Por Catherine Ionescu, Sígfrid López & Sandrine Durox, Pancosma
Cuando nuestro producto* se presenta a clientes como un carbón termoestructural con propiedades mejoradoras de la salud intestinal, la primera referencia en que se piensa es la de un carbón activado. A
l fin y al cabo éste es el que –históricamentese ha utilizado como medicina para prevenir o disminuir diarreas e intoxicaciones alimentarias y su efectividad puramente empírica nunca ha sido cuestionada.
Muchas diarreas son mediadas por enterotoxinas –proteínas liberadas por los microorganismos en el intestino-, con consecuencias fisiológicas negativas comunes al ser humano y a animales de granja. En este caso, además, con sus ulteriores consecuencias zootécnicas.
Los carbones vegetales permiten una captación de estas enterotoxinas y evitan sus lesiones sobre la mucosa intestinal, favoreciendo la integridad de la misma y la correcta captación de nutrientes que permiten alcanzar los rendimientos zootécnicos deseados.
Sin embargo y pese a poseer apariencias visuales semejantes, no todos los carbones son iguales, pues sus funcionalidades dependen de la estructura de sus poros y ésta, asimismo, depende del origen y procesado de la madera.
La estructura única del carbón utilizado para nuestro producto* se debe a su procedencia (exclusivamente de roble francés) y a su tratamiento para generar una estructura física muy específica.
En el caso concreto de nuestro producto*, su procesado en ausencia de oxígeno a temperaturas alrededor de 600ºC favorece un superior tamaño de los poros que le confieren propiedades únicas, esenciales para su elevada capacidad de adsorción.
Imagen 1. SEM de Carbovet® * Carbovet® 84
La importancia de las características de superficie del carbón
La adsorción es una fenómeno de superficie que tiene lugar entre el adsorbente y el adsorbato, donde el adsorbato se liga a la superficie del adsorbente. En el caso de adsorción de enterotoxinas por parte de nuestro producto*, éste es el adsorbente.
Esta adsorción implica dos fenómenos:
- Fisiosorción
- Quimisorción
FISIOSORCIÓN
La fisiosorción conlleva la mediación de fuerzas de Van der Waals. Estas interacciones son fuerzas de atracción/ repulsión entre entidades moleculares o grupos con la misma entidad molecular, diferentes a las que llevan a la formación de un enlace o a la interacción electrostática de iones o grupos iónicos entre sí o con moléculas neutras.
La acción de estas fuerzas tiene lugar entre todos los átomos y moléculas y su fuerza depende del tamaño de las mismas.
En moléculas grandes existen más electrones y, por tanto, las fuerzas de Van der Waals que establecen serán más potentes.
Estas interacciones sólo tienen lugar en pequeñas distancias (0,2 nm) y con un bajo nivel de energía (0,4-4 kJ/mol), lo cual no implica uniones débiles.
Tabla 1. Tipos de uniones y fuerzas de adsorción
QUIMIOSORCIÓN
El segundo fenómeno es la quimisorción, que conlleva la generación de una unión molecular entre el adsorbente y el adsorbato, que permiten uniones a mayor distancia que las fuerzas de Van der Waals y con la participación de un superior nivel de energía. Ambos procesos se pueden describir en la Tabla 2.
Tabla 2. Caracterización de los procesos de adsorción
Un carbón aplica ambos mecanismos, como sucede en nuestro producto*.
Por un lado, la fisiosorción se consigue gracias a la estructura del poro. Por otro lado, la quimisorción está relacionada a la composición de la superficie química.
La combinación de ambos mecanismos permite un amplio espectro de capacidades de adsorción a un carbón.Sin embargo, la adsorción también depende de las propiedades del adsorbato -en el caso de los desórdenes intestinales comentados, las enterotoxinas-, incluyendo su capacidad para ser polarizado -tamaño molecular- y su polaridad -presencia de asimetría y de funciones químicas- Gráfico 1.
