VI Congresso Latino-Americano de Nutrição Animal - SALA SUÍNOS 23 a 26 de Setembro de 2014 – Estância de São Pedro, SP - Brasil Realização: Colégio Brasileiro de Nutrição Animal - CBNA

RELACIÓN ENTRE NUTRICIÓN, SALUD E INMUNOLOGIA EN PORCINO JAVIER POLO1,2, JOY CAMPBELL1, CARMEN RODRÍGUEZ2 , LUIS RANGEL3 AND JOE CRENSHAW1 1

APC Inc, Ankeny IA, US. 2APC Europe, S.A. Granollers, Spain. 3APC Inc. – São Paulo- Brasil.

Introducción Los cerdos viven en un ambiente en el que existe una gran presencia de microorganismos (virus, bacterias, parásitos, etc) y antígenos. En este ambiente su sistema inmune se encuentra continuamente en situación de desafío. El funcionamiento correcto del sistema inmune resulta de vital importancia para la industria porcina ya que cuando está activado se produce una cascada de mecanismos protectores, incluyendo la producción de proteínas de fase aguda en el hígado, la de citoquinas pro-inflamatorias en diferentes tejidos, la proliferación de células inmunológicas activas, fiebre, reducción del apetito y en algunas ocasiones producción de anticuerpos. La respuesta inmediata a esta activación inmune es la inflamación que contribuye a la capacidad de los animales para combatir a la infección; sin embargo, la inflamación también está bien correlacionada con un menor crecimiento. La activación del sistema inmune es costosa para el animal. Los animales que crecen en un ambiente de baja calidad sanitaria, y que por tanto tienen su sistema inmune activado, crecen más lentamente y presentan menor ingesta de alimento que los que lo hacen en un ambiente saludable (Roura et al., 1992; Williams et al., 1997). El consenso general es que durante un proceso de infección o activación del sistema inmune, los nutrientes que deberían utilizarse para la síntesis proteica del músculo esquelético se derivan a soportar el sistema inmune, dado que luchar frente a patógenos para mantener la salud es prioritario respecto al crecimiento. La situación ideal, cuando se produce una situación de desafío, es una respuesta efectiva del sistema inmune para eliminar la situación de riesgo y un rápido regreso a una situación normal de estatus inmunológico tan pronto como desaparezca el peligro. Si la situación de inflamación se mantiene durante un periodo prolongado de tiempo puede provocar un descenso en el consumo de alimento y por tanto en el crecimiento.

El Sistema immune El sistema inmunitario consta de dos subsistemas, el innato y el adaptativo, o inmunidad humoral frente a la mediada por células. Los mecanismos del sistema inmunitario innato incluyen fagocitosis, defensinas (péptidos con actividad anti-microbiana) y el sistema del complemento. La inmunidad innata no distingue un patógeno de otro y no

VI Congresso Latino-Americano de Nutrição Animal - SALA SUÍNOS 23 a 26 de Setembro de 2014 – Estância de São Pedro, SP - Brasil Realização: Colégio Brasileiro de Nutrição Animal - CBNA

