Resumen. El correcto desarrollo funcional del tracto gastrointestinal es de especial importancia durante las fases neonatal y en el destete de lechones. La nutrición es obviativamente un determinante crítico en el crecimiento del intestino en los cerdos jóvenes. El epitelio de la mucosa del intestino delgado esta anatómica y funcionalmente inmaduro en cerdos neonatales, una característica que parece exacerbarse en el destete, cuando se produce una colonización del intestino por “nuevos” microorganismos que adquiere con el alimento sólido (pienso). Esto expone con frecuencia a los lechones a síndromes diarreicos y trastornos intestinales. Los aditivos funcionales para piensos, también llamados nutracéuticos, aparecen como sustancias alternativas al uso de quimioterapéuticos como los promotores del crecimiento, sobre todo teniendo en cuenta practicamente prohibición de los mismos por parte del Parlamento Europeo con el fin de reducir el uso antibióticos por fenómenos de resistencia en terapias humanas. Hay varios aditivos para piensos disponibles que pueden desempeñar un papel nutricional en el cerdo debido a sus efectos tróficos y citoprotectores en el aparato gastrointestinal. Prestando especial atención a las consecuencias cuantitativas (histometría) sobre el intestino de los suplementos dietéticos examinados, esta revisión, aunque no sea completamente exhaustiva, se centrará en la función (y posiblemente el mecanismo/s de acción) de ciertos sustratos nutritivos tróficos intestinales. Esto a su vez sostendrá el uso potencial de estas sustancias en la terapia humana, especialmente la dirigida a resolver enfermedades intestinales, tanto en edades adultas como jóvenes. En estudios nutricionales, así como en otros campos de investigación biomédica, el cerdo es un excelente modelo animal.
Histol Histopathol (2006) 21: 273-283 http://www.hh.um.es
Introducción
La alimentación es un estímulo importante para el crecimiento y mantenimiento de la mucosa gastrointestinal, y, en este sentido, la estructura intestinal está influenciada por la vía de administración de nutrientes, la composición dietética del pienso, y la disponibilidad en el de nutrientes.
En la vida productiva del cerdo, sobre todo cuando en crecimiento, las fases neonatal y de destete representan períodos críticos tanto para el correcto desarrollo del intestino como para el crecimiento del animal (Pluske et al., 1997; Lay et al., 2001).
El correcto desarrollo funcional del tracto gastrointestinal, en el que debe ser capaz de mantener las funciones digestivas, absorción de nutrientes y funciones inmunes, es de particular importancia para que estos procesos ocurran correctamente. Realmente, el tracto gastrointestinal desempeña un papel funcional clave en el crecimiento del lechón joven, incluso representando una fracción relativamente pequeña de su peso corporal, ya que es aproximadamente el 2% del peso corporal al nacer y aumenta casi tres veces, a más del 6% tras las dos semanas después del destete (Shields et al., 1983; Mitchell et al., 2001). La nutrición es obviamente un determinante crítico en el desarrollo funcional y crecimiento del tracto gastrointestinal, y, por otro lado, el ayuno provoca una marcada atrofia intestinal, como en los humanos (Alpers, 2002). Además de servir como sustratos para la energía oxidativa y precursores para la síntesis de proteínas funcionales constitutivas y secretizadas, glicoproteínas, nucleótidos y lípidos de membrana, los nutrientes estimulan indirectamente la producción de hormonas endocrinas y paracrinas, factores de crecimiento y una variedad de metabolitos que afectan la fisiología gastrointestinal, con efectos estimulantes e inhibitorios. La acción de los nutrientes dietéticos hacia los microorganismos beneficiosos de la microbiota en las vellosidades intestinales no puede ser ignorada, ya que los microrganismos pueden proporcionar pequeñas moléculas para ser utilizadas en el desarrollo funcional de la aparato gastrointestinal.
El desarrollo y crecimiento intestinal se debe a la estimulación asociada con la alimentación oral que comienza en gran medida al nacer, ya que se produce cierta deglución de líquido amniótico en cerdos fetales (Sangild et al., 2000). Los nutrientes ingeridos tienen obviamente un efecto anabólico importante en el intestino neonatal (Burrin et al., 2000), pero también hay numerosos factores de crecimiento presentes en el calostro de la cerda y la leche que se cree que tienen efectos tróficos en el intestino (Remillard et al., 1998), independientemente de la presencia en los de nutrientes.
Durante el proceso de destete hay varios factores nutricionales y ambientales clave que contribuyen a cambios importantes en la estructura y las funciones del tracto gastrointestinal (Pluske et al., 1997; Dreau y Lalles, 1999; Burrin y Stoll, 2002; Hedeman et al., 2003; Boudry et al., 2004; Carlson et al., 2004). Estos factores incluyen:
1) el cambio en la ingestión de nutrientes, es decir, de amamantar pasa a ingerir alimento de un comedero, que, junto con la retirada de la cerda y la mezcla con lechones desconocidos, es directamente responsable de un estrés psicológico y conductual.
2) los cambios en el aspecto físico, composición química, y caracteres sensoriales de la comida, de un líquido a uno seco, con los consiguientes cambios cualitativos y cuantitativos en la microflora intestinal.
