma jednak niekorzystny wpływ na rozwój i zdrowie potomstwa (Collingwood i Alberman 1979). Badania prowadzone na duŝych populacjach mieszkańców Ameryki Południowej wykazały ponad 25-krotnie wyŝsze ryzyko zachorowań i występowania biegunek kończących się śmiercią u niemowląt karmionych preparatami mlekozastępczymi, w porównaniu z niemowlętami karmionymi piersią (Huffman i Combest 1990). Badania tego typu bywają kwestionowane z uwagi na niską jakość mikrobiologiczną wody pitnej i standardy higieniczne, co moŝe przyczyniać się do zwiększonej liczby zachorowań. Tym niemniej stwierdzano, Ŝe wczesne zastępowanie mleka matki preparatem znacznie zwiększało ryzyko wystąpienia biegunek, a takŝe infekcji układu oddechowego, ucha środkowego i dróg moczowych oraz zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych (Bołtruszko 2001; Gajewska i in. 2000). W badaniach północnoamerykańskich wykazano, Ŝe u dzieci karmionych piersią przez pierwszych 6 miesięcy Ŝycia ryzyko wystąpienia alergii, chorób układu oddechowego i przewodu pokarmowego, cukrzycy typu I i chłoniaków w późniejszym okresie Ŝycia było znacznie niŝsze (Zinn 1997). TakŜe występowanie chorób przewlekłych, ujawniających się w dalszym Ŝyciu (astmy, wrzodziejącego zapalenia jelita grubego i wielu nowotworów), było rzadsze u osobników karmionych

11 Czym skorupka za młodu nasiąknie w okresie niemowlęcym mlekiem matki (Bołtruszko 2001; Gajewska i in. 2000). Dotyczy to takŝe nadwagi oraz otyłości jednej z najczęstszych chorób cywilizacyjnych ostatniego stulecia (Koletzko i von Kries 2002; Mikiel-Kostyra 2003). Tezie o niskiej jakości mikrobiologicznej wody przeczy wiązana ze spoŝywaniem preparatów mlekozastępczych częstość alergii pokarmowej u dzieci w całej Europie, która od 1984 roku wzrosła dwukrotnie i która określana jest przez róŝnych autorów na poziomie 9 20%. Częstość alergii na mleko krowie u dzieci do 2. roku Ŝycia określana jest na 2 6%, w zaleŝności od populacji. Dobrą ilustracją tego problemu u zwierząt produkcyjnych moŝe być doświadczenie wykonane przed kilkunastu laty w Danish Institute of Agricultural Science przez dr. J. Foldagera (inf. ustna) na 3 grupach cieląt: ssących mleko matki do woli, restrykcyjnie Ŝywionych mlekiem krowim i Ŝywionych preparatem mlekozastępczym dla cieląt. Cielęta z pierwszej grupy nie chorowały, najlepiej przyrastały, najszybciej uzyskały dojrzałość płciową, zacielały się bez komplikacji i co jest istotne uzyskane od nich cielęta miały najmniej problemów zdrowotnych. Do składników siary i mleka, mających istotny wpływ na postnatalny rozwój przewodu pokarmowego oraz jego sprawne działanie w późniejszym czasie, zaliczane są czynniki bioaktywne. Swoją obecność w mleku zawdzięczają albo ekstrakcji z osocza krwi do mleka, albo syntezie w komórkach gruczołu mlekowego. W świetle przewodu pokarmowego noworodka nie tracą swojej aktywności biologicznej i mogą pełnić wiele istotnych funkcji, w tym takŝe regulować rozwój układów kontrolnych jelita: nerwowego, endokrynnego i immunologicznego. W składzie siary i mleka najwcześniej rozpoznano czynniki o budowie białek i peptydów, do których zalicza się hormony, peptydy Ŝołądkowo-jelitowe, czynniki wzrostowe, enzymy, immunoglobuliny, czynniki hipotensyjne, antybakteryjne i wiele innych (Rao 1991; Grosvenor i in. 1992; Schlimme i Meisel 1995; Koldowsky i in. 1995; Xu 1996; Guimont i in. 1997; Schanbacher i in. 1997; Rudloff i Kunz 1997; Tirelli i in. 1997; Zinn 1997; Meisel 1998; Xu 1998; Zabielski 1998; Yamamoto i Takano 1999; Xu i in. 2000; Blum i Hammon 2000; Riva i in. 2005; Owen i in. 2005). Później poznano znaczenie długołańcuchowych niezbędnych kwasów tłuszczowych (LC-PUFA) i oligosacharydów; najmniej wiadomo o znaczeniu roślinnych izoflawonoidów o silnym oddziaływaniu biologicznym i niektórych substancji witaminopodobnych (L-karnityna, tauryna). Nienasycone kwasy tłuszczowe odpowiedzialne są za prawidłowy rozwój neuronów i otoczek mielinowych aksonów. Badania na hodowlach komórkowych dowiodły znaczącego wpływu wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT) na zwiększenie przepuszczalności błon śluzowych dla związków wielkocząsteczkowych (Usami i in. 2003), takich jak immunoglobuliny. Z kolei badania na myszach wykazały niezbędność tauryny w okresie intensywnego wzrostu i rozwoju, oraz dowiodły spadku, wraz z wiekiem, moŝliwości jej wchłaniania w przewodzie pokarmowym (Lake i in. 1992; Barada i in. 1997). Niedobór dienów sprzęŝonych kwasu linolowego (CLA) w diecie zwierząt laboratoryjnych obniŝa potencjał przeciwutleniający organizmu i przyspiesza powstawanie oraz rozwój zmian nowotworowych. Suplementacja diety loch cięŝarnych i karmiących w koktajl bioaktywnych czynników (PUFA, L-karnityna, tauryna, tokoferole) zwiększyła zdolności do naprawy DNA w jelicie u potomstwa. Spowodowała wzrost aktywności 8-oksoguaniny (8-oxoG) i 1,N 6 -etenoadeniny (εa), ale nie 3,N 4 -etenocytozyny (εc). Podobny efekt miała iniekcja domięśniowa dekstranu Ŝelaza (Tudek i Oliński 2006).

