Fræðigreinar
Áhrif lýsisríks fæðis á lifun músa eftir sýkingu með Klebsiella pneumoniae eða Streptococcus pneumoniae
Markmið: Áhrif lýsisneyslu á lifun eftir sýkingar og á sjálfnæmissjúkdóma hefur verið staðfest af ýmsum rannsóknarhópum. Talið er að áhrifin megi rekja til breytinga á ónæmissvari líkamans. Flestar rannsóknanna hafa verið gerðar með Gram neikvæðu bakteríunni Klebsiella pneumoniae. Ónæmissvarið gegn Gram jákvæðum bakteríum er nokkuð frábrugðið svari gegn Gram neikvæðum bakteríum. Þá er Gram jákvæða bakterían Streptococcus pneumoniae mjög algengur sýkingavaldur, einkum í börnum.
Til að kanna hvort verndandi áhrif lýsisneyslu séu mismunandi eftir því hvort sýkt er með Gram jákvæðum eða Gram neikvæðum bakteríum rannsökuðum við áhrif lýsisríks fæðis á lifun músa eftir sýkingar með Klebsiella pneumoniae eða Streptococcus pneumoniae.
Efniviður og aðferðir: 120 NMRI músum var skipt í fjóra hópa og voru aldar á fæði bættu með lýsi (tveir hópar, 30 mýs í hvorum hópi) eða á fæði bættu með kornolíu (tveir hópar, 30 mýs í hvorum hópi). Eftir sex vikur voru mýsnar sýktar með Klebsiella pneumoniae (lýsishópur og kornolíuhópur) eða með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3 (lýsishópur og kornolíuhópur). Fylgst var með lifun músanna. Tilraunin var síðan endurtekin á sama hátt.
Niðurstöður: Lifun músa sem sýktar voru með Klebsiella pneumoniae var marktækt betri hjá hópunum sem fengu lýsisríkt fæði samanborið við hópana sem fengu kornolíubætt fæði (p=0,0001 og 0,0013).
Ekki var tölfræðilega marktækur munur á lifun músa sem sýktar voru með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3 hvort heldur þær fengu lýsisríkt eða kornolíuríkt fæði (p=0,74 og p=0,15).
Ályktanir: Niðurstöður okkar benda til þess að áhrif lýsisríks fæðis tilraunadýra séu greinileg þegar sýkt er með Gram neikvæðu bakteríunni Klebsiella pneumoniae en ekki í sýkingum með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3.
Inngangur
Undanfarin ár hafa margir rannsakað áhrif mismunandi fitusýra á ónæmiskerfi líkamans. Niðurstöður rannsókna benda til þess að lýsi hafi verndandi áhrif gegn mörgum sjúkdómum, þar með talið bólgusjúkdómum og sjálfnæmissjúkdómum (1-5). Lýsi er auðugt af v-3 fitusýrum (6) og neysla þess eykur magn v-3 fitusýra í frumuhimnum líkamans. Af því leiðir síðan að aukin framleiðsla verður á bólgumiðlum framleiddum úr v-3 fitusýrum en minni framleiðsla verður á bólgumiðlum framleiddum úr v-6 fitusýrum, svo sem arakídónsýru.
Fyrri niðurstöður okkar og annarra sýna að lýsi hefur verndandi áhrif gegn sýkingum með Gram neikvæðu bakteríunni Klebsiella pneumoniae (6-8). Í rannsóknum okkar fram til þessa höfum við notað kornolíu eða ólífuolíu til samanburðar við áhrif lýsisins (6, 7, 9). Mismunur lýsis annars vegar og ólífuolíu eða kornolíu hins vegar felst fyrst og fremst í magni omega-3 fitusýra í lýsi en omega-6 eða omega-9 fitusýrum í kornolíu eða ólífuolíu (6). Í rannsóknum okkar hefur lýsi haft greinileg áhrif umfram bæði ólífuolíu eða kornolíu.
Flestar rannsóknir á verndandi áhrifum lýsis í sýkingum hafa verið gerðar með bakteríunni Klebsiella pneumoniae þó fleiri sýklar hafi verið reyndir (8, 10-15). Rannsóknir á Gram jákvæðum bakteríum eru þó af skornum skammti (16-18).
Pneumókokkar eru algengir sýkingavaldar hjá börnum og fullorðnum. Talið er að ár hvert valdi þeir sýkingum í meira en 150 milljónum manna í heiminum (19, 20). Þeir eru ein algengasta bakterían sem veldur heilahimnubólgu, eyrnabólgu og lungnabólgu (20).
Í ljósi þess að lítið er vitað um áhrif lýsisríks fæðis á sýkingar með Gram jákvæðum bakteríum, auk þess sem pneumókokkar eru afar algengur sjúkdómavaldur, voru í tilraun þessari rannsökuð áhrif lýsisneyslu tilraunadýra á lifun eftir sýkingar í lungu með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3 annars vegar og hins vegar Klebsiella pneumoniae.
Efni og aðferðir
Tilraunadýr og meðferð þeirra
Tilraunadýrin voru 120 NMRI kvenmýs, skipt í fjóra jafnstóra hópa, sem aldar voru á Tilraunastöð Háskólans í meinafræði að Keldum. Mýsnar voru aldar á hefðbundinn hátt og höfðu frjálsan aðgang að fæðu og vatni meðan á tilrauninni stóð.
Í sex vikur voru mýsnar aldar á hefðbundnu nagdýrafóðri frá Special Diets Services (Witham, Essex, England). Músunum var skipt í 4 hópa og fengu tveir hópar fæði bætt með lýsi (Lýsi ehf, Grandavegi, Reykjavík, Ísland) og tveir hópar fæði bætt með kornolíu (Wesson, Hunt-Wesson Inc., Fullerton, USA) þannig að fitusýrumagn og hitaeiningamagn hópanna væri sambærilegt. Lýsið og kornolían námu 10% af þyngd fæðisins.
Sýklar, sýkingar og framkvæmd
Streptococcus pneumoniae (hjúpgerð 3) var fengin frá Sýklafræðideild Landspítala háskólasjúkrahúss. Gerðar voru tvær sýkingatilraunir og var fjöldi bakteríanna sem sýkt var með annars vegar 7.500 og hins vegar 9.000. Fjöldi músa í hvorri tilraun voru 60, 30 fengu lýsisríkt fæði og 30 mýs fengu kornolíuríkt fæði.
