ASPECTOS RELEVANTES DE LA INMUNOLOGÍA APLICADA A LA PRODUCCIÓN ANIMAL

ASPECTOS RELEVANTES DE LA INMUNOLOGÍA APLICADA A LA PRODUCCIÓN ANIMAL Área Académica de Medicina Veterinaria y Zootecnia III Foro de Tópicos Selectos en Producción Animal Memorias en Extenso Cuerpo Académico en Producción Animal ISBN: 978-607-482-286-1

NUTRICIÓN MINERAL Y SU INFLUENCIA SOBRE LA RESPUESTA INMUNE EN EL GANADO Maximino Huerta Bravo1 RESUMEN La necesidad de limitar los residuos de antibióticos en los productos animales y la resistencia de microrganismos y parásitos a los antibióticos han motivado a establecer normas para regular su uso, las cuales se prevé serán cada vez más estrictas. Dado que la mayoría de microrganismos requieren penetrar el cuerpo, lo que se se realiza vía los orificios naturales o la piel. Por ello, el funcionamiento correcto de las membranas celulares y de las secreciones corporales es primordial para mantener un buen estado de salud. Esto se logra con los ácidos grasos poli-insaturados, zinc, vitamina A, vitamina E, selenio, cobre y manganeso. Todos los nutrimentos esenciales para los seres vivos pueden ocasionar problemas de salud cuando se encuentran en cantidades inferiores o superiores al rango normal. Por ello, una estrategia corporal contra los microrganismos durante la respuesta inmune es modificar las concentraciones de algunos nutrimentos como cobre, zinc, hierro y manganeso. Esta estrategia debe ir acompañado de prácticas de alimentación acordes para facilitar la respuesta inmune. Además, el incremento de algunos minerales como cobre y zinc en la dieta permiten controlar el crecimiento de algunos microrganismos.

INTRODUCCIÓN Las restricciones actuales y futuras del uso de antibióticos en la producción animal, ya sea como promotores del crecimiento o para curar enfermedades [4]; así como la prevalencia de algunas enfermedades como la enfermedad respiratoria bovina en los corrales de engorda [5] y la mastitis en el ganado lechero [2] promueven la búsqueda de alternativas efectivas y sustentables para mejorar la producción y mantener el estado de salud de los animales. Esto implica cambiar el paradigma de tratamiento de enfermedades clínicas a prevención de enfermedades [16]. NUTRIMENTOS IMPLICADOS EN LA FUNCIÓN INMUNE Los nutrimentos cuya deficiencia está involucrada en depresión del sistema inmune [18] son: vitamina A, vitamina B6, vitamina B12, vitamina C, vitamina D, vitamina E, ácido fólico, y los minerales traza selenio, cobre, zinc y hierro. Otros nutrimentos involucrados en la función inmune de aves [15] son proteína, aminoácidos (lisina, arginina, metionina) y fósforo. En general, todos los nutrimentos tienen alguna relación con la función inmune (22). MECANISMOS GENERALES DE ACCIÓN DE LOS NUTRIMENTOS EN EL SISTEMA INMUNE Los nutrimentos son necesarios para mantener las defensas exteriores que incluyen piel, mucosas, secreciones y una población microbiana normal. Los nutrimentos involucrados en el mantenimiento de las membranas celulares incluyen ácidos grasos poli-insaturados, zinc, vitamina A, vitamina E, selenio, cobre y manganeso. El mantenimiento de la función de la barrera intestinal es importante para prevenir la colibacilosis pos-destete en lechones, mediante 1

Posgrado en Producción Animal, Departamento de Zootecnia, Universidad Autónoma Chapingo, [email protected]

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cambios en proteína, polisacáridos distintos del almidón, y hierro limitado [12]. El mantenimiento de las secreciones y la síntesis apropiada de compuestos como queratina son necesarios para evitar la entrada de microrganismos. Lisozima es producida en la saliva y puede ser una alternativa para controlar infecciones [21]. La síntesis apropiada de queratina requiere de diversos nutrimentos y hormonas (Fig. 1) para evitar los problemas de locomoción en los animales de importancia económica. El exceso de selenio dietético en forma de selenometionina puede provocar problemas en la formación de queratina porque la selenometionina puede remplazar en forma inespecífica a metionina en la proteína y evitar la formación de los puentes disulfuro, necesarios para la elasticidad y resistencia de la queratina [Tomlinson et al., 2004].