12 12 R. Zabielski Wyniki te sugerują, Ŝe mechanizmy naprawy DNA, waŝne dla przebiegu zapaleń i transformacji neoplastycznej u potomstwa, mogą ulegać modulacji w zaleŝności od składu diety matki, aczkolwiek nie wiadomo, jak długo te efekty utrzymują się u potomstwa. HARTOWANIE PRZEWODU POKARMOWEGO WE WCZESNYM OKRESIE POSTNATALNYM Lipopolisacharydy bakteryjne (LPS, endotoksyny) są to glikolipidy wchodzące w skład ściany bakterii Gram-ujemnych (Raetz 1993). Bakterie produkujące endotoksyny wchodzą w skład flory bakteryjnej przewodu pokarmowego (np. Escherichia coli), ale mogą być równieŝ przyczyną infekcji pokarmowych, szczególnie częstych w u osobników młodych (np. Salmonella, Schigella). Po uszkodzeniu komórki bakteryjnej endotoksyny uwalniane są do płynów ustrojowych, pobudzają układ makrofagów i aktywują liczne mediatory zapalne, takie jak cytokiny, wolne rodniki tlenowe, tlenek azotu (NO). Endotoksemia prowadzi do wystąpienia wstrząsu septycznego i uszkodzeń wielonarządowych (Moran 1994). Przewlekła, nasilona endotoksemia powoduje wystąpienie stanu zapalnego i uszkodzenia tkanki gruczołowej narządów wewnętrznych, w tym takŝe trzustki (Jaworek i in a). W przeciwieństwie do toksycznego działania wysokich stęŝeń LPS, małe dawki bakteryjnych endotoksyn wywierają na organizm wpływ korzystny mobilizują układ immunologiczny i pobudzają procesy odpornościowe w wielu tkankach. Badania na dorosłych zwierzętach wykazały, Ŝe podanie małych dawek LPS, pochodzących od E. coli, wywiera działanie gastroprotekcyjne, ogranicza powstawanie wrzodów Ŝołądka i przyspiesza ich gojenie (Konturek i in a). Niskie stęŝenia endotoksyn oddziałują korzystnie na przebieg ostrego zapalenia trzustki, chronią gruczoł trzustkowy przed uszkodzeniem i zmniejszają produkcję prozapalnego TNFα, a ochronny wpływ niskich stęŝeń LPS na trzustkę wiązać moŝna m.in. z aktywacją syntazy tlenku azotu NO i ze zwiększeniem generacji NO przez komórki pęcherzykowe trzustki, jak równieŝ z pobudzeniem produkcji endogennych prostaglandyn (Jaworek i in b, c). U dorosłych zwierząt przewlekła endotoksemia wywiera wpływ na czynność zewnątrz- i wewnątrzwydzielniczą trzustki. Przeprowadzone badania wykazały, ze przewlekłe podawanie endotoksyn zwierzętom zmniejsza sekrecję enzymów trzustkowych (Vaccaro i in. 1996; Jaworek i in b). Badania in vitro wykazały, Ŝe ekspozycja na endotoksyny prowadzi do zmian morfologicznych w obrębie komórek pęcherzykowych trzustki, jak równieŝ do zwiększenia apoptozy i ekspresji cytokin prozapalnych oraz zmniejszenia sygnału mrna dla amylazy w tych komórkach (Vaccaro i in. 2000). Tak działają endotoksyny u młodych i dorosłych zwierząt i ludzi. Jednak wpływ endotoksemii, szczególnie tej o słabym bądź umiarkowanym przebiegu, występującej we wczesnym okresie postnatalnego rozwoju przewodu pokarmowego, na czynności przewodu pokarmowego u dorosłych zwierząt nie był badany. Podobnie nieznany pozostaje wpływ endotoksemii na przebieg stanów zapalnych przewodu pokarmowego i nowotworzenia w dalszym Ŝyciu. Pitari i in. (2003) w doświadczeniach in vitro na liniach komórkowych raka okręŝnicy odkryli, Ŝe ekspozycja na ciepłostabilną enterotoksynę hamuje proliferację komórek rakowych poprzez mechanizm zaleŝny od cgmp. MoŜna przypuszczać, Ŝe u młodych zwierząt wczesna ekspozycja na LPS i utrzymująca się umiarkowana endotoksemia mogą pobudzić procesy immunologiczne i zwiększyć odporność na zapalenie.