Klebsiella pneumoniae, ATCC 43816, var einnig fengin frá Sýklafræðideild Landspítala háskólasjúkrahúss. Gerðar voru tvær sýkingatilraunir og var fjöldi bakteríanna annars vegar 275 og hins vegar 436. Fjöldi músa í hvorri tilraun var 60, 30 mýs fengu lýsisríkt fæði og 30 fengu kornolíuríkt fæði.
Við sýkingu voru mýsnar svæfðar með pentobarbiton-sodium (50 mg/kg) sem sprautað var í kviðarhol. Síðan voru mýsnar hengdar upp á vír á framtönnunum og 50 ml af lausn með bakteríunum látnir drjúpa niður í nefhol þeirra og þaðan niður í lungu. Að 10 mínútum liðnum var músunum komið fyrir í sitjandi stöðu þar til þær vöknuðu af svæfingunni. Lausnin með bakteríunum var geymd í ísbaði meðan á sýkingarferlinu stóð til að hindra fjölgun bakteríanna og voru þær í log fasa við sýkingu. Aðferðinni hefur verið lýst áður (21).
Fylgst var með lifun músanna á átta klukkustunda fresti. Tilraunin var framkvæmd tvisvar á sama hátt, að því frátöldu að í annarri tilrauninni var fylgst með músunum í 14 daga en í hinni í 18 daga.
Tölfræði
Lifun tilraunadýranna var metin með Kaplan-Meier log rank prófi. Munur var talinn tölfræðilega marktækur ef p-gildi var minna en 0,05.
Niðurstöður
Þyngdaraukning músanna var sú sama í hópunum sem fengu lýsisríkt fæði og þeim sem fengu kornolíuríkt fæði.
Lifun músa sem sýktar voru með Klebsiella pneumoniae var marktækt betri hjá hópnum sem alinn hafði verið á lýsisríku fæði samanborið við hópinn sem alinn var á kornolíuríku fæði í báðum tilraununum (p=0,0001 og 0,0013) (mynd 1).
Ekki var tölfræðilega marktækur munur á lifun músa sem sýktar voru með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3 og fengu lýsisríkt fæði og þeirra sem fengu kornolíuríkt fæði í hvorugri tilrauninni (p=0,74 og p=0,15 )(mynd 2).
Umræða
Fyrri niðurstöður rannsóknarhópsins sýndu betri lifun músa sem sýktar voru með Gram neikvæðu bakteríunni Klebsiella pneumoniae og aldar voru á lýsisbættu fæði samanborið við mýs sem aldar voru á kornolíubættu fæði (6, 7). Þó flestar rannsóknir á áhrifum lýsis í sýkingum hafi verið gerðar með Klebsiella penumoniae hafa einnig aðrir sýklar verið notaðir. Þannig hefur verið bent á góð áhrif lýsis eftir sýkingar með Pseudomonas aeruginosa (10) og eftir innspýtingu endótoxína bæði eftir gjöf lýsisríks fæðis (11) og einnig eftir gjöf lýsisblöndu í æð (22). Þá hefur tilraunadýrum verið gefin lýsislausn í æð skömmu eftir upphaf blóðsýkingar. Niðurstöðurnar sýndu marktækt betri lifun dýranna sem fengu lausnina samanborið við saltvatn (23). Einnig hefur lifun tilraunadýra verið betri eftir sýkingar með Helicobacter pylori, bæði in vivo og in vitro (12, 13) og sömu sögu er að segja af sýkingum með berklum (14) og malaríu (8, 15, 24). Loks hefur verið sýnt fram á vaxtarhemjandi áhrif lýsis á veirur in vitro (25) en áhrif lýsisneyslu á veirusýkingar í tilraunadýrum in vivo hafa hins vegar bent til hægari hreinsunar veirunnar úr öndunarvegi og minnkaðrar framleiðslu á interferón-gamma (26).
Rannsóknir á Gram jákvæðum bakteríum eru af skornum skammti. Þær niðurstöður kunna þó að vera mikilvægar, meðal annars í ljósi tíðni sýkinga af völdum slíkra baktería. Rannsóknir hafa þó verið gerðar á áhrifum lýsisríks fæðis á sýkingar með Staphylococcus aureus (16, 17). Benda niðurstöðurnar til ákveðinna áhrifa lýsisríks fæðis á ónæmissvar kanína en hafði ekki áhrif á hreinsun baktería úr lungum (17). Einnig hefur rannsókn á nýfæddum rottuungum leitt í ljós að neysla lýsis olli minnkaðri hreinsun Staphylococcus aureus úr lungum (16). Þannig virðist sem áhrif lýsisríks fæðis séu ekki þau sömu í tilraunum með Staphylococcus aureus samanborið við til dæmis Klebsiella pneumoniae.
Niðurstöður okkar nú, þar sem verndandi áhrifa lýsis gætir ekki þegar sýkt er með Gram jákvæðu bakteríunni Streptococcus pneumoniae, eru athyglisverðar. Mögulegt er að hluti skýringarinnar geti verið sá að þessar mismunandi bakteríutegundir vekji mismunandi ónæmissvar (27) og að önnur þeirra sé frekar háð afleiðum lýsis en hin. Þó greining ónæmissvarsins eftir bakteríutegundum sé ekki glögg er þó Streptococcus pneumoniae talinn vekja aðallega B-eitilfrumusvar sem einkennist af þroskun þeirra í mótefnaseytrandi plasmafrumur. Á hinn bóginn vekja Gram neikvæðar bakteríur á borð við Klebsiella pneumoniae frekar upp frumubundið ónæmissvar sem einkennist af því að T-eitilfrumur eru kallaðar til og útrýma sýkingarvaldinum ýmist með þroskun í drápsfrumur eða hjálparfrumur. Þessi munur endurspeglast einnig í mismunandi framleiðslu ýmissa frumuboðefna. Örvun B-frumna er einna helst tengd við framleiðslu IL-4 og IL-5 en örvun T-fruma er fremur háð framleiðslu IL-2. Niðurstöður margra rannsókna benda til að lýsi minnki styrk boðefna IL-1, IL-2, IL-6 og TNF-a en þessi boðefni hafa öll hlutverk við bólgumiðlun í ónæmiskerfi líkamans (28). Í tilraunum okkar var sýkt með Streptococcus pneumoniae af hjúpgerð 3 en þessi hjúpgerð hefur óvenju mikinn sykrungahjúp. Einnig var sýkt með Klebsiella pneumoniae sem inniheldur mikið af lípópólísakkaríðum. Munur þessara baktería er því afar mikill.
