IV. Khái quát nội dung chương trình môn học
5. Tài liệu học tập
10.1.5. Các nhân tố ảnh hưởng đáp ứng miễn dịch
Các nhân tố ảnh hưởng đến đáp ứng miễn dịch có thể được chia thành 3 nhóm: các nhân tố ngoại cảnh, bao gồm các yếu tố môi trường và bảnchất của kháng nguyên; các nhân tố nội tại liên quan đến các cơ chế điều hoà đáp ứng miễn dịch trong hệ miễn dịch; và các nhân tố phát sinh tức những nhân tố liên quan đến sự chín muồi trong quá trình phát triển hoàn thiện hệ miễn dịch ở cá con.
a. Các nhân tố ngoại cảnh
Điều kiện môi trường tự nhiên
• Nhiệt độ
Bly và Clenn (1992) đã tổng hợp các thông tin về ảnh hưởng của nhiệt độ đến đáp ứng miễn dịch. Nhìn chung, trong phạm vi thích ứng của loài, nhiệt độ càng cao đáp ứng miễn dịch càng nhanh và cường độ càng cao. ởnhiệt độ thấp, lag phase càng kéo dài và lượng kháng thể có thể không bị ảnh hưởng, suy giảm hoặc hoàn toàn bị triệt tiêu. Hiện đang còn nhiều tranh
luận về lập luận cho rằng tuy ở nhiệt độ thấp không thể tạo nên đáp ứng miễn dịch nhưng vẫn có các tế bào T hỗ trợ được hoạt hoá và khi nhiệt độ tăng cao sẽ hoạt hoá các tế bào B khiến đáp ứng miễn dịch dịch thể hình thành rất mãnh liệt nếu lại được kích thích bởi cùng loại kháng nguyên một lần nữa. Nhiệt độ cực thuận để đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ nhất ở các loài cá có liên quan đến khoảng nhiệt độ môi trường tự nhiên thíchứng cho từng loài. Vì lẽ đó mà cá chép vùng nước ấm bị ức chế miễn dịch hoàn toàn ở nhiệt độ 15oC, trong khi các loài cá ôn và hàn đới, chẳng hạn cá hồi, hiện tượng ức chế miễn dịch chỉ xuất hiện khi nhiệt độ xuống dưới 4oC.
Tuy nhiên, chỉ vài giai đoạn nhất định trong đáp ứng miễn dịch dịch thể phụ thuộc vào nhiệt độ. Đáp ứng kháng thể của cá chép đối với BSA vẫn xuất hiện bình thường ở nhiệt độ thấp (12oC) nếu sau khi gây miễn dịch cá được nuôi ở nhiệt độ cao (25oC) trong 4 ngày rồi hạ thấp nhiệt độ nước. Sau khi đã hình thành đáp ứng miễn dịch kháng thể, việc sản xuất kháng thể trong đáp ứng nguyên phát và đáp ứng thứ phát không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Giai đoạn nhạy cảm với nhiệt độ trong quá trình hình thành đáp ứng miễn dịch là các giai đoạn đầu tiên trong quá trình hoạt hoá tế bào T hỗ trợ. Vì vậy mà đáp ứng phân bào có tơ của tế bào T của cá nheo Mỹ vẫn xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn cho phép (17oC) khi các tế bào này được xử lý nhanh (khoảng 8 giờ) ở nhiệt độ bình thường vẫn tạo nên đáp ứng miễn dịch dịch thể (trên 23oC). Các chức năng của tế bào B (đáp ứng phân bào có tơ khi bị hoạt hoá bởi LPS và sản xuất kháng thể) hoặc chức năng của các tế bào phụ trợ (trình diện kháng nguyên và sản xuất IL-1) không bị ảnh hưởng bởi các mức nhiệt độ thấp vẫn gây nên hiện tượng ức chế miễn dịch tổng thể. Mặt khác, nhiều phản ứng của tế bào T trong điều kiện in vitro (MLR và phân bào khi bị kích thích bởi Con A) cũng bị ức chế bởi nhiệt độ thấp. Vì thế, ức chế miễn dịch bởi nhiệt độ thấp được áp dụng đối với kháng nguyên phụ thuộc tuyến ức hơn là các kháng nguyên không phụ thuộc tuyến ức.
