Nutrición y Alimentación
Estrategias nutricionales ante restricciones del Óxido de Zinc. Parte II
Para leer más contenidos de porciNews Junio 2015
Nutrición y Alimentación
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En la primera parte de este trabajo, publicada en el número 1 de PorciNews (marzo 2015), se revisaron algunas tácticas, a nivel de composición en nutrientes e ingredientes de la dieta basal, para ser consideradas en dietas de destete para lechones, especialmente en caso de prescindir de la administración de dosis altas de ZnO (3000 ppm).
El objetivo sería pues que la dieta basal per se favoreciera la salud intestinal de los lechones tras el destete.
Una posible solución a la reducción de los niveles de ZnO como tratamiento para la diarrea post-destete ha sido el desarrollo de formas comerciales a base de ZnO con mayor eficacia terapéutica que el compuesto puro o convencional.
Esta mayor eficacia permite administrar dosis menores de ZnO en la dieta y obtener el mismo efecto que el que se obtiene con dosis altas de ZnO puro, eliminándose el problema medioambiental.
Un método para mejorar la eficacia del ZnO ha sido su micro-encapsulación.
El producto resultante se trata de ZnO inorgánico micro-encapsulado dentro de una matriz lipídica, la cual impide la degradación del ZnO en el estómago y permite el acceso al intestino, donde el revestimiento lípidico será degradado por las lipasas pancreáticas, liberándose el óxido de zinc en el área del tracto gastrointestinal crucial para su máxima eficacia.
Los autores evaluaron el efecto de la adición a la dieta de 100 ppm de ZnO microencapsulado con 3000 ppm de ZnO convencional y con una dieta sin ningún suplemento de ZnO.
Figura 1. Índice de diarrea en lechones destetados. Kim y col. (2010)
Imagen 1. Fotografía microscópica del Zn
Además, a la mitad de los animales de la prueba se les provocó una infección por E. Coli enterotoxigénica (ETEC) vía oral.
Como se muestra en la Figura 1, entre los animales infectados con ETEC, aquellos que habían recibido ZnO microencapsulado (100ppm) presentaron menor índice de diarreas que los animales alimentados con la dieta control o con la dieta suplementada con ZnO puro (3000 ppm).
UN MÉTODO PARA MEJORAR LA EFICACIA DEL ZnO HA SIDO SU MICRO-ENCAPSULACIÓN
Además, el contenido de ZnO en heces fue significativamente superior en el grupo de animales que habían recibido ZnO convencional que en el de los que habían recibido la forma micro-encapsulada (Figura 2).
Posteriormente, Wang y col. (2013) han confirmado en sus estudios que la administración de ZnO encapsulado en dietas para lechones deriva en un efecto similar al del tratamiento convencional con ZnO no encapsulado pero con niveles de Zn mucho más bajos en heces.
Además del ZnO micro-encapsulado, existen otras formulaciones de ZnO en las cuales este compuesto se presenta, de alguna manera, más eficaz y por lo tanto serán menores las dosis necesarias para alcanzar el mismo efecto anti-diarreico de la sal común de ZnO.
Según Mavromichalis (2011), las nuevas formas de ZnO eficaces contra los procesos diarreicos, además de las micro-encapsuladas, son el llamado “nano-Zinc” (productos obtenidos por nanotecnología) y el ZnO de alta porosidad o potenciado.
Los productos a base de “nano-Zinc” son aquellos cuya matriz contiene nano-partículas de ZnO, gracias a un proceso de fabricación que consigue una lenta liberación del mismo y le permite alcanzar hasta los tramos distales del intestino.
Figura 2. Fotografía nano Zinc
En estudios realizados en las granjas experimentales de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) se observó que los animales alimentados con ZnO en nano-partículas (500 ppm) presentaban desde el primer día consumos y crecimientos mayores a los animales que recibían ZnO convencional (3000 ppm).
Además, esta suplementación en la dieta disminuyó los recuentos de enterobacterias y coliformes fecales a los 7 días post-destete en comparación con el tratamiento con ZnO.
Asimismo, el tratamiento con 3.000 ppm de ZnO presentó concentraciones de Zn en plasma, en hígado y en heces significativamente más altas que el tratamiento con 500 ppm de nano-ZnO.
Imagen 2. Fotografía nano Zinc
Una forma muy pura de ZnO es el conocido como “ZnO potenciado”. Esta forma tiene un área específica 15 veces mayor que la del óxido de zinc convencional.
La alta porosidad de esta forma comercial permite el uso de dosis muy bajas en dietas para lechones, sin por ello renunciar a una buena eficacia terapéutica.
