Czynniki immunomodulacyjne i ich role w produkcji drobiu Mianem immunomodulacji określa się ingerencję czynników zewnętrznych wywołujących zmiany w układzie immunologicznym bez względu na stan zdrowotny i kondycyjny. Pojęcie to obejmuje między innymi środki farmakologiczne, olejki eteryczne, wybrane składniki żywności. Należy pamiętać, że niektóre modulatory wykazują działanie stymulujące (wzmagające), jak i supresyjne (hamujące) na mechanizmy swoiste i nieswoiste odpowiedzi immunologicznej. Immunostymulacja polega na zmianie reaktywności układu immunologicznego w kierunku nasilenia odporności. Działaniem immunostymulującym cechuje się wiele substancji pochodzenia naturalnego oraz związków chemicznych. Mianem immunosupresji określamy trwałe lub okresowe uszkodzenie układu odpornościowego powodujące obniżenie mechanizmów odpornościowych u ptaków. W konsekwencji ptaki nie mogą prawidłowo reagować na czynniki chorobotwórcze, gdyż uszkodzony układ odpornościowy nie jest w stanie wytworzyć prawidłowej odpowiedzi immunologicznej typu komórkowego lub humoralnego. Immunosupresja powoduje bardzo duże straty w produkcji drobiu poprzez brak wyrównania stada, wzrost spożycia paszy, zmniejszone przyrosty wagowe, i w konsekwencji wydłużony cykl produkcyjny, wzrost zachorowalności i śmiertelności. Odnośnie ogólno pojętej immunomodulacji, jej wpływ na mechanizmy odpowiedzi immunologicznej ocenia się poprzez określenie: (i) całkowitej liczby leukocytów, (ii) aktywności nieswoistych humoralnych mechanizmów obronnych, (iii) poziomu układu dopełniacza, (iiii) zdolności fagocytarnej i aktywności makrofagów/monocytów i neutrofilów itd. Białko i aminokwasy Czynniki środowiskowe, w tym żywienie, mogą oddziaływać na ekspresję genów odpowiedzialnych za status immunologiczny. Niemal wszystkie składniki odżywcze pożywienia mają ważne znaczenie w zachowaniu optymalnej odpowiedzi immunologicznej. Ich niedobór lub nadmierna podaż w diecie może mieć niekorzystny wpływ na układ immunologiczny organizmu i jego wrażliwość na inwazje patogenów. Istotne znaczenie w utrzymaniu wysokiej produkcyjności ptaków ma odpowiednia koncentracja białka i aminokwasów w mieszankach paszowych. W trakcie chorób tkanki i struktury organizmu zaangażowanie w procesy odporności charakteryzują się większym zapotrzebowaniem na aminokwasy, które są niezbędne do syntezy czynników obronnych i do proliferacji leukocytów. Wielkość pobrania białka w dawkach pokarmowych (poza sytuacjami niedoborowymi) nie mam wyraźnego wpływu na produkcję przeciwciał. Deficyt aminokwasów prowadzi jednak do zmniejszenia produkcji wielu systemowych komponentów związanych z odpornością wrodzoną. Zbilansowana diet pod względem zawartości aminokwasów ma wpływ na wielkość odpowiedzi immunologicznej i metabolizm białka. Stwierdzono, że nie zbilansowanie aminokwasów w dawkach oddziaływuje na system immunologiczny. Ważnym z punktu widzenia produkcji immunoglobulin jest treonina, która występuje w znacznych ilościach w γ-globulinach. Wymagany do odpowiedniej produkcji przeciwciał poziom treoniny w mieszankach jest nieco wyższy niż zapewniający optymalne wyniki produkcyjne. Wykazano, że zapotrzebowanie kurcząt na 20
