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