Ảnh Hưởng của Stress Mạn Tính và Viêm Ruột trên Sức Khỏe và Năng Suất Đàn Gia Cầm Thương Phẩm: Phần I

Ngoài việc hấp thụ và tiêu hóa nước và thức ăn, đường ruột còn chứa một cộng đồng vi sinh vật đa dạng và phức tạp (Celluzzi và Masotti, 2016), cũng như hệ thần kinh ruột (enteric nervous system-ENS) của động vật đa bào được coi là “bộ não thứ hai” của cơ thể (Schneider và cộng sự, 2019).

Ngoài sự phức tạp trong cấu trúc và mối quan hệ với các vi sinh vật trú ngụ, ở gà, các mô lympho liên quan đến ruột (gut-associated lymphoid tissue – GALT) chứa lượng tế bào miễn dịch cao nhất trong cơ thể, thể hiện tầm quan trọng của GALT (Peralta và cộng sự, 2017; Casteleyn và cộng sự, 2010).

• Hơn nữa, hệ tiêu hóa có các cơ quan lympho chính như túi Fabricius, nơi tế bào lympho B được sản sinh; thành phần từ GALT này ở các loài gia cầm rất cần thiết để bảo vệ hệ tiêu hóa (Bar-Shira và cộng sự, 2003).

Hệ vi sinh đường ruột có thể ảnh hưởng đến tình trạng sinh học, dinh dưỡng, khả năng miễn dịch và hệ thống thần kinh nội tiết cùa vật chủ (Dimitrov, 2011). Chức năng của GIT có vẻ được trung gian bởi các a-xít béo chuỗi ngắn (SCFA) được tạo ra bởi quá trình lên men của vi khuẩn (Wu và cộng sự, 2017), sự liên lạc giữa hệ vi sinh và tế bào thần kinh (Megur và cộng sự, 2020), hệ nội tiết (Fukui và cộng sự, 2018), hệ miễn dịch (Maslowski và Mackay, 2011) và sự điều chỉnh lớp bảo vệ biểu mô ruột (Sharma và cộng sự, 2010).

• Mạng lưới nội tiết đường ruột và ENS kiểm soát nhu động đường tiêu hóa và sự gián đoạn khi vật nuôi bị các rối loạn chức năng đường tiêu hóa (Fukui và cộng sự, 2018).

Tế bào nội tiết ruột (Enteroendocrine cells-EEC) được tìm thấy trong khắp biểu mô đường tiêu hóa và sản xuất ra nhiều loại hormone (Gribble và Reimann, 2019).

Các hormone GIT đầu tiên được phát hiện là:

• Gastrin
• Secretin
• Cholecystokinin
• Insulin
• Glucagon
  

Có hơn 50 loại hormone hoặc peptide hoạt tính sinh học được xác định, khiến đường tiêu hóa trở thành cơ quan chính biểu hiện các hoạt động nội tiết, thần kinh nội tiết, tự tiết (autocrine) hoặc cận tiết (paracrine) (Rao và Wang, 2010; Gribble và Reimann, 2017).

Ở động vật đa bào, các tế bào enterochromaffin ruột, một phân nhóm của nhiều EEC, sản xuất 90% chất dẫn truyền thần kinh: serotonin (5-hydroxytryptamine) (Lund và cộng sự, 2018).

Hệ vi sinh đường ruột kiểm soát một phần quá trình tiết serotonin, dopamine, oxytocin và endorphin do EEC sản xuất (Forsythe và cộng sự, 2010; Liang và cộng sự, 2014; Mayer và cộng sự, 2014). Cách nói “cảm giác trong lòng” thật sự có nhiều hàm nghĩa

• Sự cân bằng sức khỏe đường ruột hay cân bằng nội môi bị ảnh hưởng bởi trục vi sinh vật-não-ruột, hệ miễn dịch, stress oxy hóa, dinh dưỡng, lớp bảo vệ biểu mô ruột, các yếu tố di truyền và phụ gia thức ăn (feed additives), như thực phẩm chức năng (neutraceuticals) (Hình 1).