Así, la capacidad de adsorción de nuestro producto* para enterotoxinas –junto con otras sustancias tóxicas presentes en la luz intestinal- estará relacionada con las capacidades de polarización y polaridad, pero también con el reparto de poros y las funciones químicas de superficie del producto.
Gráfico 1. Representación esquemática del fenómeno de adsorción, polarización, molécula polar y distancia entre adsorbente y adsorbato
ENTEROTOXINAS
En el mundo de la producción animal existen diferentes tipos de bacterias productoras de enterotoxinas que son capaces de causar diferentes patologías. La diarrea post-destete del lechón está claramente relacionada con las toxinas producidas por Escherichia coli.
En Argentina, por ejemplo, un 95% de las incidencias es producido por E coli enterotoxigénica ETEC y 5% por E coli productor de toxina Shiga STEC.
En la Tabla 3 se han incluido algunas de las principales toxinas causadas por enterobacterias y asociadas a patologías en animales de producción.
También presenta información importante para comprender la posible adsorción de enterotoxinas por parte de los carbones vegetales (pesos moleculares y tipos de estructuras).
Tabla 3. Principales bacterias productoras de enterotoxinas con impacto en la salud animal
A pesar de sus diferentes estructuras químicas, las enterotoxinas pueden ser polarizadas debido a su elevado peso molecular y tamaño. Esto favorece la aparición de fuerzas de Van der Waals entre una amplia mayoría de enterotoxinas y adsorbentes. El fenómeno más probable de adsorción en este caso será el de fisiosorción.
La proximidad de las enterotoxinas con la superficie del adsorbente y su polarización favorecerá su adsorción y esta proximidad dependerá del tamaño de los poros del carbón.
La superficie del carbón termoestructural de nuestro producto* está llena de poros de diferentes tamaños. Para favorecer la fisiosorción, el tamaño de poros de nuestro producto* ha de corresponderse con el tamaño de las enterotoxinas a adsorber.
Gráfico 2. Estructura típica de poros de nuestro producto*
Además, la conformación de los poros de nuestro producto* también ha de ser complementaria a la conformación de las enterotoxinas. Los poros de los carbones se han categorizado en microporos (<2 nm), mesoporos (2-50 nm) y macroporos (>50 nm).
Basado en el reparto de poros de nuestro producto* -mayoría de poros superiores a 2 nm diámetro- y a los tamaños de las enterotoxinas -6 a 11 nm- junto a la capacidad de polarización de las enterotoxinas, nuestro producto* puede promover la fisiosorción entre su superficie y tales enterotoxinas
Imagen 2. Enterotoxina Staphylococcus aureus
Imagen 3. Enterotoxina Clostridium perfringens
PRUEBAS IN VIVO EN LECHONES
Nuestro producto* ha sido extensamente probado tanto en monogástricos (porcino, pollos de carne) como en rumiantes en sus dos tipos de presentación (polvo, gel -este último en porcino y terneros-).
De entre las pruebas más significativas llevadas a cabo en porcino, cabe destacar la realizada en una granja comercial japonesa, Granja Nichinan, en el condado de Iwafune, Prefectura de Niigata, por la complejidad de las determinaciones complementarias llevadas a cabo más allá de los datos de producción y evaluación fecal.
La prueba se llevó a cabo durante julio y agosto, el período más crítico para dicha explotación.
Pautas experimentales
De entre las 130 cerdas disponibles en la granja, se seleccionaron las que entraban ya entre su segunda y cuarta lactación.
Se repartieron en 2 grupos equivalentes (4 corralinas por tratamiento).
Cada grupo contenía 3 cerdas con sus respectivos 32 lechones de 7 a 32 días.
Después de que se concluyese el estudio (día 34), se comprobaron las muestras de cuatro lechones de peso corporal equivalente a la media de cada grupo, con un examen de las heces frescas.
Después se ligaron pequeñas porciones del intestino a 30 cm por debajo del ligamento de Treitz del yeyuno y también a 5 cm debajo de dicha posición, y se inyectaron soluciones diluidas en formalina x5 en el lumen intestinal cerrado para obtener la forma de una salchicha.
Se prepararon tres muestras del yeyuno (A, B, C) y se colocaron en botellas espécimen llenas de solución de formalina. Después de la fijación de la formalina, se les aplicó tinción HE a las muestras de trozos intestinales y fueron medidas de manera morfológica bajo microscopio. Las medidas morfológicas fueron realizadas por el método Cut/Hit.
Se implementaron dos tratamientos:
• Sin aditivo (CTR) • Carbovet (CARB 0.5 %)
Las determinaciones se llevaron a cabo de la siguiente manera:
• Peso individual (día 7, día 20 al destete y día 34)
• Examen fecal por corralina Apariencia: heces líquidas ó sólidas Materia seca
• 4 lechones sacrificados a los 34 días: Compuestos de putrefacción (amoníaco, escatol, indol y cresol) en las heces rectales
• Morfología de las vellosidades yeyunales (ratio Cut/Hit)
El pienso utilizado en este estudio estaba compuesto por dos dietas comerciales, con composición desconocida:
• Un pienso de lactación utilizado del día 7 hasta el destete – día 20
• Un pienso post-destete utilizado del día 21 hasta el día 34 de vida de los animales
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
- Índice de crecimiento
Los resultados del índice de crecimiento (PV final) se resumen en la Tabla 4.
A los 34 días, el peso corporal ha mejorado en un 12.3 % con nuestro producto* en comparación con el grupo control. Antes del destete no se observó ninguna diferencia entre tratamientos.
En comparación con el control, la materia seca de las heces ha mejorado en un 42.8 %, Tabla 5, con nuestro producto* en relación con su consistencia sólida.
Además, como se observa en la Tabla 6, nuestro producto* evitó la aparición de diarrea y fue paralela a la mejora de crecimiento de los animales durante los 14 días analizados tras destete.
Compuestos de putrefacción
La concentración de compuestos de putrefacción se midió en cuatro heces fecales por tratamiento -Tabla 7-.
Los compuestos de putrefacción (amoníaco, indol, escatol y cresol) se han multiplicado por dos, como promedio, en las heces con el uso de nuestro producto*. Atrapando esos compuestos dentro de sus poros, nuestro producto* redujo el riesgo de alteraciones digestivas (fermentación incontrolada…) mediante una captación de tales compuestos y mejorando asimismo el ambiente en la granja.
Morfología de vellosidades yeyunales
El análisis morfológico de vellosidades intestinales -Tabla 8- demostró una tendencia de mayor proporción del ratio Cut/hit en el grupo experimental frente al grupo control. La altura de las vellosidades aumentó con el uso de nuestro producto* -Figura 1-.
En el producto* a estudiar, la superficie de absorción de nutrientes es mayor y, en consecuencia, los lechones pudieron presentar un superior ratio de crecimiento -Tabla4-.
Esta prueba se llevó a cabo en una granja comercial de cerdos durante el verano, época en la cual se observan diarreas en los períodos de pre y postdestete, y demuestra cómo añadir el producto* (en este caso a una dosis de 0.5 %) al pienso de lechones en lactación y al pienso de destete mejoró el ratio cut/hit, la materia seca de las heces y previene la diarrea causada por las enterotoxinas de Escherichia coli.
Previno los posibles daños para el índice de crecimiento causados por las enterotoxinas mejorando el estado general de salud de los lechones desde los 7 hasta los 34 días de edad a una dosis de 0.5% en el pienso.
Además, atrapó los compuestos de putrefacción y consigue reducir sus efectos secundarios sobre la salud de lechón. El ambiente de la granja es mejor, especialmente durante la época de verano.
Figura 1. Corte de vellosidades intestinales
CONCLUSIONES
Los resultados in vivo demuestran la capacidad para captar enterotoxinas del producto*
Esta captación permite aliviar problemas diarreicos asociados a disbiosis bacterianas -por ejemplo colibacilosis-
La adsorción de enterotoxinas por parte del producto* conlleva un fenómeno de fisiosorción
La distribución del tamaño de poros en y la polarización de las enterotoxinas a nivel intestinal desempeñan un papel crucial en la captación de las mismas