guarda memoria por lo que su capacidad de respuesta no mejora tras un primer encuentro a otro posterior. La activación de los macrófagos provoca la secreción de citoquinas pro-inflamatorias (IL-6, TNF-α, IL-1, etc) que atraen a otras células con capacidad fagocítica como neutrófilos y monocitos, provocando inflamación en el lugar de la infección. Además las células infectadas por virus producen otras citoquinas como el interferón gamma (IFN- ) que atraen hacia ellas células T citotóxicas y linfocitos NK (natural killer o asesinas naturales) que reconocen y matan a las células infectadas. Si la infección en este punto no cesa, se extiende al sistema linfático donde los macrófagos y las células dendríticas presentarán los antígenos a los linfocitos iniciando la respuesta inmunitaria adaptativa. Los mecanismos defensivos humorales posibilitan que el organismo en futuras infecciones tenga la capacidad de reconocer de una manera más eficiente a determinados patógenos presentes en infecciones anteriores. La inmunidad adaptativa o adquirida, tras la respuesta a un determinado patógeno, crea una memoria inmunológica que permite al organismo una mayor respuesta en futuros encuentros con el mismo patógeno. Tal y como se ha comentado anteriormente, los animales que sufren infección reducen el consumo de alimento y la tasa de crecimiento. Las causas de la anorexia asociada a la infección todavía no están claras. Murray and Murray (1979) demostraron en ratones infectados experimentalmente con Listeria monocytogenes que al forzar la alimentación por sonda intra-gástrica a valores de ingesta similares a ratones sanos, la mortalidad de estos animales se incrementaba, demostrando que la reducción de ingesta era un mecanismo de protección frente a la infección. Se ha demostrado que las citoquinas pro-inflamatorias reducen la síntesis proteica y aumentan la degradación de proteína muscular. Los resultados indicaron que la reducción en el consumo de alimento fue la responsable principal de la reducción en la ganancia de peso. Cuando los animales están enfermos las necesidades de nutrientes para mantenimiento aumentan significativamente, pero al mismo tiempo se produce una reducción en la ingesta de los mismos. En consecuencia los animales enfermos, especialmente durante la activación inmune aguda, utilizan principalmente nutrientes propios. Tras la activación inmunológica, la digestibilidad de nutrientes se reduce y vuelve a alcanzar lentamente sus valores normales. Price et al. (2010) observaron una gran variación en las concentraciones plasmáticas de varios aminoácidos durante la activación del sistema inmune lo que sugiere que hay diferentes necesidades de aminoácidos durante este periodo. Se cree que los requerimientos de treonina, por ejemplo, podrían aumentar en los casos de activación inmunológica que cursan con un aumento de producción de moco o inmunoglobulinas ya que éste es uno de sus aminoácidos mayoritarios (Rakhshandeh and de Lange, 2012). Por otro lado está comprobado que los requerimientos de aminoácidos sulfurados, especialmente cisteína, incrementan en cerdos inmunológicamente activados. Proteger la salud animal y potenciar su resistencia a las enfermedades son dos aspectos críticos en un proceso de producción eficiente.

VI Congresso Latino-Americano de Nutrição Animal - SALA SUÍNOS 23 a 26 de Setembro de 2014 – Estância de São Pedro, SP - Brasil Realização: Colégio Brasileiro de Nutrição Animal - CBNA

Estrés asociado al destete El destete es uno de los momentos de mayor estrés en la vida de un cerdo en el que se reduce la ingesta de alimento y el crecimiento, además de aumentar la mortalidad y morbilidad durante las 2-4 semanas posteriores al mismo o hasta que el sistema inmunitario del lechón se encuentra completamente desarrollado. El destete es un periodo de estrés independientemente de la edad a la que se realice debido a la traumática separación de la cerda y a los cambios ambientales, tanto físicos como sociales. Entre ellos destacan la mezcla de animales de diferentes camadas, las dietas de transición y la exposición a diferentes patógenos y antígenos. Los efectos adversos que acompañan al destete son entre otros la reducción en la ingesta de alimento, el aumento de la incidencia de diarrea y mortalidad, e internamente el proceso inflamatorio y los daños, tanto estructurales como funcionales, en la mucosa intestinal (Spreeuwenberg et al., 2001; Boundry et al., 2004; Pié et al., 2004; Smith et al., 2010). Además el destete se asocia normalmente a baja y variable ingesta de pienso lo que provoca una importante reducción en el crecimiento del animal. Sobre el 50% de los lechones destetados consumen su primera comida sobre las 24 horas posteriores al momento del destete, aunque un 10% no ha comido hasta pasados al menos dos días (Brooks et al., 2001). Por lo tanto los requerimientos de nutrientes necesarios para el mantenimiento del animal no se suelen alcanzar nunca antes de los 3 días post-destete y los lechones pueden tardar entre 8 y 14 días en recuperar la ingesta de energía que tenían antes del destete (Lallès et al., 2007). Consecuentemente, resulta crucial que los lechones superen el estrés asociado al destete lo antes posible para sobrevivir y resultar productivos a lo largo de todo su ciclo vital posterior. Junto a unas buenas prácticas de manejo y cría, el cuidado de la dieta es una buena opción viable y práctica que ayuda a los lechones a adaptarse y superar la complejidad asociada al periodo de estrés y activación inmunitaria del destete independientemente de la edad del animal.