Minerales: Ca, Cu, Zn, Mn, Se

Hormonas: insulina, prolactina, glucocorticoides, EGF

Aminoácidos:

Vitaminas: Biotina, A, D, E

Cis, His, Met

Queratinas

Figura 1. Formación de queratina (Tomlinson et al., 2004)

En el Cuadro 1 se presentan los mecanismos de modulación del sistema inmune por nutrimentos [22]. Cuando se presenta una infección el organismo requiere sintetizar células, proteínas, interleucinas, oxidantes y otros compuestos, para lo cual requiere de todos los nutrimentos. Durante una infección, el cuerpo restringe las cantidades de hierro, manganeso, zinc y biotina circulantes [11; 13; 22] e incrementa las de cobre [13]. Algunos nutrimentos tienen efectos regulatorios directos en células del sistema inmune, que puede implicar la expresión o inhibición de genes, como es el caso del zinc [23]. Mientras que la infección ocasiona que los macrófagos y neutrófilos produzcan interleucina-1 (IL-1), interleucina-6 (IL-6) y factor-α necrosante de tejidos (TNF-α), que inducen diversos cambios en el metabolismo (Fig. 2) y provoca cambios hormonales en el animal.

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Cuadro 1. Mecanismo de modulación del sistema inmune por nutrimentos [22] Mecanismo

Nutrimentos

Abastecimiento de nutrimentos al sistema inmune

Todos

Restricción de nutrimentos a los patógenos (inmunidad nutricional)

Hierro, biotina y manganeso

Efectos regulatorios directos en células del sistema inmune

Ácidos grasos, vitaminas A, D, E

Cambio del balance de las hormonas que regulan el sistema inmune

Energía, proteína, patrón de comidas

Reducción de patología inducida por la respuesta inmune

Antioxidantes

Acciones físicas y químicas de los alimentos en los intestinos

Lectinas, azúcares y polisacáridos distintos del almidón

Figura 2. Síndrome general del estrés y cambios en metabolismo

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La destrucción de algunos microrganismos implica la generación y liberación de oxidantes en el sitio de infección, pero puede ocasionar daño colateral a componentes corporales. Por ello, el balance correcto de antioxidantes es necesario para una respuesta inmune adecuada. Finalmente, las acciones físicas y químicas de los alimentos y nutrimentos en los intestinos crean ambientes que favorecen el desarrollo de poblaciones microbianas que pueden ser benéficas o dañinas para el organismo [12]. MINERALES INVOLUCRADOS EN LA FUNCIÓN INMUNE Los minerales que tienen un papel destacado en la función inmune son hierro, cobre, zinc y selenio. Los primeros tres elementos son redistribuidos, debido principalmente a TNF-α, durante la infección para combatir los microrganismos dañinos [9], además de que el status corporal de cada uno de ellos tiene influencia en la respuesta inmune. El efecto del selenio en la inmunidad depende de su status corporal. El manganeso es otro elemento que puede ser redistribuido, pero existe poca información [11]. Hierro El hierro es requerido por todas las formas de vida, con algunas excepciones, para las principales funciones biológicas como fotosíntesis, fijación de nitrógeno, metanogénesis, consumo y producción de H2, respiración, ciclo del ácido tricloroacético, transporte de oxígeno, regulación de genes y biosíntesis de ADN [1]. Bajo condiciones aérobicas, el hierro es de baja disponibilidad y potencialmente tóxico. Por estas razones, los seres vivos han generado mecanismos para obtener el hierro (proteínas, agentes quelantes), transportarlo (transferrina), almacenarlo (ferritina), usarlo (hemoglobina, mioglobina), mantener bajas las concentraciones de hierro libre para evitar crecimiento microbiano (transferrina y lactoferrina) y evitar intoxicación. Cuando existe una infección, el hierro circulante en sangre es disminuido mediante su almacenamiento en forma de ferritina en hígado (13). Sin embargo, los microrganismos con mayor patogenicidad han desarrollado mecanismos para utilizar el poco hierro disponible mediante sideróforos, utilizan el hierro de hemoglobina y mioglobina, o son independientes del hierro como los lactobacilos, Borrelia burgdorferi y Treponema pallidum [1]. El hierro participa en la función inmune mediante la formación del radical hidroxil (reacción de Fenton): H202 + Fe2+(ó Cu+) Î Fe3+(ó Cu2+) + OH* + OH-. Estos radicales libres son importantes para eliminar microrganismos, pero también pueden afectar al animal cuando existe exceso de hierro o cobre. El hierro es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre y por tanto en los alimentos, con excepción de la leche. En muchos casos, el nivel de hierro en los forrajes se encuentra por arriba del nivel máximo tolerable (500 mg/kg de materia seca), particularmente en suelos ácidos y con coloración rojiza. Cobre Durante una infección, el cobre circulante aumenta y está asociado a ceruloplasmina. Esta proteína tiene funciones de transporte de cobre y oxidación. Además, el cobre es componente de la enzima monoamina oxidasa, enzima que destruye histamina y posiblemente el mejor marcador del status del cobre en los animales [17]. La baja actividad de la enzima Tulancingo de Bravo, 13 y 14 de Septiembre del 2012

