Chúng ta không thể đánh giá thấp tầm quan trọng của ruột đối với sức khỏe của heo. Chính ở nơi đây, các dưỡng chất được hấp thu và cung cấp cho cơ thể vật nuôi. Vậy thì bằng cách nào chúng ta có thế đánh giá vai trò chức năng của hàng rào bảo vệ này? Có nhiều phương pháp khác nhau để đánh giá vai trò của ruột – tiến hành trực tiếp với cơ thể sống hoặc trong phòng thí nghiệm.

Niêm mạc ruột đóng vai trò như một bộ phễu lọc giữa môi trường khắc nghiệt trong ruột và sự cân bằng nội bộ của mô cơ thể. Niêm mạc ruột không chỉ giúp điều chỉnh lượng dưỡng chất và phân tử được hấp thu, mà còn giúp ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh, độc tố và các kháng nguyên lạ xâm nhiễm vào mô niêm mạc, hoặc vào hệ thống tuần hoàn. Một hàng rào phòng ngự hiệu quả bao gồm nhiều thành phần tham gia như: lớp niêm mạc, hệ vi khuẩn cộng sinh, các tế bào miễn dịch và tính liên kết chặt chẽ giữa các tế bào ruột. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh những rối loạn ở hàng rào ruột có thể làm ảnh hưởng đến năng suất và sức khỏe của vật nuôi.

Đối với heo con, ruột có thể rơi vào tình trạng stress do cai sữa và do nhiễm khuẩn E. coli.

Vai trò của lớp liên kết chặt giữa các tế bào ruột đối với sức khỏe đường ruột

Niêm mạc ruột bao gồm các tế bào biểu mô hình trụ (hay còn gọi là lớp thượng bì), cũng như các lớp tế bào đệm cơ bản và lớp áo cơ niêm mạc. Có hai hướng vận chuyển ra ngoài biểu mô: vận chuyển xuyên bào (thông qua các tế bào) và vận chuyển theo đường cạnh tế bào (khoảng không gian giữa các tế bào). Sự điều chỉnh chức năng rào cản ruột phụ thuộc chủ yếu vào đường vận chuyển theo đường vận chuyển gian bào (paracellular route) (xem hình 1). Các nút liên kết giữ cho các khoảng không gian giữa các tế bào biểu mô liền kề đóng chặt và kiểm soát có chọn lọc sự khuếch tán thụ động của các ion và dưỡng chất hòa tan có kích thước nhỏ khác thông qua kênh vận chuyển gian bào.

Do đó, các nút liên kết chặt có vai trò quan trọng trong việc duy trì sự toàn vẹn của hàng rào ruột. Các nút liên kết này là những phức hợp protein, bao gồm “các protein xuyên màng” và các phân tử điều chỉnh (bao gồm enzyme kinase).

Hàng rào ruột không chỉ có vai trò cần thiết nhằm ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn gây bệnh, độc tố và kháng nguyên lạ từ thức ăn, mà còn giúp duy trì nồng độ của ion trong tế bào biểu mô, kích hoạt sự hấp thu chủ động các dưỡng chất như glucose. Bên cạnh đó, tính thấm có chọn lọc ở các mối liên kết còn cho phép hấp thu thụ động ion khoáng và nước thông qua kênh vận chuyển gian bào.

Claudin và occluding

Những protein vận chuyển màng quan trọng nhất chính là các claudin, protein xác định tính thấm của liên kết ruột ở nhiều khía cạnh. Cho đến nay, có 27 loại claudin đã được mô tả ở các loài động vật có vú, nhưng không phải tất cả những gen quy định loại proetein này đều được tìm thấy ở mọi loài động vật có vú, và biểu hiện gen phần lớn phụ thuộc vào mô cơ thể và sự phân phối giới hạn cục bộ. Occludin, một loại protein vận chuyển màng khác giữ vai trò tương tác với claudin và actin. Ngoài ra, có nhiều protein màng ngoại vi cũng tham gia vào hoạt động này.