13 Czym skorupka za młodu nasiąknie U podstaw hartowania poprzez zastosowanie podawanych przewlekle LPS w niskich stęŝeniach znajdują się najprawdopodobniej: zwiększenie generacji NO i endogennych prostaglandyn oraz modulacja produkcji cytokin (np. zmniejszenie prozapalnego TNFα i zwiększenie poziomu przeciwzapalnej interleukiny-10). Podawanie endotoksyn w niskich stęŝeniach i wytworzenie tolerancji na LPS prowadzi do zwiększenia tkankowej ekspresji białek szoku cieplnego (Ackerman i in. 2001; Menen i in. 2001). Zwiększona produkcja tych białek ochronnych moŝe mieć zasadnicze znaczenie w mechanizmie protekcyjnego działania LPS na tkanki przewodu pokarmowego. Z drugiej jednak strony, badania Hodgson i in. (2001) na szczurach sugerują, Ŝe ekspozycja noworodków na podane parenteralnie endotoksyny Salmonella enteritidis zakłóca prawidłowy rozwój osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej, czego późnym efektem jest obniŝona oporność na kolonizację komórek nowotworowych, manifestująca się u dorosłych osobników. Infekcje przewodu pokarmowego pojawiają się często u niemowląt i młodych, rosnących, zwierząt produkcyjnych. W stanach zapalnych aktywowane makrofagi uwalniają duŝe ilości reaktywnych form tlenu (RFT) i reaktywnych form azotu (RFA) (Dizdaroglu i in. 1993), powodując utlenianie kwasów nukleinowych, białek i lipidów. Utlenianie wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (WKT) prowadzi do powstawania aldehydów nienasyconych w pozycji a, ß, charakteryzujących się długością od 3 do 10 atomów węgla (enale; wśród nich akroleina i aldehyd krotonowy) Heller i in. (1995); Harris i in. (1996). Związki te bezpośrednio bądź pośrednio reagują z DNA, prowadząc do jego uszkodzenia (Chen i Chung 1996). Wywołanie umiarkowanego zapalenia u nowo narodzonych szczurów przez podanie dootrzewnowe LPS E. coli istotnie zwiększyło aktywność napraw dla 8-oxoG w jelicie; ten efekt utrzymywał się przez 2 miesiące po podaniu LPS. Z drugiej strony jednak podanie LPS indukowało zmiany preneoplastyczne u szczurów, co stwierdzono, badając liczbę aberracji krypt w okręŝnicy (Tudek i Oliński 2006). PODSUMOWANIE Przytoczone badania wskazują na istnienie ścisłej zaleŝności pomiędzy stanem odŝywienia płodu i noworodka oraz sprawnym funkcjonowaniem organizmu w Ŝyciu dorosłym. Dotyczy to nie tylko ilości i jakości składników odŝywczych, ale teŝ biologicznie aktywnych składników pokarmu, mających istotny wpływ na rozwój przewodu pokarmowego oraz jego układów regulacyjnych. Wydaje się takŝe, iŝ drobnoustroje warunkowo patogenne lub patogenne mają takŝe swój udział w hartowaniu narządów i utrzymywaniu mechanizmów regulacyjnych w gotowości. Wszystkie te badania prowadzone są z myślą o poprawie jakości Ŝycia i zdrowotności ludzi oraz zwierząt. W uznaniu ich wagi są umieszczane w priorytetach badawczych narodowych i międzynarodowych instytucji finansujących badania. PIŚMIENNICTWO Ackermann M., Reuter M., Flohe S., Bahrami S., Redl H., Schade F.U Cytokine synthesis in the liver of endotoxin-tolerant rats during hemorrhagic shock. J. Endotoxin. Res. 7, Barada K.A., Atallah J.B., Nassar C.F Age influence of intestinal taurine transport in mice. Comp. Biochem. Physiol. 118 A,

