pobierz plik - Wydział Biologii UW
Transkrypt
pobierz plik - Wydział Biologii UW
AUTOREFERAT ROZPRAWY DOKTORSKIEJ Charakterystyka funkcjonalna układu odpornościowego szczurów karmionych paszami pochodzącymi z upraw konwencjonalnych i ekologicznych mgr Marcin Barański Zakład Fizjologii Zwierząt, Instytut Zoologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski Promotorzy: prof. dr hab. Krystyna Skwarło-Sońta prof. dr hab. Maria Ewa Rembiałkowska Recenzenci: prof. dr hab. Nadzieja Drela prof. dr hab. n. farm. Marek Naruszewicz Na zdrowie każdego organizmu bardzo duży wpływ ma jakość żywności, która dostarcza zarówno podstawowych substancji odżywczych, jak i innych związków, o działaniu pozytywnym lub negatywnym. Do najbardziej wrażliwych na zmiany składu pokarmu należą mechanizmy odporności, angażujące liczne komórki i obejmujące precyzyjnie regulowane procesy, pozostające pod kontrolą nie tylko układu odpornościowego ale także nerwowego i hormonalnego. Wśród produktów pochodzenia roślinnego, sprzyjających prawidłowemu działaniu układu odpornościowego znajdują się mikroelementy, przeciwutleniacze i inne substancje aktywne, będące metabolitami wtórnymi. Niekorzystne składniki pożywienia to głównie zanieczyszczenia pochodzące ze środowiska, takie jak metale ciężkie, toksyny grzybicze i pozostałości środków chemicznych, a ich obecność może przyczyniać się do zmniejszenia odporności i rozwoju wielu chorób. Udowodniono, że sposób uprawy roślinnych składników pokarmu wpływa na ich jakość. W porównaniu do konwencjonalnego rolnictwa, stosowane w systemie ekologicznym tylko naturalne nawozy i sposoby ochrony plonów pozytywnie wpływają na zawartość pożądanych składników i ograniczają zawartość zanieczyszczeń. Z drugiej strony istnieją przesłanki, że rezygnacja ze stosowania chemicznej ochrony zapobiegającej rozwojowi grzybów i bakterii, przyczynia się do zwiększenia zawartości w produktach rolnych toksyn, groźnych dla zdrowia konsumenta. Pomimo licznych badań porównujących jakość surowców wyprodukowanych konwencjonalnie i ekologicznie, a 1 także wpływ ich spożywania na organizm, tylko nieliczne publikacje opisują w tym kontekście mechanizmy odpornościowe. Celem niniejszej pracy było zbadanie zależności pomiędzy sposobami uprawy roślinnych składników pasz, wykorzystującymi konwencjonalne lub ekologiczne środki ochrony roślin i nawożenie, a podstawowymi parametrami krwi, stanem układu odpornościowego, a także przebiegiem eksperymentalnie wywołanej reakcji zapalnej u samców szczurów karmionych tymi paszami przez 12 tygodni. Doświadczenia trwające trzy sezony wegetacyjne roślin przeprowadzono na młodych samcach szczurów rasy Wistar z nielimitowanym dostępem do paszy i wody. Zboża (pszenica w I i III roku, jęczmień w II roku) i warzywa (ziemniaki, marchew, cebula), na bazie których powstały pasze dla zwierząt, wyprodukowano na farmie eksperymentalnej Uniwersytetu Newcastle w W. Brytanii, w ramach międzynarodowego projektu badawczego. Podczas uprawy kontrolowano dwa czynniki agronomiczne: ochronę roślin i nawożenie. Każdy z nich stosowano w dwóch wariantach: konwencjonalnym jako chemiczna ochrona i mineralne nawozy oraz ekologicznym w postaci dozwolonych środków ochrony i nawozów naturalnych. Surowce, wzbogacone o niezbędne dla gryzoni składniki (białko, tłuszcze i minerały), posłużyły do przygotowania czterech wariantów pasz eksperymentalnych, zawierających wymienione składniki roślinne uprawiane w systemach: w pełni ekologicznym, konwencjonalnym i dwóch pośrednich. Grupę referencyjną stanowiły zwierzęta karmione standardową, pełnowartościową paszą dla gryzoni laboratoryjnych (Labofeed H). Badania obejmowały 12 tygodni kontrolowanego karmienia jednego pokolenia zwierząt w I i III roku oraz dwóch następujących po sobie pokoleń w II roku. W III roku doświadczenie poszerzono o eksperymentalnie wywołaną reakcję zapalną otrzewnej. Cały projekt obejmował analizę składu surowców i pasz, rejestrację spożycia pokarmu i parametrów wzrostowych, a w pozyskanym od zwierząt materiale oznaczano szereg wskaźników fizjologicznych (w tym skład ciała i stężenie hormonów). Zakres niniejszej pracy obejmował podstawowe parametry krwi i wskaźniki odpornościowe, a wyniki pozostałych analiz posłużyły do interpretacji zaobserwowanych zależności. W pierwszych dwóch latach badań określano wskaźniki hematologiczne, stężenie immunoglobulin i białka C-reaktywnego w osoczu oraz aktywność proliferacyjną splenocytów. W trzecim roku badań wywołano zapalenie otrzewnej i oznaczano jej wskaźniki, czyli liczbę i subpopulacje leukocytów krwi; liczbę, subpopulacje i aktywność leukocytów otrzewnej; aktywność proliferacyjną splenocytów; stężenie białka C-reaktywnego w osoczu; stężenie interleukin 1β, 6 i 10 w osoczu i w wysięku otrzewnej. Uzyskane wyniki poddano wieloczynnikowej analizie wariancji, z ochoną i nawożeniem roślin oraz pokoleniem 2 zwierząt jako czynnikami ustalonymi, i nastepującym po niej testem Tukey’a w