Si la alteración de las vellosidades intestinales tiene fama de ser responsables de la mayoría de las patologías intestinales con la frecuente aparición de diarrea en lechones destetados (Alexander, 1994), todos los factores citados simultáneamente interactúan entre sí para producir una reducción en la ingesta de alimento, lo que a su vez causa una disminución de la masa general y los componentes de la mucosa del intestino delgado, con la aparición de vellosidades intestinales y criptas dramáticamente reducidas (Pluske et al., 1997; Owusu-Asiedu et al., 2003). La atrofia de estas vellosidades, a su vez, puede causar limitaciones importantes en la absorción de nutrientes clave necesarios para maximizar el crecimiento de los tejidos periféricos, como el músculo esquelético.
Cuando, por otro lado, la fase adaptativa del destete puede considerarse terminada con éxito alrededor de los siete u ocho días después de la sustitución de la dieta (comienzo de la alimentación sólida), la reanudación de una ingesta de alimento relativamente normal se caracteriza por aumentos significativos en las masas de el intestino delgado, el estómago y el intestino grueso, debido a una mayor ingesta de materia seca, y la presencia de fibra, con una función de estímulo mecánico para la mucosa gastrointestinal. Las glicoproteínas de la mucosa (mucinas) representan un marcador importante de las funciones adquiridas por el intestino, y su secreción generalmente aumenta después del destete, debido a la creciente complejidad de la alimentación ( Deplancke y Gaskins, 2001). La producción de mucinas puede ser significativa en el anabolismo del animal, (Piel et al., 2004) y, junto a la fermentación colónica de aminoácidos esenciales y carbohidratos representa una pérdida obligatoria de nutrientes para el animal, incluso si es útil para el desarrollo de la microbiota.
Las mucinas son “ladrillos” fundamentales para la construcción de la de barrera intestinal. En realidad, el intestino sirve como una interfaz dinámica entre los ambientes externos (la sala de la granja) e internos (el hábitat de la luz intestinal) del cerdo, con sus funciones principales de digerir y absorber el alimento y proporcionar una fisicoquímica e inmunológica contra posibles materiales nocivos, como microorganismos patógenos, toxinas y macromoléculas alergénicas. Los enterocitos que pueblan la mucosa del intestino delgado constituyen el tipo de célula que asegura la mayoría de estas funciones, y siempre están en un estado dinámico. Están siendo reemplazadas constantemente por células que surgen de las glándulas intestinales, con una tasa de regeneración que coincide con la pérdida normal de células apoptóticas en el epitelio velloso (Tang et al., 1999; Van Dijk et al., 1999). En el intestino grueso, la sustitución constante de enterocitos está presente, aunque sea en menor medida que en el intestino delgado, y ocurre en el ápice de las glándulas intestinales. El epitelio de la mucosa del intestino delgado se considera anatómica y funcionalmente inmaduro en cerdos neonatales (Pluske et al., 1997), una característica que se exacerba en el destete, cuando se produce una colonización del intestino por “nuevos” microorganismos que entran en juego en la luz intestinal con el alimento sólido. Estos pasan a convertirse en microrganismos comensales, pero la transformación de algunos de ellos en patógenos no es un evento infrecuente en torno al destete. Cuando un patógeno entra en el canal alimentario, debido a su penetración en la barrera intestinal, causa modificaciones defensivas que resultan en una activación del sistema inmune de la mucosa y la liberación de citoquinas proinflamatorias (por ejemplo, factor de necrosis tumoral e interleucinas), que se ha demostrado que aumentan la proliferación de células criptales, apoptosis de enterocitos vellosos (Rafferty et al., 1994; Piguet et al., 1999), y síntesis de mucinas proteínas de fase aguda intestinal (Breuille et al., 1998).
Por lo tanto, el período postnatal desde el nacimiento hasta el post-destete (a través del destete) está marcado por un aumento sustancial en las masas de los órganos gastrointestinales y la suposición de roles funcionales propios del intestino. Los aumentos en la síntesis de proteínas y glicoproteínas y la masa celular, junto con el aumento de las vías del metabolisma celular, deberían traducirse en un aumento de las necesidades de nutrientes para el intestino. Sin embargo, se cuenta con pocos estudios (Torrallardona et al., 2003; Van Nevel et al., 2003) que tratan sobre la posible presencia de nutrientes específicos para este período de transición neonatal-destete, con el objetivo de mostrar funciones nutritivas tanto para los lechones en crecimiento como para las necesidades posteriores de engorde.
Los aditivos funcionales para piensos (también llamados “nutracéuticos”) entran dentro de este marco. Los aditivos funcionales para piensos son principalmente sustancias alternativas al uso de agentes antibacterianos y quimioterapéuticos durante el destete en la granja de cría, ya que pueden estimular adecuadamente las respuestas defensivas locales e influyen favorablemente en la microflora gastrointestinal residente, pero también son capaces de mejorar la digestión y absorción de nutrientes. Estos, además, parecen ser una respuesta prometedora en opinión de los países de la CE que aplican la reciente Directiva 70/524/CEE (2002/C 329 CE) del Parlamento Europeo sobre el bloqueo gradual en el uso de antibióticos como aditivos alimentarios para especies animales de abasto. Por consiguiente, existe una solicitud urgente para el desarrollo de sustancias alternativas al uso de quimioterapéuticos, y los aditivos funcionales, en su variedad, pueden utilizarse favorablemente a este respecto.
En la última década, los estudios han demostrado que hay varios nutrientes disponibles que pueden desempeñar un papel en los plaes nutricionales porcinos por sus efectos tróficos y citoprotectores en el aparato gastrointestinal. La revisión se centrará en la función (y posiblemente el mecanismo o mecanismos de acción) de ciertos nutrientes tróficos intestinales, con la perspectiva de que las sustancias examinadas pueden ser aditivos potenciales para piensos con el objetivo de optimizar el crecimiento, la funcionalidad y la salud intestinal en lechones destetados. Además, considerando que el cerdo, en esta fase de destete, es un excelente modelo animal para analizar el ayuno y la desnutrición (Alpers, 2002), y para la investigación biomédica (Swindle, 1998; Bruins et al., 2002; Li et al., 2003; Fan et al., 2004), un conocimiento más profundo de este argumento posiblemente contribuirá a asegurar el estado de salud intestinal en los seres humanos, sobre todo desde un punto de vista preventivo, contra muchas patologías intestinales, por ejemplo degenerativas.
Esta revisión no quiso ser exhaustiva de este argumento, pero tenía la intención de evidenciar algunos aspectos especialmente interesantes de las consecuencias sobre la estructura intestinal de la administración dietética de aditivos tróficos intestinales. Nos preocupa especialmente analizar desde un punto de vista morfofuncional estos aspectos estructurales, porque los cambios evidenciados (en comparación con los animales controlados, no suplementados) pueden en algunos casos sugerir posibles formas de acción de los alimentos funcionales, y así suscitar interés en temas multidisciplinarios de investigación.
L-glutamina
Estudios realizados durante las últimas décadas han demostrado que la glutamina es un aminoácido de especial importancia para determinar y asegurar los procesos metabólicos normales de la célula entérica (Brooks et al., 1997). Este aminoácido es indispensable para el crecimiento óptimo de la mayoría de las células y tejidos con alta renovación. Aunque la glutamina generalmente se considera un aminoácido no esencial, numerosos estudios han demostrado que la capacidad de almacenamiento y síntesis endógena de glutamina puede en algunos casos no ser suficiente para satisfacer las necesidades del cuerpo durante el estrés a largo plazo, los estados hipercatabólicos e hipermetabólicos, o inanición prolongada (Hammarqvist et al., 1996; Elia y Lunn, 1997; Griffiths et al., 1997; Peng et al., 2004). Esto ha llevado a una redefinición de la glutamina como un aminoácido “condicionalmente esencial”.
La L-glutamina ha recibido un interés considerable como un nutriente dirigido al intestino, debido al papel clave propuesto en el mantenimiento de la estructura y función intestinal. La glutamina parece ser indispensable como combustible metabólico para ser completamente oxidada por la capa epitelial de la mucosa intestinal (Zhou et al., 2001) y tiene fama de actuar de una manera triple:
i) proporciona precursores de nitrógeno para las vías anabólicas de la mucosa para mantener la estructura y función intestinal.
ii) suministra a los hepatocitos una mezcla óptima de sustrato.
iii) proporciona citrulina/arginina para todo el organismo (Plauth et al., 1999).
Como era de esperar, la necesidad de glutamina, medida como el nivel de oxidación de glutamina hasta CO2, parece aumentar con la edad del lechón (Wu et al., 1994). Los estudios microanatómicos en lechones destetados (Ayonrinde et al.,1995) mostraron que complementar la dieta con glutamina cristalina al 4% aumentó la altura de las vellosidades intestinales. Cuando los cerdos son destetados prematuramente, se da la atrofia concomitante ya descrita de las vellosidades en el jejuno, pero no en el duodeno, esto se puede prevenir mediante la inclusión si 1% de glutamina en la dieta (Wu et al.,1994). En cerdos amamantados de 4 días, la glutamina (con una inclusión del 4,5% en un modelo experimental de nutrición parenteral total) aumentó la altura de las vellosidades y la superficie de absorción en el yeyuno, sin alterar la proteína o la masa de ADN (Burrin et al.,1994). Este efecto nulo sobre los macro-constituyentes también se observó con lechones de 1 semana de edad (Burrin et al., 1991). Por otro lado, Li et al. (2003) han encontrado en cerdos trasplantados (intestino delgado) que la glutamina en la nutrición parenteral total mejoró significativamente las actividades de disacáridasa intestinal, altura de las vellosidades, área de superficie y grosor de la mucosa, afectando en al contenido de proteínas de la mucosa. Dos estudios recientes realizados en lechones destetados mostraron que la suplementación con glutamina en la dieta al 0,5 % afectó significativamente la estructura intestinal, con vellosidades más altas y criptas más profundas, a los 30 días después del destete de los lechones (Domeneghini et al., 2004, 2005; Tabla 1). Los mismos autores (Domeneghini et al., 2004, 2005; Fig. 1) encontraron que el número de células mucosas proliferantes fue mayor y el número de células mucosas apoptóticas disminuyó en lechones tratados con glutamina vs control (Tabla 1). Además, la glutamina dietética mejoró el número de macrófagos de la mucosa y linfocitos intraepiteliales (IEL), lo que posiblemente permita que los cerdos jóvenes pasen sin patologias a través de un período estresante, como sin duda lo es el destete precoz.
Tabla 1. Efectos de la glutamina dietética en lechones destetados sobre los aspectos estructurales del íleon.
CONTROL GLUTAMINA P VALORES
| altura de las vellosidades, μm (V) | 168.18 ±9.33 | 207.63±9.33 | 0.0038 |
| profundidad de cripta , μm (C) | 109.97±13.73 | 166.13±13.73 | 0.0049 |
| Relación V :C | 1.60±0.103 | 1,25± 0,103 | 0.0215 |
Células epiteliales (número de celdas en 0,015 mm2)
apoptosis 90±1.36 84±1.36 0.0109
mitosis 1288±13.89 1344±13.89 0.0159
Índice A:M 0.069±0.001 0.062 ±0.001 0.0023
Folículos linfáticos (número de celdas en 0,015 mm2)
apoptosis 78±3.39 58±3.39 0.0012
mitosis 192±2.34 194±2.34 0.58
Índice A:M 0.32±0.002 0.30 ±0.002 0.002
Los hallazgos, a veces discrepantes, en diferentes tramos del intestino delgado del lechón pueden reflejar diferencias entre ellos en la utilización metabólica de la glutamina y posiblemente las consiguientes tasas modificadas de proliferación afectada por enterocitos. Realmente, la glutamina parece afectar las tasas de proliferación celular no solo indirectamente, como combustible metabólico, sino también directamente, porque se ha demostrado que posee sus propias acciones estimulantes hacia la proliferación en un estudio in vitro (Blikslager y Roberts, 1997). Reeds y Burrin (2001), observando que las células intestinales son capaces no sólo de utilizar sino también sintetizar el aminoácido, plantearon la hipótesis de un papel regulador “sutil” de la glutamina en la modulación de las tasas de proliferación y diferenciación.
Incluso estos estudios en su conjunto sugieren que la dosis-eficacia de la suplementación dietética con glutamina debe establecerse teniendo en cuenta la edad de los animales tratados y el posible tracto intestinal dirigido, se deben subrayar tres aspectos al considerar esta suplementoción dietética como potencialmente favorable:
i) la glutamina afecta a la estructura del intestino delgado del lechón, sobre todo yeyuno e íleon.
ii) los efectos estructurales observados se detectan en la altura de las vellosidades y la profundidad de la cripta, valores que parecen mejorados y, por lo tanto, la mucosa intestinal del lechón es potencialmente capaz de restaurar el adelgazamiento de la mucosa que se produce en el destete.
iii) los cambios estructurales observados detectados en comparación con animales no tratados pueden apoyar, sugiriendo posibles mecanismos de acción, la suplementación dietética con glutamina en humanos cuando las patologías (sobre todo, crónicas) se desarrollan vinculadas a una pérdida de mucosa intestinal (Alpers, 2000; Zhou et al., 2001).
Glutamato
El glutamato es un componente importante de las proteínas de la dieta y se puede formar, con amoníaco, a través de la glutaminasa. Reeds et al. (1997) sugieren que el glutamato es un sustrato metabólico importante para las células epiteliales intestinales. Usando trazadores isotópicos en lechones, estos autores encontraron que la glutamina enteral marcada se metabolizó casi por completo (95%) durante su absorción a través de la capa epitelial intestinal. En un estudio previo realizado en cerdos (Reeds et al., 1994), se demostró que el glutamato administrado por vía enteral era un sustrato preferencial para el metabolismo del intestino delgado, y aproximadamente el 50% del mismo era metabolizado a CO2, un porcentaje superior a la glucosa en este modelo. Reeds et al. (2000) también mostraron que el glutamato dietético parecía ser un precursor específico para la biosíntesis de glutatión, arginina y prolina por la mucosa del intestino delgado. Fan et al. (2004) observaron en cerdos recién nacidos que los enterocitos utilizan glutamato, delineando además una progresión en su eficiencia a lo largo del eje cripta-vellosidad. Los cerdos alimentados con una dieta baja en proteínas demostraron una oxidación suprimida del glutamato (y la leucina) en comparación con los controles alimentados con una dieta basal, mientras que el porcentaje de glucosa oxidada para obtener energía obviamente aumentó (Van der Schoor et al., 2001).
Estos estudios, tomados en conjunto, indican que el glutamato derivado de la dieta juega un papel importante en la fisiología intestinal y el metabolismo a nivel de las células epiteliales. Sin embargo, sorprendentemente existe poco conocimiento sobre los posibles efectos del glutamato sobre la estructura intestinal y sobre las posibles funciones del glutamato en la dieta respecto a modelos de inflamación intestinal, lesión o adaptación durante un proceso reparador. Se necesitan estudios adicionales sobre la eficacia del glutamato dietético (o intravenoso) como nutriente trófico y citoprotector.
Figura 1.
u: Cerdos suplementados dieteticamente con glutamina: células epiteliales en proliferación evidente en las criptas intestinales del íleon (flechas).
b: Cerdos control: las células epiteliales en proliferación son menos numerosas en las criptas intestinales del íleon en comparación con la administración dietética de glutamina (puntas de flecha).
Barras de escala: 50 μm.
Arginina
La síntesis de arginina ocurre principalmente en el intestino delgado de los lechones (Stoll et al., 1998; Wu et al., 2004), y tiene fama de ser condicionalmente indispensable en el neonato (Wilkinson et al., 2004), y para promover la reparación intestinal (Rhoads et al., 2004). La síntesis neta de arginina posiblemente necesite prolina como precursor dietético primario, no siendo el glutamato y la glutamina fundamentales en esta vía metabólica, sobre todo en el neonato (Murphy et al., 1996; Wu, 1998; Wilkinson et al., 2004). De hecho, en un experimento que emplea la hiperanemia inducida por la deficiencia de arginina como resultado primario , Brunton et (al. 1999) demostró que la arginina y la prolina son co-indispensables en lechones alimentados intragástricamente. En ese estudio, los autores concluyeron que el lechón neonatal no podía sintetizar cantidades suficientes de arginina para mantener el ciclo de la urea , así como niveles suficientes de prolina para mantener las concentraciones plasmáticas. Los mismos autores (Brunton et al., 1999) encontraron que la síntesis de arginina a partir de la prolina depende del metabolismo intestinal, que disminuye como resultado de la atrofia intestinal durante la alimentación parenteral. En otro estudio, Bertolo et al. (2000), demostraron que las reservas metabólicas libres de arginina, ornitina, citrulina, prolina, glutamato y glutamina se alteraron dramáticamente cuando se alimentaron con dietas idénticas a los lechones a través de las vías venosas centrales o venosas portales. En particular, observaron cambios dramáticos en las reservas de ornitina en el hígado, la mucosa del intestino delgado, el riñón y el plasma. Sugirieron que la atrofia intestinal debido a la alimentación parenteral causó una menor retención de nitrógeno debido a la disminución de la síntesis de aminoácidos condicionalmente indispensables (es decir, arginina y prolina) por el intestino atrofiado (Bertolo et al., 1999). En un estudio in vitro, Rhoads et al. (2004) han planteado recientemente la hipótesis de que la arginina actúa en la promoción de la migración de células intestinales, en el sentido de que es un donante de NO (óxido nítrico), un resultado que a su vez subraya la importancia del vínculo potencial entre el metabolismo de la arginina y la síntesis de NO. En condiciones sépticas severas recreadas en el modelo de porcino desafiado con endotoxina E. coli, Bruins et al. (2002) han observado en el canal alimentario (y en varios otros órganos) un aumento de la producción de NO protector vinculado con una suplementación intravenosa de arginina .
En situaciones en las que el metabolismo intestinal se ve comprometido, como durante la nutrición parenteral o enfermedades gastrointestinales graves (Bertolo et al., 2003), la arginina es indispensable porque su biosíntesis es insignificante, por lo que este es un caso (dentro de un número conspicuo), en el que el cerdo debe considerarse un modelo animal para resolver tentativamente el intestino humano las patologías y los datos que se refieren a ella son potencialmente útiles para los seres humanos.
Nucleótidos
Los términos “semi-esencial” o “condicionalmente esencial” se han utilizado para describir el papel de los nucleótidos en la nutrición humana. Estos nutrientes pueden llegar a ser esenciales cuando el suministro endógeno es insuficiente para que el intestino muestre sus funciones normales, incluso si su ausencia de la dieta no conduce a un síndrome de deficiencia clínica clásica. Las condiciones bajo las cuales estos nutrientes pueden llegar a ser esenciales incluyen ciertos estados de enfermedad en los que se produce una pérdida de masa gastrointestinal, y períodos de ingesta limitada de nutrientes o crecimiento rápido (como el período de destete en especies animales de abasto). En estas condiciones, la ingesta de nutrientes tales como integradores dietéticos obliga al organismo a una síntesis de novo de ellos, y puede llevar los niveles metabólicos de los tejidos a condiciones de trabajo límite (Uauy, 1989; Carver, 1999; Arnaud et al., 2003).
Los nucleótidos y sus productos metabólicos relacionados juegan un papel clave en muchos procesos biológicos. Sirven como precursores de ácidos nucleicos, mediadores fisiológicos, constituyentes de coenzimas y fuentes de energía celular a través de vías respiratorias. La producción de energía a través del sistema mitocondrial de oxidación y reducción se ve gravemente afectada durante los estados de diarrea crónica del destete (Arnaud et al., 2003), y esta es una ocurrencia adicional en la que la síntesis de nucleótidos de novo puede ser metabólicamente costosa, los nucleótidos se pueden obtener de manera eficiente a partir de la dieta o a través de vías de rescate de nucleótidos. Aunque la mayoría de los nucleótidos dietéticos se metabolizan enzimáticamente y sus productos finales se excretan, hasta un 5% se incorporan a los tejidos, particularmente durante períodos de rápido crecimiento e ingesta limitada de alimentos (Uauy, 1989; Carver, 1999).
Se ha notificado una amplia gama de concentraciones de nucleótidos, de 30 a >70 mg/L, en la leche materna. Las fórmulas de leche reconstituida suplementadas con nucleótidos generalmente contienen entre 20 y 70 mg/L (Carver, 1999), mientras que las concentraciones de nucleótidos en fórmulas a base de leche de vaca no suplementadas son más bajas que las de la leche humana. Los datos sugieren que los nucleótidos dietéticos desempeñan un papel en el crecimiento y la diferenciación del tracto gastrointestinal en las edades neonatales. Los tejidos intestinales de los animales alimentados con dietas suplementadas con nucleótidos tienen mayores cantidades de proteína y ADN en la mucosa, mayor altura de vellosidad y actividades de disacáridasa, y una mejor recuperación después de una lesión intestinal que los de animales alimentados con dietas libres de nucleótidos (Uauy, 1989; Walker, 1996; Carver, 1999). Domeneghini et al. (2004) han encontrado recientemente que los lechones alimentados con nucleótidos revelaron una mayor altura de vellosidades y profundidad de criptas que los animales no suplementados, así como un mayor número de macrófagos en la mucosa y linfocitos intraepiteliales. Se dispone de información muy limitada sobre las necesidades de nucleótidos del lechón, pero debido a la efectividad de los nucleótidos dietéticos en la mejora de la estructura intestinal en sus aspectos defensivos relacionados con el mantenimiento de las condiciones de salud locales y en el desarrollo del sistema inmunológico en otras especies, se puede especular que los nucleótidos son necesarios para los lechones y los bebés humanos durante períodos de estrés y desafíos infecciosos.
Probióticos
Los probióticos son microorganismos no patológicos, que, al entrar en la luz intestinal con la dieta y poder residir en este hábitat durante un período limitado, se consideran capaces de actuar como biorreguladores naturales (Salminen et al., 1998a; Isolauri et al., 2002; Figura 2). Los microorganismos comensales del tracto digestivo de los mamíferos y sus secretociones deben considerarse dentro del gran grupo de los probióticos. Por lo general, tienen fama de ayudar a mantener el equilibrio del ecosistema del tracto digestivo por una variedad de mecanismos (aún no aclarados completamente), y prevenir la colonización del tracto digestivo por bacterias patógenas posiblemente a través de un mecanismo de exclusión competitiva (Vandernbergh, 1993). Recientemente, uno de sus roles sea la modulación de la secreción de productos inflamatorios (citoquinas) por la estimulación del epitelio intestinal, se ha demostrado en un estudio in vitro (Bai et al., 2004).
En los campos de la ciencia animal y la medicina veterinaria, los probióticos (sobre todo las bacterias productoras de ácido láctico, las bifidobacterias, las bacterias Bacillus spp. y la levadura) pueden usarse de manera efectiva, especialmente para mejorar procesos digestivos en etapas tempranas de vida, jóvenes, y adultas, en estimular el crecimiento y otros parámetros productivos, así como en la prevención de enfermedades del tracto digestivo sobre todo en animales de granja jóvenes (Casey et al., 2004). En la terapia humana también pueden considerarse una modalidad útil (en una posible coadministración de antibióticos) para el tratamiento de trastornos intestinales, tanto agudos como crónicos (Vanderhoof, 2001; Steidler, 2003).
Figura 2. Reputadas funciones funcionales de los probióticos sobre el microhábitat intestinal.
Los datos relativos a la eficacia de los probióticos mediante la administración dietética de lactobacilos probióticos a cerdos, en la práctica, son a menudo contradictorios , muchos autores han reportado un efecto estimulante sobre el crecimiento (Baird, 1977; Hale y Newton, 1979; Pollmann et al., 1980; Nousianinen y Settälä, 1993). El efecto de los lactobacilos y bifidobacterias dirigidos a contrastar las infecciones intestinales con diversas formas de diarrea en cerdos fue confirmado por varios informes (Hale y Newton, 1979; Kimura et al., 1983; Maeng et al., 1989; Bomba et al., 1998; Depta et al., 1998). However, otros autores (De Cupere et al., 1992; Bekaert et al., 1996) no han descrito este efecto, seguramente sobre la base de diferentes especies de microorganismos responsables de las infecciones intestinales.
Los grados variables de eficacia de los probióticos en diferentes condiciones pueden deberse a la propia preparación probiótica o pueden ser causados por otros factores, que comprenden el estado nutricional y sanitario de los animales tratados (Mao et al., 1996), y los efectos de la edad, el estrés y las diferencias genéticas. La variabilidad de los datos referidos al probiótico utilizado (o mezcla de diferentes probióticos) puede deberse a: diferentes tasas de supervivencia de especies y cepas, diferente preferencia de adhesión al intestino delgado en lugar del grueso, estabilidad de las especies/ cepas dentro del canal alimentario y su supervivencia en el compartimento del ácido gástrico y a la interacción con ácidos biliares, el uso de una cepa no específica en relación con el huésped, las dosis y la frecuencia de administración no totalmente apropiadas, las interacciones con quimioterapéutica (Casey et al., 2004; Ohashi et al., 2004). La experiencia en investigación apunta al hecho de que los probióticos son más efectivos en animales durante el desarrollo de la microflora (edades tempranas) o cuando la estabilidad de la microflora se ve afectada (Stavric y Kornegay, 1995).
Una especie/ cepa probiótica, además de no ser patógena y capaz de tolerar las condiciones del tracto digestivo, debe adherirse a la mucosa del tracto digestivo de un alto número de individuos, incluso por un período limitado, suficiente para estimular procesos defensivos locales y mejorar la función de barrera del intestino. Como consecuencia, se producirá la exclusión competitiva de patógenos y antígenos nocivos. Además, los microorganismos probióticos deben ser capaces de mantener una alta viabilidad durante el procesamiento industrial, y después de la liofilización y el almacenamiento, para revitalizarse rápidamente en el tracto digestivo y para producir sustancias inhibitorias contra Patógenos. Algunos de los criterios mencionados anteriormente para la selección de microorganismos con fines probióticos se pueden probar in vitro, pero la mayoría de ellos deben verificarse in vivo. En realidad, algunas propiedades de los microorganismos observados en condiciones de laboratorio no han sido confirmadas en ensayos con animales (Chateau et al., 1993; Bomba et al., 1998).
La eficacia de los probióticos puede mejorarse mediante los siguientes métodos:
1) selección de cepas específicas de microrganismos específicos de especies (huéspedes) (Isolauri et al., 2002) o de cepas específicas de trastornos intestinales (Shanahan, 2002).
2) ingeniería genética, destinada a mejorar posiblemente la eficacia de las especies/ cepas existentes e introducir en el genoma de los probióticos algunos (Baird, 1977; Hale y Newton, 1979; Pollmann et al., 1980; Nousianinen y Settälä, 1993). El efecto de los lactobacilos y bifidobacterias dirigidos a contrarestar las infecciones intestinales con diversas formas de diarrea en cerdos fue confirmado por varios informes (Hale y Newton, 1979; Kimura et al., 1983; Maeng et al., 1989; Bomba et al., 1998; Depta et al., 1998). However, otros autores (De Cupere et al., 1992; Bekaert et al., 1996) no han descrito este efecto, seguramente sobre la base de diferentes especies de microorganismos responsables de infecciones intestinales, así como del tracto intestinal como principalmente fuente de infección elementos especiales de sistemas reguladores o enzimas derivadas tanto de fuentes extrañas como humanas, de tal manera agregando propiedades especiales (Steidler, 2003). Incluso si se debe prestar atención a los posibles peligros relacionados con la liberación de microorganismos modificados genéticamente, un aspecto prometedor de los probióticos modificados genéticamente es inducir en ellos la secreción de citoquinas biológicamente activas (Steidler y Neirynck, 2003; Steidler et al., 2003), con el objetivo de reducir los efectos secundarios de las terapias tradicionales durante las enfermedades intestinales inflamatorias crónicas.
3) combinación de diferentes especies/cepas probióticas, que muestran diferentes sitios de adhesión en la luz intestinal y mecanismos de acción.
4) combinación de probióticos y componentes de acción sinérgica (simbiótico: ver más abajo).
5) inactivación de algunas cepas, con el objetivo de obtener un mayor grado de seguridad, una vida útil más larga, un grado menor de interacciones con otros componentes de la comida. Incluso si, en general, los probióticos viables deben considerarse en gran medida efectivos para estimular las respuestas defensivas, los probióticos no viables pueden ser más efectivos que los viables cuando se obtiene la inactivación de una toxina intestinal (Salminen et al., 1998b).
Para evaluar, y posiblemente mejorar la eficacia de un probiótico, es necesario obtener un conocimiento importante sobre los posibles mecanismos que median los efectos en el tracto digestivo (Stavric y Kornegay, 1995), un argumento que aún no esta totalmente aclarado (Sakata et al., 2003). En realidad, el posible efecto antibacteriano de un microorganismo probiótico, o sus efectos beneficiosos sobre todo el organismo del huésped, pueden estar mediados por uno o varios mecanismos que pueden expresarse a diferentes grados de intensidad.
Sakata et al. (2003) han descrito recientemente un mecanismo potencial relacionado con el aumento de la producción de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) (moduladores de varias funciones intestinales) en el ciego de cerdos en la dieta suplementada con probióticos bacterianos, que a su vez aceleran la descomposición de los carbohidratos. Otros estudios indican que en los cerdos la morfología intestinal (y, posiblemente, la función) del epitelio puede ser modificada por los probióticos. Se midieron vellosidades significativamente más largas y criptas más profundas en el íleon de lechones que recibieron dietas suplementadas con la levadura Saccharomyces cerevisiae ssp. boulardii (Di Giancamillo et al., 2003) y Pediococcus acidilactici (Di Giancamillo et al., 2004), respectivamente, y esto sin ningún signo de aspectos hiperplásicos u otros aspectos patológicos. Estas modificaciones pueden considerarse beneficiosas porque permiten a los cerdos jóvenes responder a las crecientes necesidades de su aparato gastrointestinal y enfrentar posibles desafíos bacterianos o víricos. Otros autores encontraron vellosidades intestinales más largas en el yeyuno de cerdo suplementadas con Bacillus cereus toyoi o Saccharomyces boulardii, respectivamente (Gorke y Liebler-Tenorio, 2001). El número de células caliciformes y el tipo de mucinas secretadas aparecieron en parte modificadas en el intestino grueso de cerdos dietéticos suplementados con Bacillus cereus toyoi o Saccharomyces boulardii (Baum et al., 2002).
Estudios in vitro indican que algunos probióticos (Lactobacillus plantarum 299v y L. rhamnosus GG) tienen la capacidad de inhibir la adherencia de la unión del patógeno E. coli HT 29 a las células epiteliales intestinales mediante el aumento de la expresión de las mucinas intestinales MUC2 y MUC3 (Mack et al., 1999).
Mucosa intestinal de cerdos que se alimentaron con dietas que contenían Bacillus cereus o S. boulardii, tuvo una mayor función de barrera y modificó la cinética de transporte de nutrientes para la glucosa y aminoácidos (Baum et al., 2002). Las ratas que fueron pretratadas con Lactobacillus plantarum 299v fueron protegidas contra el aumento de la permeabilidad intestinal inducido por E. coli (Mangell et al., 2002). Los procesos que median estas respuestas a nivel celular y/o tisular, son desconocidos, y la investigación sobre los problemas está en curso en varios laboratorios.
Incluso si los usos preventivos y, tal vez, terapéuticos de los probióticos son herramientas prometedoras para el tratamiento y la prevención de enfermedades gastrointestinales (y tal vez, extraintestinales), su utilización tanto para especies animales de abasto como para humanos merece algunas precauciones, vinculadas a sus interacciones establecidas con las células inmunes (Gills, 1998) y la posible aparición de enfermedades alérgicas (Paganelli et al., 2002).
Prebióticos
El concepto prebiótico se ha desarrollado considerando que es beneficioso el crecimiento selectivo de bacterias intestinales residentes, con el objetivo de sintetizar vitaminas y estimular la inmunidad local. Tambieén se han desarrollado para aumentar la viabilidad de los microorganismos probióticos administrados en productos alimenticios durante el tránsito a través del tracto gastrointestinal del huésped, ya que es variable y no siempre predecible. Los prebióticos son sustratos de carbohidratos no absorbibles o ingredientes alimenticios que no son digeribles (excepto a través de la actividad bacteriana). Estimulan selectivamente el crecimiento tanto de especies bacterianas residentes como de probióticos administrados en la dieta, lo que a su vez puede mejorar la salud del huésped (Gibson y Roberfroid, 1995; Isolauri et al., 2002; Teitelbaum y Walker, 2002). Cuando los probióticos y los prebióticos se administran juntos, podemos definir la mezcla como simbiótica (Isolauri et al., 2002). Parece que una serie de componentes adecuados (oligosacáridos, fitocomponentes, nutrientes y factores de crecimiento, proteínas, ácidos grasos poliinsaturados, ácidos orgánicos y metabolitos bacterianos) pueden ser utilizados en cerdos para potenciar el efecto de los probióticos (Pollmann et al., 1980; Gálfi y Bokori, 1990; Gibson y Roberfroid, 1995; Yadava et al., 1995; Breves et al., 2001; Bomba et al., 2002; Smiricky-Tjardes et al., 2003; Konstantinov et al., 2004).
El enfoque prebiótico aboga por la administración de microorganismos no viables y, por lo tanto, supera los problemas ya mencionados de supervivencia del microrganismo probiótico en el tracto gastrointestinal superior. Los posibles resultados de esta interacción caen sustancialmente dentro de una resistencia mejorada del huésped a los patógenos intestinales. En realidad se cree que la estimulación prebiótica derivada de bacterias del ácido láctico del tracto gastrointestinal humano que desempeñan un papel importante en una mejor resistencia a la colonización contra patógenos (Gibson et al., 1997; Glenn, 1999). Del mismo modo, el aumento del número de bifidobacterias en el intestino de los lactantes amamantados como consecuencia de la administración de prebióticos a sus madres puede contribuir a una mejor exclusión competitiva de los patógenos observados en este grupo en comparación con los lactantes que han sido alimentados con fórmula (Gibson et al., 1997).
Los prebióticos incluyen fructooligosacáridos (FOS), que, cuando se administran en la dieta, llegan al intestino grueso y se fermentan en ácidos grasos de cadena corta (AGCC), lactato y dióxido de carbono como la principal fuente de energía para las células epiteliales del intestino grueso, el n-butirato estimula la proliferación de células, así como la absorción de minerales y agua de la luz. Tsukahara et al. (2003) encontraron que la profundidad de la cripta era mayor en el intestino grueso de los lechones alimentados con FOS en comparación con los controles. También Van Nevel et al. (2003) encontraron que la longitud de las vellosidades del intestino delgado aumentó en lechones alimentados con oligosacáridos no digeribles en comparación con los animales control no tratados. Algunos de estos efectos pueden estar posiblemente relacionados con la inhibición de la apoptosis de enterocitos, como Claus et al. (2003) han hipotetizado recientemente en el colon de cerdo. Los FOS estimulan las tasas más altas de proliferación de colonocitos que la celulosa y otros oligosacáridos no digeribles en cerdos, sin aumentar la cantidad total medida de mucosa, así como mejorar los efectos de las bacterias probióticas en el intestino grueso ( Bomba et al., 2002). Además, pueden alterar la composición de la microflora residente del intestino humano, por una vía de fermentación específica , hacia una comunidad predominada por bifidobacterias (Gibson, 1999). La leche humana también contiene FOS y otros oligosacáridos complejos (Taitelbaum y Walker, 2002), posiblemente destinados a estabilizar la microflora intestinal residente del bebé.
A pesar de los efectos establecidos de los prebióticos en la modificación de la microflora intestinal, no siempre muestran los mismos efectos promotores de la salud de los probióticos (Branner et al., 2004), posiblemente debido a que sus efectos se limitan al tiempo durante el cual se consumen.
Conclusión
La eliminación gradual de los antibióticos como promotores del crecimiento de la industria animal ha renovado el interés por estrategias nutricionales alternativas, tanto para aumentar el rendimiento del animal de granja en ausencia de promotores de crecimiento antimicrobianos, como para protegerlos contra numerosas patologías y perturbaciones, que ocurren con frecuencia en la realidad de la granja. En este contexto, el uso de aditivos para piensos, como los considerados en la presente revisión, puede ser potencialmente de gran interés en la cría de especies animales de producción, especialmente porcinas.
El porcino es un omnívoro como los humanos, y en el campo de la nutrición también, como en otros campos científicos, el el cerdo es universalmente considerado un modelo animal indispensable para estudiar y resolver las preocupaciones humanas. Incluso se debe prestar gran atención a la transferencia de los resultados obtenidos de los estudios experimentales en animales al uso humano (así como de los estudios in vitro), el uso del modelo animal porcino puede ayudar a describir o plantear la hipótesis de algunos fundamentos y mecanismos de acción de suplementos dietéticos, y esto a su vez puede apoyar adecuadamente diferentes enfoques preventivos y / o terapéuticos en el uso de aditivos tróficos intestinales.
Los resultados de los estudios revisados evidencian que los análisis microanatómicos, sobre todo los cuantitativos, destinados a medir objetivamente los detalles estructurales intestinales modificados en relación con los suplementos dietéticos, son potencialmente útiles para evaluar la utilidad real de un factor trófico para una determinada especie, obviamente no solo sino en conjunto con otros campos de investigación científica. Esto, a su vez, parece muy prometedor en vista de un enfoque multidisciplinario para la validación de estos aditivos dietéticos especiales para la medicina animal y humana, en el que una aplicación meramente práctica a menudo es miope y autolimitada.
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Autor de la publicación
C. Domeneghini, A. Di Giancamillo, S. Arrighi y G. Bosi Departamento de Ciencias y Tecnologías Veterinarias para la Seguridad Alimentaria, Universidad de Milán, Milán, Italiacinzia.domeneghini@unimi.it
