Humuszuren in een aquarium

Bladeren die op het water zijn beland en al snel naar de bodem zinken, vormen een essentieel onderdeel in rivieren, meren en beekjes. Waar water is, zijn immers veel planten en bomen langs de waterkant.

Deze bladeren vormen niet alleen het thuis van, onder meer, de vissen die in deze zoetwateren leven. Vissen zwemmen in de natuur over een laag van bladeren en mulm. En dit geldt ook voor de ouders en de voorouders van deze vissen. Veel vissoorten zijn geëvolueerd in een omgeving die bestaat uit water, bodem, bladeren en licht.

Humificatie

Humuszuren

Zoals we verderop zullen zien, is humificatie een van de processen van afbraak. Bij humificatie wordt organisch materiaal omgezet in complexer organisch materiaal, humus. Humus bestaat onder andere uit humuszuur en fulvinezuur. Voor het gemak spreek ik hier alleen over humuszuur.

Opname van humuszuren

Humuszuur wordt opgenomen door vissen. In water oplosbare en ioniseerbare humusstoffen relatief klein zijn qua molecuulmassa. Het lijkt kwantitatief voldoende te zijn om de volgende effecten te verklaren.

HS kunnen indirect worden opgenomen via voedsel of rechtstreeks via de epitheelcellen, zoals is aangetoond bij macrofyten, amfipoden, kikkervisjes en Daphnia magna (Steinberg et al. 2003, Wiegand persoonlijke communicatie). Onlangs is zelfs gebleken dat de inductie van verschillende niet-specifieke organische transporters plaatsvindt bij de nematode Caenorhabditis elegans na blootstelling aan HS (Menzel et al. 2005). Dit suggereert dat de opname van HS zelfs een actief proces kan zijn.

Humuszuren en immuunsysteem

Eenmaal opgenomen kunnen HS naar organen of organellen migreren en stressreacties veroorzaken, zoals lipideperoxidatie bij oxidatieve stress (Timofeyev et al. 2006), inductie en modulatie van biotransformatieactiviteit (Menzel et al. 2005, Wiegand et al. 2004), inductie van chemische verdedigingsproteïnen bij ongewervelde dieren en vissen, zoals Hsp70 (Timofeyev et al. 2004, Wiegand et al. 2004), evenals kristallijne Hsp (Steinberg et al. geaccepteerd). Deze reacties kunnen deel uitmaken van een verdedigingsstrategie tegen pathogenen, aangezien pathogenen meestal gevoeliger zijn voor oxidatieve stress dan de gastheerorganismen.

Veel blootstellingen aan HS zijn gunstig voor vissen; bijvoorbeeld blootstelling van jonge zwaardstaarten (Xiphophorus helleri) aan de synthetische HS 1500 verbeterde aanzienlijk de lichaamsgewichtontwikkeling van de vissen in vergelijking met de controlegroep (Meinelt et al. 2004). Bovendien herstelden de vissen die aan HS waren blootgesteld zich snel na een periode van zeer stressvolle hantering, terwijl de groei stagneerde bij de controlevissen.

De werkingsmechanismen achter de positieve gezondheidseffecten van HS zijn divers. HS heeft adstringerende (looimiddel) eigenschappen (Eichelsdörfer 1976, Kühnert et al. 1989), wat leidt tot de vorming van membranen door neerslag en fixatie van eiwitten. Dergelijke membranen worden aangetroffen op het slijmvlies en vooral op wonden, en vertonen ontstekingsremmende, uitdrogende en bloedstelpende effecten. Andere werkingen zijn para-immunologische (Lange 1985, Kühnert et al. 1989), gevolgd door een verbeterde afweercapaciteit tegen penetratie en groei van alomtegenwoordige schimmels. Als direct gevolg van de adstringerende werking op de oppervlaktelagen van de cellen, is het waarschijnlijk dat de hechting van zygotes of schimmelsporen wordt belemmerd. Mogelijk kan het ontwikkelende mycelium na infectie met sporen zich niet verspreiden tussen de dermale cellen, waardoor de degeneratie van cellen wordt belemmerd. Er wordt verondersteld dat de laagmoleculaire HS-componenten ofwel het schimmelmetabolisme remmen door interferentie met cellulair enzymatische systemen tijdens de membraanpassage, ofwel de werking van proteolytische enzymen die door de schimmel worden afgegeven voor voedingsdoeleinden (Ziechmann 1996).

Voordelen voor vissen:

• Algemene verbetering van vitaliteit, waarbij de precieze mechanismen onduidelijk blijven
• Stimulatie van de verdedigingsmechanismen van vissen
• Remming of voorkomen van het aanhechten aan de huid van vissen, of het binnendringen van vissen door vispathogenen
• Verbeterde groei en voederconversie
• Verlaging van de concentratie van vrije, potentieel schadelijke zware metaalionen
• Onderdrukking van secundaire infecties door medische behandelingen.

