Friday, 17 November del 2017

1 Dr. Manuel Silvera, 2. Dra. Ysabel Koga 3. Dr. Arnaldo Alvarado

1. Asesor del servicio técnico de Reinmark SRL

2. Directora de Investigación y desarrollo de Reinmark SRL

3.  Director de Laboratorio Bioservice SRL



Aplicaciones de la biotecnología en la nutrición, el metabolismo y la fisiología celular del ave (Parte I)

Aplicaciones de la biotecnología en la nutrición, el metabolismo y la fisiología celular del ave (Parte I)
Septiembre 26/2013
Lima - Perú
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Principales Activos Funcionales de Extractos Vegetales

En la década pasada todos los agentes involucrados en la crianza de aves manejaban excelentes conceptos sobre bioseguridad y calidad de nutrientes como factores principales para obtener los mejores parámetros productivos, en la actualidad sabemos que para obtener los objetivos deseados debemos mantener un ecosistema intestinal estable y funcional lo que conocemos comúnmente como salud intestinal.

Mantener la salud intestinal es un proceso complejo, no se trata sólo de mantener controlada la población de patógenos, es principalmente mantener la estabilidad, integridad y funcionalidad de todos los procesos digestivos a fin de obtener la máxima expresión fenotípica de las líneas genéticas de aves para las que fueron diseñadas.

Nuestra avidez por controlar el medio ambiente intestinal nos lleva a utilizar una variabilidad grande de productos diseñados para este fin, pero ¿qué pasa cuando los nutrientes han traspasado el borde en ribete de cepillo de la mucosa intestinal?, ¿le estamos realmente dando los mecanismos necesarios para un óptimo metabolismo celular?, ¿qué sucede con las toxinas (radicales libres) del proceso metabólico?, ¿podemos mantener la homeostasis celular con poco o sin gasto energético?, ¿se puede regular la oxigenación y gasto energético celular en un organismo diseñado genéticamente para un explosivo crecimiento y elevado metabolismo?. Creemos que los conceptos deben considerar la fisiopatología de la nutrición.

La sociedad y los consumidores cada vez mejor informados ahora nos han puesto ante situaciones no previstas, exigiéndonos la observancia y cumplimiento de estándares de seguridad alimentaria, el consumidor moderno ya no solo se conforma con las características organolépticas del producto final (magrura, jugosidad, color, frescura, etc.), ahora exigen la calidad sanitaria (libre de Salmonella, Campylobacter, E. coli, etc) y más recientemente libre de residuos (antibióticos, promotores de crecimiento, coccidostatos, pesticidas) y de metales pesados (arsénico, cadmio, plomo) lo que nos obliga a replantearnos los manejos en bioseguridad ambiental e intestinal.

En la industria moderna y con las exigencias actuales, ¿qué herramientas tenemos a disposición para lograr los objetivos y no morir en el intento?, Ahora la mirada de los principales actores se han vuelto a los principios básicos, volver a lo natural y es ahí donde nosotros tenemos un camino ya andado y la experiencia adquirida para proponer alternativas viables.

Los extractos de vegetales obtenidos mediante biotecnología nos ofrecen grandes ventajas en su uso como moduladores de la respuesta inmune, asimilación de nutrientes y del metabolismo celular.

BETAÍNA, extracto de beterraga (Beta vulgaris) es un aditivo no nutricional que se está empleando en la ración de aves, aprovechando principalmente su capacidad de osmolito regulador intracelular previniendo los cuadro de apoptosis celular ante imbalances de electrolitos a nivel sistémico.

Osmolito protector:

El principal papel fisiológico de la betaína es actuar como un osmolito y como un donador de metilos (transmetilación). Como osmolito (características de ión dipolar), la betaína aumenta la retención del agua intracelular, y por lo tanto protege a las enzimas intracelulares contra la inactivación inducida por ósmosis. Como donadora de metilos, la betaína participa en el ciclo de la metionina (principalmente en el hígado) y se puede usar además en reacciones de transmetilación (gráfica 1) para la síntesis de sustancias esenciales, como la carnitina y la creatina (Kidd et al., 1997). La betaína se elimina mediante el metabolismo, no por excreción, y se cataboliza a través de una serie de reacciones enzimáticas (transmetilación) que se dan en la mitocondria de los hepatocitos y las células renales.