Stress và viêm kéo dài ảnh hưởng tiêu cực đến trục vi khuẩn-não-ruột, gây ra rối loạn đường ruột (dysbacteriosis) và phá vỡ các protein liên kết neo (tight junction) với sự dịch chuyển theo hệ thống của vi khuẩn và các kháng nguyên khác (Hình 2).

Khi vật nuôi bị stress mạn tính và sau đó, viêm ruột mạn tính thì cơ thể chúng sẽ dùng năng lượng vốn dành cho tăng trưởng và sinh sản để duy trì phản ứng viêm. Gia cầm cũng không nằm ngoài với quy luật này.

TRỤC HPA

• Trục dưới đồi-tuyến yên-tuyến thượng thận (hypothalamic–pituitary–adrenal axis – trục HPA) là một mạng lưới phức tạp gồm các ảnh hưởng trực tiếp và tương tác phản hồi giữa ba thành phần: vùng dưới đồi (hypothalamus), tuyến yên (pituitary gland) và tuyến thượng thận (adrenal gland) ở phía trên thận (Lu và cộng sự, 2021).
• Trục HPA là hệ thống thần kinh nội tiết quan trọng giúp kiểm soát phản ứng stress.
• Trục này điều chỉnh nhiều hệ thống sinh lý, bao gồm tiêu hóa, hệ thống dịch, tâm trạng và cảm xúc, tình dục, cũng như dự trữ và tiêu hao năng lượng để phản ứng với các kích thích từ môi trường (Cohen và cộng sự, 2006).

MẦM BỆNH VÀ DỊCH BỆNH

• Nhìn chung, tổn thương liên tục hoặc sự hiện diện của tác nhân gây bệnh (mầm bệnh) sẽ gây stress trong đường tiêu hóa, làm tăng tình trạng viêm và do đó gây stress oxy hóa (Federico và cộng sự, 2007).
• Trong số các mầm bệnh có thể có trong đường tiêu hóa, ta cân nhắc đến vi khuẩn, thậm chí cả động vật nguyên sinh, vì những bệnh nhiễm từ chúng này có thể gây tổn thương ruột nghiêm trọng, gây bệnh và tỷ lệ vật nuôi chết cao.
• Ở gà, cầu trùng Eimeria tenella là mầm bệnh chính trong manh tràng (cecum) ảnh hưởng tiêu cực đến tăng trưởng, hiệu quả chuyển hóa thức ăn và năng suất do viêm ruột hoại tử xuất huyết (Soutter và cộng sự, 2021).
• Một loại động vật nguyên sinh khác nhắm vào manh tràng của gia cầm là Histomonas meleagridis, đây là nguyên nhân gây bệnh histomonosis (còn gọi bệnh Đầu đen) ở gà và gà tây, thường được kiểm soát bằng cách bổ sung các chất thạch tín vào khẩu phần.

• Các giải pháp thay thế để kiểm soát nhiễm trùng bởi động vật nguyên sinh (protozoa) bao gồm phụ gia thức ăn và các chất điều chỉnh miễn dịch khác, tá dược (adjuvants) và phát triển vắc-xin tái tổ hợp.
• Hiện chưa có vắc-xin thương mại nào cho bệnh do H. meleagridis (Liebhart và cộng sự, 2017).
• Tình trạng hiện nay đòi hỏi các giải pháp hiệu quả hơn để giảm thiểu ảnh hưởng của bệnh cầu trùng và bệnh histomonosis (đầu đen) trên gà.
• Tuy nhiên, việc vẫn cần phải đưa vào các nguồn lực quan trọng đã ngăn cản sự tiến bộ.

Nhiễm khuẩn được coi là một trong những bệnh nhiễm trùng chính liên quan đến đường tiêu hóa, do quá trình lây nhiễm và sự hiện diện của vi khuẩn, là tác nhân viêm cấp tính hoặc thậm chí mạn tính (Yamamoto và cộng sự, 2013).