ten aminokwas do produkcji przeciwciał swoistych dla wirusa rzekomego pomoru drobiu jest większe niż zapotrzebowanie na wzrost. Drugim ważnym w procesach immunologicznych aminokwasem jest arginina. Bierze ona czynny udział w syntezie białka, jest substratem do syntezy tlenku azotu, poliamid i wielu innych hormonów, które są zdolne stymulować funkcję układu odpornościowego. Ponadto arginina modyfikuje lub zwiększa odpowiedź humoralną i komórkową w czasie infekcji. Zaobserwowano także wpływ tego aminokwasu na aktywację makrofagów. Poza wymienionymi właściwościami, interesujący jest fakt pozytywnego wpływu argininy na efektywność szczepionek. Poza dwoma już wymienionymi aminokwasami na uwagę zasługuje również glutamina. Pochodna kwasu glutaminowego jest głównym źródłem energii dla limfocytów. Kwasy tłuszczowe Odpowiednia podaż w całodziennych racjach pokarmowych, także takich składników odżywczych, jak wielonienasycone kwasy tłuszczowe może mieć działanie immunomodulacyjne. Szczególne właściwości przypisuje się kwasom tłuszczowym szeregu n-6 oraz n-3. Do szeregu kwasów omega 6 (ω-6) należą: kwas linolowy (LA) i kwas γ-linolenowy (GLA), natomiast do rodziny omega 3 (ω-3) należy kwas α-linolenowy (ALA). Obecnie badania nad NNKT skupiają się przede wszystkim na ich leczniczym wpływie na proces zapalny. Kwasy z rodziny ω-3 oddziałują na komórki układu immunologicznego przypuszczalnie poprzez modyfikację syntezy mediatorów odpowiedzialnych za komunikację komórek oraz zmianę ekspresji cząsteczek powierzchniowych uczestniczących w komunikacji komórka - komórka. Kwasy ω-3 osłabiają aktywność fosfolipazy, co pociąga za sobą zmniejszenie uwalniania przekaźników 1,4,5-tiofosforanu inozytolu i diacyloglicerolu, które odpowiednio wywołują obniżenie poziomu wolnego wapnia i aktywności kinazy C. Rezultatem jest brak pobudzenia czynników transkrypcyjnych i wynikająca z tego supresja genów kodujących cytokiny, receptory cytokinowe, cząsteczki powierzchniowe i syntazę tlenku azotu. Wśród badań potwierdzających immunomodulacyjne działanie kwasów tłuszczowych jest to opisane przez Yaqoob (1998). Badał on wpływ diet bogatotłuszczowych (20% tłuszczu) o znanym składzie kwasów tłuszczowych i diet z niską zawartością tłuszczu (2,5% oleju kukurydzianego) na profil lipidowy i funkcje limfocytów u szczurów doświadczalnych. W doświadczeniu tym wykorzystano pasze z olejem kokosowym, oliwą, olejem szafranowym, olejem z wiesiołka i olejem rybim. Po 9 tygodniach wykazano wyraźne supresyjne działanie ex vivo oliwy na proliferację limfocytów w odpowiedzi na Con A (konkanawalina) w porównaniu ze zwierzętami karmionymi dietą niskotłuszczową lub z olejem kokosowym czy szafranowym. Stopień proliferacji limfocytów po podaniu paszy wzbogaconej oliwą był zbliżony do wyników uzyskanych przy diecie bogatej w olej z wiesiołka lub olej rybi. Witaminy Działanie immunomodulacyjne wykazują również niektóre witaminy. Pierwszą z takowych jest witamina A, które jest niezbędna w procesach metabolicznych odpowiedzialnych za widzenie, podziały i różnicowanie komórek oraz utrzymywanie ich prawidłowej struktury, we właściwym funkcjonowaniu układu odpornościowego, a także rozwój, wzrost i reprodukcje organizmu. Witamina A pełni istotną funkcję w dojrzewaniu i różnicowaniu komórek układu immunologicznego tj. limfocytów, monocytów i neutrofili. Niedobór witaminy A osłabia aktywność fagocytarną makrofagów, co wynika ze spadku poziomu w ziarnach azurofilnych neutrofili katepsyny G, uczestniczącej w degradacji fagocytowanych materiałów. Tymczasem witamina D hamuje wydzielanie 22