Có vài bằng chứng về thích nghi nhiệt độ thấp trong đáp ứng miễn dịch ở cá. Thí dụ, cá vàng được thuần dưỡng ở nhiệt độ 4oC và 22 oC tạo ra cùng số lượng tế bào sản xuất kháng thể kháng lại kháng nguyên tiêm mao của vi khuẩn (ở động vật có vú đây là kháng nguyên không phụ thuộc tuyến ức). Thời gian hình thành đáp ứng kháng thể ở cá nuôi ở 2 mức nhiệt độ này là như nhau nhưng hàm lượng kháng thể cực đại thấp hơn ở nhóm cá nuôi ở 4 oC.
Cơ chế của ức chế miễn dịch do nhiệt độ thấp nên việc hoạt hoá tế bào T hỗ trợ chưa được biết rõ nhưng có lẽ có liên quan đến trạng thái lỏng tương đối của màng tế bào T có thể thích nghi hoá với nhiệt độ thấp. Vì thế, trong trường hợp cá nheo Mỹ được thuần hoá với nhiệt độ thấp, đáp ứng miễn dịch trong điều kiện in vitro của các tế bào T của chúng không bị ức chế bởi nhiệt độ thấp ở mức thường gây vô cảm miễn dịch đối với loài cá này. Thực nghiệm cho thấy sự thay đổi này đi kèm với sự gia tăng hàm lượng oleic acid và sụt giảm stearic acid trong thành phần màng tế bào của các tế bào T này. Mặt khác, việc bổ sung oleic acid vào dung dịch nuôi cấy tế bào T cũng giúp giảm bớt phần nào tác động ức chế nhiệt độ thấp lên phản ứng của các tế bào này đối với ConA. Từ kết quả này người ta có thể suy luận rằng việc bổ sung oleic acid hàm lượng cao vào thức ăn cho cá trong mùa đông có thể hỗ trợ việc thích nghi hoá tế bào T để chúng có thể hoạt hoá ở nhiệt độ thấp.
Tuy nhiên hiệu quả của việc làm cho cá thích nghi nhiệt độ thấp để hạn chế tác động ức chế miễn dịch cũng chỉ có hiệu quả ở một mức độ nhất định. Thực nghiệm gây miễn dịch đề kháng bệnh do Vibrio bằng cách tắm cho cá rainbow trout trong mùa đông (6 oC) đã tạo ra hiệu quả bảo vệ thấp hơn so với thực hiện trong mùa hè.
Nhiệt độ thấp ức chế khả năng sản xuất nhân tố hoạt hoá đại thực bào (macrophage activating factor - MAF) của các tế bào T, do đó, làm suy yếu cơ chế miễn dịch qua trung gian tế bào. Lympho bào lấy từ cá rainbow trout thích nghi với 14 oC có thể tiết MAF trong điều kiện in vitro ở nhiệt độ 10 oC và 6 oC nhưng lympho bào của cá thích nghi với 7 oC không thể tiết MAF in vitro ở 6 oC. Các tế bào này có thể tiết MAF ở nhiệt độ 10 oC nếu được nuôi cấy ở
nhiệt độ này trong thời gian 48 giờ trước khi gây kích thích.