Neysla á v-3 fitusýrum hefur líklega áhrif á ýmsa þætti ónæmiskerfisins eins og fjallað hefur verið um í yfirlitsgreinum (29, 30). Bent hefur verið á að lýsisríkt fæði auki framleiðslu eitilfrumna í öndunarvegum eftir veirusýkingar í tilraunadýrum en dragi hins vegar úr framleiðslu sérhæfðra T-eitilfrumna (30, 31). Fleiri breytingum á starfsemi og fjölgun eitilfrumna hefur verið lýst (32). Rannsóknir hafa einnig bent til að draga mætti úr bælingu lymfocýta í sepsis með lýsisgjöf (23). Niðurstöður hafa einnig sýnt fram á minni framleiðslu IL-12 og interferón-gamma í dýrum (33). Einnig hefur verið bent á aukningu á sjálfstýrðum frumudauða hjá tilraunadýrum sem fengu lýsisríkt fæði (34). Þó hafa einnig verið birtar niðurstöður sem sýna minni vöxt malaríu in vitro og in vivo eftir lýsisneyslu tilraunadýra sem varla styður kenningar um ónæmisbælingu (24). Því má ætla að áhrif lýsisins á ónæmissvar líkamans sé afar fjölbreytt.
Í rannsóknum okkar og annarra hefur ýmist verið notað kornolíubætt fæði eða ólífuolíubætt fæði til viðmiðunar við lýsisgjöfina (6, 7, 9, 14, 16, 35, 36). Mismunur á fitusýrusamsetningunni felst fyrst og fremst í omega-3 innihaldi lýsisins sem hvorki er í ólífuolíu né kornolíu. Viðmiðunarfæðið hefur hins vegar sýnt sömu niðurstöður og hefðbundið fæði í tilraunum okkar (6, 7, 37). Því er eðlilegt að álykta að áhrifin séu fyrst og fremst vegna lýsisgjafarinnar og þá vegna omega-3 innihalds lýsisins.
Niðurstöður okkar nú benda ákveðið til þess að áhrif lýsisríks fæðis tilraunadýra séu greinileg í sýkingum með Klebsiella penumoniae en ekki í sýkingum með Streptococcus pneumoniae. Ástæður þessa munar eru enn ekki ljósar.
Þakkir
Sonja Vilhjálmsdóttir annaðist dýrahald á Keldum. Örn Ólafsson aðstoðaði við tölfræðiútreikninga. Styrkir til rannsóknarinnar fengust frá RANNÍS, Nýsköpunarsjóði námsmanna, Lýsi ehf, Aðstoðarmannasjóði Háskóla Íslands og Vísindasjóði Landspítalans. Sýklafræðideild Landspítala lagði til bakteríurnar.
Heimildir
1. Kremer JM, Lawrence DA, Petrillo GF, Litts LL, Mullaly PM, Rynes RI, et al. Effects of high-dose fish oil on rheumatoid arthritis after stopping nonsteroidal antiinflammatory drugs. Clinical and immune correlates. Arthritis Rheum 1995; 38: 1107-14.
2. Bittner SB, Tucker WB, Cartwright I, Bleehen SS. A double blind, randomised, placebo-controlled trial of fish oil in psoriasis. Lancet 1988; 1: 378-80.
3. Miura S, Tsuzuki Y, Hokari R, Ishii H. Modulation of intestinal immune system by dietary fat intake: relevance to Crohn's disease. J Gastroenterol Hepatol 1998; 13: 1183-90.
4. Cheng IK, Chan PC, Chan MK. The effect of fish-oil dietary supplement on the progression of mesangial IgA glomerulonephritis. Nephrol Dial Transplant 1990; 5: 241-6.
5. Harbige LS. Dietary n-6 and n-3 fatty acids in immunity and autoimmune disease. Proc Nutr Soc 1998; 57: 555-62.
6. Björnsson S, Harðardóttir I, Gunnarsson E, Haraldsson Á. Lýsisneysla eykur lifun músa eftir sýkingu með Klebsiella pneumoniae. Læknablaðið 1997; 83: 289-93.
7. Bjornsson S, Hardardottir I, Gunnarsson E, Haraldsson A. Dietary fish oil supplementation increases survival in mice following Klebsiella pneumoniae infection. Scand J Infect Dis 1997; 29: 491-3.
8. Blok WL, Vogels MTE, Curfs JHAJ, Eling WMC, Buurman WA, van der Meer JWM. Dietary fish-oil supplementation in experimental gram-negative infection and in cerebral malaria in mice. J Infect Dis 1992; 165: 898-903.
9. Þórisdóttir A, Sigurðsson JR, Erlendsdóttir H, Einarsson I, Guðmundsson S, Gunnarsson E, et al. Áhrif lýsisneyslu á bakteríuvöxt in vivo. Læknablaðið 2001; 87: 715-18.
10. Peck MD, Alexander JW, Ogle CK, Babcock GF. The effect of dietary fatty acids on response to Pseudomonas infection in burned mice. J Trauma 1990; 30: 445-52.
11. Rosa DM, Spillert CR, Flanagan JJ, Lazaro EJ. Beneficial effect of cod liver oil in murine endotoxemia. Research Communications in Chemical Pathology and Pharmacology 1990; 70: 125-7.
12. Wang X, Sjunnesson H, Sturegard E, Wadstrom T, Willen R, Aleljung P. Dietary factors influence the recovery rates of Helicobacter pylori in a BALB/cA mouse model. Zentralblatt für Bakteriologie 1998; 288: 195-205.
13. Thompson L, Cockayne A, Spiller RC. Inhibitory effect of polyunsaturated fatty acids on the growth of Helicobacter pylori: a possible explanation of the effect of diet on peptic ulceration. Gut 1994; 35: 1557-61.
