Charakterystyka funkcjonalna układu odpornościowego szczurów karmionych paszami pochodzącymi z upraw konwencjonalnych i ekologicznych

Na zdrowie każdego organizmu bardzo duży wpływ ma jakość żywności, która dostarcza zarówno podstawowych substancji odżywczych, jak i innych związków, o działaniu pozytywnym i negatywnym. Do najbardziej wrażliwych na zmiany składu pokarmu należą mechanizmy odporności, angażujące liczne komórki i obejmującego precyzyjnie regulowane procesy, należące zarówno do układu odpornościowego, jak i nerwowego i wydzielania wewnętrznego. 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 zakaz stosowania chemicznej ochrony zapobiegającej rozwojowi grzybów i bakterii, przyczynia się do zwiększenia zawartości toksyn, groźnych dla zdrowia konsumenta. Pomimo licznych badań porównujących jakość surowców powstałych konwencjonalnie i ekologicznie, a także wpływ ich spożywania na organizm, tylko nieliczne publikacje opisują w tym kontekście mechanizmy odpornościowe. Celem niniejszej pracy było zbadania zależności pomiędzy sposobem 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 szczurów. 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 (farma Uniwersytetu Newcastle, W. Brytania), w ramach międzynarodowego projektu badawczego. Podczas uprawy zastosowano dwa czynniki agronomiczne: ochronę roślin i nawożenie. Każdy z nich występował 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 pasz eksperymentalnych zawierających rośliny 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 badania składu surowców i pasz, spożycia pokarmu, parametrów wzrostowych, a w pozyskanym od zwierząt materiale oznaczano szereg wskaźników fizjologicznych (w tym skład ciała i stężenie hormonów). W niniejszej pracy skupiono się na podstawowych parametrach krwi i wskaźnikach odpornościowych, a pozostałe wyniki posłużyły do ich interpretacji. W pierwszych dwóch latach badań określano wskaźniki hematologiczne, Marci n B ara ńs ki : C har akt er ysty ka f u nkcjo nal na u kł ad u o dpo r no śc iowe go sz cz urów karmio nyc h pa sz ami po cho dz ącymi z u pr aw ko nwencjo nal nyc h i e ko lo g icz n ych stężenie immunoglobulin i białka C-reaktywnego w osoczu oraz aktywność proliferacyjną splenocytów. W trzecim roku badań oznaczano wskaźniki reakcji zapalnej, 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. 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, najwyższe stężenie 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 jaki i w wysięku.  Osobniki na diecie z roślin nawożonych mieszanką mineralną, zawierających więcej azotanów, wykazywały obniżoną liczbę erytrocytów, stężenie immunoglobuliny G i aktywność proliferacyjną splenocytów. Karmienie paszą z tych roślin, zawierających jednocześnie większą ilość 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.  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 C-reaktywnego i interleukiny 10, a także zwiększone stężenie interleukin 1β i 6 oraz liczbę i aktywność leukocytów otrzewnej.  U szczurów karmionych paszą z surowców chronionych z użyciem pestycydów zaobserwowano wyższą aktywność proliferacyjną splenocytów, związaną prawdopodobnie ze zwiększonym stężeniem hormonu wzrostu i insulino-podobnego czynnika wzrostowego w osoczu.  Obniżona liczba erytrocytów, stężenie immunoglobuliny M i białka C-reaktywnego, oraz aktywność proliferacyjna splenocytów odnotowane u osobników na diecie z roślin nawożonych mieszanką mineralną wydaje się być związana ze zwiększonym stężeniem testosteronu w osoczu tych szczurów.  Ponadto, główny składnik pokarmu, pszenica lub jęczmień, wpłynął odmiennie na stężenie immunoglobuliny A i G w osoczu w kolejnych latach badań. 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. Niższe wartości podstawowe wskaźników odpornościowych badanych zwierząt mogą być związane z obecnością azotanów w paszach z surowców nawożonych mineralnie i/lub mykotoksyn w roślinach Marci n B ara ńs ki : C har akt er ysty ka f u nkcjo nal na u kł ad u o dpo r no śc iowe go sz cz urów karmio nyc h pa sz ami po cho dz ącymi z u pr aw ko nwencjo nal nyc h i e ko lo g icz n ych chronionych ekologicznie. 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 neuroengokrynowy. Niniejsza praca może stanowić punkt wyjścia do dalszych badań w kontrolowanych warunkach doświadczalnych, które mogłyby pozwolić na bardziej szczegółowe wyjaśnienie dynamiki rozwoju stanu zapalnego u zwierząt karmionych paszami z surowców pochodzących ze zróżnicowanych systemów rolnych.