Sụt giảm nhiệt độ đột ngột cũng dẫn đến vô cảm miễn dịch (anergy). ở cá nheo Mỹ thích ứng hoá với 23 oC, khi làm giảm nhiệt độ nước xuống 11oC trong thời gian 24 giờ rồi phục hồi trở lại 23 oC, đáp ứng của các tế bào B và T của cá thí nghiệm bị ức chế hoàn toàn ngay cả khi thực hiện kiểm định hoạt tính ở mức nhiệt độ thường vẫn tạo nên đáp ứng miễn dịch trong điều kiện in vitro (23oC). Nếu tiếp tục nuôi cá thí nghiệm này ở nhiệt độ 11 oC thì đòi hỏi ít nhất 5 tuần mới có thể hồi phục hoạt tính của tế bào lympho trong điều kiện in
vitro ở mức nhiệt độ cho phép (23 oC). Bản chất của ức chế miễn dịch do sốc nhiệt độ nói
trên vẫn chưa được sáng tỏ.
• ảnh hưởng củamùa vụ
Nhiều hệ thống sinh lý học hoạt động trên cơ sở biến động theo chu kỳ ngày, tháng hoặc năm. Một số bằng chứng cho thấy hệ thống miễn dịch của cá có những thời kỳ bị ức chế liên quan đến mùa vụ mà không đơn thuần chỉ do nhiệt độ thấp. Cá rainbow trout được nuôi quanh năm ở 18oC sẽ hình thành lượng kháng thể kháng lại Aeromonas salmonicidathấp hơn khi được gây miễn dịch đầu mùa đông so với cá được gây miễn dịch đầu mùa xuân. Những kết quả tương tự cũng được thể hiện ở loài cá rô biển Sebastiscus marmoratus được tiêm Srbc. Mặt khác, đáp ứng miễn dịch ở con cái thành thục của loài cá này vào mùa sinh sản (mùa đông) lại thấp hơn con đực và các cá thể chưa thành thục. Khi kéo dài thời gian chiếu sáng hàng ngày, hiện tượng suy giảm miễn dịch vào mùa đông của cá thí nghiệm có thể được khắc phục ở mức độ nhất định.
Các dấu hiệu này cho thấy rằng, yếu tố mùa vụ là một trong những vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu để xây dựng kế hoạch sử dụng vacxin, nâng cao hiệu quả của việc gây miễn dịch cho cá
Các nhân tố ngoại cảnh có liên quan đến hoạt động nuôi thuỷ sản
• Stress
Tập hợp các nhân tố môi trường có thể tác động làm ức chế đáp ứng miễn dịch của cá. Các nhân tố này có thể tác động gián tiếp thông qua việc gây nên stress mãn tính hoặc trực tiếp lên các thành phần của hệ miễn dịch. Các nhân tố khác của môi trường bao gồm chất ô nhiễm và mất cân đối dinh dưỡng.
Cũng như các hệ thống sinh lý học khác, hệ miễn dịch sẽ bị tổn thương trong điều kiện sức khoẻ kém. Điều kiện gây stress ức chế một số khía cạnh của phản ứng miễn dịch. Đáp ứng với stress bao gồm những đáp ứng sinh lí hoặc tập tính giúp cá có thể thích nghi với hoàn cảnh mới. Tuy nhiên, nếu nhân tố gây stress quá nghiêm trọng hoặc kéo dài, vượt quá khả năng chịu đựng của cá, sẽ phá vỡ hệ thống miễn dịch (và các hệ thống khác) của cá. Vì vậy, nếu cá chịu tác động của các nhân tố gây bệnh, hoặc sức khoẻ kém do chất lượng môi trường xấu (ví dụ hàm lượng oxy hoà tan thấp, hàm lượng ammonia cao, nhiều thể rắn lơ lửng) thì hiệu quả của việc sử dụng vacxin sẽ bị sụt giảm.
