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Stressassoziierte Veränderungen der Immunantwort im Magen-Darm-Trakt
Das Gleichgewicht zwischen dem Organismus des Tieres und dem umgebenden Ökosystem muss aufrechterhalten werden. Besonders wichtig ist die Vorbeugung chronischer Entzündungsprozesse auf der riesigen Oberfläche der Darmschleimhaut (etwa 300 m2 bei einem 100 kg schweren Mastschwein).
Abbildung 1: Die Darmschleimhaut eines 100 kg schweren Mastschweins hat eine Fläche von etwa 300 m2.
Das darmassoziierte lymphatische Gewebe (GALT, von engl. gut associated lymphoid tissue), das sich direkt unter dem Epithel des Magen-Darm-Trakts befindet, ist die größte Bastion des Immunsystems. Die Funktion der Immunzellen, die Teil des darmassoziierten lymphatischen Gewebes sind, besteht darin, schnell und stark auf das Eindringen von Mikroorganismen oder deren Toxine zu reagieren und den Umfang der Reaktion auf nicht-pathogene Faktoren zu begrenzen, um eine übermäßige Aktivität des Immunsystems und folglich eine übermäßige Schädigung des Organismus durch die Entzündungsreaktion zu verhindern (Burkey et al., 2009).
Abbildung 2: Unter dem darmassoziierten lymphatischen Gewebe können wir einige wichtige Populationen unterscheiden: Innate-like Lymphozyten (ILL) befinden sich im Dünndarm und in geringerem Maße auch im Dickdarm und spielen eine wichtige Rolle als Produzenten von Zytokinen, zytotoxischen Molekülen und antimikrobiellen Peptiden (Hepworth et al., 2013; Schäfer et al., 2019; Wiarda et al., 2020; Wiarda et al., 2021; Xiao et al., 2019).
Eine Immunreaktion wird ausgelöst, wenn Zellen des Immunsystems einen Krankheitserreger erkennen, was zu einer schnellen Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen, TGF-β und anderen Mediatoren in das umliegende Gewebe und den Blutkreislauf führt. Die Zytokine geben den Effektorzellen Informationen über den Infektionsherd, und letztere helfen bei der Beseitigung des Erregers.
Stress im Zusammenhang mit der Umgebung des Tiers beeinträchtigt die Darmbarriere und führt aufgrund der Hochregulierung von IL-10 zu einer Immunsuppression der Immunreaktionen des Darms (Li et al., 2017), was die Produktionseffizienz verringern und das Auftreten von Krankheiten verstärken kann (Peng et al., 2021).
Immunstress und sein Einfluss auf den Körper und die Produktion
Unter immunologischem Stress versteht man die langfristige immunologische Mobilisierung des tierischen Organismus, die mit der Verteidigung gegen den ständigen Druck durch ungünstige Umweltbedingungen, einschließlich Krankheitserregern, zusammenhängt. Das Verständnis der Mechanismen im Zusammenhang mit langfristigem Immunstress, die die negativen Auswirkungen auf die Entwicklung des Tieres bestimmen, einschließlich höherer Morbidität und Mortalität, einer erhöhten Futterverwertungsrate (FVR) und Gewichtsunterschieden zwischen Gruppen von Schweinen gleichen Alters, ist noch unvollständig. Es ist jedoch bekannt, dass das angeborene Immunsystem Teil der ersten Verteidigungslinie des Wirts gegen Infektionen ist. Die Barrieren der Epidermis und des Schleimhautepithels bilden die erste Barriere für den Pathogenitätsfaktor.
Wenn der Erreger stark pathogen oder in großer Zahl vorhanden ist oder wenn die Barrieren beschädigt sind, ist es möglich, diese Barrieren zu durchbrechen und den Wirt zu infizieren. Mikroorganismen, die solche Barrieren durchbrochen haben, werden von den Zellen des Immunsystems durch pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) erkannt, die von Bakterien, Viren, Pilzen und Protozoen durch Toll-like-Rezeptoren (TLRs) abgeleitet werden. TLRs, die auf Makrophagen, dendritischen Zellen, Mastzellen und NK-Zellen sowie auf T- und B-Lymphozyten exprimiert werden, unterscheiden Krankheitserreger von toten und inaktiven Elementen (Zelltrümmern) (Mair et al., 2014). Die Aktivierung von TLRs ist ein entscheidendes Signal für die Aktivierung sowohl der angeborenen als auch der erworbenen Immunantwort und für die Bekämpfung des Erregers, die mit einer massiven Vermehrung von Immunzellen und der Produktion von Immunglobulinen, Zytokinen, Chemokinen, Akute-Phase-Proteinen (APP) und vielen anderen Stoffen einhergeht.