Effect van humus zuren op pathogenen en parasieten

Pathogenen en parasieten zijn alomtegenwoordig. In het veld wordt een gezonde vis gekenmerkt door een groot aantal parasietsoorten met lage aantallen. Onder ongunstige milieusituaties wordt het aantal parasietsoorten vaak verlaagd, maar het aantal individuen wordt verhoogd (Schäperclaus 1990). Vanwege ongunstige milieusituaties of verschillende vormen van stress verschuift het evenwicht tussen gastheer en parasieten in het voordeel van de parasieten.

Bij het behandelen van bevruchte eieren en vissen met HS in het water als een badbehandeling of via voedsel zijn verschillende positieve effecten waargenomen (Schreckenbach et al. 1994). Dergelijke effecten zijn als volgt:

• toename van het overlevingspercentage van het nageslacht door profylactische behandeling van eieren en larven of therapeutisch, zelfs in aanwezigheid van pathogenen,
• genezing van vissen geïnfecteerd met ectoparasieten door medische behandelingen met HS.

Pathogene bacteriën en protozoa

Over het algemeen hebben HS een negatief effect op pathogene bacteriën. Verschillende werkingsmechanismen van de negatieve effecten van HS op pathogene bacteriën lijken aannemelijk. Ten eerste, directe effecten: Zeer recentelijk is een algemeen bacteriostatisch effect van opgeloste HS beschreven door Gryndler et al. (2005). Op dit moment is het nog maar de vraag of vergelijkbare effecten ook van toepassing zijn op pathogene bacteriën. Ten tweede, indirecte effecten: Bij belichting komen er oxidatieve zuurstofsoorten vrij uit HS (Scully et al. 1996, Paul et al. 2004), die desinfecterend kunnen werken op pathogenen, zoals is aangetoond door Liltved & Landfald (2000) bij vispathogenen als Aeromonas salmonicida en Vibrio anguillarum. In tegenstelling tot Liltved & Landfald (2000) vonden Schreckenbach et al. (1991) geen groeiremming van de vispathogene bacteriën Aeromonas hydrophila, Pseudomonas fluorescens en P. putida in aanwezigheid van HS. We zijn er zeker van dat de verschillende laboratoria HS met verschillende structuren hebben gebruikt, met verschillende vermogens om de bacteriële groei te verminderen of reactieve zuurstofsoorten te produceren. Om een gedetailleerd inzicht te krijgen in een potentieel werkingsmechanisme, is een bredere databank vereist om een kwantitatieve structuur-activiteitsrelatie te vinden.

Zelfs secundaire effecten van bacteriële infecties, zoals leverschade, kunnen aanzienlijk verminderd worden wanneer HS worden toegepast. Volgens Schreckenbach et al. (1996) is dit een belangrijke aanwijzing dat het belangrijkste werkingsmechanisme niet het nadelige effect tegen pathogenen is, maar de verbetering van de conditie van de vis, zoals besproken in het vorige gedeelte. Op dezelfde manier merkten Gamygin et al. (1991) en Hartung (1994) bij vissen met huidletsels een veel beter genezingsproces op bij HS-blootgestelde individuen in vergelijking met vissen die op een traditionele manier behandeld werden met een FMM-mengsel. Ook bij zeer gevoelige sierlijke vissen, zoals karperzalmen, vond Burkart et al. (1994) een goed genezend effect met HS.

In experimenten met met pathogenen belaste goudvissen (Carassius auratus) en gewone karpers (Cyprinus carpio), verminderde een natriumhumaat de sterfte van de geïnfecteerde vissen (Heidrich 2005). Bovendien vertoonden de met natriumhumaat behandelde vissen aan het einde van de experimenten een aanzienlijk verbeterde gezondheidstoestand, wat blijkt uit uitwendig zichtbare veranderingen aan huid, vinnen en kieuwen. Er werden specifiek verminderingen waargenomen in bloedingen (een overvloedige afvoer van bloed uit de bloedvaten in het weefsel) van huid en vinnen, en necrose (lokale dood van lichaamsweefsel) van vinnen en kieuwen, en ontstekingen van de kieuwen (roodachtig, bloederig, gezwollen kieuwen met overmatige slijmafscheiding). Daarnaast verminderde de behandeling met natriumhumaat externe slijmlagen van huid, vinnen en kieuwen veroorzaakt door Saprolegnia sp. Ook de infectie van huid en kieuwen met de parasitaire protozoa Ichthyophthirius multifiliis (witte stippenziekte) nam af. Infecties met deze gevaarlijke parasieten namen aanzienlijk af in de kieuwen van behandelde vissen.