Tác động ức chế của stress lên hệ miễn dịch được thực hiện qua trung gian của các hormon, chủ yếu là các corticosteroid. Trong vòng đời của một số loài cá có vài giai đoạn trong đó hàm lượng các hormon này tăng cao, chẳng hạn giai đoạn chuyển đổi từ môi trường sống nước ngọt sang nước mặn (smolting) và trong thời kỳ thành thục sinh dục của cá hồi. Cá hồi đực trong giai đoạn thành thục và chín mùi sinh dục thường dễ mắc các bệnh truyền nhiễm. Hiện tượng này được giải thích bởi sự ức chế hệ miễn dịch do hàm lượng corticosteroid tăng cao. Cho đến nay vẫn chưa có công trình nào nghiên cứu hiệu quả của việc sử dụng vacxin đối với cá hồi đực trong thời kỳ thành thục và chín mùi sinh dục, nhưng có một vài dấu hiệu cho thấy hiệu quả sẽ rất thấp nếu sử dụng vacxin cho cá ở giai đoạn này. Trong hoạt động nuôi trồng thuỷ sản, nhiều thao tác có thể gây stress cho cá (vận chuyển, phân cỡ, gây mê,…), các nghiên cứu cho thấy rằng những thao tác này kìm hãm rõ rệt mức độ sản xuất kháng thể ở các loài cá thí nghiệm. Mật độ nuôi cao cũng là một nhân tố quan trọng, bên cạnh tác động xấu đến chất
lượng nước, còn làm ức chế đáp ứng miễn dịch của cá. Nhiều loài cá sống theo đàn hình thành nên nhóm cá thể khoẻ mạnh chiếm ưu thế và một số cá thể yếu kém hơn. Những cá thể yếu này luôn luôn có hàm lượng corticosteroid cao trong máu.
Một số loài cá khi bị stress do mật độ cao còn tiết pheromone gây nên hiệu ứng stress lên các cá thể khác. Thí dụ, trong nước bể nuôi cá chép ở mật độ cao có một chất gây nên sự ức chế nhịp tim và tốc độ sinh trưởng của nhóm cá chép nuôi ở mật độ bình thường.
• Dinh dưỡng
Như đã đề cập trên đây, đáp ứng miễn dịch hữu hiệu đối với việc sử dụng vacxin phụ thuộc vào tình trạng sức khoẻ của cá. Để đảm bảo quá trình tổng hợp các nhân tố bảo vệ và duy trì chức năng của các tế bào thẩm quyền miễn dịch, cá nuôi cần được cung cấp thức ăn cân đối để thoả mãn nhu cầu dinh dưỡng của cá. Nhu cầu dinh dưỡng của cá chép, rainbow trout, cá hồi Đại Tây Dương, cá nheo Mỹ và vài loài cá khác đã được nghiên cứu khá kỹ. Tuy nhiên, đa số các nghiên cứu này chỉ chú ý đến đáp ứng của cá thí nghiệm thể hiện qua hệ số thức ăn, chỉ vài nghiên cứu có xem xét đến tỷ lệ sống và khả năng đề kháng bệnh. Rất ít nghiên cứu chú ý đến ảnh hưởng củacác chất dinh dưỡng đến đáp ứng miễn dịch của cá. Hiện nay chỉ có một số công bố liên quan đến ảnh hưởng của ascorbic acid (vitamin C) và - tocopherol (vitamin E).
+ Vitamin C
Các mức vitamin C cao hơn nhu cầu dinh dưỡng cực đại đảm bảo sinh trưởng bình thường củagiống cá nheo Mỹ đã làm gia tăng sức đề kháng của cá thí nghiệm đối với bệnh do vi khuẩn Edwardsiella tarda và E. ictaluriđặc biệt ở nhiệt độ dưới 23oC. Đáp ứng kháng thể đề kháng E. ictaluri của cá nheo Mỹ được cho ăn thức ăn thiếu vitamin C thấp hơn cá được
cho ăn liều bình thường (30-300 mg vitamin C/kg thức ăn). Liều dùng vitamin C cao (3000mg vitamin C/kg thức ăn) còn làm gia tăng hơn nữa đáp ứng kháng thể của loài cá này. Khi thiếu hụt vitamin C sẽ làm suy giảm khả năng thực bào của các thực bào tuần hoàn trong máu cá nheo Mỹ đối với vi khuẩn E. ictaluri, nhưng thức ăn chứa vitamin C liều cao không gia tăng khả năng thực bào so với nhóm cá đối chứng được cho ăn liều vitamin C thông dụng. Các mức vitamin C trong thức ăn dường như không ảnh hưởng đến hoạt tính tiêu diệt vi khuẩn (bactericidal activity) của các thực bào.