14 14 R. Zabielski Barker D.J., Gluckman P.D., Godfrey K.M., Harding J.E., Owens J.A., Robinson J.S Fetal nutrition and cardiovascular disease in adult life. Lancet. 341, Bennis-Taleb N., Remacle C., Hoet J.J., Reusens B A low-protein isocaloric diet during gestation affects brain development and alters permanently cerebral cortex blood vessels in rat offspring. J. Nutr. 129, Bispham J., Gopalakrishnan G.S., Dandrea J., Wilson V., Budge H., Keisler D.H., Broughton Pipkin F., Stephenson T., Symonds M.E Maternal endocrine adaptation throughout pregnancy to nutritional manipulation: consequences for maternal plasma leptin and cortisol and the programming of fetal adipose tissue development. Endocrinology 144, Bloomfield F.H., Oliver M.H., Hawkins P., Campbell M., Phillips D.J., Gluckman P.D., Challis J.R., Harding J.E A periconceptional nutritional origin for noninfectious preterm birth. Science 300, 606. Blum J.W., Hammon H Colostrum effects on the gastrointestinal tract, and on nutritional, endocrine and metabolic parameters in neonatal calves. Livestock Prod. Sci. 66, Bołtruszko I Karmienie piersią. Mag. Pielęg. PołoŜ. 7/8, Chen H.J., Chung F.L Epoxidation of trans-4-hydroxy-2-nonenal by fatty acid hydroperoxides and hydrogen peroxide. Chem. Res. Toxicol. 9, Collingwood J., Alberman E Separation at birth and the mother-child relationship. Dev. Med. Child. Neurol. 21, Daenzer M., Ortmann S., Klaus S., Metges C.C Prenatal high protein exposure decreases energy expenditure and increases adiposity in young rats. J. Nutr. 132, Desai M., Byrne C.D., Meeran K., Martenz N.D., Bloom S.R., Hales C.N Regulation of hepatic enzymes and insulin levels in offspring of rat dams fed a reduced-protein diet. Am. J. Physiol. 273, Dizdaroglu M., Olinski R., Doroshow J.H., Akman S.H Modification of DNA bases in chromatin of intact target human cells by activated human polymorphonuclear leukocytes. Cancer Res. 53, Ekblad, E., Sundler F Innervation of the small intestine [in: Biology of the intestine in growing animals]. Eds. R. Zabielski, P.C. Gregory, B. Weström. Elsevier, Amsterdam, Fowden A.L Endocrine regulation of fetal growth. Reprod. Fertil. Dev. 7, Gajewska E., Świderska B., Fuchs B., Terpińska E O karmieniu naturalnym raz jeszcze. Klin. Pediatr. 8, Gardner D.S., Jackson A.A., Langley-Evans S.C Maintenance of maternal diet-induced hypertension in the rat is dependent on glucocorticoids. Hypertension 30, Grosvenor C.E., Picciano M.F., Baumrucker C.R Hormones and growth factors in milk. Endocr. Rev. 14, Guilloteau P., Biernat M., Woliński J., Zabielski R Gut regulatory peptides and hormones of the small intestine [in: Biology of the intestine in growing animals]. Eds. R. Zabielski, P.C. Gregory, B. Weström. Elsevier, Amsterdam, Guimont C., Marchall E., Girardet J.M., Linden G Biologically active factors in bovine milk and dairy byproducts: influence on cell culture. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 37 (4), Hales C.N., Barker D.J Type 2 (non-insulin-dependent) diabetes mellitus: the thrifty phenotype hypothesis. Diabetologia 35, Harris C.C The 1995 Walter Hubert Lecture- molecular Epidemiology of human cancer: insights from the mutational analysis of the p53 tumour-suppressor gene. Brit. J. Cancer 73, Heller B., Wang Z.Q., Wagner E.F., Radons J., Burkle A., Fehsel K., Burkart V., Kolb H Inactivation of thepoly (ADP-ribose) polymerase gene affects oxygen radical and nitric oxide toxicity in islet cells. J. Biol. Chem. 270, Hodgson D.M., Knott B., Walker F.R Neonatal endotoxin exposure influences HPA responsivity and impairs tumor immunity in Fischer 344 rats in adulthood. Pediatr. Res. 50, Huffman S.L., Combest C Role of breast-feeding in the prevention and treatment of diarrhoea. J. Diarrhoeal Dis. Res. 8, Jaworek J., Jachimczak B., Bonior J., Kot M., Tomaszewska R., Karczewska E., Stachura J., Pawlik W.W., Konturek S.J a. Protective role of endogenous nitric oxide (NO) in lipopolisaccharide- -induced pancreatic damage. (A new experimental model of acute pancreatitis). J. Physiol. Pharmacol. 51 (1), Jaworek J., Jachimczak B., Tomaszewska R., Konturek P.C., Pawlik W.W., Sendur R., Hahn E.G., Stachura J., Konturek S.J b. Protective action of lipopolisaccharides in rat caerulin-induced pancreatitis. Role of nitric oxide. Digestion 62, 1 13.