Điều quan trọng chúng ta cần hiểu ở đây là mối liên kết chặt chẽ ở ruột cho phép lựa chọn hấp thu và vận chuyển vật chất theo cả 2 hướng là theo kích thước cỡ và theo chênh lệch điện tích. Đối với kích cỡ phân tử dưỡng chất: liên t ruột cho phép hấp thu các loại protein và lipopolysaccharide có trọng lượng phân tử giới hạn nhất định, nhưng không cho hầu hết các vi khuẩn vượt qua. Đối với hấp thu dựa trên chênh lệch điện tích: các mối liên kết ở ruột có thể hấp thu lựa chọn các dưỡng chất. Những đặc tính này có thể được quy định riêng biệt hoặc kết hợp với cùng với những kích thích sinh lý cơ thể trong điều kiện thường hoặc trong tình trạng bệnh.

Hình 1 – Những đường vận chuyển qua biểu mô ruột

Thử xem xét ví dụ với tình trạng stress cai sữa ở heo con

Stress do cai sữa làm gia tăng yếu tố giải phóng corticotropin vào máu và niêm mạc ruột. Chất này sẽ làm các tế bào màng ruột bị phân hủy. Các cytokine tiền viêm và protease được giải phóng làm thay đổi sự hình thành và phân bố protein trong cấu trúc của liên kết ruột. Hậu quả làm gia tăng tính thấm của thành ruột qua những đường biên tế bào ở giai đoạn sau cai sữa. Một số tác giả cho rằng đây là một con đường xâm nhập quan trọng của vi khuẩn Streptococcus vào trong cơ thể. Sự gia tăng tính thấm ở thành ruột theo các khoản gian bào có thể làm rò rỉ các chất chứa trong ruột và kéo dài quá trình viêm, làm tăng nguy cơ nhiễm bệnh đường ruột ở heo con. Một nghiên cứu gần đây cho thấy cromolyn, một chất ổn định tế bào thành ruột, giúp cải thiện chức năng hàng rào ruột kết hợp với cải thiện hiệu suất của heo con sau cai sữa.

Ví dụ về bệnh phù nề ở heo con

Một ví dụ điển hình khác là bệnh phù nề ở heo con. Bệnh phù nề phát sinh do những biến thể Shiga like toxin type II từ một số chủng Escherichia coli thường xuất hiện trong giai đoạn cai sữa, chính sự rối loạn chức năng rào cản ở ruột là điều kiện để những phân tử độc tố có khối lượng lớn vượt qua được biểu mô và đi vào máu.

Cho đến nay, có nhiều cách để đánh giá hiệu quả của hàng rào ruột thông qua việc xác định tính thấm của ruột bằng những phương pháp in vivo hoặc in vitro / ex vivo. Một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về những phương pháp phổ biến để đánh giá chức năng hàng rào ruột và những thông tin liên quan đến các kết quả này sẽ được trình bày dưới đây.

Đánh giá hàng rào bảo vệ ruột bằng phương pháp in vivo

Phương pháp xác định chức năng hàng rào ruột trong phòng thí nghiệm có thể được tiến hành bằng cách cho vật nuôi uống những chất chỉ thị thăm dò không tiêu hóa được và đánh giá dòng chảy của các phân tử từ ruột vào máu, hoặc nước tiểu. Các chất chỉ thị phổ biến nhất được sử dụng trên người và vật nuôi là các phân tử saccharide nhỏ như sucrose, mannitol, lactulose, hoặc chất thăm dò phóng xạ.

Sự gia tăng tỷ lệ lactulose / mannitol chỉ ra rằng chức năng hàng rào bảo vệ ruột bị suy giảm. Tuy nhiên, kết quả của phương pháp in vivo thường thiếu thông tin chi tiết về chức năng hàng rào ruột ở 1 vị trí cụ thể trong ruột. Ngoài ra, nhiều yếu tố khác như sự trao đổi chất, bài tiết và sự phân bố của chất chỉ thị trong cơ thể, cũng như chức năng thận có thể làm ảnh hưởng đến kết quả tổng thể. Ở heo con cai sữa, có những báo cáo cho thấy quá trình cai sữa làm rối loạn sự hấp thu qua các khoảng gian bào của các tế bào ở ruột non, là con đường hấp thu lactulose chính.