HIGIENA I ŻYWIENIE parathormonu, odporność nabytą i proliferację komórek, a jednocześnie promuje sekrecję insuliny, wrodzoną odporność. Witamina D stymuluje różnicowanie się monocytów i komórek z linii monocytarnej do ich dojrzałych postaci o cechach makrofagów. Ponadto, witamina D stymuluje wydzielanie immunosupresyjnych cytokin, tj. TGF-β i IL-10, ułatwiając różnicowanie populacji komórek T regulatorowych. Odnośnie witaminy E, istnieje przypuszczenie, że mechanizm wpływu tej witaminy na komórki układu immunologicznego obejmuje procesy bezpośrednie i pośrednie. Działanie bezpośrednie to hamowanie przez α-tokoferol działania kinazy białkowej C w komórkach monocytów i limfocytów. Wpływ witaminy E obejmuje również mechanizm działania pośredniego polegający na obniżeniu wydzielanych przez aktywowane makrofagi mediatorów immunosupresyjnych: PGE2 (prostaglandyna E2) oraz nadtlenku wodoru. Oddziałując na uwalnianie PGE2 witamin E pośrednio stymuluje odpowiedź immunologiczną zależną od limfocytów Th2. W badaniach wykonanych na modelu zwierzęcym stwierdzono, że w przebiegu bakteryjnego zapalenia płuc dochodzi do spadku stężenia α-tokoferolu oraz kwasu askorbinowego. Konsekwencją tego jest wzrost poziomu wolnych rodników w toczącym się procesie zapalnym. Witamina E stosowana w dawce większej niż zalecana neutralizuje wolne rodniki powstające w stresie oksydacyjnym, uwarunkowanym czynnikami zapalnymi. Probiotyki Działanie immunomodulacyjne wykazują probiotyki, których popularność w ostatnich latach drastycznie wzrosła. Drobnoustroje probiotyczne przede wszystkim wywierają bezpośredni wpływ na komórki prezentujące antygen, takie jak: komórki dendrytyczne, monocyty, makrofagi. Aktywność drobnoustrojów probiotycznych wykazywana jest również w stosunku do limfocytów B, co przejawia się głównie ich stymulacją do produkcji przeciwciał klasy IgA. Przeciwciała należące do tej klasy wytwarzane są w znacznie większej ilości, niż przeciwciała innych klas i obecne są w błonie śluzowej jelita. Podczas infekcji probiotyki zwiększają zarówno całkowity poziom przeciwciał siga, jak również tych przeciwciał, które są skierowane przeciwko określonym patogenom. Bakterie probiotyczne posiadają również potencjał oddziaływania na aktywność cytotoksyczną limfocytów T i komórek NK (ang. Natural Killer - naturalni zabójcy). Zaobserwowano, że splenocyty pozyskiwane ze śledziony myszy, którym podawano probiotyczny szczep Lactobacillus brevis KB290 odznaczały się zintensyfikowaną cytotoksycznością w porównaniu do komórek izolowanych od myszy spożywających pokarm niesuplementowany badanym szczepem. Substancje fitogeniczne Jednym z rozwiązań, usprawniających system immunologiczny ptaków i zmniejszanie ich podatności na choroby zakaźne, jest wykorzystywanie w żywieniu niektórych roślin i ziół. Zioła i preparaty ziołowe zawierają korzystnie działające substancje czynne, jak np.: olejki eteryczne, garbniki, glikozydy, flawonoidy, terpeny, śluzy, kwasy organiczne. Działają one przeciwstresowo, przeciwbakteryjnie, przeciwwirusowo, przeciwgrzybiczo; wzmagają wydzielanie enzymów trawiennych, dzięki którym poprawia się apetyt zwierząt, a także utrzymują organizm w równowadze fizjologicznej. Olejki eteryczne i wyciągi z ziół mogą poprawiać komórkową i humoralną odporność kurcząt brojlerów, dzięki czemu zmniejsza się podatność ptaków na choroby zakaźne. Wśród ziół o działaniu immunomodulacyjnym jest z całą pewnością czosnek. Działa on silnie przeciwwirusowo, przeciwbakteryjnie, przeciwgrzybiczno i przeciwpasożytniczo. Wykazuje również wysoką skuteczność 23