14. Paul KP, Leichsenring M, Pfisterer M, Mayatepek E, Wagner D, Domann M, et al. Influence of n-6 and n-3 polyunsaturated fatty acids on the resistance to experimental tuberculosis. Metabolism 1997; 46: 619-24.
15. Fevang P, Sääv H, Høstmark AT. Dietary Fish Oils and Long-Term Malaria Protection in Mice. Lipids 1995; 30: 437-41.
16. D'Ambola JB, Aeberhard EE, Trang N, Gaffar S, Barrett CT, Sherman MP. Effect of dietary (n-3) and (n-6) fatty acids on in vivo pulmonary bacterial clearance by neonatal rabbits. J Nutr 1991; 121: 1262-9.
17. Palombo JD, DeMichele SJ, Boyce PJ, Lydon EE, Liu JW, Huang YS, et al. Effect of short-term enteral feeding with eicosapentaenoic and gamma- linolenic acids on alveolar macrophage eicosanoid synthesis and bactericidal function in rats. Crit Care Med 1999; 27: 1908-15.
18. Fritsche KL, Shahbazian LM, Feng C, Berg JN. Dietary fish oil reduces survival and impairs bacterial clearance in C3H/Hen mice challenged with Listeria monocytogenes. Clin Sci (Colch) 1997; 92: 95-101.
19. Bluestone C, Klein J, Paradise J, et.al. Workshop on effects of otitis media on the child. Pediatrics 1983; 71: 639-52.
20. Williams W, Hickson M, Kane M, Kendal A, Spika J, Hinman A. Immunization policies and vaccine coverage among adults. The risk for missed opportunities (published erratum appears in Ann Intern Med 1988; 109: 348). Ann Intern Med 1988; 108: 616-25.
21. Magnusson V, Erlendsdóttir H, Kristinsson KG, Guðmundsson S. Comparative efficiacy of penicillin and ceftriaxone against penicillin resistant pneumococci in a mouse pneumonia model. In: ICAAC; 1995; 1995.
22. Mascioli E, Leader L, Flores E, Trimbo S, Bistrian B, Blackburn G. Enhanced survival to endotoxin in guinea pigs fed IV fish oil emulsion. Lipids 1988; 23: 623-5.
23. Lanza-Jacoby S, Flynn JT, Miller S. Parenteral supplementation with a fish-oil emulsion prolongs survival and improves rat lymphocyte function during sepsis. Nutrition 2001; 17: 112-6.
24. Kumaratilake LM, Robinson BS, Ferrante A, Poulos A. Antimalarial properties of n-3 and n-6 polyunsaturated fatty acids: in vitro effects on Plasmodium falciparum and in vivo effects on P. berghei. J Clin Invest 1992; 89: 961-7.
25. Thormar H, Isaacs CE, Brown HR, Barshatzky MR, Pessoano T. Inactivation of enveloped viruses and killing of cells by fatty acids and monoglycerides. Antimicrob agents chemother 1987; 31: 27-31.
26. Byleveld PM, Pang GT, Clancy RL, Roberts DC. Fish oil feeding delays influenza virus clearance and impairs production of interferon-gamma and virus-specific immunoglobulin A in the lungs of mice. J Nutr 1999; 129: 328-35.
27. Cundell D, Masure HR, E.I. T. The molecular basis of pneumococcal infection: A hypothesis. Clin Infect Dis 1995; 21: S204-12.
28. Calder PC. Can v-3 polyunsaturated fatty acids be used as immunomodulary agents? Pharmacological targets in the immune response. 1996; 24: 211-20.
29. Calder PC. n-3 polyunsaturated fatty acids and cytokine production in health and disease. Ann Nutr Metab 1997; 41: 203-34.
30. Calder PC. Immunoregulatory and anti-inflammatory effects of n-3 polyunsaturated fatty acids. Braz J Med Biol Res 1998; 31: 467-90.
31. Byleveld M, Pang GT, Clancy RL, Roberts DC. Fish oil feeding enhances lymphocyte proliferation but impairs virus- specific T lymphocyte cytotoxicity in mice following challenge with influenza virus. Clin Exp Immunol 2000; 119: 287-92.
32. Yaqoob P, Newsholme EA, Calder PC. The effect of dietary lipid manipulation on rat lymphocyte subsets and proliferation. Immunology 1994; 82: 603-10.
33. Fritsche KL, Anderson M, Feng C. Consumption of eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid impair murine interleukin-12 and interferon-gamma production in vivo. J Infect Dis 2000; 182: S54-61.
34. Avula CP, Zaman AK, Lawrence R, Fernandes G. Induction of apoptosis and apoptotic mediators in Balb/C splenic lymphocytes by dietary n-3 and n-6 fatty acids. Lipids 1999; 34: 921-7.
35. Blok WL, Vogels MT, Curfs JH, Eling WM, Buurman WA, van der Meer JW. Dietary fish-oil supplementation in experimental gram-negative infection and in cerebral malaria in mice. J Infect Dis 1992; 165: 898-903.
36. Peck MD, Alexander JW, Ogle CK, Babcock GF. The effect of dietary fatty acids on response to Pseudomonas infection in burned mice. J Trauma 1990; 30: 445-52.
37. Alexander NJ, Smythe NL, Jokinen MP. The type of dietary fat affects the severity of autoimmune disease in NZB/NZW mice. Am J Pathol 1987; 127: 106-21.
Til að kanna hvort verndandi áhrif lýsisneyslu séu mismunandi eftir því hvort sýkt er með Gram jákvæðum eða Gram neikvæðum bakteríum rannsökuðum við áhrif lýsisríks fæðis á lifun músa eftir sýkingar með Klebsiella pneumoniae eða Streptococcus pneumoniae.
Efniviður og aðferðir: 120 NMRI músum var skipt í fjóra hópa og voru aldar á fæði bættu með lýsi (tveir hópar, 30 mýs í hvorum hópi) eða á fæði bættu með kornolíu (tveir hópar, 30 mýs í hvorum hópi). Eftir sex vikur voru mýsnar sýktar með Klebsiella pneumoniae (lýsishópur og kornolíuhópur) eða með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3 (lýsishópur og kornolíuhópur). Fylgst var með lifun músanna. Tilraunin var síðan endurtekin á sama hátt.
