Relación entre fibra y proteína en la salud intestinal del lechón

El interés por diseñar dietas para lechones en los días alrededor del destete que mejoren la salud intestinal, desarrollen el intestino mejorando la productividad y disminuyendo los casos de diarreas y el uso de antibióticos nos ha llevado a estudiar el sistema digestivo bajo un punto de vista holístico. Además, el desarrollo de las técnicas de secuenciación nos ha permitido conocer los cambios que se producen en la microbiota intestinal.

Presencia de fibra soluble

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

  • Ácidos grasos de cadena corta (SCFA por sus siglas en inglés): benefician la salud intestinal.
  • Ácidos grasos de cadenas ramificadas (BCFA, por sus siglas en inglés): perjudican la salud intestinal
  • Lactato, aminas biogénicas, indol, compuestos fenólicos y gases como el hidrógeno, dióxido de carbono y metano[1].

Ausencia de fibra soluble

Ante la falta de fibra dietética, la microbiota fermentará la proteína que se encuentra en el intestino grueso dando lugar a compuestos como BCFA, amoníaco (producto de la desaminación de aminoácidos) que se absorberá y se expulsará en forma de urea y fenoles (como producto de la descarboxilación de los aminoácidos) siendo éstos, productos tóxicos para los cerdos creando una disbiosis en el intestino. En presencia de carbohidratos fermentables el amoníaco es expulsado como parte de la biomasa microbiana ya que es usado por la microbiota para su crecimiento.

Una estrategia para la mejora de los problemas diarreicos en el destete de los lechones es la reducción de la cantidad de proteína o la mejora de la calidad de ésta, entendiendo esta calidad como:

  • El aporte de ingredientes con altos niveles de digestibilidad proteica,
  • Patrones de aminoácidos parecidos a los del concepto de proteína ideal
  • Ausencia de productos tóxicos o antinutritivos para los lechones.

Esta estrategia se basa en la sustitución de harina de leguminosas por proteínas de origen animal o por las mismas harinas de leguminosas que hubieran sido tratadas con algún procedimiento para disminuir los factores antinutricionales. Las dietas con leguminosas no sometidas a tratamientos tecnológicos reducen la actividad duodenal de enzimas intestinales y la digestibilidad total de la energía y del nitrógeno comparado con dietas por ejemplo basadas en caseína[2]. Así mismo, estas dietas con altos niveles de proteína incrementan la capacidad tampón en el estómago, estimulan la fermentación proteica y facilitan el desarrollo de bacterias patógenas en el tracto intestinal[3].

Mavromichalis (2015)[4] discute en un artículo en Feed Strategy que la estrategia de fabricar dietas de lechones con bajos niveles de proteína aún cuando las dietas están perfectamente balanceadas en aminoácidos esenciales no son bien vistas en determinados países como sucede en países de Asia y en Norteamérica.

Sin embargo, existen otras estrategias que pueden combinar el uso de dietas relativamente altas en proteína sin desencadenar problemas intestinales en lechones alrededor del destete.

Formación proteica, un problema con varias soluciones

Varias estrategias pueden usarse para reducir la fermentación proteica:

  • Reducir el nivel de proteína de la dieta (siendo la más usada), hasta
  • Incluir carbohidratos fermentables como los fructooligosacáridos, lactitol, almidón resistente
  • Incluir ingredientes que aporten fibras dietéticas solubles e insolubles, como la pulpa de remolacha o el salvado de trigo respectivamente.

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

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

  • El mejor índice de conversión se obtuvo en los grupos de fibras bajo debido a una mejor digestibilidad.

  • Reducir el nivel de proteína en la dieta redujo el nivel de los índices de fermentación proteica como el NH3-N[5] y el PUN[6] en el intestino delgado lo que indica una menor fermentabilidad proteica que no se reflejó ni en la cantidad de bacterias coliformes ni lactobacilos ni en la concentración de ácidos grasos volátiles en el yeyuno o en el colon.

Bikker et al., como Nyachoti (2006) y Heo (2010) concluyen en que el alto nivel de proteína bruta en la dieta, per se, no induce un aumento en el crecimiento de bacterias potencialmente patógenas en el intestino, habiendo otros factores desconocidos, como puede ser las condiciones ambientales o sanitarias de los animales, que influencian dicho crecimiento. No obstante, existen estudios en los que la proporción de lactobacilos y coliformes sí que se ve alterada con reducciones del nivel de proteína en la dieta, así como los niveles de Clostridia spp, como los de Wellock (2006)[7], Jeaurond (2008)[8] y Opapeju (2009)10.

Todas estas disparidades entre estudios pueden ser debidas a:

  • La variedad de productos utilizados como carbohidratos fermentables e ingredientes proteicos
  • Ls definiciones de fibra
  • Las condiciones sanitarias de los animales
  • Las condiciones de las instalaciones (comerciales vs experimentales) y genéticas

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

  • De la fermentación de carbohidratos (cuando la relación proteína/carbohidratos en el quimo del íleon es baja)
  • Cuando existen niveles de proteína suficientes, son capaces de proliferar y fermentar este nutriente para obtener energía.