Vahjen y col. (2012) estudiaron mediante un ensayo ex vivo el efecto inhibidor del ZnO potenciado con respecto al ZnO convencional sobre el crecimiento de bacterias intestinales de lechones destetados.
Los resultados indicaron que la depresión del crecimiento bacteriano fue más drástica y más rápida en los cultivos con ZnO potenciado.
Morales y col. (2012) confirmaron el efecto superior del ZnO potenciado en comparación con el ZnO convencional en dietas para lechones destetados, al observar mejores rendimientos productivos y un mejor estado sanitario (niveles inferiores en sangre de la proteína de fase aguda PigMAP) en los animales que habían consumido una dieta suplementada con 150 ppm de ZnO potenciado que en los que habían recibido la dieta con 3000 ppm de ZnO convencional.
Sin embargo, existen otras posibles soluciones para evitar dosis altas de ZnO que no pasan por el uso de productos mejorados de este mismo compuesto, como se aborda a continuación.
Los productos naturales derivados de plantas medicinales, conocidos como fitogénicos, han demostrado ser una fuente abundante de compuestos biológicamente activos.
Éstos se pueden considerar funcionalmente como aditivos promotores de crecimiento o incluso como medicamentos para uso en producción animal.
Tal como indica Dubreuil (2013), la detección de dichas actividades puede promover el desarrollo de candidatos como potenciales nuevos fármacos para tratar diarreas de origen infeccioso.
Las plantas tienen la capacidad de sintetizar un número casi ilimitado de compuestos aromáticos. Una gran proporción de estos compuestos está constituida por fenoles o derivados suyos (Cowan, 1999).
La mayoría de estos compuestos son metabolitos secundarios que funcionan, en muchos casos, como los mecanismos de defensa de las plantas contra la depredación por herbívoros, insectos, bacterias, hongos y virus.
Algunas ventajas que pueden presentar ciertas sustancias de origen vegetal, contrariamente a muchos medicamentos convencionales, es el hecho de no afectar negativamente a la microflora beneficiosa del huésped, además de desarrollar menos resistencias bacterianas (Clatworthy y col., 2007; Rasko y Sperandio, 2010; Yamasaki y col., 2011).
Por otra parte, los antibióticos matan a las bacterias o inhiben su crecimiento pero no pueden eliminar los efectos de las toxinas bacterianas que, en muchas ocasiones, precisamente son liberadas como consecuencia de la antibioterapia, exacerbándose así el cuadro clínico de la enfermedad.
Sin embargo, existen compuestos de origen vegetal que además de actividad antimicrobiana, tienen la capacidad de inhibir toxinas de origen bacteriano (Clatworthy y col., 2007)
Así pues, algunos productos vegetales que inhiben el crecimiento (bacteriostáticos) o matan a las bacterias (bactericidas), a concentraciones inferiores a las antimicrobianas pueden tener un efecto directo sobre enterotoxinas.
Esta sería una clara ventaja del uso de este tipo de productos. Muchos productos derivados de las plantas han sido estudiados por sus actividades antimicrobianas y antidiarreicas.
Entre las sustancias activas frente a diarreas por ETEC, merece especial mención la berberina como posible candidata para suplementar dietas post-destete que no contengan altas dosis de ZnO.
La berberina es un alcaloide presente en las raíces, rizomas o tallos de plantas como Hydrastis canadensis, Coptis chinensis, Berberis aquifolium, Berberis vulgaris, Berberis aristata y Rhizoma coptitis, el cual ha sido usado como antidiarreico desde hace siglos en medicina ayurvédica.
Además de la reconocida actividad antimicrobiana de la berberina (Li y Zou, 2010), ya en los años ochenta se describió su efecto inhibitorio sobre la respuesta secretoria debida a enterotoxinas de E.Coli a nivel intestinal (Sack y Froehlich, 1982).
Los autores indicaron que este compuesto es efectivo tanto frente a las enterotoxinas termolábiles como termoestables de E. coli y que además se da antes y después de la unión de las toxinas a sus receptores.
Más recientemente, Guy col. (2009) investigaron el efecto de la berberina sobre las uniones estrechas u ocluyentes entre células de epitelio intestinal humano y observaron que las reforzaba, reduciéndose significativamente la permeabilidad epitelial.
Asimismo, en este estudio se vio que dicho efecto era dosis dependiente y reversible, no absorbiéndose prácticamente la berberina y, consecuentemente, no existiendo riesgo de toxicidad alguno.
Estos mecanismos de la berberina a distintos niveles, similares a los descritos para el ZnO, han motivado su estudio como agente antidiarreico en dietas para lechones destetados.
