Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy
Stres jest fizjologicznym zjawiskiem ściśle związanym z procesami życia. Jednakże w kontekście zwierząt użytkowych stres może wpłynąć na wiele aspektów prowadzonej produkcji. Dostępna literatura podkreśla negatywny wpływ omawianego stresu na zdrowotność zwierząt, w następnej kolejności, na pogorszenie wyników produkcyjnych i ostatecznie, na zysk ekonomiczny prowadzonej produkcji. Dokładne poznanie fizjologicznych podstaw stresu, efektów działania czynników stresogennych na organizm ptaków gospodarskich, może pomóc w uniknięciu wszelkich strat jakie może ponieść hodowca. Ponadto, zminimalizowanie ujemnego wpływu stresorów w stadzie drobiu, oznacza lepszy dobrostan.
Pojęcie stresu
Logicznym wstępem dla głównej problematyki prezentowanego artykułu jest zdefiniowanie pojęcia stres. Jak wnioskować można z przeprowadzonego przeglądu literatury, temat, „stres” jest pojęciem bardziej złożonym, niż mogłoby się wydawać. Odpowiedź na pytanie „czym jest stres?” nie jest jednoznaczna, ani łatwa. W fachowej literaturze istnieje wiele definicji reakcji stresowej. Najogólniej biorąc podzielić je można na dwie grupy. Pierwsza z grup dotyczy definicji, które koncentrują się na specyfikacji czynnika wyzwalającego stres. Do drugiej zaliczamy te definicje, które za powód stresu rozumieją rozbieżności między subiektywnie ocenianymi wymaganiami płynącymi z otoczenia a subiektywnie ocenianymi możliwościami jednostki do spełnienia tych wymagań.
Jednym z pierwszych badaczy zjawiska stresu był Hans Selye (1907-1982). Selye, lekarz i endokrynolog, opublikował ponad 1400 artykułów, 30 książek na temat stresu; był 10 razy nominowany do Nagrody Nobla. Na podstawie wyników doświadczeń, prowadzonych na zwierzętach, Hans Selye zaobserwował, że pod wpływem różnych szkodliwych bodźców, organizm reaguje nie tylko w sposób charakterystyczny (tj. specyficzny) dla danego bodźca, ale także w sposób podobny (czyli, niespecyficzny), bez względu na rodzaj bodźca szkodliwego. Ten zespół niespecyficznych zmian organizmu na różne bodźce szkodliwe, określanych mianem stresorów, Selye nazwał stresem. Hans Selye jest twórcą teorii dotyczącej ogólnego zespołu adaptacyjnego, (z ang.: General Adaptation Syndrom, GAS). Koncepcja ta uwzględnia współdziałanie wpływów wewnątrzwydzielniczych osi reakcji podczas długotrwałego stresu.
GAS dzieli się na trzy stadia
- STADIUM PIERWSZE, dotyczące reakcji alarmowej, obejmuje dwie fazy:
– Faza szoku- w fazie tej pod wpływem zadziałania czynnika szkodliwego dochodzi do silnego pobudzenia w celu obrony;
– Faza przeciwdziałania- podczas, której jednostka podejmuje działania obronne;
- STADIUM DRUGIE, dotyczące odporności (przystosowanie się do stresora);
- STADIUM TRZECIE, czyli stadium ogólnego wyczerpania (następuje wyczerpanie się energii przystosowania jeśli stresor jest długotrwały i silny).