Niðurstöður: Lifun músa sem sýktar voru með Klebsiella pneumoniae var marktækt betri hjá hópunum sem fengu lýsisríkt fæði samanborið við hópana sem fengu kornolíubætt fæði (p=0,0001 og 0,0013).
Ekki var tölfræðilega marktækur munur á lifun músa sem sýktar voru með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3 hvort heldur þær fengu lýsisríkt eða kornolíuríkt fæði (p=0,74 og p=0,15).
Ályktanir: Niðurstöður okkar benda til þess að áhrif lýsisríks fæðis tilraunadýra séu greinileg þegar sýkt er með Gram neikvæðu bakteríunni Klebsiella pneumoniae en ekki í sýkingum með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3.
Inngangur
Undanfarin ár hafa margir rannsakað áhrif mismunandi fitusýra á ónæmiskerfi líkamans. Niðurstöður rannsókna benda til þess að lýsi hafi verndandi áhrif gegn mörgum sjúkdómum, þar með talið bólgusjúkdómum og sjálfnæmissjúkdómum (1-5). Lýsi er auðugt af v-3 fitusýrum (6) og neysla þess eykur magn v-3 fitusýra í frumuhimnum líkamans. Af því leiðir síðan að aukin framleiðsla verður á bólgumiðlum framleiddum úr v-3 fitusýrum en minni framleiðsla verður á bólgumiðlum framleiddum úr v-6 fitusýrum, svo sem arakídónsýru.Fyrri niðurstöður okkar og annarra sýna að lýsi hefur verndandi áhrif gegn sýkingum með Gram neikvæðu bakteríunni Klebsiella pneumoniae (6-8). Í rannsóknum okkar fram til þessa höfum við notað kornolíu eða ólífuolíu til samanburðar við áhrif lýsisins (6, 7, 9). Mismunur lýsis annars vegar og ólífuolíu eða kornolíu hins vegar felst fyrst og fremst í magni omega-3 fitusýra í lýsi en omega-6 eða omega-9 fitusýrum í kornolíu eða ólífuolíu (6). Í rannsóknum okkar hefur lýsi haft greinileg áhrif umfram bæði ólífuolíu eða kornolíu.
Flestar rannsóknir á verndandi áhrifum lýsis í sýkingum hafa verið gerðar með bakteríunni Klebsiella pneumoniae þó fleiri sýklar hafi verið reyndir (8, 10-15). Rannsóknir á Gram jákvæðum bakteríum eru þó af skornum skammti (16-18).
Pneumókokkar eru algengir sýkingavaldar hjá börnum og fullorðnum. Talið er að ár hvert valdi þeir sýkingum í meira en 150 milljónum manna í heiminum (19, 20). Þeir eru ein algengasta bakterían sem veldur heilahimnubólgu, eyrnabólgu og lungnabólgu (20).
Í ljósi þess að lítið er vitað um áhrif lýsisríks fæðis á sýkingar með Gram jákvæðum bakteríum, auk þess sem pneumókokkar eru afar algengur sjúkdómavaldur, voru í tilraun þessari rannsökuð áhrif lýsisneyslu tilraunadýra á lifun eftir sýkingar í lungu með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3 annars vegar og hins vegar Klebsiella pneumoniae.
English Summary |
| Thors VS, Þórisdóttir A, Erlendsdóttir H, Harðardóttir I, Einarsson I, Guðmundsson S, Gunnarsson E, Haraldsson Á Effect of dietary fish-oil on survival of experimental animals after infection with Streptococcus pneumoniae or Klebsiella pneumoniae Læknablaðið 2002; 88: 120-4 Objective: Dietary fish-oil has beneficial effect in infections and in autoimmune disorders. This effect is thought to be associated with alterations in the immune system. The Gram negative organism Klebsiella pneumoniae has been used as an infective agent in most studies investigating the effect of dietary fish-oil on infection. The immune response against Gram positive bacteria is somewhat different to the response to Gram negative oeganisms. Moreover, the Gram positive bacteria Streptococcus pneumoniae is a very common pathogen, particularly in children. To investigate whether dietary fish-oil has different effect in infections by Gram positive or Gram negative bacteria, we studied the survival of mice fed with fish-oil or corn-oil supplemented diets and infected in the lungs with either Klebsiella pneumoniae or Streptococcus pneumoniae. Materials and methods: 120 NMRI mice were divided into four groups and fed diets supplemented with fish-oil (two groups, 30 mice in each group) or corn-oil (two groups, 30 mice in each group). After six weeks, the mice were infected with Klebsiella pneumoniae (fish-oil group and corn-oil group) or with Streptococcus pneumoniae serotype 3 (fish-oil group and corn-oil group). The survival was monitored. The experiment was performed twice. Results: The survival of the mice infected with Klebsiella pneumoniae was significantly better in the groups receiving the fish-oil enriched diet as compared to the groups fed the corn-oil enriched diet (p=0.0001 and 0.0013). There was no difference in the survival of mice infected with Streptococcus pneumoniae serotype 3, receiving the fish-oil or corn-oil enriched diets (p=0.74 and p=0.15). Conclusions: These results indicate that dietary fish-oil has beneficial effect on survival of mice after experimental infection with the Gram negative bacteria Klebsiella pneumoniae but not on experimental infections with the Gram positive bacteria Streptococcus pneumoniae serotype 3. Key words: omega-3 fatty acids, experimental animals, Klebsiella pneumoniae, Streptococcus pneumoniae. Correspondence: Ásgeir Haraldsson. E-mail: asgeir@landspitali.is |
Efni og aðferðir
Tilraunadýr og meðferð þeirraTilraunadýrin voru 120 NMRI kvenmýs, skipt í fjóra jafnstóra hópa, sem aldar voru á Tilraunastöð Háskólans í meinafræði að Keldum. Mýsnar voru aldar á hefðbundinn hátt og höfðu frjálsan aðgang að fæðu og vatni meðan á tilrauninni stóð.
Í sex vikur voru mýsnar aldar á hefðbundnu nagdýrafóðri frá Special Diets Services (Witham, Essex, England). Músunum var skipt í 4 hópa og fengu tveir hópar fæði bætt með lýsi (Lýsi ehf, Grandavegi, Reykjavík, Ísland) og tveir hópar fæði bætt með kornolíu (Wesson, Hunt-Wesson Inc., Fullerton, USA) þannig að fitusýrumagn og hitaeiningamagn hópanna væri sambærilegt. Lýsið og kornolían námu 10% af þyngd fæðisins.
Sýklar, sýkingar og framkvæmd
Streptococcus pneumoniae (hjúpgerð 3) var fengin frá Sýklafræðideild Landspítala háskólasjúkrahúss. Gerðar voru tvær sýkingatilraunir og var fjöldi bakteríanna sem sýkt var með annars vegar 7.500 og hins vegar 9.000. Fjöldi músa í hvorri tilraun voru 60, 30 fengu lýsisríkt fæði og 30 mýs fengu kornolíuríkt fæði.
Klebsiella pneumoniae, ATCC 43816, var einnig fengin frá Sýklafræðideild Landspítala háskólasjúkrahúss. Gerðar voru tvær sýkingatilraunir og var fjöldi bakteríanna annars vegar 275 og hins vegar 436. Fjöldi músa í hvorri tilraun var 60, 30 mýs fengu lýsisríkt fæði og 30 fengu kornolíuríkt fæði.
Við sýkingu voru mýsnar svæfðar með pentobarbiton-sodium (50 mg/kg) sem sprautað var í kviðarhol. Síðan voru mýsnar hengdar upp á vír á framtönnunum og 50 ml af lausn með bakteríunum látnir drjúpa niður í nefhol þeirra og þaðan niður í lungu. Að 10 mínútum liðnum var músunum komið fyrir í sitjandi stöðu þar til þær vöknuðu af svæfingunni. Lausnin með bakteríunum var geymd í ísbaði meðan á sýkingarferlinu stóð til að hindra fjölgun bakteríanna og voru þær í log fasa við sýkingu. Aðferðinni hefur verið lýst áður (21).
Fylgst var með lifun músanna á átta klukkustunda fresti. Tilraunin var framkvæmd tvisvar á sama hátt, að því frátöldu að í annarri tilrauninni var fylgst með músunum í 14 daga en í hinni í 18 daga.
Tölfræði
Lifun tilraunadýranna var metin með Kaplan-Meier log rank prófi. Munur var talinn tölfræðilega marktækur ef p-gildi var minna en 0,05.
Niðurstöður
Þyngdaraukning músanna var sú sama í hópunum sem fengu lýsisríkt fæði og þeim sem fengu kornolíuríkt fæði.Lifun músa sem sýktar voru með Klebsiella pneumoniae var marktækt betri hjá hópnum sem alinn hafði verið á lýsisríku fæði samanborið við hópinn sem alinn var á kornolíuríku fæði í báðum tilraununum (p=0,0001 og 0,0013) (mynd 1).
Ekki var tölfræðilega marktækur munur á lifun músa sem sýktar voru með Streptococcus pneumoniae hjúpgerð 3 og fengu lýsisríkt fæði og þeirra sem fengu kornolíuríkt fæði í hvorugri tilrauninni (p=0,74 og p=0,15 )(mynd 2).
Umræða
Fyrri niðurstöður rannsóknarhópsins sýndu betri lifun músa sem sýktar voru með Gram neikvæðu bakteríunni Klebsiella pneumoniae og aldar voru á lýsisbættu fæði samanborið við mýs sem aldar voru á kornolíubættu fæði (6, 7). Þó flestar rannsóknir á áhrifum lýsis í sýkingum hafi verið gerðar með Klebsiella penumoniae hafa einnig aðrir sýklar verið notaðir. Þannig hefur verið bent á góð áhrif lýsis eftir sýkingar með Pseudomonas aeruginosa (10) og eftir innspýtingu endótoxína bæði eftir gjöf lýsisríks fæðis (11) og einnig eftir gjöf lýsisblöndu í æð (22). Þá hefur tilraunadýrum verið gefin lýsislausn í æð skömmu eftir upphaf blóðsýkingar. Niðurstöðurnar sýndu marktækt betri lifun dýranna sem fengu lausnina samanborið við saltvatn (23). Einnig hefur lifun tilraunadýra verið betri eftir sýkingar með Helicobacter pylori, bæði in vivo og in vitro (12, 13) og sömu sögu er að segja af sýkingum með berklum (14) og malaríu (8, 15, 24). Loks hefur verið sýnt fram á vaxtarhemjandi áhrif lýsis á veirur in vitro (25) en áhrif lýsisneyslu á veirusýkingar í tilraunadýrum in vivo hafa hins vegar bent til hægari hreinsunar veirunnar úr öndunarvegi og minnkaðrar framleiðslu á interferón-gamma (26). Rannsóknir á Gram jákvæðum bakteríum eru af skornum skammti. Þær niðurstöður kunna þó að vera mikilvægar, meðal annars í ljósi tíðni sýkinga af völdum slíkra baktería. Rannsóknir hafa þó verið gerðar á áhrifum lýsisríks fæðis á sýkingar með Staphylococcus aureus (16, 17). Benda niðurstöðurnar til ákveðinna áhrifa lýsisríks fæðis á ónæmissvar kanína en hafði ekki áhrif á hreinsun baktería úr lungum (17). Einnig hefur rannsókn á nýfæddum rottuungum leitt í ljós að neysla lýsis olli minnkaðri hreinsun Staphylococcus aureus úr lungum (16). Þannig virðist sem áhrif lýsisríks fæðis séu ekki þau sömu í tilraunum með Staphylococcus aureus samanborið við til dæmis Klebsiella pneumoniae.