 

La regulación del estado de hidratación celular, y por lo tanto del volumen celular, es importante para el mantenimiento de la función de las células y de varias rutas metabólicas, es decir, el recambio de proteína, aminoácidos, carbohidratos, etc. Las células tratan de adaptarse al estrés osmótico externo al acumular iones inorgánicos (Na+, K+, Cl-) y osmolitos orgánicos (aminas metiladas y ciertos aminoácidos). Sin embargo, el aumento de la concentración intracelular de iones inorgánicos está limitado debido a su efecto desestabilizante sobre la estructura de la proteína y la función enzimática; por otro lado, los osmolitos orgánicos pueden llegar a concentraciones intracelulares altas, sin alterar las funciones celulares. La betaína se considera el osmolito orgánico más efectivo. Se acumula en las células del tubo gastrointestinal que regulan el flujo de agua a través del epitelio intestinal. La betaína también se ha mostrado que inhibe la apoptosis celular y reduce el gasto energético de las células del sistema gastrointestinal.

Los cambios en la osmolaridad celular producto de la sobrecarga de substratos no digestibles a nivel del lumen intestinal, produce desequilibrios en la osmolaridad del enterocito, esto normalmente se regula con cambios en el nivel de electrolitos (sodio, potasio) lo que conlleva a un gasto energético, por el contrario la Betaína regula la osmolaridad pero sin gasto de energía inclusive frente a una gradiente de concentración.

Evitar los cambios excesivos en el volumen celular es un requisito para la supervivencia de las células, las membranas celulares son altamente permeables al agua, que sigue los gradientes osmóticos. Por lo tanto, la constancia del volumen celular requiere el equilibrio osmótico a través de la membrana celular.

La exposición de las aves a una alta temperatura aumenta la excreción de agua y electrolitos (K+ y Na+), lo que afecta negativamente la capacidad de disipación de calor y el equilibrio ácido-base, lo que resulta en pérdidas en el rendimiento del crecimiento.

Elklund et al., (2005) y Ratriyanto et al., (2009) hicieron una revisión integral de los efectos de suministrar betaína a las aves. En ellas se revisaron e informaron los resultados de la digestibilidad de nutrientes, desempeño animal, metabolismo y mejoramiento de la magrez de la canal. Estos trabajos arbitrados ilustran los beneficios de la betaína como aditivo de alimentos balanceados por mejorar el desempeño animal y las características en el sacrificio. Los estudios de estas dos revisiones fueron de hecho realizados con un pensamiento científico particular, cuyas respuestas animales fueron el resultado de uno de los modos de acción de la betaína (donador de metilos u osmolito) que están influidos por la concentración de otros donadores de metilo en la dieta y la presencia de estrés osmótico o metabólico.

En línea con los resultados encontrados por Cresswell, el Dr. Rama Rao (2011, sin publicar) realizó un estudio en IPME con dos mil pollos de engorda Cobb en Pune, India, en el que mostró un mejoramiento del desempeño y del rendimiento de la canal en todos los tratamientos. Además, este estudio presentó una mejor comprensión de las diferentes estrategias de aplicación. Los resultados se muestran en el cuadro 1.

Protector de la mucosa intestinal frente a desafíos de coccidias

La investigación reciente ha abordado el impacto de la betaína en la función intestinal y la inmunidad en pollos infectados con Eimeria acervulina (Klasing et al., 2002). El aumento de la betaína en la dieta en los polluelos aumentó la concentración de betaína en la sangre y en el epitelio intestinal que resulta en el mantenimiento de la altura de las vellosidades durante el desafío de coccidias en comparación con el control. La activación y migración de macrófagos y la liberación de óxido nítrico de los monocitos también fueron mejoradas por la adición de Betaína protegiéndolos frente a la invasión de coccidias.