Bei Immunstress liegt der Schwerpunkt des Stoffwechsels vor allem auf der Produktion von APP durch die Leber. Zu den Akute-Phase-Proteinen gehören Proteine, deren Konzentration im Plasma nach einer Gewebeschädigung um mindestens 20 % ansteigt. Die vorrangige Aufgabe der APP besteht darin, die Homöostase des Körpers wiederherzustellen. Eine negative Folge der APP-Aktivität ist ein erhöhter Katabolismus, der zu einer Gewichtsabnahme führt. Dies hängt mit dem anhaltend hohen Niveau der von stimulierten Leukozyten ausgeschütteten Zytokine zusammen. Der Gewichtsverlust wird durch die Überproduktion von Zytokinen verschärft, die zu Veränderungen der Stimmung und des Verhaltens beitragen und zu Schwäche und manchmal sogar zu Appetitlosigkeit führen (Dantzer et al., 2008; Chaytor et al., 2011; McKim et al., 2018; Munshi et al., 2019).
Abbildung 3: Mit einem lang anhaltenden Alarmzustand des Immunsystems verbunden sind zusätzliche Kosten aufgrund zunehmender Appetitlosigkeit und folglich einer längeren Mastdauer. Da der Druck der Umweltstressoren auf die einzelnen Tiere unterschiedlich wirkt, kommt es zu unterschiedlichen Gewichten bei Absetzferkeln oder Mastschweinen gleichen Alters. Gewichtsunterschiede zwischen Tieren gleichen Alters können gravierende wirtschaftliche Folgen haben. Insbesondere bei Jungtieren kann eine Ernährung, die keine für die Stärkung der Infektionsabwehr wichtigen Nährstoffe enthält, die Tiere anfälliger für Infektionen machen.
Jede Störung der Homöostase, die auf die Auswirkungen von lang anhaltendem Stress auf den Organismus zurückzuführen ist, schwächt seine Immunabwehr und erhöht seine Empfindlichkeit gegenüber pathogenen Mikroorganismen. Eine unsachgemäße Fütterung der Tiere kann die Auswirkungen des Ungleichgewichts ebenfalls verschlimmern. Insbesondere bei Jungtieren kann eine Ernährung, die keine für die Stärkung der Infektionsabwehr wichtigen Nährstoffe enthält, die Tiere anfälliger für Infektionen mit pathogenen Mikroorganismen machen. Eine geeignete Ernährung kann das Immunsystem der Schweine unterstützen und über die Sauen sogar einen positiven Effekt auf das Immunsystem der Ferkel haben (Werner et al., 2014; Rudar et al., 2016). Andererseits können Mykotoxine, die von Natur aus in Mais enthalten sind, zu einer veränderten Immunreaktion mit systemischer Entzündung und teilweiser Leberschädigung führen, wodurch das Wachstum von Schweinen beeinträchtigt wird (Chaytor et al., 2011).
Ein übermäßiger, lang anhaltender Alarmzustand des Immunsystems führt zu entzündlichen Veränderungen im Darm, und eine hohe Konzentration an proinflammatorischen Zytokinen kann zu einer intestinalen Dysbakteriose oder Dysbiose (einem mikrobiologischen Ungleichgewicht im Darm) führen. Dies kann unerwünschte Folgen haben, die den gesamten Körper betreffen (Dobson et al., 2000). Veränderungen in der Zusammensetzung des Mikrobioms können qualitativ sein, wie z. B. im Falle einer abnehmenden Vielfalt der Darmflora, und/oder quantitativ, wie z. B. bei Änderungen der Anzahl einzelner Bakterien.An excessive, long-lasting immune alert leads to inflammatory changes in the intestines, and a high level of pro-inflammatory cytokines may lead to intestinal dysbacteriosis, or dysbiosis (a microbiological imbalance in the intestines). This may cause undesirable consequences affecting the entire body (Dobson et al., 2000). Changes in the composition of the microbiome can be qualitative, such as a decrease in the diversity of the intestinal flora, and/or quantitative, such as changes in the number of individual bacteria.
Eine weitere Folge eines langfristigen Alarmzustands des Immunsystems kann eine regelmäßig auftretende Appetitlosigkeit und folglich eine längere Mastdauer sein. Häufig wird eine Verschlechterung der Futterverwertungsrate beobachtet. Da der Druck der Umweltstressoren auf die einzelnen Tiere unterschiedlich wirkt, kommt es zu unterschiedlichen Gewichten bei Absetzferkeln oder Mastschweinen gleichen Alters, was schwerwiegende wirtschaftliche Folgen haben kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Minimierung der Stressbelastung von Schweinen, die Einschränkung der Überlebenschancen und der Vermehrung pathogener und bedingt pathogener Mikroorganismen sowie ein verbessertes Management das Funktionieren des Immunsystems der Schweine erheblich verbessern und folglich die Produktionskosten durch eine bessere Futterverwertung und geringere Behandlungskosten senken können.