Niðurstöður okkar nú, þar sem verndandi áhrifa lýsis gætir ekki þegar sýkt er með Gram jákvæðu bakteríunni Streptococcus pneumoniae, eru athyglisverðar. Mögulegt er að hluti skýringarinnar geti verið sá að þessar mismunandi bakteríutegundir vekji mismunandi ónæmissvar (27) og að önnur þeirra sé frekar háð afleiðum lýsis en hin. Þó greining ónæmissvarsins eftir bakteríutegundum sé ekki glögg er þó Streptococcus pneumoniae talinn vekja aðallega B-eitilfrumusvar sem einkennist af þroskun þeirra í mótefnaseytrandi plasmafrumur. Á hinn bóginn vekja Gram neikvæðar bakteríur á borð við Klebsiella pneumoniae frekar upp frumubundið ónæmissvar sem einkennist af því að T-eitilfrumur eru kallaðar til og útrýma sýkingarvaldinum ýmist með þroskun í drápsfrumur eða hjálparfrumur. Þessi munur endurspeglast einnig í mismunandi framleiðslu ýmissa frumuboðefna. Örvun B-frumna er einna helst tengd við framleiðslu IL-4 og IL-5 en örvun T-fruma er fremur háð framleiðslu IL-2. Niðurstöður margra rannsókna benda til að lýsi minnki styrk boðefna IL-1, IL-2, IL-6 og TNF-a en þessi boðefni hafa öll hlutverk við bólgumiðlun í ónæmiskerfi líkamans (28). Í tilraunum okkar var sýkt með Streptococcus pneumoniae af hjúpgerð 3 en þessi hjúpgerð hefur óvenju mikinn sykrungahjúp. Einnig var sýkt með Klebsiella pneumoniae sem inniheldur mikið af lípópólísakkaríðum. Munur þessara baktería er því afar mikill.
Neysla á v-3 fitusýrum hefur líklega áhrif á ýmsa þætti ónæmiskerfisins eins og fjallað hefur verið um í yfirlitsgreinum (29, 30). Bent hefur verið á að lýsisríkt fæði auki framleiðslu eitilfrumna í öndunarvegum eftir veirusýkingar í tilraunadýrum en dragi hins vegar úr framleiðslu sérhæfðra T-eitilfrumna (30, 31). Fleiri breytingum á starfsemi og fjölgun eitilfrumna hefur verið lýst (32). Rannsóknir hafa einnig bent til að draga mætti úr bælingu lymfocýta í sepsis með lýsisgjöf (23). Niðurstöður hafa einnig sýnt fram á minni framleiðslu IL-12 og interferón-gamma í dýrum (33). Einnig hefur verið bent á aukningu á sjálfstýrðum frumudauða hjá tilraunadýrum sem fengu lýsisríkt fæði (34). Þó hafa einnig verið birtar niðurstöður sem sýna minni vöxt malaríu in vitro og in vivo eftir lýsisneyslu tilraunadýra sem varla styður kenningar um ónæmisbælingu (24). Því má ætla að áhrif lýsisins á ónæmissvar líkamans sé afar fjölbreytt.
Í rannsóknum okkar og annarra hefur ýmist verið notað kornolíubætt fæði eða ólífuolíubætt fæði til viðmiðunar við lýsisgjöfina (6, 7, 9, 14, 16, 35, 36). Mismunur á fitusýrusamsetningunni felst fyrst og fremst í omega-3 innihaldi lýsisins sem hvorki er í ólífuolíu né kornolíu. Viðmiðunarfæðið hefur hins vegar sýnt sömu niðurstöður og hefðbundið fæði í tilraunum okkar (6, 7, 37). Því er eðlilegt að álykta að áhrifin séu fyrst og fremst vegna lýsisgjafarinnar og þá vegna omega-3 innihalds lýsisins.
Niðurstöður okkar nú benda ákveðið til þess að áhrif lýsisríks fæðis tilraunadýra séu greinileg í sýkingum með Klebsiella penumoniae en ekki í sýkingum með Streptococcus pneumoniae. Ástæður þessa munar eru enn ekki ljósar.
Þakkir
Sonja Vilhjálmsdóttir annaðist dýrahald á Keldum. Örn Ólafsson aðstoðaði við tölfræðiútreikninga. Styrkir til rannsóknarinnar fengust frá RANNÍS, Nýsköpunarsjóði námsmanna, Lýsi ehf, Aðstoðarmannasjóði Háskóla Íslands og Vísindasjóði Landspítalans. Sýklafræðideild Landspítala lagði til bakteríurnar.Heimildir
1. Kremer JM, Lawrence DA, Petrillo GF, Litts LL, Mullaly PM, Rynes RI, et al. Effects of high-dose fish oil on rheumatoid arthritis after stopping nonsteroidal antiinflammatory drugs. Clinical and immune correlates. Arthritis Rheum 1995; 38: 1107-14.2. Bittner SB, Tucker WB, Cartwright I, Bleehen SS. A double blind, randomised, placebo-controlled trial of fish oil in psoriasis. Lancet 1988; 1: 378-80.
3. Miura S, Tsuzuki Y, Hokari R, Ishii H. Modulation of intestinal immune system by dietary fat intake: relevance to Crohn's disease. J Gastroenterol Hepatol 1998; 13: 1183-90.
4. Cheng IK, Chan PC, Chan MK. The effect of fish-oil dietary supplement on the progression of mesangial IgA glomerulonephritis. Nephrol Dial Transplant 1990; 5: 241-6.
5. Harbige LS. Dietary n-6 and n-3 fatty acids in immunity and autoimmune disease. Proc Nutr Soc 1998; 57: 555-62.
6. Björnsson S, Harðardóttir I, Gunnarsson E, Haraldsson Á. Lýsisneysla eykur lifun músa eftir sýkingu með Klebsiella pneumoniae. Læknablaðið 1997; 83: 289-93.
7. Bjornsson S, Hardardottir I, Gunnarsson E, Haraldsson A. Dietary fish oil supplementation increases survival in mice following Klebsiella pneumoniae infection. Scand J Infect Dis 1997; 29: 491-3.
8. Blok WL, Vogels MTE, Curfs JHAJ, Eling WMC, Buurman WA, van der Meer JWM. Dietary fish-oil supplementation in experimental gram-negative infection and in cerebral malaria in mice. J Infect Dis 1992; 165: 898-903.
9. Þórisdóttir A, Sigurðsson JR, Erlendsdóttir H, Einarsson I, Guðmundsson S, Gunnarsson E, et al. Áhrif lýsisneyslu á bakteríuvöxt in vivo. Læknablaðið 2001; 87: 715-18.