Una conclusión interesante de este estudio fue que los suplementos de la dieta con Betaína dieron lugar a una mayor producción de Ig.A en el suero y en el tejido intestinal. Este efecto, junto con el efecto positivo en el rendimiento y la reducción de la osmolaridad y la humedad del contenido de los intestinos redobla la importancia de la adición de betaína en la dieta de los pollos de engorde, especialmente en condiciones de estrés como la infección por coccidiosis. Sin embargo, investigaciones posteriores podrían revelar más aspectos de sus efectos.

Se evidenció un efecto protector de la betaína en pollos infectados con coccidias mejorando el índice de conversión (I.C.). Esta mejora en el I.C. se debe al efecto protector de la betaína en el epitelio intestinal frente a las lesiones de coccidiosis (Kidd et al., 1997). La Betaína estabiliza las células epiteliales intestinales y la mucosa provocando menos daño y mejora en la función gastrointestinal (digestión y absorción). Las observaciones histológicas en secciones intestinales (Hamidi et al., 2009) evidencian disminución de lesiones intestinales y un aumento en la digestibilidad de los nutrientes como los carotenoides, metionina, lisina, proteínas y grasas.

COENZIMA Q10, extraído del ajo (Allium sativum), es un componente importante del proceso de la fosforilación oxidativa mitocondrial, y contribuye significativamente a la producción de energía celular en forma de ATP.

Los pollos productores de carne han sido diseñados genéticamente para un explosivo crecimiento en un corto tiempo. Los avances que se han logrado en nutrición conllevan adicionalmente a una sobrecarga metabólica que exige a las células una mayor velocidad en la síntesis de proteínas, en este sentido es de suma importancia mantener el balance osmótico intracelular para que se den de forma eficiente todas las reacciones enzimáticas y de transcripción de proteínas a nivel de ribosomas pero además es necesario asegurar la producción de la energía necesaria para sostener la eficiencia y respiración celular a nivel mitocondrial.

Sin embargo, el avance en las tecnologías de alimentación, incremento de peso y tasa de conversión para obtener mejoras en la productividad no ha ido en relación con el desarrollo de la función cardíaca durante el período de crecimiento. Con frecuencia han ocurrido insuficiencia cardiaca y ascitis en los pollos en situaciones de crianza donde se requiere una gran cantidad de oxígeno como en épocas de invierno, durante el período de crecimiento en galpones cerrados con alta densidad poblacional o regiones geográficas de altura donde el oxígeno es insuficiente observándose cuadros de ascitis y síndrome de muerte súbita.

Las coenzimas son moléculas indispensables para que se lleven a cabo muchas reacciones enzimáticas en el organismo. Se puede decir que hacen que la célula trabaje de una manera más eficaz. La coenzima Q-10, en particular, ayuda a "fabricar energía", ya que si bien la célula puede en teoría conseguir todas las materias primas precisas para la obtención de la citada energía ello no es suficiente si el mecanismo de transformación no funciona correctamente. Sería "la chispa" que inicia el proceso de conversión de los alimentos en energía. Sin la coenzima Q-10 no se puede producir "la chispa" y por tanto la energía.

La coenzima Q10 es una sustancia natural y un antioxidante muy poderoso. Necesaria para la producción de energía a nivel celular. Todos los seres vivos que dependen de la respiración para la producción de energía tienen la coenzima Q10 porque asegura la producción de la energía necesaria para sostener la vida. Estudios clínicos han demostrado que la coenzima Q está involucrada en la generación del 95% de toda la energía requerida por el cuerpo, estabiliza las membranas celulares, actúa como antioxidante y es un nutriente esencial para la respiración celular.

Existen reportes de inclusión de Coenzima Q10 en la dieta de parrilleros para evitar el síndrome ascítico y disminuir los porcentajes de mortalidad en aves criadas en condiciones ambientales diferentes como se muestra en la tabla 1.

CINARINA, extracto de alcachofa (Cynara scolymus) es el principio activo más destacable, ejerce muchos efectos beneficiosos sobre el organismo todos derivados de su condición de estimulador de secreción biliar (efecto colerético).

Por ello se considera que la cinarina depura el hígado y provoca una mayor excreción de orina por lo que también depura las vías urinarias.