Imagen 4. Rhizoma coptitis
LA BERBERINA ES LA POSIBLE CANDIDATA PARA SUPLEMENTAR DIETAS POST-DESTETE QUE NO CONTENGAN ALTAS DOSIS ZnO
Tummaruk y col. (2009), de la facultad de veterinaria de Bangkok, compararon el efecto de la adición de berberina (120 ppm en pienso de un producto comercial que contenía 120 g/kg de berberina) al efecto de una premezcla medicamentosa de colistina (120 ppm) y al del antibiótico promotor del crecimiento halquinol (120 ppm), cuando se adicionaban en piensos post-destete de lechones hasta las 9 semanas de vida.
Los investigadores concluyeron que la berberina mostró un efecto equivalente al de la colistina y mejor que el del halquinol en términos de rendimiento productivo de los animales y de recuentos de E. coli en heces.
Recientemente, Xia y col. (2014) estudiaron el efecto de tres concentraciones de un producto comercial que contiene berberina (970μg/mL) sobre el peristaltismo de segmentos de intestino delgado extraídos de lechones.
Tras un período de adaptación, los segmentos sometidos a la acción de la berberina presentaban un menor número de ondas peristálticas, las cuales eran además de menor amplitud, comparadas con las ondas de segmentos intestinales que no tuvieron contacto con la berberina (control), tal como se muestra en la Figura 3.
Figura 3. Efecto de la berberina sobre la peristalsis de segmentos de intestino delgado de lechones. (XIa y col., 2014)
Tabla 1. Resultados del efecto sobre la diarrea de distintas dosis de producto a base de berberina o antibióticos (Xia y col., 2014)
En este mismo trabajo, se llevó a cabo un ensayo clínico donde se administraron 3 dosis de dicho producto con berberina vía oral (7, 10 y 15 mL/cabeza/día) a tres grupos de lechones con diarrea por colibacilosis y se comparó su eficacia terapéutica al tratamiento con ofloxacina 4% (intramuscular, 0,1 mL/kg/día), norfloxacina 10% (oral, 1mL/día) y ofloxacina 4% + norfloxacina 10% (oral, 1 mL/día) .
Imagen 7. Berberis darwinii
En todos los grupos, los animales fueron tratados durante 3 días. Como se muestra en la Tabla 1, los tres grupos de lechones tratados con distintas dosis de berberina presentaron mayor porcentaje de animales curados tras el tratamiento que los grupos que habían recibido unos de los dos antibióticos por separado.
En la Unión Europea, Alemania, el Reino Unido y Francia han notificado diversas fuentes de berberina, básicamente productos derivados de plantas del género Berberis, apareciendo en el registro de materias primas para piensos con los números 04030-DE, 05520-EN, 03693-EN y 01351-F, lo que ya posibilita el uso de una fuente rica en berberina en dietas para lechones.
En otros lugares como Asia o América, ya se están comercializando productos elaborados cuyo alto contenido en berberina está estandarizado.
En este sentido, será interesante seguir atentamente los avances en el estudio de la eficacia terapéutica de este compuesto como alternativa al ZnO.
Imagen 9. Berberis vulgaris
Entre los diversos efectos de las dosis altas de ZnO en la dieta, se encuentra una expresión incrementada de péptidos antimicrobianos en el intestino delgado (Pluske y col., 2007).
En una reciente revisión bibliográfica publicada en la revista nutriNews, el autor de este trabajo abordó el papel de las proteínas y péptidos antimicrobianos en nutrición y salud porcina (Blanch, 2014, 2015).
Respecto al uso de este tipo de compuestos ante la coyuntura de tener que prescindir de la administración de altas dosis de ZnO en piensos porcinos, se tendrán que considerar aquellas sustancias que no sólo presenten una determinada actividad antimicrobiana sino que, como el ZnO, refuercen la barrera intestinal o estimulen la respuesta inmunitaria, mitigando la inflamación y las secreciones propias de los cuadros clínicos de los procesos gastrointestinales.
Hermes y col. (2011) demostraron en líneas celulares de epitelio intestinal porcino el efecto antiinflamatorio del GMP, indicando que este efecto se debe a una menor expresión génica de distintas citoquinas y quimioquinas proinflamatorias.
Más recientemente, en el mismo grupo investigador, González-Ortiz y col. (2013) han observado el efecto antiadherente del GMP a distintas concentraciones sobre ETEC K88 en células epiteliales porcinas, poniéndose de manifiesto que dicho efecto es significativamente lineal.