Parasieten

Het verzwakken van de gastheer ondersteunt infecties door parasieten, zoals trematoden, cestoden, nematoden, crustaceeën en protozoa, hoewel meestal de meeste parasieten in evenwicht zijn met de gastheervis. Gamygin et al. (1991) ontdekten een vermindering van het aantal externe parasieten en een versterkte genezing van secundaire schade zoals zweren of necrose van huid en kieuwen wanneer de vissen met HS werden behandeld. In tegenstelling hiermee vond Schreckenbach et al. (1994) geen directe antiparasitaire effecten van HS. Zolang de effecten niet kunnen worden gekoppeld aan de structuur van de HS (bijvoorbeeld door middel van kwantitatieve structuur-activiteits-/effectrelaties), zijn tegenstrijdige resultaten niet verrassend wanneer verschillende HS als behandeling worden toegepast. Burkart et al. (1994) vonden een versnelde beëindiging van secundaire, door parasieten veroorzaakte symptomen bij HS-behandelde siervissen. Deze vissen doorstonden een herinfectie met parasieten zonder enige sterfte, terwijl de met FMM behandelde controlegroep een verhoogde sterfte vertoonde. Dit bevestigt de veronderstelling dat FMM-behandeling extra sterke en nadelige stress veroorzaakt.

Omdat de verliezen door pathogene schimmels enorm zijn, wordt veel aandacht besteed aan schimmelinfecties. Deze infecties worden voornamelijk veroorzaakt door alomtegenwoordige schimmels zoals Saprolegnia spp. en Achlya spp. De schimmels veroorzaken typische secundaire infecties op beschadigd slijmvlies en eierschalen. De infectie beperkt zich niet tot beschadigd weefsel, aangezien groeiende schimmels ook gezond weefsel aanvallen.

Schreckenbach et al. (1994) infecteerden eieren en larven van regenboogforel (Oncorhynchus mykiss) met sporen van Saprolegnia sp. In aanwezigheid van HS nam de sterfte van de geïnfecteerde eieren duidelijk af; het uitkomstpercentage nam significant toe. Na het uitkomen werd de blootstelling van de forellarven aan HS voortgezet. Na vijf weken vertoonden de larven een hogere massa-groei en was de overlevingsgraad aanzienlijk hoger in vergelijking met vissen behandeld met malachietgroen (MAG). Bovendien ontdekten Gamygin et al. (1991, 1992a, 1992b) gestimuleerde groei en dienovereenkomstig een verminderd voedingsconversieratio (kg visvoer per kg vismassatoename) wanneer regenboogforellen werden blootgesteld aan synthetische HS 1500. De infectie met parasieten nam af, evenals het verlies van jonge vissen. Concentraties van 50 tot 90 mg/L HS veroorzaakten verminderde infecties en verliezen bij temperatuur-gestreste siervissen (Schreckenbach et al. 1991). Het therapeutische succes van de HS-behandeling was veel beter dan de toepassing van een traditioneel medicijn met FMM. Schneider & Riede (1992) observeerden antivirale effecten van HS. De rapporten zijn echter niet uniform.

Hoewel Schreckenbach et al. (1991) geen groeiremming van schimmels vonden bij blootstelling aan synthetisch HS 1500, had de profylactische toepassing ervan een uitstekend beschermend effect tegen Saprolegnia. Jonge regenboogforellen die vooraf behandeld waren met 50 mg/L HS 1500 vertoonden een verhoogde overleving wanneer ze geïnfecteerd werden met de schimmels. Schreckenbach et al. (1991) verklaarden dit fenomeen door een stimulatie van de verdediging in de eierschalen. Vergelijkbare bevindingen werden geleverd door Gamygin et al. (1992a) die regenboogforel eieren blootstelden aan 5 mg/L HS gedurende vier dagen en geen schade door schimmels vonden. Hypothetisch gezien is een tweede verdedigingsmechanisme ook denkbaar: door het looieffect van het eerder genoemde HS kunnen de proteolytische enzymen van de schimmels worden geremd door de met HS bedekte huid of eierschalen. Als opvallend voorbeeld veroorzaakte de toepassing van 10 mg/L Na-HS gedurende 1,5 tot 2 uur een aanzienlijke vermindering van schimmels bij goudvissen. Deze goudvissen komen uit een viskwekerij en waren gestrest door vangen en transport. In de niet-behandelde controlegroep was 17% van de vissen geïnfecteerd en vertoonden ze naderhand verschillende letsels aan de kieuwen en huid. Daarentegen vertoonde slechts 6% van de met HS behandelde vissen schimmelinfecties. Om aanwijzingen te krijgen over de effectieve structuren van HS, werden hyfen van de waterschimmel Saprolegnia parasitica blootgesteld aan kunstmatig HS en isolaten van natuurlijke organische stoffen (voornamelijk HS) uit verschillende bronnen (Meinelt et al. 2007). Met uitzondering van zeer weinig HS-materialen verminderde alle HS aanzienlijk de koloniegroei van de parasitaire schimmel. Zelfs in milieu-realiteit-concentraties traden duidelijke verminderingen van de schimmelgroei op. Bovendien is de afname afhankelijk van de concentratie, waarbij hogere concentraties het meest effectief zijn. Hoewel de groei van de hyfen afnam, werd de productie van zoösporen niet geremd door blootstelling aan HS. Desalniettemin kan, zelfs als sporen worden geproduceerd, hun besmettelijkheid verminderd zijn (Schreckenbach et al. 1991). Het lijkt erop dat aromatische structuren in het HS verantwoordelijk zijn voor de groeivermindering, terwijl gemakkelijk assimileerbare structuren zoals aminozuren en koolhydraten de hyfen groei bevorderen (Meinelt et al. 2007).

