Apa itu endotoksin?

Asal:

Endotoksin, bersama dengan eksotoksin, adalah racun bakteri. Berbeda dengan eksotoksin yang secara aktif disekresikan oleh bakteri hidup, endotoksin (nama “endotoksin” yunani; endo = dalam; toksin = racun) merupakan komponen membran sel luar dari bakteri gram negatif seperti Escherichia coli, Salmonella, Shigella, dan cyanobacteria (alga biru-hijau). Mereka hanya dibebaskan dalam kasus

• • kematian bakteri karena mekanisme pertahanan tubuh yang efektif atau aktivitas antibiotik tertentu

  • pertumbuhan bakteri (shedding) (Todar, 2008-2012).

    

Struktur

Secara biokimia, endotoksin adalah lipopolisakarida (LPS). Mereka terdiri dari fraksi lipid yang relatif seragam (Lipid A) dan rantai polisakarida spesifik spesies. Toksisitasnya terutama disebabkan oleh lipid A; bagian polisakarida memodifikasi aktivitas mereka. Berbeda dengan bakteri, endotoksinnya sangat stabil terhadap panas dan tahan sterilisasi. Nama endotoksin dan lipopolisakarida digunakan secara sinonim dengan “endotoksin” yang menekankan pada kejadian dan aktivitas biologis dan “lipopolisakarida” pada struktur kimianya (Hurley, 1995).

Dampak

Endotoksin termasuk dalam apa yang disebut agen-pirogen (mereka memicu demam), mengaktifkan jalur pensinyalan beberapa sel imunokompeten. Kontak awal dengan endotoksin mengarah pada aktivasi dan pematangan sistem kekebalan yang didapat. Braun-Fahrländer dan rekan kerja (2002) menemukan bahwa anak-anak yang terpapar endotoksin memiliki lebih sedikit masalah dengan demam, asma atopik, dan sensitisasi atopik. Ini mungkin penjelasan bahwa pada populasi manusia, setelah peningkatan standar kebersihan, peningkatan alergi dapat diamati.

Spesies hewan yang berbeda menunjukkan kepekaan yang berbeda terhadap infus endotoksin, misalnya anjing (sehat), tikus, mencit, ayam betina mentolerir konsentrasi ≥1mg / kg berat badan, sedangkan ruminansia (sehat), babi, kuda bereaksi sangat peka pada konsentrasi <5μg / kg tubuh berat badan (Olson et al., 1995 dikutip dalam Wilken, 2003)

Alasan peningkatan paparan organisme terhadap endotoksin

Endotoksin biasanya terjadi di usus, karena mikroflora juga mengandung bakteri gram negatif. Prasyarat agar endotoksin berbahaya adalah keberadaannya dalam aliran darah. Dalam aliran darah, tingkat endotoksin yang rendah masih dapat ditangani oleh pertahanan kekebalan, tingkat yang lebih tinggi dapat menjadi kritis. Peningkatan endotoksin dalam organisme dihasilkan dari masukan yang lebih tinggi dan / atau tingkat pembersihan atau detoksifikasi yang lebih rendah

Masukan endotoksin yang lebih tinggi ke dalam organisme

Sejumlah kecil endotoksin “normal” yang timbul di usus karena aktivitas bakteri biasa dan berpindah ke organisme tidak memiliki dampak negatif selama hati melakukan fungsi pembersihannya. Selain itu, endotoksin yang disimpan di jaringan adiposa tidak bermasalah. Namun, beberapa faktor dapat menyebabkan pelepasan endotoksin atau translokasi endotoksin ke dalam organisme:

1.     Tekanan:

Situasi stres seperti nifas, operasi, cedera dapat menyebabkan iskemia di saluran usus dan translokasi endotoksin ke dalam organisme (Krüger, 1997). Situasi stres lain dalam produksi hewan, seperti suhu tinggi dan kepadatan ternak yang tinggi, berkontribusi pada tingkat endotoksin yang lebih tinggi dalam aliran darah. Stres menyebabkan kebutuhan metabolik yang lebih tinggi untuk air, natrium, dan zat kaya energi. Untuk ketersediaan yang lebih tinggi dari zat-zat ini, permeabilitas penghalang usus meningkat, kemungkinan mengarah ke translokasi yang lebih tinggi dari bakteri dan toksinnya ke dalam aliran darah.