El glicomacropéptido (GMP) favorece el mantenimiento de la morfología y función de la mucosa intestinal
Figura 1. Lactoferrina
La lactoferrina tiene la capacidad de actuar como antiinflamatorio, al unirse a los lipopolisacáridos de E.Coli, impidiendo la unión de estos lipopolisacáridos del patógeno a los monocitos y otras células del sistema inmune y atenuando así aquellos procesos pro-inflamatorios inducidos por los lipopolisacáridos bacterianos (Ando y col., 2010).
Legrand y col. (2004) indicaron que otro mecanismo de acción para el efecto antiinflamatorio de la lactoferrina implicaría la inhibición de la producción de varias citoquinas como el TNF-α o la interleuquina (IL)1β.
Hoy en día se dispone de lactoferrina y de sus péptidos activos lactoferricina y lactoferrampina procedentes de diversos organismos transgénicos.
Estudios con lechones y cerdos han demostrado el efecto beneficioso de la adición de lactoferrina o de sus péptidos funcionales en la dieta sobre el perfil de la microflora intestinal, la respuesta inmune, la morfología, la salud intestinal y el rendimiento productivo de los animales (Kuhara y col. 2006; Wang y col., 2006; Shan y col. 2007; Tang y col. 2009, 2012; Lee y col., 2010; Shan y col. 2012; Hu y col., 2012; Liu y col., 2013; Cooper y col., 2013,2014; Comstock y col. 2014).
Tienen especial relevancia los trabajos de Tang y col. (2009), quienes compararon el efecto de la lactoferricina y la lactoferrampina de origen biotecnológico en la dieta (100 ppm) de lechones destetados con el efecto de colistina en pienso (100 ppm) durante tres semanas.
La evolución de los lechones que recibieron lactoferricina y lactoferrampina en la dieta fue equivalente a la de los que recibieron colistina, demostrándose la gran eficacia antidiarreica de estos dos péptidos bioactivos.
La lisozima es una proteína con actividad biológica que se encuentra en todo tipo de animales -insectos, anfibios, reptiles, aves y mamíferos- (Niyonsaba y Ogawa, 2005).
Además de disponer de una amplia actividad antimicrobiana, la lisozima puede actuar como inmunomodulador (Martínez y Martínez, 2006).
La lisozima es utilizada en la industria alimentaria y en la farmacéutica, siendo reconocida como una proteína bioactiva no tóxica por organismos como la FAO/OMS, la EFSA o la FDA.
Actualmente en Asia y en América ya se están comercializando productos a base de lisozima destinados a la alimentación animal.
Entre los distintos estudios que evaluaron los efectos de la administración oral de lisozima en cerdos, merece especial atención el llevado a cabo por Nyachoti y col. (2012), quienes investigaron la respuesta de lechones a una infección por ETEC tras recibir lisozima en el agua de bebida.
La adición de lisozima en el agua de bebida, además de reducir los recuentos mayores de ETEC en la mucosa ileal y en el contenido del colon y mejorar la morfología del epitelio intestinal, mitigó la respuesta inflamatoria asociada a la infección por ETEC.
Así, los autores indicaron que la adición de lisozima a niveles del 0,2% en agua de bebida redujo al máximo los niveles de citoquinas proinflamatorias tras la infección con ETE
Ante una posible restricción del uso de ZnO en dietas para lechones, la adición en pienso de este tipo de péptidos bioactivos con actividad antimicrobiana y antiinflamatoria será, como mínimo, una posible solución a considerar y a probar en aquellas explotaciones porcinas en las cuales se presenten frecuentemente cuadros diarreicos post-destete.
Entre un gran número de investigaciones en relación a la mejora de la barrera epitelial por parte de diversas moléculas frente a procesos diarreicos, Mercado y col. (2013) compararon cinco compuestos de nutrientes con respecto a su capacidad para aumentar la resistencia eléctrica transepitelial y disminuir la permeabilidad transepitelial de manitol a través de cultivos de células epiteliales.
Asimismo, también se compararon los efectos de estos compuestos en la abundancia de diversas proteínas propias de las uniones estrechas existente entre las células epiteliales. El grupo de sustancias probadas fueron las siguientes: zinc, indol, quercetina, butirato sódico y nicotina.
La nicotina fue el único compuesto de los probados que no logró mejorar la función de la barrera epitelial en ninguno de los parámetros estudiados. Además, tampoco mostró ningún efecto sobre la presencia de proteínas de unión estrecha.
En el otro extremo, el flavonoide quercetina aumentó simultáneamente la resistencia eléctrica transepitelial y disminuyó la permeabilidad transepitelial, constituyéndose en un buen candidato como medicamento antidiarreico.