Đánh giá hàng rào bảo vệ ruột bằng phương pháp ex vivo

Trên heo, chức năng hàng rào ruột đã được đánh giá rộng rãi thông qua các nghiên cứu ex vivo (bên ngoài cơ thể) với kỹ thuật được gọi là “Ussing chamber technique” (sử dụng các mô hình thiết bị mô tả cơ thể). Trong kỹ thuật sử dụng các thiết bị mô phỏng, chất chứa trong ruột được lấy từ một đoạn ruột cụ thể được cắt ra từ cơ thể vật nuôi và sau đó liên kết với các buồng thiết bị để mô phỏng giống như môi trường bên trong cơ thể.

Nhiều thông số có thể được kiểm tra thông qua hệ thống Ussing chamber, bao gồm chỉ số điện trở xuyên tế bào ruột (TEER) và dòng điện ngắn mạch (Isc) như là những chỉ số đánh giá sự toàn vẹn của ruột và sự vận chuyển ion xuyên bào. Ngoài ra, các đầu dò khác nhau có thể được thêm vào ở phía màng nhầy ruột, sau đó các đoạn đường di chuyển của chúng có thể được xác định thông qua việc đánh giá chỉ số điện trở đo ở phía màng thanh dịch.

Chỉ số TEER là một chỉ thị được sử dụng rộng rãi để đánh giá tính toàn vẹn của hàng rào ruột. Giá trị TEER gia tăng cho thấy tính thấm theo đường biên giữa các tế bào giảm, còn khi giá trị TEER giảm thể hiện tính thấm xuyên màng theo đường gian bào tăng lên. Nhiều thí nghiệm trên heo con và gà thịt đã tìm thấy những thay đổi trong chỉ số TEER bởi những thách thức về môi trường (stress nhiệt), tạp chất và nhiễm khuẩn (Salmonella), do công thức thức ăn (nguồn protein) và phụ gia thức ăn chăn nuôi (chế phẩm sinh học, các loại tinh dầu, selenium). Gần đây, một nhóm nghiên cứu ở trường đại học Ghent phát hiện ra rằng một nguồn kẽm oxit được bổ sung ở mức 110 hoặc 220 mg/ kg, có thể cải thiện tính toàn vẹn của hàng rào ruột, được biểu thị bằng giá trị TEER gia tăng, so với liều sử dụng ZnO ở mức 110 mg Zn/ kg, nhưng kết quả tương tự như khi bổ sung nguồn ZnO khác ở mức 2,500 mg/ kg.

Chỉ số Isc được định nghĩa là dòng điện tích luỹ mỗi khi mô bị co rút. Isc cũng có thể phản ánh dòng vận chuyển ion xuyên qua biểu mô trong điều kiện bình thường hoặc được kích thích bằng những chất dinh dưỡng (như glucose, axit amin).

Hàng rào ruột = Sức khỏe đường ruột

Kết luận lại, hàng rào bảo vệ ở ruột hiệu quả là điều cần thiết để có sức khoẻ đường ruột tốt. Khi chức năng hàng rào bảo vệ này bị rối loạn có thể làm rò rỉ chất chứa trong lòng ruột vào máu, làm tăng tình trạng viêm, tăng nguy cơ bị nhiễm bệnh đường ruột. Chúng ta có thể xem xét một số phương pháp in vivo và ex vivo như những giải pháp bổ sung cho việc đánh giá tính toàn vẹn của hàng rào ruột. Khi cho vật nuôi uống các chất chỉ thị thăm dò, chúng ta có thể nghiên cứu tính toàn vẹn của ruột trong suốt thời gian dài mà không cần phải giết mổ vật nuôi; trong khi đó thì với các phương pháp ex vivo, chúng ta có thể đánh giá chức năng ruột ở từng vị trí cụ thể. Hơn thế nữa, chúng ta nên kết hợp các phương pháp thử nghiệm chức năng này cùng với việc phân tích thành phần vật chất thực tế cấu trúc nên hàng rào ruột, ví dụ như chất nhầy ruột (mucin) và các protein cấu trúc trong những lớp lót liên kết tế bào. Cách tiếp cận này sẽ giúp chúng ta có sự hiểu biết phòng phú về cách thức hoạt động và điều chỉnh chức năng hàng rào ruột.

Biên dịch: Ecovet Team (Pigprogress.net)

Nguồn: Ecovet