Contoh:

• Kadar endotoksin yang lebih tinggi pada babi dalam studi eksperimental yang menderita stres akibat pemuatan dan pengangkutan, peningkatan suhu (Seidler (1998) dikutip dalam Wilken (2003)).

• Pelari maraton (Brock-Utne et al., 1988) dan pacuan kuda (Baker et al., 1988) juga menunjukkan konsentrasi endotoksin yang lebih tinggi dalam darah sebanding dengan stres saat berlari; dengan demikian, kuda terlatih menunjukkan konsentrasi yang lebih rendah daripada yang tidak terlatih.

2.     Lipolisis untuk mobilisasi energi

Jika endotoksin, karena stres yang terus-menerus, secara konsisten masuk ke aliran darah, mereka dapat disimpan di jaringan adiposa. SR-B1 (Scavenger receptor B1, reseptor membran yang termasuk dalam kelompok reseptor pengenalan pola) berikatan dengan lipid dan lipopolisakarida, kemungkinan mendorong penggabungan LPS dalam kilomikron. Ditransfer dari kilomikron ke lipoprotein lain, LPS akhirnya sampai di jaringan adiposa (Hersoug et al., 2016). Mobilisasi energi dengan lipolisis misalnya, selama awal laktasi, misalnya, menyebabkan masuknya kembali endotoksin ke dalam aliran darah.

3.     Kerusakan pelindung usus

Dalam kondisi normal, akibat aktivitas bakteri, endotoksin ada di usus. Kerusakan penghalang usus memungkinkan translokasi endotoksin (dan bakteri) ini ke dalam aliran darah

4.     Penghancuran bakteri gram negatif

“Sumber” lain untuk endotoksin adalah penghancuran bakteri. Hal ini dapat dilakukan di satu sisi dengan sistem kekebalan organisme atau dengan pengobatan dengan zat bakterisidal yang menargetkan bakteri gram (Kastner, 2002). Untuk mencegah peningkatan pelepasan endotoksin, dalam kasus bakteri gram negatif, pengobatan dengan zat bakteriostatik hanya menghambat pertumbuhan dan tidak menghancurkan bakteri, atau dengan bakterisida yang dikombinasikan dengan agen pengikat LPS, akan menjadi alternatif yang lebih baik (Brandenburg , 2014).

5.     Proliferasi bakteri gram negatif

Karena bakteri gram negatif juga melepaskan sejumlah kecil endotoksin saat mereka tumbuh, segala sesuatu yang mendorong perkembangbiakannya juga menyebabkan peningkatan endotoksin.

6.     Makanan

Sapi dengan umur tinggi misalnya, diberi pakan kaya pati, untuk menyediakan energi yang cukup untuk produksi susu dan pemeliharaan dengan kandungan serat yang rendah, hal ini sering menyebabkan asidosis subklinis atau klinis. Ketika bakteri gram negatif dalam rumen terbunuh oleh pH rendah, lipopolisakarida mereka dilepaskan.

Peningkatan makan lemak menyebabkan konsentrasi endotoksin yang lebih tinggi dalam organisme, karena “transporter” yang sama (reseptor kelas B tipe 1, SR-BI) yang sama dapat digunakan (Hersoug et al., 2016) untuk penyerapan lemak sebagai serta untuk penyerapan endotoksin.

Dalam sebuah studi dengan manusia sebagai representasi spesies monogastrik, Deopurkar dan rekan kerja memberikan tiga minuman berbeda (glukosa – 100% karbohidrat, jus jeruk – 92% karbohidrat, dan krim – 100% lemak) kepada peserta yang sehat. Hanya minuman krim yang meningkatkan kadar lipopolisakarida dalam plasma.