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puede estar asociada con mayor riesgo de abortos [20]. Además, los efectos de niveles altos de histamina pueden ser diversos [19]. El cobre permite la expresión del gen que codifica para interleucina-2 (IL-2) [3], la cual incide en la actividad de las células B, T, Th, NK y monocitos. El cobre forma parte de la enzima lisil-oxidasa, responsable de conjugar varias moléculas de lisina para formar desmosinas e isodesmosinas, compuestos necesarios para la formación de enlaces cruzados en colágeno y elastina, que imparten resistencia y elasticidad a estas proteínas. El colágeno es la proteína corporal más abundante y forma la base para la depositación de calcio y fósforo durante la formación de los huesos. La elastina es una proteína presente en venas y arterias, y representa el 8% de los pulmones. La deficiencia de cobre ocasiona problemas cardiovasculares en lechones por defectos en la formación de elastina y colágeno [7]. La magnitud del impacto de la deficiencia de cobre en problemas óseos, respiratorios y cardiovasculares en animales se desconoce, aunque es responsable de muerte súbita en bovinos y de osteoporosis en ovinos [29]. Este hecho es importante porque en México y el mundo, el cobre es el mineral traza más deficiente [8]. Por otro lado, concentraciones altas de cobre han sido utilizadas como promotores del crecimiento de pollos [Miñón et al., 2006] y para defaunar rumiantes [ 10]. Además, el suministro de alambres de óxido de cobre permite controlar a Haemonchus contortus, parásito del abomaso en ovinos [30]. Zinc La infección provoca que el zinc circulante disminuya y se redistribuya en el hígado, médula ósea, timo y otros tejidos, en donde se une a metalotionina, principalmente. El zinc interviene en más de 300 enzimas para su activación y en la expresión de cerca de 2000 genes [23]. En el timo, el Zn es necesario para la activación de timulina y la maduración de las células T. También influye en la síntesis de células B, interleucinas como IL-2 y TNF-α. El Zn interviene en alrededor de 20 metaloproteinasas de la matriz intercelular, enzimas asociadas con la reparación de tejido dañado (cicatrización), cuyo mal funcionamiento es responsable de diversas enfermedades [14]. La importancia del Zn en el cuerpo ocasiona que sus concentraciones tisulares se encuentren controladas estrechamente (23). La alimentación de lechones con dietas conteniendo concentraciones elevadas de zinc (1500 a 3000 mg/kg) mejora, en algunos casos, la ganancia de peso posdestete [27]. Selenio El selenio es uno de los minerales traza cuya deficiencia está ampliamente distribuida en el centro y trópico húmedo de México. Asimismo, debido probablemente a interacciones con otros elementos como azufre, mercurio y arsénico que limitan su absorción o metabolismo se pueden encontrar deficiencias de este elemento en otras regiones del país. La importancia de este elemento reside en la alta mortalidad de corderos y cabritos [24;25]. Cuando existe deficiencia de selenio, algunas infecciones virales se manifiestan clínicamente (HIV, Coxsackie), mientras que en otros casos, dosis elevadas pueden ayudar a controlar algunas enfermedades, probablemente por la formación de algunos derivados del selenio con efectos tóxicos. La Tulancingo de Bravo, 13 y 14 de Septiembre del 2012

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administración de selenio orgánico favorece el contenido de inmunoglobulinas en calostro de ovejas [26]. Asimismo, la suplementación con selenio reduce la incidencia y duración de mastitis, y retención de la placenta [28]. Manganeso El manganeso en suero sanguíneo es un indicador potencial de la infección con priones aun cuando no existan signos clínicos de la enfermedad [6]. Esto ha sido demostrado en casos de campo con bovinos y ovinos. Cuando los priones tienen Cu, la estructura es una hélice alfa, mientras que cuando Mn sustituye al Cu, la estructura que se forma es una hoja beta. La particularidad del manganeso es que los vertebrados limitan la disponibilidad del Mn en forma extracelular e intracelular con ayuda de dos proteínas: calprotectin y Nramp1 para evitar el desarrollo de microrganismos como Brucella abortus y Streptococcus sp.[11].

CONCLUSIONES La mejor defensa para prevenir infecciones es una alimentación que aporte los nutrimentos requeridos en las cantidades y relaciones correctas. Cuando existe una infección, la provisión de nutrimentos debe considerar los mecanismos de defensa del huésped. Normalmente, los minerales hierro, zinc y manganeso son restringidos intra y extracelularmente para limitar el desarrollo de microrganismos.

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