Trong các mô hình thí nghiệm trên chuột, sự sinh trưởng của Salmonella được hỗ trợ bởi các phản ứng viêm cấp tính đối với vi khuẩn gây bệnh trong ruột. Bởi vì việc gia tăng di chuyển của bạch cầu trung tính (neutrophils) và sự sản xuất các ROS (reative oxygen species) và các RNS (reactive nitrogen species) do nhiễm Salmonella làm mất cân bằng hệ vi sinh đường ruột (Winter và cộng sự, 2010a).

Sự gia tăng oxy phân tử trong lòng ruột làm giảm các vi khuẩn kỵ khí cộng sinh quan trọng như Bacteroidetes và Clostridiales, vốn là những vi khuẩn sản xuất a-xít butyric thiết yếu (Rigottier-Gois, 2013).

Quá trình oxy hóa thiosulfate thành tetrathionate cũng là một sản phẩm phụ của ROS (Winter và cộng sự, 2010b). Thử nghiệm trên chuột đã chứng minh rằng Salmonella dùng tetrathionate để tăng cường sự phát triển của vi khuẩn (Winter et al., 2010b); môi trường nuôi cấy tetrathionate là một thành phần của môi trường nuôi cấy dinh dưỡng cho Salmonella trong các phòng thí nghiệm chẩn đoán.

Hình 1. Tương tác giữa vật chủ (loài gia cầm) và các yếu tố nội tại hoặc ngoại tại ảnh hưởng đến sức khỏe đường ruột (tạo bởi BioRender.com).

Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra điểm khác biệt ở gà (Saraiva và cộng sự, 2021).

• Ngược lại với mô hình trên chuột, ở gia cầm, gen ttrA và pduA dường như không phải là yếu tố quyết định độc lực quan trọng trong quá trình bài tiết phân về tính xâm lấn của Salmonella Enteritidis và Salmonella Typhimurium.

Điều thú vị là việc xóa cả hai gen không làm suy yếu mầm bệnh mà chỉ làm giảm nhẹ số lượng Salmonella Enteritidis và Salmonella Typhimurium trong manh tràng ở gia cầm, làm giảm viêm và giúp vi khuẩn xâm nhập dễ dàng hơn vào các tế bào biểu mô ruột và phát tán trong cơ thể, gây biểu hiện các triệu chứng lâm sàng nghiêm trọng ở vật nuôi với tỷ lệ chết cao hơn (Saraiva và cộng sự, 2021).

• Ở các loài chim thì điểm riêng biệt ở chỗ chúng không có bàng quang và dịch tiết từ thận sẽ chảy trực tiếp vào đường tiêu hóa.
• Cả gà tây và gà đều có một lỗ huyệt hoặc một đường bài tiết chung (Goldstein, 2006).
• Không giống như động vật hữu nhũ, nơi thận điều chỉnh thành phần dịch ngoại bào một cách độc lập, ở chim thì nước tiểu chảy vào lỗ huyệt thông qua hoạt động nhu động ngược và hướng đến manh tràng (Karasawa và Duke, 1995; Duke, 1999).
• Do đó, thận và phần cơ quan dưới của GIT cần phải điều chỉnh thành phần dịch ngoại bào. Ở đây, manh tràng chim thực hiện tái hấp thu nước, tiêu hóa chất xơ (bằng quá trình lên men vi khuẩn), tái chế nitrogen, tổng hợp vitamin vi khuẩn và điều hòa thẩm thấu (Duke, 1982; Duke và cộng sự, 1983; Hall và Duke, 2000).
• Thành phần dinh dưỡng trong thức ăn có thể ảnh hưởng đến độ ẩm trong phân.
• Hàm lượng nước trong phân ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm của nền chuồng trong hệ thống chăn nuôi gia cầm, với độ ẩm dao động từ 15% đến 44%.
• Nền chuồng gia cầm chứa lượng protein và nitrogen cao (Kelleher và cộng sự, 2002). Một vấn đề quan trọng với nền chuồng gia cầm là thất thoái nitrogen, chẳng hạn như amoniac, trong quá trình lên men vi sinh của urea và a-xít uric (Nahm, 2003).
• Trong nhà nuôi gà, sự bay hơi amoniac là một trong những loại khí gây stress nhất cho gia cầm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến phúc lợi, sức khỏe và năng suất của gia cầm (Moore và cộng sự, 2011; van der Hoeven-Hangoor và cộng sự, 2014).

