SI DEFINISCE STRESS LA CONDIZIONE IN CUI L’EQUILIBRIO DINAMICO (OMEOSTASI) DI UN
ORGANISMO ANIMALE E’ “DISTURBATO” DA STIMOLI (intrinseci o estrinseci),
COMUNEMENTE DEFINITI “STRESSORI”
Lo stimolo determina
nell’animale una duplice
risposta:
1) altera l’omeostasi;
2) determina le risposte
(fsiologiche e/o
comportamentali) adattative
PRIMARY RESPONSES
Increase in corticosteroid and
chatecholamines
Il sistema costituito dal SNA-cellule cromaffni ed il sistema HPI
regolano il controllo e la distribuzione delle risorse energetiche
sia in condizioni normali che di stress.
SNA-cellule cromaffini
Il passaggio da Tirosina a DOPA
è la tappa lenta della sintesi di
Adrenalina
L’attività della PNMT
(feniletanolamina-N-metil
transferasi è stimolata dal
cortisolo.
Funzionalmente le cellule cromaffini sono analoghe ai
neuroni posgangliari del sistema nervoso simpatico
Nei vertebrati le catecolamine sono rilasciate nel circolo
ematico in condizioni che richiedono un aumento del
trasporto di ossigeno e la mobilizzazione delle riserve
energetiche
Nei teleostei i valori normali di catecolamine circolanti sono
<1nM. In risposta a “stressori” il valore incrementa
rapidamente. Gli incrementi di adrenalina e noradrenalina
sono specie specifici e dipendono anche dal tipo di stimolo.
Si possono raggiungere anche valori > di 1000 nM. Il picco
di catecolamine circolanti conseguente a stress acuto,
rapidamente decrementa (questo è dovuto alla breve emivita
delle stesse <10 min).
Le catecolamine incrementano l’assunzione di ossigeno mediante:
- aumento della frequenza della ventilazione branchiale
- aumento del flusso ematico brachiale
- aumento della capacità di diffusione dell’ossigeno
- aumento della capacità di trasporto dell’ossigeno
Questi effetti sono mediati attraverso recettori
adrenergici
Le catecolamine determinano iperglicemia mediante:
- glicogenolisi (a livello epatico) e susseguente rilascio di glucosio
(processo mediato da recettori b )
- gluconeogenesi (< 20%). Aumenta quando terminano le riserve di
glicogeno
Le catecolamine determinano anche la mobilizzazione degli acidi grassi.
Questo effetto è fortemente specie specifico.
H+
HCO3Cl-
Na+
The Bohr Shift
FUNZIONI
DELLE
CATECOLAMINE
ASSE IPOTALAMO-IPOFISI-TESSUTO INTERRENALE
CONTROLLO
ENDOCRINO DELLA
PRODUZIONE DI
CORTISOLO
Once synthesised, cortisol diffuses out of the interrenal cells into the blood plasma. Fishes do not appear
to possess specific corticosteroid-binding proteins in the plasma.
Cortisol precipitates physiological and behavioural responses by binding to and activating specific
cortisol receptors in target tissues. Receptors are located either (1) extracellularly on the membrane of
target cells and so mediate a rapid, direct action (non-genomic pathway) or (2) intracellularly so when
the receptor–hormone complex diffuses into the nucleus in the target cell, it binds and acts as a
transcription factor and either activates or represses one or several genes (a slower genomic pathway).
There are two types of receptors for cortisol: mineralocorticoid receptors (MR) and glucocorticoid
receptors (GR). MRhave a higher affinity for cortisol and are believed to play a role in regulating
circadian fluctuations of the hormone. GR have a lower affinity and are believed to be more important
in the regulation of the response to stress. Most fishes possess MR and two GR isoforms, GR1 and GR2.
GR2 appears to be more sensitive to low levels of circulating cortisol, whereas GR1 is sensitive only to
higher levels, and thus acute stressor
La risposta allo stress (produzione di cortisolo) è influenzata da diversi fattori:
1) GENETICI
La risposta allo stress (produzione di cortisolo) è influenzata da differenti
fattori:
2) Fase del ciclo vitale
Alcune specie possono rispondere agli stimoli stressogeni a partire dalla
seconda settimana dopo la schiusa. E' stato dimostrato che già dopo una
settimana dalla schiusa, sebbene gli animali non sono in grado di rispondere direttamente
agli stimoli stressogeni (non sono in grado di produrre cortisolo), il loro tessuto
interrenale può produrre cortisolo se viene stimolato da ACTH. Questo risultato dimostra
che esiste un breve periodo successivo alla schiusa durante il quale l'asse HPI non è
ancora funzionante.