Những kết quả nghiên cứu trên đây cho thấy, ở cá nheo Mỹ, liều lượng vitamin C được khuyến cáo trong các loại thức ăn thông dụng là nhân tố hạn chế chức năng cực thuận của đáp ứng miễn dịch và các cơ chế đề kháng không đặc hiệu, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp, việc bổ sung vitamin C cần phải được tăng cường.
+ Vitamin E
Cá rainbow trout được cho ăn thức ăn thiếu vitamin E trong thời gian 12-17 tuần bị suy giảm đáp ứng kháng thể và hoạt tính thực bào so với nhóm cá đối chứng được cho ăn thức ăn chứa 40 UI vitamin E / 100g thức ăn. Điều thú vị trong thí nghiệm này là nhóm cá không được cung cấp vitamin E vẫn tỏ ra mạnh khoẻ và tốc độ sinh trưởng vẫn không sai khác có ý nghĩa so với cá đối chứng có bổ sung vitamin E. Do đó, cần phải sử dụng một số chỉ số sinh hoá khác (như tính dễ vỡ của hồng cầu) để xác định nhu cầu vitamin E của cá. Khi sử dụng các chỉ số này, người ta thấy rằng cá rainbow trout đòi hỏi vitamin E và các axit béo không no cao hơn vào mùa đông, khi nhiệt độ nước thấp.
Những thí nghiệm trên cho thấy đáp ứng miễn dịch của cá có thể rất nhạy cảm đối với các mức vitamin E bổ sung tuy đàn cá thí nghiệm vẫn có vẻ mạnh khoẻ. Có lẽ mức độ vitamin E trong các loại thức ăn thương mại thông dụng (thường biến động từ 7.5-40 UI/kg) không đủ cho đáp ứng miễn dịch tốt nhất.
Cần tiếp tục nghiên cứu thêm để khẳng định các kết quả trên đây và mở rộng phạm vi nghiên cứu để xác định vai trò của các chất dinh dưỡng khác ảnh hưởng đến đáp ứng miễn dịch của cá. ởlớp thú, ngoài vitamin C và vitamin E, các chất dinh dưỡng có ảnh hưởng đến đáp ứng miễn dịch còn bao gồm vitamin A, kẽm và các dạng chất béo trong thức ăn. Nhìn
chung, những nghiên cứu này sẽ góp phần cải thiện công thức các loại thức ăn nhằm nâng cao sức đề kháng bệnh cho cá nuôi.
• Chất gây ô nhiễm
Các chất gây ô nhiễm ở liều dưới ngưỡng gây chết (sublethal dose) có thể ảnh hưởng đến cơ chế phòng vệ của cá và cuối cùng có thể gây hại cho cá tương tự như ở mức gây chết do làm gia tăng mức nhạy cảm đối với các bệnh truyền nhiễm. Hiện đã biết được nhiều chất gây ô nhiễm gây ức chế đáp ứng miễn dịch của cá và gia tăng tính nhạy cảm đối với bệnh tật. Hiện vẫn chưa xác định được cơ chế của tác động này nhưng có thể do 3 nguyên nhân sau đây:
- Chất ô nhiễm (thí dụ phenol) ức chế khả năng tiếp thụ kháng nguyên khi gây miễn dịch bằng phương pháp tắm bởi ảnh hưởng đến tính thấm của mang.
- Gây nên tình trạng stress kéo dài dẫn đến sự ức chế miễn dịch.
- Tác động trực tiếp đến hoạt tính của các tế bào tham gia vào đáp ứng miễn dịch hoặc các hoạt chất do các tế bào này sản sinh ra như trường hợp của các kim loại nặng.