w leczeniu infekcji płuc oraz przewodu pokarmowego; poza tym pomaga w odbudowaniu mikroflory jelitowej po odbytych kuracjach antybiotykowych oraz poprawia wchłanianie i przyswajanie paszy. Pozytywny efekt dla układu odpornościowego uzyskuje się także po dodaniu do diety ptaków anyżu (Pimpinella anisum). Właściwości immunomodulujące wykazują również jeżówki, z których najbardziej popularne to: Echinacea purpurea, Echinacea angustifolia, Echinacea palliada. Wykazano, że ekstrakt z Echinacea angustifolia wpływa na zwiększenie stężenia immunoglobulin w surowicy krwi kur, dzięki czemu poprawia się zdrowotność i zmniejsza śmiertelność ptaków. Poza wymienioną właściwością jeżówka, stymuluje makrofagi do fagocytozy czyli rozkładu bakterii, wirusów i grzybów. Zwiększa ona wydzielenia interleukiny 1 (IL- 1), która pobudza limfocyty do swoistej obrony organizmu. Jeżówka zwiększa również liczbę leukocytów, komórek śledziony, a także wpływa na inne ogniwa niespecyficznej odpowiedzi immunologicznej, jak procesy rozpoznania czy przetworzenia antygenu. Dodatkowo wykazano, że roślina ta zwiększa aktywność monocytów do wydzielania interferonu, który wykazuje silne działanie przeciwwirusowe, a także wykazuje działanie w stosunku do wirusów grypy H5N1, H1N1 oraz H7N7. Tymczasem żeń-szeń (1) zwiększa witalność i wzmacnia system odpornościowy, (2) podnosi odporność przed zakażeniami dróg oddechowych, (3) ogranicza uwalnianie hormonów stresu (silny immunosupresor) oraz (4) neutralizuje wolne rodniki dzięki obecnym witaminom antyoksydacyjnym. Poza czosnkiem, jeżówką pospolitą oraz żeń-szeniem, wpływ immunomodulacyjny wykazuje również lucerna siewna. Odnotowano między innymi większą masę organów limfatycznych oraz wzrost ilości limfocytów we krwi kurcząt brojlerów skarmianych paszą z dodatkiem 0,06% naturalnego ekstraktu z lucerny siewnej (Medicago sativa L.) w porównaniu z grupą kontrolną. Stwierdzono, że zawarte w lucernie siewnej substancje czynne, takie jak: polisacharydy, saponiny triterpenowe oraz flawonoidy wykazują działanie stymulujące układ immunologiczny organizmu. Poza składnikami pokarmowymi, czynnikami immunomodulacyjnymi są czynniki bakteryjne, parazytologiczne, substancje chemiczne w paszy, antybiotyki, toksyny grzybicze- mikotoksyny, różnego rodzaju stresy środowiskowe takie jak zagęszczenie, nagła zmiana paszy nagłe zmiany warunków środowiskowych, temperatury wilgotności, ruchu powietrza oraz inne czynniki fizyczne. Mogą one działać indywidualnie lub łącznie, mając bezpośredni wpływ na kondycję drobiu i wyniki hodowli. Wirusy U drobiu, wirus zakaźnego zapalenia torby Fabrycjusza (IBDV) uważany jest jako najważniejszy patogen odpowiedzialny za zjawisko immunosupresji. Zakaźne zapalenie torby Fabrycjusza (choroba Gumboro, IBD) jest wysoce zakaźną chorobą wirusową kurcząt. Czynnikiem etiologicznym jest wirus zakaźnego zapalenia torby Fabrycjusza. Narządem docelowym IBDV jest torba Fabrycjusza (tf), dlatego wirus upośledza odporność humoralną i powoduje znaczne straty ekonomiczne nie tylko na skutek padnięć ptaków, ale przede wszystkim w efekcie immunosupresji oraz wtórnych infekcji wirusowych, bakteryjnych i pasożytniczych. Na uwagę zasługuje również wirus choroby Mareka. Choroba Mareka (MD) jest wirusową i nowotworową chorobą kur, indyków i przepiórek japońskich będącą przyczyną poważnych strat ekonomicznych w masowym chowie drobiu. Czynnikiem etiologicznym MD jest herpeswirus choroby Mareka (MDV) należący do podrodziny Alphaherpesvirinae. Zakażenie tym wirusem upośledza odporność komórkową jak i humoralną. Przeprowadzone badania wskazały jednoznacznie na wpływ zakażenia wirusem choroby Mareka na wiel- 24