15 Czym skorupka za młodu nasiąknie Jaworek J., Jachimczak B., Tomaszewska R., Konturek P.C., Pawlik W.W., Sendur R., Hahn E.G., Stachura J., Konturek S.J c. Protective action of lipopolisaccharides in rat caerulein-induced pancreatitis. Role of nitric oxide. Digestion 62, Koldowsky O., Illnerova H., Macho L., Strbak V., Stepankova R Milk-borne hormones: possible tools of communication between mother and suckling. Physiol. Res. 44, Koletzko B., Kries R Czy karmienie piersią powoduje odległe powstawanie czynników chroniących przed otyłością? Pediatr. Współcz. 4, Konturek P.C., Brzozowski T., Śliwowski Z., Pajdo R., Stachura J., Hahn E.G., Konturek S.J Involvement of nitric oxide and prostaglandins in gastroprotection induced by lipopolisaccharides. Scand. J. Gastroenterol. 33, Lake N., Wright E.D., Lapp W.S Effects of taurine deficiency on immune function in mice. Adv. Exp. Med. Biol. 315, Langley-Evans S.C Hypertension induced by foetal exposure to a maternal low-protein diet, in the rat, is prevented by pharmacological blockade of maternal glucocorticoid synthesis. J. Hypertens. 15, Law C.M., Shiell A.W Is blood pressure inversely related to birth weight? The strength of evidence from a systematic review of the literature. J. Hypertens. 14, Marion J., Biernat M., Thomas F., Savary G., Le Breton Y., Zabielski R., Le Huërou-Luron I., Le Dividich J Small intestine growth and morphometry in piglets weaned at 7 days of age. Effects of level of energy intake. Reprod. Nutr. Develop. 42, Meisel H Overview on milk protein-derived peptides. Int. Dairy J. 8, Menen R., Gerber S., Fortunato S.J., Witkin S.S Lipopolisaccharide stimulation of 70 kilo Dalton heat shock protein messenger ribonucleic acid production in cultured human fetal membranes. J. Perinat. Med. 29 (2), Menon R.K., Sperling M.A Insulin as a growth factor. Endocrinol. Metab. Clin. North Am. 25, Metges C.C Does dietary protein in early life affect the development of adiposity in mammals? J. Nutr. 131, Metges C.C., Hammon H.M Nutritional programming: prenatal nutritional effects on the regulation of growth and metabolism. J. Anim. Feed Sci. 14 (1), Suppl Mikiel-Kostyra K Odległe skutki zdrowotne sposobu Ŝywienia niemowląt. Med. Wieku Rozw. 7, Moran A.P Structure bioactivity relationship of bacterial endotoxin. J. Toxicol. Toxin. Rev. 14, Muaku S.M., Thissen J.P., Gerard G., Ketelslegers J.M., Maiter D Postnatal catch-up growth induced by growth hormone and insulin-like growth factor-i in rats with intrauterine growth retardation caused by maternal protein malnutrition. Pediatr. Res. 42, Oliver M.H., Harding J.E., Breier B.H., Evans P.C., Gluckman P.D Glucose but not a mixed amino acid infusion regulates plasma insulin-like growth factor-i concentrations in fetal sheep. Pediatr. Res. 34, Oliver M.H., Hawkins P., Harding J.E Periconceptional undernutrition alters growth trajectory and metabolic and endocrine responses to fasting in late-gestation fetal sheep. Pediatr. Res. 57, Owen C.G., Martin R.M., Whincup P.H., Davey-Smith G., Gillman M.W., Cook DG The effect of breastfeeding on mean body mass index throughout life: a quantitative review of published and unpublished observational evidence. Am. J. Clin. Nutr. 82, Ozanne S.E., Lewis R., Jennings B.J., Hales C.N Early programming of weight gain in mice prevents the induction of obesity by a highly palatable diet. Clin. Sci. 106, Ozanne S.E., Smith G.D., Tikerpae J., Hales C.N Altered regulation of hepatic glucose output in the male offspring of protein-malnourished rat dams. Am. J. Physiol. 270, E559 E564. Pitari G.M., Zingman L.V., Hodgson D.M., Alekseev A.E., Kazerounian S., Bienengraeber M., Hajnoczky G., Terzic A., Waldman S.A Bacterial enterotoxins are associated with resistance to colon cancer. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, Raetz C.R Bacterial endotoxins: Extraordinary lipids that activate eucaryotic signal transduction. J. Bacteriol. 175, Rao R.K Biologically active peptides in the gastrointestinal lumen. Life Sci. 48, Riva E., Verduci E., Agostoni C., Giovannini M Closer to the gold standard: an appraisal of formulae available in Italy for use in formula-fed infants. J. Int. Med. Res. 33, Rudloff S., Kunz C Protein and nonprotein nitrogen components in human milk, bovine milk, and infant formula: quantitative and qualitative aspects in infant nutrition. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 24,

