Endotoxiny u krav Podceňova né riziko? Simone Schaumberger Produktový manažer pro mykotoxiny Nicole Reisinger Projektový vedoucí pro endotoxiny
Endotoxiny u krav
2
Podceňova
Science & Solutions • červen 2014
Simone Schaumberger Produktový manažer pro mykotoxiny Nicole Reisinger Projektový vedoucí pro endotoxiny
né riziko?
Endotoxiny jsou neuvěřitelně fascinující látky. Na jednu stranu pozitivně stimulují imunitní systém, ovšem na druhou stranu způsobují endotoxický šok a smrt.
která nakonec končí zánětem bachoru. V důsledku zánětu bachoru se zvyšuje bachorová propustnost, což umožní endotoxinům dostat se do organismu. Co to ovšem znamená pro vaši krávu? Co jsou endotoxiny Endotoxiny jsou známy od počátku 20. století pro svůj pyrogenní účinek (vyvolávají horečku). Obecně jsou endotoxiny důležitou součástí buněčné stěny všech gram-negativních bakterií (Obr. 1) a mají velký význam díky svému stimulačnímu účinku na imunitní systém. Pojem endotoxin je dnes synonymem pro lipopolysacharid (LPS). Molekula lipopolysacharidů se skládá z lipidové části
Endotoxiny jsou… • tvořeny gram-negativními bakteriemi • součástí buněčné stěny bakterií • makromolekuly s molekulární hmotností 300 000 až 1 000 000 daltonů • pyrogeny (mohou vyvolat horečku) • hojně se vyskytující v bachoru a gastrointestinálním traktu • přítomné ve vzduchu, vodě a krmivech • termostabilní a pH-stabilní
Photo: Eraxion_iStockphoto
T
oxiny jsou známé pro své negativní ovlivňování bachorové fermentace. Obecně se vzhledem ke zdraví a welfare zvířat přikládá velká pozornost dvěma druhům toxinů. Jsou to toxiny hub (mykotoxiny) a bakteriální toxiny (endotoxiny a exotoxiny). Velká pozornost se věnuje problematice zvyšování koncentrace endotoxinů v bachoru během jeho okyselování. Vysoce sacharidové krmné dávky mění přirozenou mikrof lóru uvnitř bachoru tak, že se vyhubí gram-negativní bakterie a zvýší se počet gram-pozitivních bakterií. To vede k dysbióze,
Obr. 1. Porovnání buněčné stěny gram-pozitivní a gram-negativní bakterie. Umístění LPS v buněčné stěně je zakroužkováno.
Gram-pozitivní bakterie
Gram-negativní bakterie
Cytoplazmatická membrána (vnitřní membrána)
Vnější membrána
Lipoproteiny DNA oligomery
Glykolipidové jádro O-specifický polysacharidový řetězec
Endotoxiny (lipopolysacharidy) Superantigeny (proteiny)
Exotoxiny (proteiny)
Kys. lipoteichoová
Peptidoglykan (Murein)
Časopis společnosti Biomin
Lipid A n
Bakteriální smrt (působení antibiotik, teploty)
O-antigen (opakující se oligosacharidové jednotky)
(vnější)
(vnitřní)
Střední polysacharidová část (oligosacharidové jádro)
Zdroj: BIOMIN
3
Simone Schaumberger Produktový manažer pro mykotoxiny Nicole Reisinger Projektový vedoucí pro endotoxiny
Rizikové faktory onemocnění přežvýkavců způsobené endotoxiny
Tab. 1. Přehled aktivity endotoxinů (endotoxinové jednotky, EU/ml) v různých částech těla krávy u zdravých zvířat a zvířat s experimentálně vyvolanou subakutní bachorovou acidózou (SABA) z různých studií. Endotoxinové jednotky/ml Zdravá kráva
Endotoxinové jednotky/ml SABA
Krev
<0,05 EU/ml
0,05 – 1 EU/ml
Bachor
3 700 – 30 000 EU/ml
120 000 – 210 000 EU/ml
Ileum
4 000 EU/ml
110 000 EU/ml
Slepé střevo
18 000 EU/ml
130 000 EU/ml
Výkaly
14 000 EU/ml
100 000 EU/ml
Zdroj: Převzato od Plaizier et al. 2013
(lipid A, imunogenní složka, nejmenší variabilita) a polysacharidové části (druhově specifická složka, vysoká variabilita délky řetězce). Struktura lipopolysacharidů je rozhodující pro vychytávání a detoxikaci molekul. K uvolnění endotoxinů dochází během rozpadu nebo hojného množení
1
Simulační model bachoru
Bachorová simulace je důležitým modelem in vitro k testování vlivu krmných aditiv na fyziologii bachoru. Tento model byl sestaven ve výzkumném centru společnosti Biomin (Biomin Research Center) k určení vlivu krmných aditiv na pH bachoru, počet bakterií a koncentraci mastných kyselin v reaktoru (na obrázku níže), a to s využitím přirozené bachorové tekutiny. Může být testován také vliv na koncentraci endotoxinů v bachoru.