Voor de behandeling van schimmelinfecties wordt meestal MAG gebruikt. Echter, MAG staat ook bekend als teratogeen en carcinogeen. Daarom is het gebruik van MAG alleen toegestaan voor de behandeling van siervissen. Gamygin et al. (1992a) en Schreckenbach et al. (1994) vonden geen preventie van schimmelinfecties bij gebruik van MAG. Integendeel, zich ontwikkelende embryo’s worden beschadigd door MAG (Meinelt & Stüber 1991, Meinelt et al. 2003).

Multifactoriële visziekten

Behandelingen met HS van vissen die worden beïnvloed door meerdere factoren worden aangewezen wanneer vissen symptomen van ziektes of infecties vertonen of deze symptomen toenemen na stressvolle behandeling of transport. Als voorbeeld werden goudvissen (Carassius auratus) met symptomen van slijmvliesbeschadigingen, necrotische en bloederige laesies, en schimmelinfecties, necrose en zwellingen van de kieuwen behandeld met 10 mg/L van een Na-HS-oplossing gedurende één uur. Hierdoor konden verliezen worden verminderd van 4,7% naar 0,2%. Het genezingsproces van de met HS behandelde vissen versnelde met name bij de kieuwen, huid en vinnen. Na vier behandelingen waren de meeste waargenomen laesies genezen of aan het genezen. De infectie van de wonden met ziekteverwekkers zoals Aeromonas hydrophila, A. sobria en A. schubertii was verwaarloosbaar. Daarentegen vertoonden de kieuwen van de niet-behandelde vissen necrotische vernietigingen en zware infecties met schimmels (Saprolegnia), aeromonaden en dermatitis. Dit betekent dat de gezondheidstoestand van de met HS behandelde vissen duidelijk verbeterd was in vergelijking met de controlegroepen. Aeromonaden zijn alomtegenwoordige waterpathogenen die als facultatief-pathogeen moeten worden geclassificeerd. Bij gestreste vissen veroorzaken met name A. hydrophila en A. sobria huidletsels en septische symptomen (Noga 1996).

In de volgende onderzoeken werden goudvissen uit houdertanks dagelijks gedurende 12 dagen behandeld met 10 mg/L van de Na-HS-oplossing gedurende 1,5 tot 2 uur (Heidrich 2005). Daarna hadden de behandelde groepen een verlies van 8%, in tegenstelling tot de niet-behandelde groepen, waar 16% van de vissen stierf. In beide groepen konden aeromonaden (A. sobria, A. hydrophila) worden geïsoleerd van de huid. Bovendien werden pathogene schimmels (Saprolegnia) op dezelfde plaatsen aangetroffen. De semi-kwantitatieve onderzoeken toonden echter een betere gezondheidstoestand bij de met HS behandelde vissen. Necrose, bloedingen en de dichtheid van schimmels op huid, kieuwen en vinnen waren verminderd door de HS-behandeling (Fig. 1).

Op basis van deze bevindingen kunnen de volgende HS-effecten worden geconcludeerd:

• Bescherming van de weefsels,
• Lokale ontstekingsremmende effecten, en
• Antischimmel effecten.

De bescherming van de weefsels kan worden veroorzaakt door de adstringerende (looimiddel) capaciteit van de HS. Het oppervlak van de weefsels wordt verhard door de HS, waardoor verliezen van vloeistoffen worden verminderd. Bovendien worden beschadigde weefsels bedekt en zullen ontstekingen worden verminderd. De vissen worden over het algemeen in conditie gebracht, zodat ze in staat zijn om tot volledige reconstructie te komen (restitutio ad integrum).

Blijf scapen,
Ruud

Heb je vragen of opmerkingen? Stuur me een bericht: