Impacto de la interacción fibra-proteína en la salud intestinal del lechón

Presencia de fibra soluble

La microbiota intestinal fermenta los componentes de la fibra soluble en la parte distal del intestino delgado y en la proximal del intestino grueso, dando lugar a la formación de:

Ácidos grasos de cadena corta (SCFA, por sus siglas en inglés): benefician la salud intestinal.

Ácidos grasos de cadena ramificada (BCFA, por sus siglas en inglés): perjudican la salud intestinal.

Lactato, aminas biogénicas, indol, compuestos fenólicos y gases como el hidrógeno, dióxido de carbono y metano.

Ausencia de fibra soluble

Ante la falta de fibra dietética, la microbiota fermentará la proteína que se encuentra en el intestino grueso dando lugar a compuestos como BCFA, amoníaco (producto de la desaminación de aminoácidos) que se absorberá y se expulsará en forma de urea y fenoles (como producto de la descarboxilación de los aminoácidos).

Estos compuestos son tóxicos para los cerdos y generan una disbiosis en el intestino. Además, en presencia de carbohidratos fermentables, el amoníaco es expulsado como parte de la biomasa microbiana ya que es usado por la microbiota para su crecimiento.

Una estrategia para mejorar los problemas diarreicos en el destete de los lechones es reducir la cantidad de proteína incluida en la dieta o mejorar su calidad.

Criterios de calidad:

Aporte de ingredientes con altos niveles de digestibilidad proteica.

Patrones de aminoácidos parecidos a los del concepto de proteína ideal.

Ausencia de productos tóxicos o antinutritivos para los lechones.

Esta estrategia se basa en la sustitución de harina de leguminosas por proteínas de origen animal o incluir harinas de leguminosas que hayan sido tratadas para disminuir la presencia de factores antinutricionales.

Las dietas con leguminosas no sometidas a tratamientos tecnológicos reducen la actividad duodenal de enzimas intestinales y la digestibilidad total de la energía y del nitrógeno comparado con dietas, por ejemplo, basadas en caseína.

Asimismo, dietas con altos niveles de proteína incrementan la capacidad tampón en el estómago, estimulan la fermentación proteica y facilitan el desarrollo de bacterias patógenas en el tracto intestinal.

Mavromichalis (2015) discute en un artículo en Feed Strategy que la estrategia de fabricar dietas para lechones con bajos niveles de proteína, incluso cuando están perfectamente balanceadas en aminoácidos esenciales, no son bien vistas en determinados países, como sucede en Asia y en Norteamérica.

En estos casos, existen otras estrategias que pueden combinar el uso de dietas relativamente altas en proteína sin desencadenar problemas intestinales en lechones al destete.

Fermentación proteica – Un problema con varias soluciones

Varias estrategias pueden usarse para reducir la fermentación proteica:

Reducir el nivel de proteína de la dieta (la estrategia más usada).

Inclusión de carbohidratos fermentables como los fructooligosacáridos, lactitol o almidón resistente.

Inclusión de ingredientes que aporten fibras dietéticas solubles e insolubles, como la pulpa de remolacha o el salvado de trigo, respectivamente.

Reducción del nivel de proteína

Bikker et al. en 2014 realizaron un experimento con dos niveles de fibra (medida en términos de carbohidratos fermentables calculados como la suma de los polisacáridos no amiláceos fermentables + almidón ileal indigestible, 7,5% y 13,4%) y dos niveles de proteína bruta (15% y 22%) con el fin de estudiar:

Los efectos beneficiosos de la fibra.

Si la reducción de proteína tenía efectos sinérgicos con el aumento de la fibra.

La mayor ganancia diaria en las 4 semanas que duró el experimento se produjo en el grupo de lechones que consumieron las dietas con bajo nivel de fibra y proteína.

El mejor índice de conversión se obtuvo en los grupos alimentados con dietas bajas en fibra debido a una mejor digestibilidad.

Reducir el nivel de proteína en la dieta redujo el nivel de los índices de fermentación proteica como el NH3 -N* y el PUN** en el intestino delgado, lo que indica una menor fermentabilidad proteica que no se reflejó ni en la cantidad de bacterias coliformes ni lactobacilos ni en la concentración de ácidos grasos volátiles en el yeyuno o en el colon.

*NH3 -N: unidad del nitrógeno en forma química. El amoníaco (NH3 ) y el amoníaco-nitrógeno (NH3 -N) son diferentes expresiones de las formas químicas del amoníaco. La forma NH3 -N utiliza el peso molecular del nitrógeno atómico (N). La forma NH 3 utiliza el peso molecular del amoníaco (NH3 ), 1 átomo de nitrógeno + 3 átomos de hidrógeno. La forma de amoníaco-nitrógeno NH3 -N es común porque relaciona otros compuestos de nitrógeno como nitrito-nitrógeno NO2 -N o nitrato-nitrógeno NO3 -N

**PUN: plasma urea nitrogen

Bikker et al., al igual que Nyachoti (2006) y Heo (2010), concluyen que el alto nivel de proteína bruta en la dieta, per se, no induce un aumento en el crecimiento de bacterias potencialmente patógenas en el intestino, existiendo otros factores desconocidos, como las condiciones ambientales o sanitarias de los animales, que influyen en este crecimiento.

No obstante, existen estudios en los que la proporción de lactobacilos y coliformes sí que se ve alterada con reducciones del nivel de proteína en la dieta, así como los niveles de Clostridia spp, ((Wellock (2006) , Jeaurond (2008) y Opapeju (2009)).

Estas disparidades entre estudios pueden ser debidas a la variedad de productos utilizados como carbohidratos fermentables e ingredientes proteicos, las definiciones de fibra, las condiciones sanitarias de los animales, las condiciones de las instalaciones (comerciales vs experimentales) y las características genéticas de los animales.

Tampoco debemos olvidar que existen especies bacterianas en el intestino grueso, como las bacterias sacaro-proteolíticas (E. coli, Proteus y Clostridia), capaces de obtener energía de dos formas:

A. Cuando la relación proteína/ carbohidratos en el quimo del íleon es baja, obtienen energía mediante la fermentación de carbohidratos.

B. Cuando existen niveles de proteína suficientes, son capaces de proliferar y fermentar este nutriente para obtener energía.

Los carbohidratos fermentables pueden tener mayores efectos en la diversidad bacteriana que la proteína.

Inclusión de carbohidratos fermentables

Unos niveles elevados de carbohidratos fermentables incrementan la proporción de lactobacilos y reducen la presencia de coliformes en el intestino delgado, lo que demuestra un cambio en la población bacteriana como respuesta a la dieta (Konstantinov (2004) y Molist (2009)).

Bikker atribuye este cambio en las poblaciones bacterianas al fenómeno de resistencia a la colonización descrito por Van de Waaij en 1989.

En el intestino grueso, la alta disponibilidad de carbohidratos fermentables da lugar a un incremento de ácidos grasos volátiles de cadena corta y a una disminución del NH3 -N en la dieta baja en proteína, lo que implica que se fermentan los carbohidratos y no las proteínas, además de producirse una mayor incorporación de nitrógeno a la biomasa bacteriana.

Especialmente reseñable es la producción de ácido butírico que servirá como fuente de energía a los colonocitos, reforzando su estructura y mejorando su función. Si bien, la producción de butírico en el colon puede estar estimulada por la presencia de almidón resistente y polisacáridos no amiláceos en la dieta, las bacterias productoras de lactato también pueden estimular su producción. A pesar de todo ello, en el estudio de Bikker, los parámetros morfológicos de la pared intestinal no estuvieron afectados por ninguno de los tratamientos del estudio.

Por su parte, Wellington et al. (2020) señalaron en su estudio sobre ácidos grasos volátiles (isobutirato y isovalerato) que las concentraciones de BCFA fueron reducidas, impactando positivamente en los resultados de las dietas altas en fibra.

El reto de ajustar el nivel de proteínas en dietas postdestete

Actualmente, existen evidencias de que alimentar lechones en el destete con dietas con un nivel de proteína inferior a 180g/kg con un balance de aminoácidos similar al concepto de proteína ideal y alta digestibilidad reduce las fermentaciones proteicas y mejora la consistencia de las heces. Además, con este tipo de dietas se han encontrado menores respuestas a la inflamación intestinal debido al menor número de E. coli ETEC en el tracto intestinal.

Treonina – Un factor limitante

Uno de los inconvenientes del uso de las dietas altas en fibra es la disponibilidad de treonina (obviamente no consideramos aquí la disminución de la digestibilidad en estas dietas) debido al incremento de pérdidas endógenas en aminoácidos que ocurren con estas dietas, lo que hace necesario incrementar el nivel de treonina para obtener los mejores resultados zootécnicos en cuanto a deposición proteica y crecimiento.

CAPACIDAD ANTIOXIDANTE

Los resultados del estudio de Wellington sugieren que, si bien los sistemas de defensa antioxidantes pueden no verse afectados por los niveles de fibra y de proteína en la dieta, la treonina dietética puede ser un factor limitante para una capacidad antioxidante óptima.

La expresión del gen MUC2 está correlacionada con la secreción de mucina, lo que incrementa los requisitos de treonina. La dieta de alto contenido proteico redujo la expresión del gen MUC2 mientras que la dieta de alto nivel de fibra aumentó la expresión de este gen.

La reducción de la secreción de mucina y la función de barrera asociada en dietas altas en proteína pueden indicar un mecanismo potencial para una mayor incidencia de diarrea asociada a patógenos en lechones destetados.

La alimentación con dietas con alto nivel de fibra aumentó la expresión de la proteína de unión estrecha ZO-1 en la dieta baja en proteína, pero no en la dieta alta en proteína, lo que es indicativo de los efectos de las dietas altas en proteínas en el ensamblaje de proteínas de unión estrecha.

Se encontró una interacción significativa entre el nivel de fibra y el nivel de treonina y se observó que la expresión de ZO-1 aumentaba a medida que aumentaba la treonina en la dieta baja en fibra, pero no en los cerdos alimentados con dieta alta en fibra, lo que indica que el impacto de treonina en la expresión de ZO-1 depende del nivel de fibra en la dieta.

La interacción proteína-nivel de treonina observada sugiere que el aumento de treonina aumentó la expresión de ZO-1 en los cerdos alimentados con dieta alta en proteína, pero no en los cerdos alimentados con dieta baja en proteína.

Estas observaciones demuestran que la utilización de treonina podría conservarse y priorizarse para mantener la integridad y función intestinal.

El nivel de treonina estandarizada a nivel ileal en este estudio fue de:

0,68 y 0,60 para las dietas bajas en fibra y bajas y altas en proteína, respectivamente.

0,73 y 0,64 para las dietas altas en fibra y bajas y altas en proteína, respectivamente.

La interacción fibra y proteína y sus niveles de incorporación en las dietas de lechones al destete debe tener en cuenta los factores relacionados con el tipo de fibra (soluble, insoluble, fermentable o no), los ingredientes que la aportan, los ingredientes que aportan la proteína y el tipo de tratamiento tecnológico que han recibido, además de las relaciones entre los productos derivados de las fermentaciones, las relaciones de aminoácidos y sus cantidades para maximizar no solo el crecimiento de los lechones sino también asegurar su salud intestinal.

Bibliografía

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3. Bikker, P., A. Dirkzwager, J. Fledderus, P. Trevisi, I. le Huërou-Luron, J.

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4. Mavromichalis, Ioannis. 2015. Can High-Fiber Levels Offset Effects of HighProtein Diets? Feed Strategy, 15 de octubre de 2015. https://www.feedstrategy. com/pig-nutrition/can-high-fiber-levels-offset-effects of-high-protein-diets/.