Le specie a sviluppo più rapido mostrano una capacità di risposta allo stress più precoce.
La capacità di rispondere allo stress è aumentata durante i periodi di
metamorfosi.
La risposta allo stress (produzione di cortisolo) è infl uenzata da differenti
Fattori
3) Fattori ambientali
Quasi tutti i fattori ambientali possono influenzare la capacità dei pesci di
rispondere agli stimoli stressogeni.
I fattori ambientali includono: la temperatura di acclimatazione, la salinità, l'ora del
giorno, il colore delle vasche di allevamento etc...
Anche fattori interni (stato nutrizionale, presenza di patologie) possono influenzare
la capacità di rispondere allo stress.
4) Stress ripetuti
I pesci mostrano una risposta cumulativa a stress ripetuti.
Comunque stress ripetuti possono determinare una desensibilizzazione degli
animali e determinare una minore risposta endocrina e metabolica.
RUOLO BIOLOGICO DEL CORTISOLO NEI TELEOSTEI
- Regolazione dell’omeostasi idrica e salina
- Regolazione del metabolismo energetico
- Riduzione della crescita e soppressione della
riproduzione e del sistema immunitario
ORGANI BERSAGLIO DEL CORTISOLO SONO:
- LE BRANCHIE, L’INTESTINO ED IL FEGATO
Heat shock protein
expression in fish
Heat shock proteins (HSPs) are a group of intracellular proteins that
have an unusually high degree of identity at the amino acid level,
among diverse organisms. As this family of proteins is induced by
stressors other than heat, they are also commonly referred to as
`stress proteins' in the literature. The term stress proteins also may
refer to several other groups of proteins that respond to stressors.
For example, metallothioneins, which are expressed in response to
heavy metal exposure, or cytochrome P450 enzymes, or HSPs, all
may be considered as stress proteins.
The naming of HSPs are generally based on their molecular mass
(kilodaltons, kDa) as determined by sodium dodecyl sulphate
polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Heat shock
proteins are also grouped according to function (e.g. chaperonin),
DNA sequence, and antibody cross-reactivity. The commonly used
categories are: 100 kDa; 90 kDa; 70 kDa; 60 kDa; and the 16-30
kDa group, and are usually referred to as HSP100, HSP90, HSP70,
HSP60, and the low molecular weight (LMW) class of proteins,
respectively.
Heat shock proteins are constitutively expressed in cells to
maintain a number of critical cellular processes relating to protein
folding, fidelity and translocation. These proteins also are induced
in cells in response to a variety of stressors and enhance survival
by protecting vital cellular functions.
NO changes in gills SP30
and SP70
Lo shock termico determina un incremento delle HSP 30 e 70
nelle branchie.
Se lo shock termico è preceduto da manipolazione la risposta in
termini di produzione di HSP è minore
SECONDARY RESPONSE:
EFFETTO DELLO STRESS SUL BILANCIO
IDRICO E SALINO
I pesci che ricevono SOLO l’impianto del cortisolo o SOLO lo
sham implant NON mostrano variazioni significative di SP30 e
SP70 nelle branchie
Lo shock termico preceduto da
sham implant determina un
incremento di SP 30 e SP 70
Lo shock termico preceduto da
impianto di cortisolo riduce la
produzione di SP 30 mentre non
varia le SP 70.
SECONDARY RESPONSE:
EFFETTO DELLO STRESS CRONICO SUL BILANCIO
IDRICO E SALINO
SECONDARY RESPONSE:
EFFETTO DELLO STRESS (cronico) SUL BILANCIO IDRICO E SALINO
Secondary Responses: Changes in immuno function
I Teleostei hanno sviluppato un sistema immunitario per molti versi simile a quello dei
mammiferi. Esso è infatti in grado di avere risposte di tipo innato o aspecifico legato alla
presenza di cellule o sostanze xenogene. Questa immunità. comprende: le cellule
citotossiche non specifiche (NCC), i fagociti (neutrofili e macrofagi), le reazioni
infiammatorie e l’attività. di sostanze solubili tra cui le lectine, la proteina C-reattiva,
alcuni tipi di interferone, il complemento e i peptidi antimicrobici.