16 16 R. Zabielski Schanbacher F.L., Talhouk R.S., Murray F.A Biology and origin of bioactive peptides in milk. Livestock Prod. Sci. 50, Schlimme E., Meisel H Bioactive peptides derived from milk proteins. Structural, physiological and analytical aspects. Nahrung 39, Tirelli A., DeNoni I., Resmini P Bioactive peptides in milk products. Ital. J. Food. Sci. 9, Tudek B., Oliński R Modulation of oxidative DNA damage repair by the diet, inflammation and neoplastic transformation. J. Physiol. Pharmacol. (in press). Usami M., Komurasaki T., Hanada A., Kinoshita K., Ohata A Effect of γ-linolenic acid or docosahexoenoic acid on tight junction permeability in intestinal monolayer cells and their mechanism by protein kinase C activation and/or eicosanoid formation. Nutrition 19, Vaccaro M.I., Calvo E.L., Suburo A.M., Sordelli D.O., Lanosa G., Iovanna J.L Lipopolysaccharide directly affects pancreatic acinar cells. Dig. Dis. Sci. 45 (5), Vaccaro M.I., Dagrosa M.A., Mara M.I., Tiscornia O.M., Sordelli D.O The effect of chronic intraperitoneal infusion of bacterial endotoxin of exocrine pancreas function in rats. Int. J. Pancreatol. 19, Vickers M.H., Breier B.H., Cutfield W.S., Hofman P.L., Gluckman P.D Fetal origins of hyperphagia, obesity, and hypertension and postnatal amplification by hypercaloric nutrition. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 279, E83 E87. Vickers M.H., Breier B.H., McCarthy D., Gluckman P.D Sedentary behavior during postnatal life is determined by the prenatal environment and exacerbated by postnatal hypercaloric nutrition. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 285, R271 R273. Wallace J.M., Aitken R.P., Milne J.S., Hay W.W. Jr Nutritionally mediated placental growth restriction in the growing adolescent: consequences for the fetus. Biol. Reprod. 71, Wallace J.M., Bourke D.A., Aitken R.P., Milne J.S., Hay W.W. Jr Placental glucose transport in growth-restricted pregnancies induced by overnourishing adolescent sheep. J. Physiol. 547, Wallace J.M., Da Silva P., Aitken R.P., Cruickshank M.A Maternal endocrine status in relation to pregnancy outcome in rapidly growing adolescent sheep. J. Endocrinol. 155, Wester T., O'Briain D.S., Puri P Notable postnatal alterations in the myenteric plexus of normal human bowel. Gut 44, Xu R.J., Wang F., Zhang S.H Postnatal adaptation of the gastrointestinal tract in neonatal pigs: a possible role of milk-borne growth factors. Livestock Prod. Sci. 66, Xu R.J Development of the newborn GI tract and its relation to colostrum/milk intake: a Review. Reprod. Fertil. Dev. 8, Xu R.J Bioactive peptides in milk and their biological and health implications. Food Rev. Int. 14, Yamamoto N., Takano T Antihypertensive peptides derived from milk proteins. Nahrung 43, Zabielski R Hormonal and neural regulation of intestinal function. Livest. Sci. (w druku). Zabielski R Regulatory peptides in milk, food, and in the gastrointestinal lumen of young animals and children. J. Anim. Feed Sci. 7, Zinn S.A Bioactive components in milk: introduction. Livest. Prod. Sci. 50,

17 FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS Folia Univ. Agric. Stetin. 2006, Zootechnica 250 (48), Karolina NOWAK, Paweł MAJEWSKI, Maria WALOCH 1, Krystyna SKWARŁO-SOŃTA SEASON-RELATED POST-EMBRYONIC CHANGES IN THE DIURNAL RHYTHM OF AA-NAT ACTIVITY IN THE CHICKEN PINEAL GLAND* ZALEśNE OD SEZONU KSZTAŁTOWANIE SIĘ RYTMU DOBOWEGO FUNKCJI SZYSZYNKI W ROZWOJU OSOBNICZYM KURY DOMOWEJ Zakład Fizjologii Zwierząt, Uniwersytet Warszawski ul. Miecznikowa 1, Warszawa 1 Zakład Parazytologii Lekarskiej, Państwowy Zakład Higieny ul. Chocimska 24, Warszawa Abstract. The aim of the present study was to examine early post-embryonic changes in the rhythm of AA-NAT activity in chickens hatched in summer and winter. Experiments were performed on Hi-Line cockerels kept from the time of hatching in the artificial photoperiod L:D 12:12. Pineal glands were collected from 2-, 9-, and 16-day-old chicks killed at light or at 1, 5 or 8 h of darkness. Regardless of season and age, AA-NAT activity was elevated during darkness; however, in winter it was lowest in the youngest birds and increased with age. Surprisingly, in all chicks hatched in the summer, the magnitude of the nocturnal peak of AA-NAT activity was similar to that found in adult birds reared under the natural photoperiod. This suggests the existence of a photoperiodic memory in the chicken pineal gland, the molecular mechanisms of which are currently being investigated. Key words: chicken, immune system, melatonin, seasonal changes, serotonin N-acetyltransferase (AA-NAT). Słowa kluczowe: kurczęta, melatonina, N-acetylotransferaza serotoninowa (AA-NAT), system immunologiczny, zmiany sezonowe. INTRODUCTION Circadian rhythms, generated by an internal biological clock and described in almost all organisms, permit the anticipation of seasonal environmental changes. The major oscillator in mammals, located in the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the anterior hypothalamus, generates circadian rhythms in several aspects of physiology and behavior. The photic input to their biological clock is exclusively from the eyes via a direct retinohypothalamic tract RHT (Moore and Lenn 1972). Unlike mammals, avian circadian rhythms are regulated by a multiple oscillatory system consisting of the pineal gland, SCN and the eyes (Underwood et al. 2001). The avian pineal gland, located just underneath the skull, is directly photosensitive; therefore, the photic inputs to their circadian clock are via two pathways: the eyes (through the RHT) and directly via the pineal gland (Fejer et al. 2001). Alterations in environmental lighting seem to play a key role in the synchronization of the endogenous circadian clock to diurnal and seasonal changes in external time cues. The pineal * Supported by Faculty of Biology Grant BW 1680/39.