środowisku statystycznym „R”. Porównując wyniki uzyskane w poszczególnych grupach dietetycznych wykazano, że: Szczury karmione paszą z surowców uprawianych zgodnie z zasadami rolnictwa ekologicznego, bogatą w związki bioaktywne (polifenole, flawonole, luteina), miały największą liczbę erytrocytów i leukocytów, najwyższe stężenie hemoglobiny w krwi i immunoglobuliny A i M w osoczu, a także zwiększoną aktywność proliferacyjną splenocytów. Podczas eksperymentalnej reakcji zapalnej zaobserwowano u nich również najmniejszy wzrost odsetka granulocytów i monocytów w krwi, a także najmniejszą liczbę leukocytów w otrzewnej i stężenie interleukin 1β i 6 zarówno w krwi jak i w wysięku. Osobniki na diecie z roślin nawożonych mieszanką mineralną, zawierających więcej azotanów niż surowce nawożone naturalnie, wykazywały obniżoną liczbę erytrocytów, stężenie immunoglobuliny G i aktywność proliferacyjną splenocytów. Karmienie paszą z tych roślin, o dużej zawiertości metali ciężkich (kadm, ołów), spowodowało również podwyższone stężenie białka C-reaktywnego, a podczas reakcji zapalnej zwiększenie liczby leukocytów krwi i otrzewnej, aktywność splenocytów i leukocytów otrzewnej, stężenie białka C-reaktywnego i interleukin 1β i 6. Szczury, których podstawą diety były surowce nawożone ekologicznie, zawierające toksynę grzybiczą (niwalenol), miały obniżone stężenie immunoglobuliny A i G, a także zwiększone stężenie białka C-reaktywnego, w stosunku do zwierząt karmionych paszą z roślin nawożonych mineralnie. Zwierzęta karmione roślinami uprawianymi z użyciem konwencjonalnej ochrony, zawierającymi pozostałości pestycydów i regulatorów wzrostu, wykazywały podczas reakcji zapalnej zmniejszoną aktywność proliferacyjną limfocytów B, niższe stężenie białka Creaktywnego i interleukiny 10, a także zwiększone stężenie interleukin 1β i 6 oraz liczbę i aktywność leukocytów otrzewnej, w odniesieniu do osobników na diecie z roślin chronionych ekologicznie. U szczurów karmionych paszą z surowców chronionych z użyciem pestycydów zaobserwowano wyższą aktywność proliferacyjną splenocytów, związaną prawdopodobnie ze zwiększonym stężeniem hormonu wzrostu i insulinopodobnego czynnika wzrostowego w osoczu, niż u zwierząt karmionych roślinami uprawianymi bez zastosowania chemicznej ochrony. Obniżona liczba erytrocytów, stężenie immunoglobuliny M i białka C-reaktywnego, oraz aktywność proliferacyjna splenocytów odnotowane u osobników na diecie z roślin 3 nawożonych mieszanką mineralną, w porównaniu do zwierząt karmionych roślinami nawożonymi naturalnie, wydaje się być związana ze zwiększonym stężeniem testosteronu w osoczu tych szczurów. Obecność w pokarmie pszenicy lub jęczmienia jako głównego składnika paszy w kolenych latach badań wpłynęła odmiennie na stężenie immunoglobuliny A i G w osoczu. Ponadto, wartości wszystkich podstawowych parametrów krwi i większości parametów odpornoścoiwych szczurów karmionych eksperymentalnie w kolejnych latach badań nie różniły się lub różniły się nieznacznie od wartości zmierzonych u osobników karmionych paszą referencyjną. Istotne różnice odnotowano natomiast u zwierząt z wywołaną reakcja zapalną, u których odchylenie od wartości zmierzonych u osobniów referencyjnych było widoczne najczęściej u szczurów karmionych paszami z roślin nawożonych mieszanką mineralną. Na podstawie uzyskanych wyników można wnioskować, że sposób uprawy roślinnych składników pasz, zwłaszcza nawożenie, ma wpływ na podstawowe parametry fizjologiczne, wybrane wskaźniki odpornościowe i przebieg eksperymentalnego zapalenia otrzewnej szczurów. Sprawniejszy układ odpornościowy w stanie homeostazy i przebieg reakcji zapalnej u szczurów na diecie zawierającej surowce uprawiane ekologicznie, może wynikać z wyższej zawartości w paszy związków bioaktywnych, w porównaniu do osobników karmionych pozostałymi paszami. Obecność azotanów w paszach z surowców nawożonych mineralnie i/lub mykotoksyn w roślinach chronionych ekologicznie mogły być czynnikami wpływajacymi obniżajaco na wartości podstawowych wskaźników odpornościowych badanych zwierząt. Zawarte w paszach pozostałości środków ochrony roślin nie mają istotnego wpływu na podstawowe parametry krwi i wskaźniki odpornościowe. Jednakże największa intensywność zapalenia u zwierząt karmionych paszami zawierającymi pozostałości pestycydów, regulatorów wzrostu i metali ciężkich, sugeruje możliwość rozwinięcia się chronicznej reakcji zapalnej. Wydłużenie eksperymentalnego karmienia na kolejne pokolenie skutkuje wzmocnieniem wpływu badanych pasz. Składniki pokarmu mogą wpływać na aktywność układu odpornościowego bezpośrednio lub poprzez układ neuroendokrynowy. Niniejsza praca może stanowić punkt wyjścia do dalszych badań w kontrolowanych warunkach doświadczalnych, które mogłyby pozwolić na bardziej szczegółowe wyjaśnienie mechanizmu wpływu pasz zawierających surowce ze zróżnicowanych systemów rolnych na dynamikę rozwoju stanu zapalnego u zwierząt karmionych tymi paszami. 4