Czynniki stresogenne w produkcji drobiu Czynniki stresowe obecne w środowisku bytowania ptaków użytkowych, można podzielić na:
1. Fizyczne: związane są między innymi z warunkami panującymi podczas transportu ptaków, w tym m.in. zbyt wysoką temperaturą (stres cieplny). Niewłaściwa temperatura to jeden głównych czynników powodujących wzrost śmiertelności ptaków podczas trwania transportu. Na skutek stresu termicznego następuje obniżenie poziomu dobrostanu drobiu oraz późniejsze obniżenie jakości mięsa od niego pozyskanego. Aczkolwiek, biorąc pod uwagę tematykę prezentowanego artykułu, warto zaznaczyć, że stres cieplny pociąga za sobą wiele zmian natury fizjologicznej. Zaobserwowano, że reakcja fizjologiczna ptaków na zbyt wysoką temperaturę otoczenia obejmuje wzrost częstotliwości oddechów, oraz mechanizm utraty ciepła przez parowanie wody z powierzchni błon śluzowych układu oddechowego (zianie). Konsekwencją zakłócenia termoregulacji u kurcząt jest wzrost temperatury ciała i przegrzanie organizmu, tzw. hipertermia. Reakcją fizjologiczną ptaków na zbyt wysoką temperaturę otoczenia jest także podwyższenie temperatury rektalnej, która jest indykatorem przegrzania organizmu. Stwierdzono istotny wzrost temperatury rektalnej kurcząt brojlerów, które oczekiwały na ubój w podwyższonej temperaturze (35,6oC) w porównaniu do kurcząt przebywających przed ubojem w optymalnych warunkach termicznych (19,4oC);
2. Chemiczne: obce i niepożądane substancje chemiczne dostające się do ustroju drogą pokarmową, oddechową lub transdermalną (przez skórę) np. zatrucia pokarmowe, przekroczenie w brojlerni dopuszczalnych stężeń gazów szkodliwych (amoniak, siarkowodór). Stresorem chemicznym mogą stać się mikotoksyny (produkty przemiany materii grzybów niższych). Długotrwałe przyjmowanie paszy zainfekowanej grzybami może stać się przyczyną krwawień przewodu pokarmowego, spadku apetytu, zahamowania wzrostu, uszkodzeń wątroby, nefropatii i w konsekwencji śmierci. U drobiu mikotoksyny wpływają negatywnie na system obronny organizmu, redukując liczebność limfocytów we krwi;
3. Biologiczne: związane przede wszystkim z nieprawidłowym żywieniem. Niedostateczna ilość pożywienia, niedostateczna ilość jednego ze składników paszy (tzn. białka, tłuszczu, witamin, mikro-, makroelementów) skutkuje silną odpowiedzią ze strony organizmu. Stwierdzono, że deficyt białka lub niektórych aminokwasów w paszy powoduje zaburzenia wielu przemian metabolicznych, niedokrwistość, upośledzenie odporności;
4. Czynniki psychiczne związane z nadmiernym pobudzeniem zwierząt. Wśród zaburzeń natury psychicznej występujących u drobiu są pterofagia i kanibalizm. Badając czynniki odpowiedzialnych za pojawianie się patologii behawioralnych u ptaków użytkowych, poza genetycznymi aspektami (gen PMEL17 QTL), należy również wziąć pod uwagę parametry fizjologiczne, oddziałujące na status wewnątrzustrojowy ptaków. Jednym z neuroprzekaźników zaangażowanych w zachowania o znamionach stereotypii, w tym również wydziobywanie puchu i piór, jest serotonina, o której jest mowa w dalszej części artykułu.
Osie stresu
Sugeruje się, że istnieją trzy osie stresu. Pierwsza z nich, polega na bezpośrednim pobudzeniu organów wewnętrznych przez układ autonomiczny. Oś druga to oś neurohormonalna (zwana też podwzgórzowo-nadnerczową). W tej osi, z ciała migdałowatego (jest to element układu limbicznego) impulsy przekazywane są do podwzgórza, a następnie poprzez układ autonomiczny do ważnego gruczołu wydzielania wewnętrznego, a mianowicie nadnerczy, dokładnie zaś do rdzenia nadnerczy. Rdzeń nadnerczy uwalnia do krwiobiegu adrenalinę i noradrenalinę – zwane czasem hormonami stresu, powodujące skutki podobne do pobudzenia osi, ale bardziej opóźnione w czasie i jednocześnie trwalsze. W odpowiedzi organizmu na stres szczególne znaczenie ma aktywacja układu podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowego. Oś podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowa (ang. hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA) jest jednym z kluczowych układów uczestniczących w reakcji na stres. Oś ta jest złożona z wielu wzajemnych powiązań strukturalnych i czynnościowych pomiędzy
podwzgórzem, przysadką i nadnerczami. Jest ona główną częścią układu nerwowo-wewnątrzwydzielniczego, który jest odpowiedzialny za funkcje układu odpornościowego i trawiennego. Do zasadniczych zadań osi HPA należy przede wszystkim regulacja reakcji na stres, to znaczy przygotowanie organizmu do „walki” lub „ucieczki”. Bierze także udział w regulacji nastroju, emocji i zachowania seksualnego. Z uwagi na tak szerokie funkcje HPA budzi ogromne zainteresowanie wśród badaczy. Badania na zwierzętach pozwoliły wyodrębnić dwa rodzaje stresu – stres fizyczny i stres społeczny. Każdy z tych rodzajów stresu pobudza inne odcinki HPA. Czynność osi HPA znajduje się pod kontrolą hormonów.
Hormony stresowe
Hormony wydzielane przez organizm w czasie stresu mobilizują do radzenia sobie w trudnej, stresowej sytuacji. Krótkotrwałe działanie hormonów nie niesie za sobą szkody dla zdrowia, wręcz przeciwnie – jest bardzo korzystne. Jednak przedłużający się stres, a co za tym idzie – ciągłe działanie hormonów stresu, może doprowadzić do rozwoju różnego rodzaju chorób, ogólnoustrojowego osłabienia organizmu. Każdemu stresowi, a szczególnie psychicznemu, towarzyszy nadmierne wydzielanie hormonów kortykotropowych. Uwalniany z jądra przykomorowego podwzgórza hormon kortykotropowy (kortykoliberynę, czyli hormon uwalniający kortykotropinę, z ang. corticotropin-releasing hormone, CRH) jest przesyłany układem krwionośnym do przedniego płata przysadki mózgowej, gdzie wpływa na syntezę propriomelanokortyny (POMC), prohormonu przysadkowego hormonu adrenokortykotropowego (ACTH), będącego z kolei prekursorem beta-endorfiny, peptydu odgrywającego istotną rolę w regulacji odczuć bólowych. ACTH stymuluje syntezę i uwalnianie z kory nadnerczy
glikokortykosteroidów, hamujących wydzielanie podwzgórzowego hormonu tropowego. Dzięki takiemu sprzężeniu zwrotnemu aktywność wydzielnicza podwzgórza i przysadki mózgowej jest regulowana w sposób permanentny. Hormony tropowe w niewielkich stężeniach utrzymują działanie przysadki mózgowej na poziomie spoczynkowym. Większość bodźców stresowych podnosi poziom aktywności wszystkich gruczołów w osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej, co Selye uważa za główną przyczynę reakcji stresowych.
Wśród hormonów, najczęściej analizowanych w doświadczeniach badających objawy stresu u drobiu, są wydzielane przez korę nadnerczy kortyzol i kortykosteron. Kortyzol działa jako neuroendokrynny mediator reakcji stresowej w narządach i tkankach efektorowych, takich jak mózg, układ sercowo-naczyniowy, układ immunologiczny, tkanka tłuszczowa, mięśnie. Kortyzol znany jest między innymi dzięki jego wpływowi na gospodarkę białkową, węglowodanową, tłuszczową oraz wodno-elektrolitową. Powoduje on zwiększenie stężenia glukozy we krwi, co ma pozytywny wpływ w reakcji na stres. W wysiłkach wytrzymałościowych kortyzol, spełnia rolę adaptacyjną ustroju do wysiłku. Hormon ten działa także przeciwzapalnie oraz immunopresyjnie. Ponadto, długotrwałe utrzymywanie się podwyższonego poziomu kortyzolu we krwi usposabia przede wszystkim do występowania chorób grzybiczych i bakteryjnych. U ptaków jego koncentracja jest 100-krotnie mniejsza niż kortykosteronu. Wykazano, że kortyzol ulega równoczesnej redukcji i oksydacji, dając czterohydroksypochodne: kortol i kortolon. Pojawiają się one w postaci koniugatów z kwasem siarkowym lub glukuronowym we krwi i nie wykazują aktywności biologicznej. Do efektów kortyzolu należy również podwyższenie poziomu cholesterolu i trójglicerydów, osłabienie w tkankach aktywności enzymów antyoksydacyjnych (dysmutaza podtlenkowa SOD, katalaza i peroksydaza). Oprócz tego kortyzol hamuje fagocytozę i nasila zjawisko spontanicznej śmierci komórek (tzw. apoptoza). Kortyzol w ustroju jest w stanie dynamicznej równowagi ze swoją utlenioną formą kortyzonem, podobnie jak i kortykosteron ze swoją odwodorowaną pochodną dehydrokortykosteronem. Odnośnie wspomnianego kortykosteronu to wykazuje on działanie zbliżone do kortyzolu. Wpływa stymulująco na proces glukoneogenezy. Co ciekawe, poziom kortykosteronu we krwi zależy od pochodzenia. Debut i in. (2005), Star i in. (2008), Skomorucha i in. (2009) zaobserwowali różnicę w poziomie kortykosteronu we krwi ptaków w zależności
od pochodzenia.
Aktywność osi HPA zależy także od kilka neuroprzekaźników monoaminowych, a mianowicie serotoniny, dopaminy i noradrenaliny. Odnośnie serotoniny (5-hydroksytryptamina – 5-HT), jest ona neuroprzekaźnikiem będącym przedstawicielem amin indolowych. Występuje ona zarówno w świecie roślinnym (pokrzywa, banan), jak też zwierzęcym. Jej źródłem w organizmie są komórki nerwowe, oraz komórki enterochromafinowe zlokalizowane w przewodzie pokarmowym. Serotonina reguluje poziom hormonów w obrębie mózgu, w szyszynce, a także ilość płytek krwi. Uczestniczy ona w regulacji czynności motorycznej i wydzielniczej oraz uczestniczy w przewodnictwie bodźców czuciowych z przewodu pokarmowego do ośrodkowego układu nerwowego. Serotonina powoduje rozkurcz mięśni prążkowanych. Bardzo wiele badań u ludzi i zwierząt wskazuje, że sygnalizacja serotoninowa jest głównym modulatorem zachowania emocjonalnego, w tym lęku, impulsywności oraz agresji. U drobiu, w stanach pobudzenia oraz w odpowiedzi na stres może dochodzić do zaburzeń w wytwarzaniu i uwalnianiu serotoniny, a jej niedobór może inicjować zachowania związane z dziobaniem, tak samo jak zaburzenia psychosomatyczne u ludzi. Tymczasem dopamina (3,4-dihydroksyetyloamina) należy do grupy neuroprzekaźników zwanych katecholaminami. Działa ona za pośrednictwem swoistych receptorów dopaminergicznych zlokalizowanych zarówno w błonie pre- jak i postsynaptycznej. Może ona również działać auto- lub/i parakrynnie w tkankach obwodowych. Receptory wiążące ten hormon występują między innymi w nerkach, trzustce, pęcherzykach płucnych oraz w naczyniach krwionośnych płuc, nerek i serca. Warto wspomnieć, że stwierdzono, że u drobiu układy dopaminergiczny i serotoniczny są zaangażowane w zachowania
związane z wydziobywaniem piór.
Odpowiedź immunologiczna
Powszechnie jest wiadomo, że istnieje współzależność między układem nerwowym i układem immunologicznym. Stąd też podkreśla się fakt tego, że stres bezsprzecznie pozostawia swoje piętno na układzie immunologicznym. Zaobserwowano, że wpływ stresu na humoralną odpowiedź immunologiczną zależy od czasu trwania stresu i momentu jego aplikacji. Długa ekspozycja na stres hamuje, a krótka stymuluje odpowiedź immunologiczną. Stres działający przewlekle stymuluje wprawdzie odporność humoralną, ale, niestety, obniża odporność
komórkową, co może mieć negatywny wpływ na przebieg infekcji i/lub zwiększać wrażliwość na zakażenie określonym drobnoustrojem. W wyniku osłabienia układu odpornościowego może dojść do zakażeń wirusowych, bakteryjnych, grzybiczych. Niezależnie od efektu hormonów stresu i innych pośrednich wpływów na odpowiedź odpornościową zwierzęcia przebieg infekcji może też podlegać zmianie w wyniku bezpośredniego działania mediatorów stresu na bakterie. Katecholaminy stymulują wzrost i zjadliwość licznych gatunków bakterii gram-ujemnych i gram-dodatnich. Być może, potencjalnie patogenne bakterie – komensale – „wyczuwają” obecność hormonów stresu i reagują na nie zwiększonym rozmnażaniem oraz chorobotwórczością, a nawet szerzeniem się zakażeń w stadzie zwierząt. Potwierdzono też, że stres może zmienić wrażliwość zwierzęcia na infekcję. Ponadto, zaobserwowano, że u ptaków narażonych na stres cieplny masa narządów limfatycznych, pierwotna oraz wtórna odpowiedź immunologiczna, liczba makrofagów, a także zdolność fagocytarna makrofagów są obniżone. Hormony stresu wpływają na ilościową ekspresję szeregu cytokin. Hormony stresowe modulują również dojrzewanie i różnicowanie komórek systemu immunologicznego oraz produkcję mediatorów zapalnych.