10. Peck MD, Alexander JW, Ogle CK, Babcock GF. The effect of dietary fatty acids on response to Pseudomonas infection in burned mice. J Trauma 1990; 30: 445-52.
11. Rosa DM, Spillert CR, Flanagan JJ, Lazaro EJ. Beneficial effect of cod liver oil in murine endotoxemia. Research Communications in Chemical Pathology and Pharmacology 1990; 70: 125-7.
12. Wang X, Sjunnesson H, Sturegard E, Wadstrom T, Willen R, Aleljung P. Dietary factors influence the recovery rates of Helicobacter pylori in a BALB/cA mouse model. Zentralblatt für Bakteriologie 1998; 288: 195-205.
13. Thompson L, Cockayne A, Spiller RC. Inhibitory effect of polyunsaturated fatty acids on the growth of Helicobacter pylori: a possible explanation of the effect of diet on peptic ulceration. Gut 1994; 35: 1557-61.
14. Paul KP, Leichsenring M, Pfisterer M, Mayatepek E, Wagner D, Domann M, et al. Influence of n-6 and n-3 polyunsaturated fatty acids on the resistance to experimental tuberculosis. Metabolism 1997; 46: 619-24.
15. Fevang P, Sääv H, Høstmark AT. Dietary Fish Oils and Long-Term Malaria Protection in Mice. Lipids 1995; 30: 437-41.
16. D'Ambola JB, Aeberhard EE, Trang N, Gaffar S, Barrett CT, Sherman MP. Effect of dietary (n-3) and (n-6) fatty acids on in vivo pulmonary bacterial clearance by neonatal rabbits. J Nutr 1991; 121: 1262-9.
17. Palombo JD, DeMichele SJ, Boyce PJ, Lydon EE, Liu JW, Huang YS, et al. Effect of short-term enteral feeding with eicosapentaenoic and gamma- linolenic acids on alveolar macrophage eicosanoid synthesis and bactericidal function in rats. Crit Care Med 1999; 27: 1908-15.
18. Fritsche KL, Shahbazian LM, Feng C, Berg JN. Dietary fish oil reduces survival and impairs bacterial clearance in C3H/Hen mice challenged with Listeria monocytogenes. Clin Sci (Colch) 1997; 92: 95-101.
19. Bluestone C, Klein J, Paradise J, et.al. Workshop on effects of otitis media on the child. Pediatrics 1983; 71: 639-52.
20. Williams W, Hickson M, Kane M, Kendal A, Spika J, Hinman A. Immunization policies and vaccine coverage among adults. The risk for missed opportunities (published erratum appears in Ann Intern Med 1988; 109: 348). Ann Intern Med 1988; 108: 616-25.
21. Magnusson V, Erlendsdóttir H, Kristinsson KG, Guðmundsson S. Comparative efficiacy of penicillin and ceftriaxone against penicillin resistant pneumococci in a mouse pneumonia model. In: ICAAC; 1995; 1995.
22. Mascioli E, Leader L, Flores E, Trimbo S, Bistrian B, Blackburn G. Enhanced survival to endotoxin in guinea pigs fed IV fish oil emulsion. Lipids 1988; 23: 623-5.
23. Lanza-Jacoby S, Flynn JT, Miller S. Parenteral supplementation with a fish-oil emulsion prolongs survival and improves rat lymphocyte function during sepsis. Nutrition 2001; 17: 112-6.
24. Kumaratilake LM, Robinson BS, Ferrante A, Poulos A. Antimalarial properties of n-3 and n-6 polyunsaturated fatty acids: in vitro effects on Plasmodium falciparum and in vivo effects on P. berghei. J Clin Invest 1992; 89: 961-7.
25. Thormar H, Isaacs CE, Brown HR, Barshatzky MR, Pessoano T. Inactivation of enveloped viruses and killing of cells by fatty acids and monoglycerides. Antimicrob agents chemother 1987; 31: 27-31.
26. Byleveld PM, Pang GT, Clancy RL, Roberts DC. Fish oil feeding delays influenza virus clearance and impairs production of interferon-gamma and virus-specific immunoglobulin A in the lungs of mice. J Nutr 1999; 129: 328-35.
27. Cundell D, Masure HR, E.I. T. The molecular basis of pneumococcal infection: A hypothesis. Clin Infect Dis 1995; 21: S204-12.
28. Calder PC. Can v-3 polyunsaturated fatty acids be used as immunomodulary agents? Pharmacological targets in the immune response. 1996; 24: 211-20.
29. Calder PC. n-3 polyunsaturated fatty acids and cytokine production in health and disease. Ann Nutr Metab 1997; 41: 203-34.
30. Calder PC. Immunoregulatory and anti-inflammatory effects of n-3 polyunsaturated fatty acids. Braz J Med Biol Res 1998; 31: 467-90.
31. Byleveld M, Pang GT, Clancy RL, Roberts DC. Fish oil feeding enhances lymphocyte proliferation but impairs virus- specific T lymphocyte cytotoxicity in mice following challenge with influenza virus. Clin Exp Immunol 2000; 119: 287-92.
32. Yaqoob P, Newsholme EA, Calder PC. The effect of dietary lipid manipulation on rat lymphocyte subsets and proliferation. Immunology 1994; 82: 603-10.
33. Fritsche KL, Anderson M, Feng C. Consumption of eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid impair murine interleukin-12 and interferon-gamma production in vivo. J Infect Dis 2000; 182: S54-61.
34. Avula CP, Zaman AK, Lawrence R, Fernandes G. Induction of apoptosis and apoptotic mediators in Balb/C splenic lymphocytes by dietary n-3 and n-6 fatty acids. Lipids 1999; 34: 921-7.
35. Blok WL, Vogels MT, Curfs JH, Eling WM, Buurman WA, van der Meer JW. Dietary fish-oil supplementation in experimental gram-negative infection and in cerebral malaria in mice. J Infect Dis 1992; 165: 898-903.
36. Peck MD, Alexander JW, Ogle CK, Babcock GF. The effect of dietary fatty acids on response to Pseudomonas infection in burned mice. J Trauma 1990; 30: 445-52.
37. Alexander NJ, Smythe NL, Jokinen MP. The type of dietary fat affects the severity of autoimmune disease in NZB/NZW mice. Am J Pathol 1987; 127: 106-21.