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

Inclusión de carbohidratos fermentables

Altos niveles de carbohidratos fermentables incrementan el número de lactobacilos y reducen los coliformes en el intestino delgado, mostrando un cambio en la población bacteriana como respuesta a la dieta, como demostraron Konstantinov en 2004 y Molist en el 2009.

Bikker atribuye este cambio en las poblaciones bacterianas al fenómeno de resistencia a la colonización descrito por Van de Waaij en 1989: los lactobacilos compiten con los coliformes por el espacio para la adhesión al intestino y por la disponibilidad de nutrientes en el mismo.

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

De especial importancia es la producción de butírico que servirá como fuente de energía a los colonocitos incrementando la estructura y la función de éstos. Aunque la producción de butírico en el colon pudo estar estimulada por la presencia en la dieta de almidón resistente y de los polisacáridos no amiláceos, las bacterias productoras de lactato también pudieron estimular su producción. Pero a pesar de todo ello, los parámetros morfológicos de la pared intestinal no estuvieron afectados por ninguno de los tratamientos del estudio. Wellington et al. (2020) señalan además al respecto de los ácidos grasos volátiles que las concentraciones de BCFA (branched chain fatty acids, en su estudio de isobutirato y de isovalerato) fueron reducidas impactando positivamente en los resultados de las dietas altas en fibra.

El reto de ajustar el nivel de proteínas en dietas postdestete

Actualmente existen evidencias que alimentar lechones en el periodo alrededor del destete con dietas con un nivel de proteína inferior a 180g/kg con un balance de aminoácidos similar al concepto de proteína ideal y alta digestibilidad reduce las fermentaciones proteicas y mejora la consistencia de las heces. Además, con este tipo de dietas se han encontrado menores respuestas a la inflamación intestinal debido al menor número de E. coli ETEC en el tracto intestinal[9].

Treonina – Un factor limitante

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

Capacidad antioxidante

Los metabolitos de fermentación de la fibra y de la proteína pueden aumentar el estrés oxidativo en cerdos. La treonina dietética está considerada un potente antioxidante reduciendo el estrés oxidativo.

Los resultados del estudio de Wellington9, sugieren que, si bien los sistemas de defensa antioxidantes pueden no verse afectados por los niveles de fibra y de proteína en la dieta, la treonina dietética puede ser un factor limitante para una capacidad antioxidante óptima.

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

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

Integridad de la barrera intestinal

Las dietas ricas en proteínas afectan negativamente al ensamblaje de proteínas de unión estrecha (tight junction proteins) y al transporte epitelial en los cerdos.

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

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

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

Estas observaciones prueban además que la utilización de treonina podría conservarse y priorizarse para mantener la integridad y función intestinal. El nivel de treonina estandarizada a nivel ileal que maximizó en este estudio la PDmax fue de:

  • 0,68 y 0,60 para las dietas bajas en fibra y bajas y altas en proteína, respectivamente.
  • 0,73 y 0,64 para las dietas altas en fibra y bajas y altas en proteína, respectivamente.

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

Además, las diferencias entre estudios realizados en condiciones comerciales o experimentales, así como el uso de dietas experimentales o dietas factibles de ser producidas en condiciones comerciales, condicionan el resultado de los diferentes estudios y de la salud intestinal de los lechones.

Ver artículos relacionados:

Salud intestinal en el lechón

¿Depende la salud intestinal del lechón del tipo y nivel de fibra dietética?

Salud Intestinal del Lechón III – La microbiota intestinal

Artículo publicado en porciNews

Referencias

[1] Jha R, Berrocoso JFD. Dietary fiber and protein fermentation in the intestine of swine and their interactive effects on gut health and on the environment: a review. Anim Feed Sci Technol. (2016) 212:18–26

[2] Salgado, P, J. P. B Freire, M Mourato, F Cabral, R Toullec, y J. P Lallès. 2002. Comparative Effects of Different Legume Protein Sources in Weaned Piglets: Nutrient Digestibility, Intestinal Morphology and Digestive Enzymes. Livestock Production Science 74 (2): 191-202.

[3] Bikker, P., A. Dirkzwager, J. Fledderus, P. Trevisi, I. le Huërou-Luron, J. P. Lallès, y A. Awati. 2006. «The Effect of Dietary Protein and Fermentable Carbohydrates Levels on Growth Performance and Intestinal Characteristics in Newly Weaned Piglets1». Journal of Animal Science 84 (12): 3337-45.

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

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

[6] PUN: plasma urea nitrogen.

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

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

[9] Opapeju, F. O.; Rademacher, M.; Blank, G.; Nyachoti, C. M., 2008: Effect of low‐protein amino acid‐supplemented diets on the growth performance, gut morphology, organ weights and digesta characteristics of weaned pigs. Animal 2, 1457– 1464.