Después de la ingestión de cinarina, el hígado puede aumentar hasta un 50% la secreción de bilis, éste no se acumula en la vesícula biliar ya que la cinarina también tiene efecto de colagoga, es decir, facilita el vaciado de la vesícula biliar.

El hígado es el órgano depurador por excelencia de la presencia de sustancias tóxicas ingeridas con el alimento y de las producidas de forma endógena por el metabolismo celular; así tenemos que la presencia de micotoxinas, radicales libres, antibióticos, aminas biógenas, dioxinas, llegan al hígado a través de la circulación portal y generan estasis e ingurgitación biliar la que provocarán daño celular hepático a parte del daño oxidativo per se que producen las sustancias tóxicas.

Posterior al suministro de cinarina, se observó un aumento en la tasa de regeneración del hígado con incremento del RNA de la célula hepática y de la síntesis de proteínas en ratas que habían sufrido una ablación parcial del órgano. En pollos intoxicados con ocratoxina A y suplementados con extracto de alcachofa, se pudo comprobar una mayor síntesis de proteínas plasmáticas esto indicaría un incremento del metabolismo del hepatocito (Stoev, et al. 2004).

 

Las propiedades que se han observado en aves son su efecto detoxificante sistémico, protección al hígado e incremento de la producción y liberación de bilis. El efecto detoxificante es importante para la eliminación de sustancias tóxicas, ésta comprende la activación de procesos de óxido-reducción de toxinas las que una vez conjugadas serán eliminadas vía secreción biliar.

El incremento de la secreción biliar facilita la emulsificación de las grasas, vitaminas liposolubles y pigmentos, incrementa el riego sanguíneo en los intestinos, adicionalmente la presencia de enzimas pancreáticas en la bilis facilitan la digestión de proteínas.

El extracto de alcachofa posee principios activos naturales, que tienen, entre otros, efectos antioxidantes, coleréticos y colagogos. La acción detoxificante permite que los animales afronten situaciones de stress nutricional tales como micotoxinas, grasas rancias o metales pesados con una disminución de la inmunosupresión y sin detrimento del beneficio productivo, lo cual ha sido ampliamente demostrado en medicina veterinaria por Stoev y colaboradores (2002, 2004), entre otras publicaciones científicas internacionales, trabajando sobre aves intoxicadas con combinaciones de micotoxinas. La estimulación de la producción de bilis por sustancias contenidas en el extracto de alcachofa colabora en la excreción de las toxinas y mejora la digestión de grasas, lo cual frecuentemente se ve afectado por la acción de micotoxinas.

Conclusiones

Ante las restricciones de uso de antibióticos promotores del crecimiento podemos recurrir al uso de aditivos no nutricionales naturales para modular y mantener la integridad y salud intestinal.

Modular el metabolismo celular es en la actualidad un factor importante para lograr los mejores índices productivos.

Los principios activos funcionales de extractos vegetales abren nuevas oportunidades para elevar la eficiencia metabólica y maximizar los beneficios de los nutrientes presentes en las formulaciones.

Los extractos vegetales deben ser utilizados en su conjunto pues el sinergismo entre ellos propicia la máxima eficiencia de sus propiedades.

Bibliografía

Kidd, M. T.; Ferket, P.R.; Garlich, J.D.; 1997. Nutritional and osmoregulatory functions of betaine. World Poult. Sci., 53: 125-139.

Sayed MA, Downing J The effects of water replacement by oral rehydration fluids with or without betaine supplementation on performance, acid-base balance, and water retention of heat-stressed broiler chickens. Poult Sci. 2011 Jan;90(1):157-67. doi: 10.3382/ ps.2009-00594.

Silvana Marasco, Salvatore Pepe y Franklin L. Rosenfeldt Empleo clínico de la coenzima Q10. Cardiac Surgical Research Unit Baker Medical Research Institute & Alfred Hospital. Melbourne, Australia. Revista Antioxidantes y Calidad de Vida N. 22, marzo 1999.

Stoev SD, Stefanov M, Denev S, Radic B, Domijan AM, Peraica M. Experimental mycotoxicosis in chickens induced by ochratoxin A and penicillic acid and intervention with natural plant extracts. Vet Res Commun. 2004 Nov;28(8):727-46.

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