18 18 K. Nowak et al. gland converts photoperiodic information into a biochemical message, melatonin, which subsequently regulates the activity of numerous target tissues after being released into the bloodstream. Melatonin is known as a regulator of seasonal changes in physiological processes such as locomotor activity, feeding, reproduction (Pang et al. 1998), and also plays a role in the regulation of body temperature (Cagnacci et al. 1994), functions of the alimentary tract (Bubenik 2001) and the circulatory system (Sewerynek 2002). Several authors have indicated the physiological importance of melatonin in embryonic development of vertebrates, but its exact role in this process is not understood. Melatonin is secreted with a robust circadian rhythm, which in all species, whether nocturnal or diurnal, peaks during the night (or dark phase of an imposed daily light-dark cycle) Reiter (1987, 1993). It is now well established that among its numerous functions, melatonin acts as an immunomodulator, influencing the differentiation and function of lymphoid tissues as well as the intensity of immune responses (for reviews see Guerrero and Reiter 2002; Skwarlo-Sonta 2002). Melatonin (N-acetyl-5-methoxytryptamine) originates primarily from the pineal gland. Its precursor is tryptophan and the most important step in its biosynthesis is the conversion of serotonin to N-acetylserotonin by arylalkylamine-n-acetyltransferase (AA-NAT). The activity of this enzyme seems to be a main regulator of the rate of melatonin formation, and a clear positive correlation has been demonstrated between rhythmic oscillations in pineal AA-NAT activity and melatonin concentration in the blood (for review see (Collin et al. 1989). Embryonic development of circadian rhythmicity, measured by the day-night difference in the expression of AA-NAT mrna in the chicken pineal gland has been demonstrated as early as embryonic day 16 (Herichova et al. 2001). The level of this expression was shown to increase in the subsequent steps of embryogenesis and during early postnatal development, and corresponded to changes in AA-NAT activity and pineal melatonin concentration. Recently, using pineal AA-NAT activity as a marker, we have demonstrated postembryonic changes in chicken pineal gland function (Majewski et al a). In experiments performed in summer and winter on 3-week-old chicks kept from the day of hatch under artificial lighting conditions (L:D 12:12) we observed a season-related shift (an advance by approx. 2 h in summer vs. winter) of the nocturnal peak of pineal AA-NAT activity, suggesting the existence of a photoperiodic memory. Our findings raised the question of whether the pattern of the diurnal rhythm of chicken pineal gland function is already established during embryonic development or if it is a post-embryonic event. The aim of the present study was to examine age-related early post-embryonic changes in the circadian rhythm of pineal AA-NAT activity in chickens hatched in both winter and summer, but kept under the artificial photoperiod L:D 12:12. MATERIALS AND METHODS Experiments were performed in the middle of winter (January) and summer (June) on male Hi-Line chickens obtained from a local commercial hatchery. On the day of hatch, chicks were transported to the Faculty animal facilities and reared under controlled light and temperature conditions, with free access to the standard food and water. In both seasons, the birds were kept under the same artificial light/dark cycle (L:D = 12:12, light on at 04:00) at an ambient

19 Season-related post-embryonic changes in the diurnal rhythm 19 temperature of 32 ± 2ºC during the first week and 24 ± 2ºC thereafter. Chickens were submitted to treatments approved by the Local Ethical Commission according to Polish regulations concerning experiments on animals. On days 2, 9 and 16 after hatch, chicks were killed (6 individuals per time point) at 1 h before the end of the light phase and at 1, 5, and 8 h of darkness. Pineal glands were isolated under dim red light, immediately frozen in liquid nitrogen and stored at 85ºC prior to analysis of AA-NAT activity, assessed by the liquid biphasic diffusion method (Chae et al. 1999) with modifications described previously (Majewski et al a). Briefly, individual pineal glands were disrupted by sonication in 100 µl of