W kontekście układu immunologicznego podstawowym wskaźnikiem nasilenia reakcji stresowej u ptaków jest stosunek heterofili do limfocytów (komórki krwi zaliczane do leukocytów). Wskaźnik ten można uznaza bardziej wiarygodny i obiektywny wyznacznik stresu niż poziom hormonów sterydowych w surowicy. Leukocyty są komórkami odpowiedzialnymi za odporność organizmu i walkę z patogenam. Wspomniane heterofile i limfocyty są najliczniejszymi leukocytami u ptaków. Heterofile biorą udział w reakcjach odporności nieswoistej i, podobnie jak neutrofile u ssaków, wykazują właściwości chemotaksji oraz fagocytozy. U dorosłych ptaków domowych i przetrzymywanych w niewoli, heterofile stanowią 40–75% ogólnej liczby leukocytów we krwi. Wysoki udział heterofili we krwi, a tym samym wysoki poziom proporcji H:L, świadczy o nękającej organizm chorobie, bądź jest dowodem dużej sprawności układu immunologicznego. Tymczasem, limfocyty są podstawą swoistej odpowiedzi odpornościowej, która polega na precyzyjnym rozpoznawaniu antygenu. Oprócz tego mogą wydzielać liczne cytokiny, które pełnią rolę regulacyjną względem odpowiedzi immunologicznej. Limfocyty u ptaków są najliczniejszą grupą komórek układu odpornościowego, stanowią one od 20 do 50% wszystkich białych ciałek krwi. Wysoka liczba limfocytów, która skutkuje niską proporcją H/L, może wskazywać na odpowiedź organizmu na sytuację stresową.
Do tej przeprowadzono wiele badań, w których zajęto się oceną wskaźnika H:L u ptaków użytkowych. Wykazano między innymi, że stosunek heterofilii do limfocytów jest znacząco skorelowana z cechami osobniczymi, to znaczy z masą ciała, długością skrzydła i skoku, poziomem otłuszczenia, morfometrycznymi wskaźnikami kondycji. Doświadczeniem, w którym zajęto się oceną omawianego parametru jest to przeprowadzone przez Elston i in. (2000). Stwierdzili oni, że obok stężenia kortykosteronu, najistotniejszym wskaźnikiem stresu jest wielkość stosunku H:L we krwi ptaków. Puvadolpirod i Thaxton (2000) zaobserwowali, że w czasie działania stresora następuje wzrost wielkość stosunku H:L. Ponadto, indykator ten może być pomocny przy ocenie poziomu dobrostanu.
Reasumując, stres to nadmierna reakcja organizmu na jakiekolwiek obciążenie (zmiana w środowisku zewnętrznym, w samym ustroju, tzw. stresor). Każdy z potencjalnych stresorów, stanowi zagrożenie dla homeostazy organizmu. Odpowiedź fizjologiczna na każdy czynnik stresogenny ma charakter adaptacyjny, tzn. ma na celu utrzymanie lub przywrócenie homeostazy. Poznanie wszelkich założeń fizjologicznych stresu pozwoli w przyszłości na uzyskanie większego zysku ekonomicznego prowadzonej produkcji.
Piśmiennictwo dostępne u autorki