Ingredientes Funcionales La definición de ingrediente funcional varía enormemente en función de la disciplina científica que lo defina, no obstante como el interés de este artículo radica en los nutricionistas animales lo definiremos como el ingredientes que al ser administrado a los animales mejora el rendimiento del animal y su bienestar más de lo que cabría esperar o explicar por su simple potencial nutricional. Más específicamente, se discutirá el impacto derivado de la inclusión de ingredientes funcionales en la dieta sobre la respuesta inmune intestinal, sobre la integridad y función de la mucosa y sobre la productividad animal. La proteínas tienen multitud de funciones en el organismos incluyendo actividad estimulatoria, catalítica, de transporte, estructural y molecular. El plasma animal deshidratado (SDP de sus siglas inglesas spray-dried plasma) es una fuente de proteínas funcionales con múltiples beneficios, sobre la respuesta inmunitaria y la función de barrera de la mucosa intestinal, asociados a su administración en la dieta y ampliamente

VI Congresso Latino-Americano de Nutrição Animal - SALA SUÍNOS 23 a 26 de Setembro de 2014 – Estância de São Pedro, SP - Brasil Realização: Colégio Brasileiro de Nutrição Animal - CBNA

descritos en la numerosa bibliografía disponible al respecto (Torrallardona, 2010). Otros ingredientes funcionales también han sido ampliamente estudiados por su impacto positivo sobre la salud intestinal del animal como los probióticos (Williams et al., 2001), prebióticos, extractos vegetales, ácidos grasos poliinsaturados (PUFA), calostro bovino (Boundry et al., 2007), lactoferrina (Wang et al., 2006; Shan et al., 2007), yema de huevo (Owusu-Asiedu et al., 2002) y levaduras (Van der Peet-Schwering et al., 2007; Shen et al., 2009). Funcionamiento de los Ingredientes Funcionales Prebióticos El objetivo de la utilización de carbohidratos fermentables en la dieta de lechones al destete es mejorar la composición de la microbiota intestinal y la función intestinal tanto en intestino delgado como grueso (Bauer et al., 2006). Al nacimiento, el intestino se considera estéril y es posteriormente cuando se da la colonización del mismo con microorganismos procedentes de la madre y del ambiente, inicialmente bacterias del ácido láctico, entero bacterias y estreptococos. Los lechones al nacimiento y al destete son muy susceptibles a las enfermedades entéricas (Hopwood and Hampson, 2003). Los lechones destetados en explotaciones comerciales experimentan cambios importantes en la composición de la microbiota intestinal que pueden venir determinados por la dieta, diversos factores ambientales y el propio huésped (Konstantinov et al., 2004). En un corto periodo de tiempo la composición de la microbiota intestinal cambia de ser una comunidad simple e inestable a convertirse en una compleja y estable en la que aumenta la competitividad por exclusión. La mejora en la capacidad fermentativa ayuda al huésped ya que mejora la motilidad intestinal, el rendimiento energético, la producción de vitaminas y la estimulación del sistema inmune intestinal, además de mejorar la capacidad defensiva contra patógenos y prevenir los procesos de diarrea. Por lo tanto la composición de la dieta es muy importante a la hora de determinar la composición y actividad de la microbiota intestinal. Un nivel elevado de lactosa en la dieta favorece la colonización por bifidobacterias y lactobacilos y reduce la cantidad de E. coli (Pierce et al., 2007). Además se ha sugerido que la microbiota intestinal de los lechones al destete se ve afectada por la inclusión de inulina, lactulosa, pulpa de remolacha azucarera y almidón de trigo (Konstantinov et al., 2003, 2004). Loh et al. (2006) indicaron que la adición de inulina a una dieta basal afecta la proporción de lechones con niveles detectables de bifidobacterias mientras que los lactobacilos no se vieron modificados. Dado el amplio y variado espectro de componentes prebióticos disponibles resulta imposible generalizar sobre sus efectos en digestibilidad, fermentabilidad y estimulación de determinadas especies bacterianas a nivel intestinal. Resulta importante puntualizar que la microbiota intestinal se adapta lentamente a la presencia de un prebiótico específico en la dieta y que tras retirarlo de la dieta se produce también un nuevo proceso gradual de adaptación y cambio en la microbiota.

VI Congresso Latino-Americano de Nutrição Animal - SALA SUÍNOS 23 a 26 de Setembro de 2014 – Estância de São Pedro, SP - Brasil Realização: Colégio Brasileiro de Nutrição Animal - CBNA

A pesar de que el consumo de prebióticos resulta beneficioso sobre la salud intestinal, no existen evidencias directas que demuestren que su consumo otorga una mayor resistencia a condiciones de situaciones desfavorables o de desafío patogénico.

Probióticos Oficialmente los probióticos son microorganismos que se administran directamente en el alimento (DFM de las siglas inglesas direct-fed microbials). Son una fuente viva y natural de microorganismos en la dieta. Normalmente los microorganismos que se utilizan son bacterias del ácido láctico, levaduras y formas del género Bacillus. La inclusión de probióticos en la dieta se asocia normalmente a una reducción en la adherencia de patógenos y a una menor inflamación (Kim et al., 2005). Tal y como se ha mencionado anteriormente, el destete es un tiempo en el que el animal debe establecer una comunidad microbiana intestinal compleja y estable, por lo tanto éste debe ser el objetivo de incluir probióticos en la dieta. Según la cepa de probiótico utilizada, son diversos los mecanismos implicados en la aplicación de probióticos para proteger las células del epitelio intestinal contra E.coli enterotoxigénica (ETEC), entre ellos exclusión competitiva, reducción de su adhesión, mantenimiento de la integridad de las uniones estrechas del epitelio, incremento de la expresión génica de mucina y reducción en la transmigración de los neutrófilos (Roselli et al., 2005). Al igual que los prebióticos, los probióticos tardan un tiempo variable en colonizar el tracto intestinal y tras suspender su administración desaparecen lentamente del mismo. Por otro lado sus efectos, cuando se administran en condiciones comerciales reales de alta presión de patógenos ambientales, no son siempre consistentes. Gebru et al. (2010) no observó efectos positivos al utilizar como probiótico Lactobacillus plantarum en cerdos desafiados con Salmonella thyphimurium (entérica). Recientemente se obtuvieron resultados parecidos utilizando una mezcla de diferentes probióticos (Walsh et al., 2012a,b; Khafipour et al., 2014).

Extractos Vegetales (aceites esenciales) Los extractos vegetales están compuestos por cientos de componentes que son metabolitos secundarios que se obtiene de forma natural a partir de partes de la planta o que pueden ser sintetizados directamente. La mayoría de extractos vegetales contienen aceites esenciales (carvacrol, cinamaldehído, orégano, etc) que son mezcla de diferentes componentes aromáticos que dan el aroma característico de flores, árboles, frutos, hierbas, etc. Su composición química es muy variable así como la concentración de los diferentes componentes en función de la planta o plantas utilizadas para obtener el extracto y del método de extracción utilizado (Lee et al., 2004). Diferentes trabajos reportan resultados variables de crecimiento derivados de la suplementación con extractos vegetales en dietas de destete para lechones, sin embargo si se administran en las etapas de engorde-finalización se observan beneficios en el crecimiento (Janz et al., 2007).

VI Congresso Latino-Americano de Nutrição Animal - SALA SUÍNOS 23 a 26 de Setembro de 2014 – Estância de São Pedro, SP - Brasil Realização: Colégio Brasileiro de Nutrição Animal - CBNA

Una de las principales propiedades referidas a los extractos vegetales es su función antiinflamatoria por supresión de la producción de citoquinas inflamatorias en los macrófagos (Liu et al., 2014). No obstante, debido a la falta de información sobre los componentes particulares de cada extracto y a la diversidad de especies vegetales utilizadas, resulta difícil poder formular extractos con potencia equivalente. Hasta el momento la bibliografía disponible no es concluyente sobre la influencia que tiene la suplementación con extractos vegetales sobre la inmunidad porcina. Ácidos Grasos Poli-insaturados (PUFA) La grasa de la dieta es una fuente importante de energía para el animal, pero además puede tener un efecto sobre la respuesta inmune en función del tipo de grasa utilizado y de su perfil específico de ácidos grasos n-6 y n-3 que se incorporan al sistema linfático (Switzer et al., 2004). Los ácidos grasos poli-insaturados o PUFA pertenecen a la familia de los omega-6 con reconocidos efectos inflamatorios y activadores del sistema inmune, mientras que los omega-3 suelen tener actividad anti-inflamatoria y antiproliferativa sobre las células inmunológicas (Calder, 2009). En lechones la suplementación con aceite de pescado reduce la expresión del receptor de lipopolisacárido (LPS) y los niveles circulantes de citoquinas inflamatorias así como la fiebre asociada a la administración experimental de LPS (Gabler et al., 2008). Calostro bovino Atomizado El calostro bovino atomizado (CB) es un producto similar al plasma animal atomizado (SDP) ya que contiene una amplia diversidad de inmunoglobulinas y factores antimicrobianos. Aunque existen pocos trabajos publicados sobre los beneficios asociados a la inclusión en dietas porcinas de destete, los resultados disponibles indican, como para SDP, que su inclusión en dietas de lechones mejora la ingesta de alimento y la tasa de crecimiento durante las dos semanas posteriores al destete (Pluske et al., 1999a; King et al., 2001). Los lechones destetados alimentados con dietas conteniendo CB tienen vellosidades intestinales de mayor longitud y presentan menor proliferación de linfocitos T a nivel intestinal (King et al., 2001; Pluske et al., 1999b). King et al. (2008) no observaron ningún efecto en la tasa de crecimiento ni en el consumo de pienso en lechones alimentados con una dieta de destete conteniendo un 5% de CB. No obstante, los animales que consumieron CB mostraron una reducción del 12% en el peso del intestino delgado, un aumento en la longitud del intestino delgado y una reducción en la profundidad de las criptas intestinales en la mayoría de secciones de intestino analizadas. Además en la lámina propia la densidad de linfocitos T tipos CD4+ y CD8+ fue mayor en los animales alimentados con CB. En conjunto todos estos resultados sugieren que la inclusión de CB en las dietas de destete de lechones tiene un efecto positivo sobre la morfología intestinal y el estatus inmunológico del animal, aunque en ese estudio no se observó efectos sobre los parámetros de crecimiento. Lactoferrina La lactoferrina (LF) es una proteína que pertenece a la familia de las transferrinas, glicoproteínas con gran afinidad por iones hierro, y componente fundamental de la inmunidad innata con numerosos efectos biológicos conocidos como regulación del