7. Penyakit menular

Penyakit infeksi seperti mastitis, metritis, dan infeksi lain yang disebabkan oleh bakteri gram seperti E. coli, Salmonella, dll. Dapat dianggap sebagai sumber pelepasan endotoksin.

Detoksifikasi atau degradasi yang menurun

Organ penanggung jawab utama: hati

Tugas: detoksifikasi dan degradasi endotoksin yang ditranslokasi. Hati menghasilkan zat seperti protein pengikat lipopolisakarida (LBP) yang diperlukan untuk mengikat dan menetralkan struktur lipopolisakarida.

Selama periode post partum, organisme berada dalam fase katabolik, dan lipolisis sangat meningkat untuk pembangkit energi karena produksi susu. Peningkatan lipolisis mengarah, seperti yang disebutkan sebelumnya, pada pelepasan endotoksin keluar dari jaringan adiposa tetapi juga degenerasi lemak di hati. Hati yang mengalami degenerasi lemak tidak dapat menghasilkan kinerja yang sama dalam pembersihan endotoksin daripada hati normal (Andersen, 2003; Andersen et al., 1996; Harte et al., 2010; Wilken, 2003).  Dalam sebuah penelitian yang dilakukan oleh Andersen dan rekan kerja (1996), mereka tidak dapat mencapai pembersihan endotoksin sepenuhnya pada sapi dengan hati berlemak. Terjadinya peningkatan lipidosis hati setelah partus (Reid dan Roberts, 1993; Wilken, 2003).

Selain itu, penyakit hati lainnya mempengaruhi pembersihan endotoksin di hati. Hanslin dan rekan kerja (2019) menemukan eliminasi endotoksin yang terganggu pada babi dengan sindrom respons inflamasi sistemik yang sudah ada sebelumnya.

Gambar 3: Hubungan antara metabolisme lipid dan metabolisme endotoksin (menurut Fürll, 2000, dikutip dalam Wilken, 2003)

Masalah yang disebabkan oleh endotoksin

Endotoksin, di satu sisi, secara positif dapat menstimulasi sistem kekebalan ketika terjadi dalam jumlah kecil (Sampath, 2018). Menurut McAleer dan Vella (2008), lipopolisakarida digunakan sebagai bahan pembantu alami untuk memperkuat reaksi kekebalan pada kasus vaksinasi dengan mempengaruhi respon sel T CD4. Di sisi lain, mereka terlibat dalam pengembangan masalah parah seperti MMA-Complex (Pig Progress) atau septic shock (Sampath, 2018).

MMA-Complex di tabur

MMA pada induk babi merupakan penyakit multi faktor yang muncul segera setelah farrowing (12 jam sampai tiga hari), yang disebabkan oleh faktor yang berbeda (patogen seperti E. coli, Klebsiella spps., Staph. Spps. Dan Mycoplasma spps., Tetapi juga stres, diet). MMA juga dikenal sebagai sindrom puerperal, septikemia nifas, demam susu, atau toksemia. Nama terakhir menunjukkan bahwa salah satu faktor yang mengintervensi penyakit ini adalah endotoksin bakteri. Selama fase perinatal, katabolisme lemak besar-besaran berlangsung untuk mendukung laktasi. Babi sering mengalami obstipasi yang menyebabkan permeabilitas dinding usus yang lebih tinggi, dengan bakteri, masing-masing endotoksin dipindahkan ke aliran darah. “Sumber” lain dari endotoksin dapat menjadi ambing, karena prevalensi bakteri gram negatif di kelenjar susu sangat luar biasa (Morkoc et al., 1983).

Endotoksin dapat menyebabkan disfungsi endokrin: ↑ Kortisol, ↓ PGF2α, ↓ Prolaktin, ↓ Oksitosin. MMA adalah singkatan dari:

– Mastitis, infeksi bakteri pada ambing.