HIGIENA I ŻYWIENIE kość takich ważnych narządów miąższowych jak torba Fabrycjusza i grasica, co zdecydowanie potwierdza opinię, że choroba Mareka wywołuje immunosupresję. Również wirusy białaczki ptasiej (ALV) wykazują działanie immunosupresyjne. Zakażenie ALV może niekorzystnie oddziaływać na produkcję jaj u niosek, w tym na wiek złożenia pierwszego jaja (kury), liczbę i masę jaj, zapłodnienie i wylęgowość. Czasami zwiększa się także nieswoista śmiertelność w stadzie. Zakażenie ALV ptaków mięsnych spowalnia tempo wzrostu brojlerów. Ponadto, zakażenia występujące w stadach rodzicielskich kur mięsnych prowadzić mogą do wystąpienia immunosupresji w stadach reprodukcyjnych jak i w stadach brojlerów. Mikotoksyny Silne działanie immunosupresyjne wykazują znajdujące się w paszy mikotoksyny. Są to wtórne metabolity wytwarzane przez grzyby konidialne, zwane również strzępkowatymi, nitkowatymi bądź pleśniami, zaliczane są do substancji stanowiących zanieczyszczenia środowiskowe. Stwierdza się je głównie w surowcach roślinnych, w żywności i w paszach. Mikotoksyny od lat są uważane za istotny problem w toksykologii weterynaryjnej. Pomimo tego, że rzadko dochodzi do ostrych zatruć mikotoksynami, to ich obecność w paszach ma negatywny wpływ na status zdrowotny ptaków, co może prowadzić do obniżenia produkcyjności, powstania poważnych chorób i z tym związanych strat ekonomicznych. Najczęściej występującymi mikotoksynami o immunosupresyjnym działaniu są aflatoksyny. Są one produkowane przez grzyby z rodzaju Aspergillus (głównie Aspergillus flavus i Aspergillus parasitum) w temperaturze 23-24ºC i wilgotności 55-80%. Zidentyfikowano 20 aflatoksyn, z których cztery występują w produktach spożywczych. Aflatoksyny są odporne na działanie wysokich temperatur, wrażliwe na światło i są dobrze rozpuszczalne w wodzie, co pozwala na ich łatwe przenikanie przez błony komórkowe roślin i zwierząt. Wchłaniane są przez przewód pokarmowy, skórę oraz na drodze aerogennej. Kumulują się w organizmach zwierząt prowadząc do występowania zaburzeń czynnościowych narządów wewnętrznych. Najbardziej wrażliwe zwierzęta na działanie toksyn grzybiczych to: drób, trzoda chlewna, bydło, ryby, psy i koty oraz zwierzęta laboratoryjne. Obecność aflatoksyn powoduje wzrost podatności ptaków na zakażenia kokcydiozą lub jej ciężkim przebiegiem, chorobą Mareka, salmonellozą, wtrętowym zapaleniem wątroby i zakażeniem wirusem choroby Gumboro. Podsumowując, poznanie wpływu składników diety, oraz wszelkich innych czynników na funkcjonowanie układu immunologicznego jest ważne nie tylko z punktu widzenia fizjologii, ale także może mieć zastosowanie praktyczne w produkcji zwierzęcej. Żywieniowa modyfikacja układu odpornościowego, za pomocą m.in. diety wzbogaconej w WNKT, przynosi w wielu przypadkach obiecujące efekty. Jednocześnie nie można zapomnieć o skutkach działania czynników immunosupresyjnych, które bardzo szybko mogą przekreślić wszelki korzyści płynące z zastosowana w diecie ptaków dodatku wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, probiotyków, ziół. Anna Wilkanowska Uniwersytet w Molise, Włochy Piśmiennictwo dostępne u autorki 25