E’ universalmente noto che il periodo di transizione, che comprende le tre settimane precedenti e successive al parto, è caratterizzato da alta incidenza di malattie metaboliche ed infettive nelle bovine da latte. La metà di queste ultime, infatti, è colpita da una o più patologie in questo intervallo di tempo.
Evidenze crescenti suggeriscono che le endotossine di origine batterica possano avere un ruolo nella patogenesi dei disturbi del periparto. Si tratta di componenti della parete, sia di batteri gram-negativi (lipopolisaccaridi, LPS) che di gram-positivi (acidi lipoteicoici, LTA). Lo scopo di questa review è approfondire le attuali conoscenze sulla natura e sugli effetti delle endotossine, nonché sul loro ruolo nella patogenesi delle malattie del periparto nella bovina da latte.
Fonti di endotossine
Nella bovina da latte si ipotizza che la fonte principale di endotossine sia il tratto gastroenterico. Il microbioma ruminale e dei tratti successivi dell’apparato digerente è ricco di batteri gram-positivi e negativi; tale ambiente è molto sensibile alle variazione di pH. Il passaggio da una dieta da asciutta a una da lattazione, ricca di cereali e concentrati, causa una depressione dei valori di pH generalmente accompagnati da aumento dei LPS presenti in situ (da 2 a 13 volte). In condizioni di dieta ad alto contenuto in foraggi, il pH è stabile entro valori fisiologici e la popolazione batterica più rappresentata è costituita da Bacteroides e Firmicutes. Sebbene i pareri non siano concordi, si suppone la capacità dei LPS di attraversare la parete ruminale ed intestinale ed entrare in circolo in caso di acidosi. I LPS infatti sono in grado di alterare l’integrità della barriera intestinale.
Anche la mammella rappresenta una fonte di endotossine: è stato dimostrato che i LPS possono attraversare la barriera emato-mammaria per entrare nella circolazione sanguigna. Le infezioni da batteri gram-positivi tendono a cronicizzare, sia a causa dell’abilità di adattamento all’ambiente mammario, sia perché gli LTA innescano una risposta immunitaria meno intensa rispetto ai LPS; non sono stati condotti studi sulla permeabilità della barriera emato-mammaria agli LTA.
Infine, la contaminazione batterica dell’ambiente uterino durante e dopo il parto rappresenta una potenziale fonte di endotossine. In corso di metrite i LPS possono essere trasferiti dal lume uterino alla circolazione sanguigna, con una correlazione positiva tra gravità della metrite e la concentrazione di LPS plasmatici. Il fenomeno è stato osservato solo in corrispondenza del primo postparto, probabilmente per alterazioni della barriera ematica che si verificano durante la transizione.
Meccanismi di trasporto delle endotossine
Le barriere del tratto gastrointestinale, della ghiandola mammaria e dell’utero sono costituite da uno strato di cellule epiteliali unite da giunzioni serrate. La distruzione o l’alterazione di queste giunzioni può aumentare la permeabilità e facilitare l’ingresso in circolo delle endotossine. Ricerche recenti hanno dimostrato che sia i LPS che gli LTA possono distruggere le giunzioni serrate e/o alterare la funzionalità della barriera attraverso l’induzione della ossido nitrico sintetasi (iNOS), responsabile dell’aumento delle concentrazioni di ossido nitrico (NO) e dell’aumento della permeabilità. Questi effetti sono stati osservati nel tratto intestinale, nell’utero affetto da endometrite e nella mammella in corso di mastite. E’ stata anche ipotizzata la capacità di indurre apoptosi nelle cellule intestinali (enterociti), fenomeno che aggraverebbe la condizione di maggiore permeabilità della barriera epiteliale.
E’ possibile che le endotossine possano raggiungere il circolo anche tramite un trasporto cellulare attivo, anche nel caso in cui le giunzioni serrate rimangano intatte. In condizioni fisiologiche l’epitelio intestinale è continuamente esposto alla presenza batterica; l’equilibrio ospite-flora intestinale è regolato da una iporesponsività alle componenti batteriche. In condizioni di flogosi intestinale l’espressione dei toll-like receptors (TLR) stimola l’endocitosi di LPS e LTA ed il loro ingresso in circolo. Una volta internalizzati, i LPS possono essere trasferiti all’interno dei lisosomi oppure nell’apparato di Golgi, per l’inclusione nei chilomicroni. Questo tipo di lipoproteine infatti ha una alta affinità per i LPS, ma ciò facilita la circolazione delle endotossine attraverso il torrente ematico e linfatico.
Destino delle endotossine in circolo
La presenza in circolo di endotossine stimola il rilascio di citochine proinfiammatorie. Una parte delle endotossine assorbite dagli enterociti ed inclusa nei chilomicroni è veicolata al fegato tramite il circolo portale; le cellule di Kuppfer e gli stessi epatociti metabolizzano questi composti, limitando la quota che raggiunge la circolazione sistemica. Dall’altro lato, però, ciò stimola la produzione di ulteriori citochine proinfiammatorie. La quota non metabolizzata di endotossine entra nella circolazione sistemica veicolata da lipoproteine di classe HDL ed LDL. A loro volta, queste potranno essere rimosse dal torrente ematico o dagli epatociti o dal tessuto adiposo. Il rilascio massivo di citochine infiammatorie dovuto ai livelli di LPS e LTA in circolo da un lato induce una risposta immunitaria, dall’altro può essere responsabile di shock settico, di insufficienza multiorgano e morte dell’ospite. Le evidenze scientifiche suggeriscono però che le HDL possono neutralizzare l’effetto dei LPS in vivo: il loro legame infatti ne impedisce il rilascio sistemico, favorisce la detossificazione in sede epatica e l’escrezione tramite il sistema biliare.
Nella bovina da latte la presenza di elevati livelli di LPS in circolo è associata a diminuzione della calcemia sierica; allo stesso tempo è stato osservato che l’infusione endovenosa di calcio durante uno stato di sepsi in realtà aggrava l’insufficienza multiorgano e la mortalità. Si ipotizza quindi che l’ipocalcemia abbia un effetto protettivo contro l’endotossiemia. L’aumento della calcemia da 41, 49 o 85 mg/L tramite infusione con CaCl2 incrementa la mortalità, rispettivamente, dal 20% al 37% e 80%. Al contrario, la somministrazione di agenti chelanti del calcio (acido tetracetico di glicole etilenico), con diminuzione della calcemia a 36 mg/L, diminuisce la mortalità indotta da LPS allo 0%. Si pensa, quindi, che l’ipocalcemia peripartale possa avere un ruolo protettivo contro la presenza di LPS nella bovina da latte. Anche i NEFA, possedendo attività calcio-chelante, potrebbero rivelarsi un fattore protettivo contro lo shock settico indotto da endotossine nelle bovine in transizione.
Invited review: role of bacterial endotoxins in the etiopathogenesis of periparturient diseases of transition dairy cows
Eckel E.F. and Ametaj B.N.
Dairy Sci. 99:5967-5990, 2016
DOI: http://dx.doi. Org/10.3168/jds.2015-10727