5. NH -N: es la explicación de unidad del nitrógeno en forma química NH 3 -N. El amoníaco (NH 3 )3 y el3 amoníaco- nitrógeno (NH 3 -N) son diferentes expresiones de las formas químicas del amoníaco. La forma NH 3 -N utiliza el peso molecular del nitrógeno atómico (N). La forma NH utiliza el peso molecular del amoníaco (NH 3 ), 1 átomo de nitrógeno + 3 átomos de hidrógeno. La forma de amoníaco-nitrógeno NH 3 -N es común porque relaciona otros compuestos de nitrógeno como nitrito-nitrógeno NO 2 -N o nitrato-nitrógeno NO 3 -N.

6. PUN: plasma urea nitrogen.

7. Wellock, I. J.; Fortomaris, P. D.; Houdijk, J. G. M.; Kyriazakis, I., 2006a: The effect of dietary protein supply on the performance and risk of post-weaning enteric disorders in newly weaned pigs. Animal Science 82, 327– 335.

8. Jeaurond, E. A.; Rademacher, M.; Pluske, J. R.; Zhu, C. H.; de Lange, C. F. M., 2008: Impact of feeding fermentable proteins and carbohydrates on growth performance, gut health and gastrointestinal function of newly weaned pigs. Canadian Journal of Animal Science 88, 271– 281.

9. Wellington, Michael O., Rochelle B. Thiessen, Andrew G. Van Kessel, y Daniel A. Columbus. 2020. Intestinal Health and Threonine Requirement of Growing Pigs Fed Diets Containing High Dietary Fibre and Fermentable Protein. Animals 10 (11): 2055.

10. Opapeju, F. O.; Rademacher, M.; Blank, G.; Nyachoti, C. M., 2008: Effect of low-protein amino acid-supplemented diets on the growth performance, gut morphology, organ weights and digesta characteristics of weaned pigs. Animal 2, 1457– 1464.11. Rapamicina, también conocido como sirolimus, es un compuesto macrólido que se usa para recubrir stents coronarios, prevenir el rechazo de trasplantes de órganos y tratar una enfermedad pulmonar poco común llamada linfangioleiomiomatosis. Tiene funciones inmunosupresoras en humanos y es especialmente útil para prevenir el rechazo de trasplantes de riñón. Inhibe la activación de las células T y las células B al reducir su sensibilidad a la interleucina-2 (IL-2) mediante la inhibición de mTOR. Es producida por la bacteria Streptomyces hygroscopicus y fue aislada por primera vez en 1972 por Surendra Nath Sehgal y sus colegas de muestras de Streptomyces hygroscopicus encontradas en la Isla de Pascua. El compuesto fue originalmente llamado rapamicina por el nombre nativo de la isla, Rapa Nui. El sirolimus se desarrolló inicialmente como un agente antifúngico. Sin embargo, este uso se abandonó cuando se descubrió que tenía potentes propiedades inmunosupresoras y antiproliferativas debido a su capacidad para inhibir mTOR. Fue aprobado por la FDA (Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos) en septiembre de 1999. (https://en.wikipedia.org/wiki/Sirolimus).

11. Deng, D.et al. 2009. «Impaired Translation Initiation Activation and Reduced Protein Synthesis in Weaned Piglets Fed a Low-Protein Diet». The Journal of Nutritional Biochemistry 20 (7): 544-52.

12. Chaosap, C., T. Parr, y J. Wiseman. 2011. «Effect of Compensatory Growth on Performance, Carcass Composition and Plasma IGF-1 in Grower Finisher Pigs». Animal 5 (5): 749-56.

13. Lebret, B., A. Heyer, F. Gondret, y I. Louveau. 2007. «The Response of Various Muscle Types to a Restriction–Re-Alimentation Feeding Strategy in Growing Pigs». Animal 1 (6): 849-57.