Oltre all’immunità innata, i
Teleostei presentano anche
una risposta immunitaria
acquisita o specifica e le sue
caratteristiche distintive sono
la straordinaria specificità per
i
diversi
antigeni
eventualmente presenti e la
capacità
di
mantenere
memoria immunologica nel
tempo
IMMUNITA’ INNATA
Il sistema immunitario innato è caratterizzato da risposte più semplici, di tipo non
specifico e rappresenta la prima linea di difesa dell’organismo contro un ampio spettro di
agenti patogeni. Il riconoscimento delle sostanze esogene è mediato da proteine o
recettori che riconoscono molecole tipiche dei patogeni quali i polisaccaridi, i
lipopolisaccaridi (LPS), il DNA batterico, l’RNA a doppio filamento e altre molecole che
normalmente non si trovano sulla superficie degli organismi multicellulari.
Il lisozima (PM 12,5-15 KDa) fa parte dei fattori umorali aspecifici (Immunità aspecifica).
Proprietà chimico-fisiche
Il lisozima, detto anche muramidasi o mucopeptide N-acetilmuramoilidrolasi, è un enzima con
specifiche funzioni idrolitiche nei confronti delle pareti cellulari dei microrganismi. Il lisozima allo
stato puro si presenta in cristalli bianchi o giallastri oppure in polvere amorfa, ed è una proteina acida
dotata di una buona stabilità..
Meccanismo batteriostatico
Il lisozima è un enzima idrolasi che agisce specificamente sulle pareti cellulari dei
microrganismi, con particolari proprietà idrolitiche nei confronti dei peptidoglicani presenti nelle
cellule dei cocchi. Il suo meccanismo d'azione consiste nella disgregazione delle pareti cellulari di
batteri, lieviti e muffe, ottenuto provocando la rottura dei legami glicosidici e peptidici presenti sulla
loro superficie; in particolare, il lisozima attacca il legame β-1,4-glicosidico tra l'acido
Nacetilmuramico (NAM) e la N-acetilglucosamina (NAG), andando poi a riformare un nuovo
polisaccaride.
Questo polisaccaride è anche la componente principale delle pareti cellulari batteriche, pertanto,
in seguito all'azione del lisozima, le cellule del microrganismo si rompono a causa di uno squilibrio
nella pressione osmotica, che ne comporta la dissoluzione e quindi la morte.
In base alle diverse specie su cui agisce, lisozima può essere classificato in tre tipologie; si parla,
quindi, di enzimi idrolitici delle pareti cellulari batteriche, enzimi idrolitici delle pareti cellulari dei
lieviti ed enzimi idrolitici delle pareti cellulari fungine. In generale, il lisozima dimostra delle buone
capacità antisettiche nei confronti di batteri Gram+, di microrganismi costituiti da spore aerobiche, del
Bacillus subtilis e del Bacillus licheniformis, e la sua azione idrolitica risulta particolamente efficiente
nei confronti dei micrococchi.
IMMUNITA’ ACQUISITA
L’immunità acquisita o adattativa costituisce un meccanismo di difesa
evolutasi negli gnatostomati congiuntamente con il differenziamento di
mandibola e mascella. Essa rappresenta un meccanismo di risposta
immunitaria più evoluto rispetto all’immunità innata, in quanto stimolata
solo dall’esposizione agli antigeni che accrescono la sua intensità e
potenzialità difensiva ad ogni successiva esposizione. Le sue tre
caratteristiche principali sono la specificità, la specializzazione e la
memoria; i principali componenti cellulari sono i linfociti e le cellule
accessorie . La risposta immunitaria di tipo specifico può essere classificata
in due tipologie, a seconda delle componenti del sistema immunitario
implicate: l’immunità umorale, mediata dai linfociti B, che rispondono agli
antigeni attraverso gli anticorpi, e l’immunità cellulare mediata dai linfociti
T. Anche i pesci, come gnatostomati, presentano un’immunità specifica,
umorale e cellulare, che fa capo ai linfociti B e T