Mastitis dapat dipicu dari dua sisi: di satu sisi, endotoksemia menyebabkan peningkatan sitokin (IL1, 6, TNFα). Lebih rendah Ca dan K-tingkat menyebabkan sphincter dot menjadi kurang fungsional, memfasilitasi masuknya patogen lingkungan ke dalam ambing dan mengakibatkan mastitis. Di sisi lain, karena stres berat, konsentrasi kortisol menjadi lebih tinggi. Imunosupresi yang dihasilkan memungkinkan E. coli berkembang biak di ambing.

– Metritis, infeksi rahim dengan cairan vulva:

Hal ini menyebabkan kontraksi berkurang dan, oleh karena itu, pada anak babi yang mati dan / atau mati dalam waktu lama dan / atau rumit. Metritis dapat dipicu oleh stres yang menyebabkan penurunan sekresi oksitosin dan prostaglandin F2 α. Morkoc dan rekan kerja (1983) tidak menemukan hubungan antara metritis dan endotoksin.

– Agalactia, pengurangan atau kehilangan total produksi susu:

Dalam banyak kasus, agalaktia tidak terdeteksi sampai litter menunjukkan tanda-tanda kelaparan dan / atau penurunan berat badan. Paling buruk, angka kematian pada anak babi meningkat. Mungkin, kekurangan susu disebabkan oleh rendahnya kadar hormon yang terlibat dalam menyusui. Kadar prolaktin misalnya, dapat dikurangi secara dramatis dengan volume kecil endotoksin (Smith dan Wagner, 1984). Kadar oksitosin seringkali setengah dari babi betina normal (Pig Progress, 2020)

Syok endotoksin

Syok septik dapat menjadi respons terhadap pelepasan endotoksin dalam jumlah tinggi.

Dalam kasus infeksi bakteri gram negatif, hewan diobati dengan antibiotik (seringkali bakterisidal). Selain itu, sistem kekebalan sedang menghilangkan bakteri. Karena kematian bakteri, endotoksin dilepaskan secara masif. Ketika tidak terikat, mereka mengaktifkan sistem kekebalan termasuk makrofag, monosit, dan sel endotel. Akibatnya, sejumlah besar mediator seluler seperti TNFα, Interleukin 1 (IL-1), IL-6, dan leukotrien dilepaskan. Sitokin pro-inflamasi tingkat tinggi mengaktifkan komplemen dan kaskade koagulasi. Pada beberapa hewan, produksi prostaglandin dan leukotrien dirangsang, yang menyebabkan demam tinggi, penurunan tekanan darah, pembentukan trombus dalam darah, kolaps, merusak beberapa organ, dan syok yang mematikan (endotoksik).

Syok endotoksik hanya terjadi pada beberapa hewan yang rentan, meskipun seluruh kawanan mungkin telah dirangsang oleh kekebalan. Masalah yang lebih parah adalah penurunan kinerja anak babi yang biasanya kuat, sumber daya yang menyimpang dari produksi ke sistem kekebalan karena endotoksemia.

Diare yang diperkuat

Lipopolisakarida mengarah pada pelepasan prostaglandin yang bertambah, yang mempengaruhi fungsi gastrointestinal. Bersama-sama dengan leukotrien dan mediator pro-inflamasi di dalam mukosa, mereka mengurangi absorpsi usus (Munck et al., 1988; Chiossone et al., 1990) tetapi juga memulai keadaan pro-sekresi di usus. Liang dan rekan kerja (2005) mengamati akumulasi cairan yang melimpah di usus kecil yang bergantung pada dosis yang mengakibatkan peningkatan aktivitas diare dan penurunan motilitas gastrointestinal pada tikus.

Kesimpulan

Bertindak melawan bakteri gram dapat menyebabkan masalah yang lebih parah – endotoksemia. Endotoksin selain berdampak negatif langsung pada organisme juga berkontribusi pada beberapa penyakit. Mendukung kesehatan usus dengan berbagai pendekatan, termasuk pengikatan racun, membantu menjaga kesehatan hewan. Adv