Hình 2. Stress mạn tính (bất kể nguyên nhân gì) có ảnh hưởng trực tiếp đến trục hạ đồi-tuyến yên-tuyến thượng thận (trục HPA), trục não-vi khuẩn-ruột (trục BMG) và hệ thống nội tiết và miễn dịch. Dạng viêm mạn tính mang tính hệ thống hay viêm đường ruột bắt nguồn từ sự gián đoạn của tình trạng cân bằng và môi trường vốn nhạy cảm của hệ vi sinh đường ruột (rối loạn đường ruột-dysbacteriosis) và sự thay đổi trong các protein liên kết neo giữa các tế bào ruột gây ra tình trạng rò rỉ ruột (leaky gut). Tình trạng stress oxy hóa kéo dài do viêm sẽ gây peroxy hóa phospholipid trong màng tế bào và ty thể, dẫn đến apoptosis (tế bào chết theo lập trình), hoại tử tế bào và suy đa cơ quan-multiple organ failure (được tạo bằng BioRender.com).

PHÒNG KHÁNG BÃO CYTOKINES NF-kB TNFA 

• Các mô hình phân tử liên quan đến mầm bệnh (Pathogen-associated molecular patterns – PAMP) là các yếu tố của hại khuẩn mà động vật đa bào có thể nhận biết được.
• PAMPs bao gồm lipopeptides, peptidoglycan và a-xít teichoic (Salminen và Isolauri, 2006).
• Nội độc tố (endotoxin) lipopolysaccharide (LPS), được tìm thấy trong màng ngoài của vi khuẩn Gram âm, là một ví dụ điển hình (Kallapura và cộng sự, 2014).
• Về tổng quan, các tác nhân gây nhiễm (vi khuẩn, động vật nguyên sinh, vi-rút, giun sán) sẽ kích thích phản ứng viêm trong vật chủ.
• Ví dụ, ở gia cầm, bệnh cầu trùng có thể gây hoại tử ruột và viêm ruột, dẫn đến sốt, trầm cảm, giảm năng suất và tăng tỷ lệ chết, tùy thuộc vào loài cầu trùng Eimeria spp.
  

ROS VÀ RNS VỚI ẢNH HƯỞNG Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

• Bạch cầu đa nhân trung tính (Polymorphonuclear-PMN) và đại thực bào chống lại mầm bệnh với vai trò là tuyến phòng thủ thứ nhất bằng cách sản xuất các phân tử phản ứng có khả năng gây ra phản ứng oxy hóa hoặc phản ứng khử (Qureshi, 2003; Petrone-Garcia và cộng sự, 2021).
• Bao gồm ROS, như superoxide, hydrogen peroxide và hydroxyl radical.
• RNS bao gồm các phân tử o-xít nitric và phân tử peroxynitrite.
• Cả ROS và RNS đều có độc lực cao khi chống lại mầm bệnh xâm nhập.
• Chúng có thể dễ dàng thâm nhập vào thành tế bào vi khuẩn, gây tổn thương không thể phục hồi (Gostner và cộng sự, 2013).
• Quá trình truyền dẫn tín hiệu miễn dịch chỉ khởi tạo sự sản xuất các phân tử ROS và RNS này để chặn và tiêu diệt mầm bệnh (Sun và cộng sự, 2020).
• Tuy nhiên, khi các phân tử ROS phản ứng quá mức, chúng sẽ trở thành độc tố miễn dịch (immunotoxin) có thể gây tổn thương tế bào vật chủ và các mô lân cận, dẫn đến tình trạng viêm cục bộ và viêm hệ thống nghiêm trọng và suy đa cơ quan (Chen và Kevil, 2020).
• Do đó, việc kiểm soát ROS là điểm mấu chốt để tránh ảnh hưởng bất lợi do sản xuất quá mức và ảnh hưởng tiêu cực của ROS (Lian và cộng sự, 2020).