(proliferace) buněk gram-negativních bakterií. Podávání speciálních druhů antibiotik (např. beta-lactam antibiotika) s baktericidním účinkem může zvýšit uvolňování endotoxinů, což by mělo být bráno v úvahu při léčbě krav antibiotiky. Účinky endotoxinů u přežvýkavců Přežvýkavci jsou v neustálém kontaktu s endotoxiny, ať už přes krmiva, vzduch nebo vodu. U zdravých zvířat se ze střeva do krve vstřebává pouze malé množství endotoxinů. Ty jsou následně přenášeny krví do jater a tam detoxikovány. Vzhledem ke své chemické struktuře (LPS) se endotoxiny mohou také ukládat v tukové tkáni. U zdravých přežvýkavců se endotoxiny v malých koncentracích vyskytují v bachoru, střevním traktu a ve výkalech. Při nedostatku energie nebo nevyrovnaných krmných dávkách se stěna bachoru a střev stává prostupnější, čímž se do krevního oběhu dostává více endotoxinů. Pokud zvíře trpí nedostatkem energie, odbourává se tuková tkáň a do organismu se dostává ještě více endotoxinů. Koncentrace endotoxinů se může zvýšit a dá se měřit v krvi (Tab. 1). To může vyvolat celou řadu onemocnění, mimo jiné mastitidu, endometritidu, laminitidu, záněty paznehtů a endotoxický šok. In vivo versus in vitro Endotoxiny jsou látky zprostředkovatelné receptory a proto je predikce jejich hladiny u zvířat nejistá, obzvláště pokud se do organismu dostanou perorální cestou. Vyvolání kontrolované endotoxinové zátěže in vivo perorální cestou prostřednictvím krmiva je velmi obtížné. Proto provádíme pokusy
4
Science & Solutions • červen 2014
Endotoxiny u krav Podceňované riziko?
Krávy na počátku laktace Prvotelky Krávy krmené rychle zkvasitelnou travou s nízkým obsahem vlákniny Vysoké dávky koncentrovaných krmiv Subakutní acidóza Management ve stáji
Graf 1. Porovnání hlavních endotoxinových hodnot reaktorů v simulačním modelu bachoru. Reaktory ošetřené antibiotiky (zelený sloupec) vykázaly po dlouhodobé inkubaci významně vyšší hladiny endotoxinů.
2
Model laminitidy ex vivo
(A) Pitva paznehtu 100
**
20,000
80 Separační síla [%]
Aktivita endotoxinů [EU/ml]
25,000
Graf 2. Významné snížení separační síly [%] u vzorků ošetřených 10 a 100 mg/l LPS v porovnání s kontrolním vzorkem.
15,000 10,000 5,000 0
*
60
*
40
(B) Kultivace odebraných vzorků
20 0
Reaktory bez ošetření
Reaktory ošetřené antibiotiky
Zdroj: BIOMIN, 2014
in vitro, které nám umožňují vysvětlit mechanismus vyvolaný působením endotoxinů. Simulační model bachoru je účinnou metodou zkoušení účinků krmných aditiv (Rámeček 1). Předběžné výsledky s bachorovým simulačním modelem potvrdily, že antibiotika mají negativní účinek na produkci endotoxinů v bachoru. Po dvoutýdenní inkubaci se v reaktorech ošetřených antibiotiky koncentrace endotoxinů výrazně zvýšila oproti reaktorům bez ošetření (Graf 1). To ukazuje na potřebu alternativních způsobů pozitivního ovlivnění funkce bachoru a kontroly množství endotoxinů v bachoru. Další model in vitro je model laminitidy (akutního zánětu paznehtu) “ex vivo” (Rámeček 2), který využívá ke kontrole účinků endotoxinů tkáň paznehtu. Tento model představuje, že endotoxiny mají negativní vliv na tkáň paznehtu. Endotoxiny významně sni-
Časopis společnosti Biomin
Kontrola
LPS 1 mg/l
LPS 10 mg/l
LPS 100 mg/l
Zdroj: BIOMIN, 2014
žují sílu potřebnou k oddělení spojovací tkáně od lamel (Graf 2). Závěr Škody způsobené vlivem endotoxinů jsou prokazatelným faktem. Tyto látky se přirozeně vyskytují v našem prostředí a jsou permanentně uvolňovány. Zdravá kráva se s normálním množstvím endotoxinů vyrovná detoxikací v játrech. Při nadměrném uvolnění endotoxinů nebo selhání jater mohou endotoxiny přemoci normální biologické funkce organismu krávy. Spustí se zánětlivé reakce, které vedou k nejrůznějším závažným onemocněním, která v nejhorších případech končí endotoxickým šokem a úhynem. Vzhledem k tomu, že endotoxiny jsou všudypřítomné v prostředí, kde přežvýkavci žijí, je naprosto zásadní najít způsoby kontroly a prevence onemocnění způsobených endotoxiny u krav.
Vzorky spojovací tkáně, lamel (škárových lístků) a stěny paznehtu (rohového pouzdra). 24 hodin 37°C, 5% CO2 0 – 100 mg/l LPS
(C) Měření separační síly
5
©2015 BIOMIN Holding GmbH
ART_No38_R_MYC_CZ_0115_#09_SSA
BIOMIN Holding GmbH Industriestrasse 21, A-3130 Herzogenburg, AUSTRIA Tel: +43 2782 803 0, Fax: +43 2782 803 11308, e-Mail:
[email protected], www.biomin.net