ice-cold sodium phosphate buffer (50 mm, ph 6.8). Aliquots of 10 µl of the sonicate were then added to reaction mixtures containing 5 µl tryptamine-hcl (6 mm), 2.5 µl acetyl CoA (0.5 mm) and 2.5 µl [ 3 H]acetyl CoA (0.2 µci/assay). Triplicate reactions were prepared with each sonicate, incubated at 37 ºC for 20 min and then stopped by the addition of 180 µl of ice-cold sodium phosphate buffer (50 mm, ph 6.8). The diluted reaction mixtures were quickly transferred to vials containing 3 ml of water-immiscible scintillation fluid (4 g PPO, 0.1 g POPOP in 1 l of toluene). After 24-h incubation at room temperature the levels of N-[ 3 H]acetyltryptamine were determined in a liquid scintillation counter (Beckman Instruments, Fullerton, CA, USA). The activity of AA-NAT was expressed as nmoles of N-[ 3 H]acetyltryptamine formed/h/pineal gland. The chemicals used were obtained from POCH Gliwice, Poland: phosphate buffer, toluene; Sigma Aldrich: tryptamine-hcl, acetyl CoA, PPO, POPOP; and Perkin Elmer: [ 3 H]acetyl CoA. Data were expressed as mean ± SE and further analyzed by one-way analysis of variance (ANOVA), followed by the least-significant difference Student-Newman-Keuls test, if significance was indicated by ANOVA. RESULTS Age-related diurnal and seasonal changes in chicken pineal AA-NAT activity are shown in Figure 1. In all chicks tested in winter, AA-NAT activity was elevated at night and maximal values (p < 0.001) were observed in the second half of the dark period (8 h). The nocturnal peak was the lowest in the youngest birds and increased significantly (p < 0.001) with age (Fig. 1A). In contrast, similar age-related changes in AA-NAT activity were not observed in chicks hatched in the summer (Fig. 1B). Summer chicks exhibited very high activity of AA-NAT, with maximal values greater than those observed in winter by approximately 7 times in 2-day-old chicks, to twice in the oldest birds. Maximal AA-NAT activity in 2-day-old summer chicks (p < 0.001) was observed in the middle of the night (5 h), but in older birds this profile of diurnal activity was different, i.e. similar to the case in winter, maximal activity of AA-NAT (p < 0.001) was observed in the second half of the dark phase (8 h) but the values were higher. Figure 2 shows the increase in AA-NAT activity in the middle of the dark period in relation to that measured at the end of the light phase. In winter the increase was higher than in summer. Moreover, in both seasons the increase in AA-NAT activity in the youngest chicks was similar, while in older birds this increase was much higher in winter (Fig. 2A) than in summer (Fig. 2B).

20 20 K. Nowak et al. Winter Zima Summer Lato Age [days] Wiek [dni] Age [days] Wiek [dni] Fig. 1. Pineal AA-NAT activity in winter (A) and summer (B); chicks of different ages in the light phase and at three time points during darkness: 1, 5 and 8 h Rys. 1. Zmiany aktywności szyszynkowej AA-NAT zimą (A) i latem (B) u kurcząt w róŝnym wieku, podczas fazy jasnej i w trzech punktach fazy ciemnej: 1, 5 oraz 8 godzin od zapadnięcia ciemności Increase vs diurnal AA-NAT activity Nocny wzrost aktywności AA-NAT Increase vs diurnal AA-NAT activity Nocny wzrost aktywności AA-NAT AA-NAT activity [nm/h/pineal] Aktywność AA-NAT [nm/h/szyszynkę] AA-NAT activity [nm/h/pineal] Aktywność AA-NAT [nm/h/szyszynkę] Winter Zima Summer Lato Age [days] Wiek [dni] Age [days] Wiek [dni] Fig. 2. Ratio of pineal AA-NAT activity in the middle of the dark period to that measured at the end of the light phase in winter (A) and summer (B) chicks of different ages Rys. 2. Zmiany aktywności szyszynkowej AA-NAT zimą (A) i latem (B) u kurcząt w róŝnym wieku, w połowie fazy ciemnej. Aktywność enzymu przedstawiono jako wzrost w stosunku do aktywności określonej w fazie jasnej DISCUSSION The present study was undertaken to verify and extend our previous observation that in 3-week-old Hi-Line cockerels kept from hatch under controlled artificial lighting conditions (L:D 12:12), the diurnal rhythm of pineal AA-NAT activity changed according to the local season (Majewski et al a). Specifically, in the summer, AA-NAT activity increased early in the dark phase, reaching maximal values 3-4 h after the beginning of darkness, while in winter the peak appeared later (5-6 h of darkness). Immunomodulation is among the various functions