Por su lado, el zinc, el butirato y el indol solamente exhibieron una mejora significativa de la resistencia eléctrica transepitelial.
Cada uno de estos cuatro compuestos eficaces en la estimulación de la resistencia transepitelial, presentaron distintos patrones respecto a la abundancia de proteínas propias de las uniones estrechas entre células epiteliales. No hubo dos compuestos que tuvieran el mismo patrón sobre dichas proteínas.
Estos variados patrones de respuesta entre el zinc, el butirato, la quercetina y el indol establecerían la posibilidad de desarrollar aditivos a base de combinaciones de dos o más sustancias, buscando un efecto sinérgico entre ellas.
En la Figura 4, se muestra, como ejemplo, el efecto sinérgico de la quercetina y el zinc en la resistencia eléctrica transepitelial.
Más recientemente, Hanczakowska y col. (2014)también estudiaron el efecto del butirato sódico sobre los rendimientos productivos de los lechones destetados y sobre la integridad del epitelio intestinal.
En este estudio, el butirato se añadió a la dieta a un nivel de 3 kg/tonelada con o sin suplementos de 10 kg/ tonelada de glutamina y 10 kg/tonelada de glucosa.
Figura 4. Efecto aditivo del Zn y de la quercetina sobre la resistencia eléctrica transepitelial relativa al control
La administración de butirato originó, además de mejorar significativamente los rendimientos productivos de los lechones, un mayor desarrollo de los intestinos y en concreto de las vellosidades a nivel duodenal e ileal.
Estas mejoras se vieron sensiblemente mejoradas cuando el butirato se administró conjuntamente con glutamina y glucosa.
El uso de polisacáridos lineales compuestos por cadenas distribuidas aleatoriamente de β-(1-4) D-glucosamina y N-acetil-D-glucosamina (derivados de quitina de crustáceos) también están siendo motivo de estudio en la prevención de procesos diarreicos tras el destete de los lechones.
Los estudios realizados por Xiao y col. (2013) han demostrado que la inclusión de este tipo de compuestos en la dieta de lechones (300 ppm) tiene un efecto sobre la arquitectura intestinal similar o incluso superior al de la clortetraciclina.
En concreto la expresión de la proteína occludina de las uniones estrechas entre los enterocitos fue mayor en los lechones que recibían este compuesto derivado de la quitina que en los que habían sido tratados con antibiótico, quedando mejor selladas las uniones estrechas entre las células epiteliales y por tanto reforzando la función de barrera del intestino.
No hay que olvidar que una estrategia muy importante, de carácter preventivo, en la lucha contra las diarreas post-destete es la adición de probióticos a la dieta de los lechones lo más tempranamente posible.
La FAO y la OMS (2002) han definido a los probióticos como “microorganismos vivos que, cuando se administran en cantidades adecuadas, son beneficiosos para la salud del huésped”.
Esta definición nos está indicando que los probióticos tienen un efecto positivo sobre la salud del animal que los reciba.
Los probióticos equilibran todo el ecosistema intestinal al interaccionar directamente con la microflora, el epitelio y la respuesta inmune, reduciéndose el riesgo de infecciones gastrointestinales y de cuadros diarreicos como ha sido demostrado en diversos estudios (Casey y col., 2007; Bhandari y col., 2008; Zhang y col., 2010; Guerra, 2013).
En este sentido, de especial importancia es el efecto antiinflamatorio que los probióticos tienen sobre el epitelio intestinal (Guerra, 2013).
Como concluyeron Escobar y col. (2014) una estrategia muy eficaz contra las diarreas post-destete en lechones consiste tan sólo en la adición de probióticos en dietas con bajo contenido en proteína bruta que además sean suplementadas con determinados aminoácidos.
Hoy en día existen diversas posibilidades para soslayar el uso de altas dosis de ZnO en dietas para lechones destetados, evitando los efectos negativos derivados de esta práctica tan extendida.
Estas soluciones pasan por el uso de nuevos productos a base de ZnO que se puedan utilizar a pequeñas dosis o también por el uso de otras sustancias completamente distintas al ZnO que presentan una actividad antimicrobiana, antiinflamatoria y, en definitiva, antidiarreica demostrada (fitogénicos, proteínas y péptidos bioactivos, probióticos).
En cualquier caso, es de suma importancia que se establezcan las bases para una buena salud intestinal mediante una dieta de calidad que, independientemente de los aditivos con los que sea suplementada, favorezca per se la función digestiva, el desarrollo morfológico del intestino y la estabilidad de la microflora a lo largo de todo el tracto digestivo.