VI Congresso Latino-Americano de Nutrição Animal - SALA SUÍNOS 23 a 26 de Setembro de 2014 – Estância de São Pedro, SP - Brasil Realização: Colégio Brasileiro de Nutrição Animal - CBNA

metabolismo del hierro, protección ante infección microbiana, regulación de la función inmune, estimulación de la respuesta inmune no específica y modulación de la respuesta inflamatoria (Shan et al., 2007). Los efectos inmunomoduladores de la lactoferrina incluyen la producción y liberación de citoquinas pro-inflamatorias como TNF-α, IL1β, IL-8 y el factor estimulante de colonias de granulocitos y monocitos (Wang et al., 2006). Wang et al. (2006) observaron en un pequeño número de animales suplementados con lactoferrina una mejora en crecimiento, un aumento en la ganancia media diaria y por tanto un mejor índice de conversión. Igualmente observaron un aumento en la longitud de las vellosidades intestinales y una disminución en la profundidad de las criptas. A partir de los datos obtenidos indican que la inclusión de lactoferrina en la dieta de lechones al destete es una buena opción como aditivo que mejora la respuesta inmune inespecífica y fortalecer las defensas del animal frente a infecciones y al estrés asociado al destete. Resultados similares fueron también observados por Shan et al (2007). Sin embargo muchos autores cuestionan las ventajas de activar el sistema inmune sobre los rendimientos del lechón, ya que la activación del sistema inmune le supone al animal desviar parte de los nutrientes consumidos para poder activar la respuesta inmune inespecífica. Por otro lado, la lactoferrina es un producto muy caro que se emplearía en dosis bajas (0.1%) lo que dificulta garantizar la homogeneidad del ingrediente activo en el pienso final. Yema de Huevo Los productos derivados del huevo (albúmina atomizada o huevo entero atomizado) no han sido muy utilizados en alimentación animal a pesar de ser una fuente excelente de proteína, energía, vitaminas, minerales y agentes antimicrobianos. El interés inicial en este tipo de productos es la ampliamente descrita actividad bactericida de la lisozima presente en la clara del huevo. No obstante la clara o albúmina de huevo contiene factores anti-nutricionales que pueden afectar a los rendimientos cuando se incluye en la dieta de lechones. Normalmente estos factores anti-nutricionales son resistentes a los tratamientos térmicos y se unen a minerales, vitaminas y enzimas como proteasas haciéndoles menos disponibles para el animal (Bofill, 2008). Recientemente el uso de yema de huevo ha sido evaluada ya que es una proteína de alta calidad sin factores antinutricionales, aunque con un elevado contenido de lípidos (Bofill, 2008). Bofill (2008) comparó los rendimientos productivos de lechones al destete alimentados con dietas conteniendo 3% de plasma atomizado (SDP) frente a 4% de yema de huevo en polvo desgrasada (DEYP). Como muestra la figura 1 el crecimiento de los animales que recibieron plasma atomizado fue mayor durante las primeras 3 semanas post-destete (periodo en el que los productos ensayados estuvieron presentes en las dietas) y durante todo el periodo experimental (35 días)

VI Congresso Latino-Americano de Nutrição Animal - SALA SUÍNOS 23 a 26 de Setembro de 2014 – Estância de São Pedro, SP - Brasil Realização: Colégio Brasileiro de Nutrição Animal - CBNA

Figura 1: Ganancia media diaria (g/día) durante el periodo experimental. Los asteriscos indican diferencias estadísticamente significativas, donde * =P < 0.1; ** = P