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INTRODUCCIÓN
La intensificación de la acuicultura y la globalización de la comercialización de 10s pescados y mariscos han producido un desarrollo muy importante en la industria de la acuicultura. Sin embargo, el cultivo de peces a altas densidades, incrementa la probabilidad de exponer a los organismos a condiciones de estrés elevado. Estas condiciones pueden provocar la supresión del sistema inmune y por tanto, favorecer la incidencia de enfermedades infecciosas, que dan lugar a una elevación en la tasa de mortalidad y a pérdidas económicas con-siderabies (Alexander y col., 2010). En décadas recientes, la prevención de las enfermedades y su control, ha llevado a un sustancial aumento en el uso de aditivos químicos y medicina veterinaria, que pueden acumularse en el tejido, pero con la desventaja de promover, en el caso de los antibióticos, la resistencia de las bacterias (Magrone y col., 2016). De la misma forma, el uso de aditivos químicos puede provocar daños en la salud y al medio ambiente (Harikrishnan y col., 2012). Por otro lado, la especies carnívoras requieren de altos niveles de lípidos en su dieta, lo que puede incrementar la adiposidad en diferentes tejidos y la susceptibilidad a la peroxidación lipídica, proceso implicado en el desarrollo del estrés oxidativo y en la pérdida de la calidad post mortem, debido principalmente a la oxidación de ácidos grasos -poliinsaturados (PUFA, por sus siglas en inglés: polyunsaturated fatty acids) de la serie omega 3 y a la formación de compuestos volátiles relaciónados con la rancidez (Villasante y col., 2015).
En la búsqueda de promover el bienestar y preservar la calidad del animal, sin comprómeter al medio ambiente y la salud de los consumidores, la investigación científica se ha enfocado en la evaluación de inmunoestimulantes y antioxidantes provenientes de fuentes naturales (Bulfon y col., 2013). En este sentido, los polifenoles presentes en frutas, verduras, legumbres, cereales y bebidas, como el té verde y el vino tinto, exhiben propiedades inmnuno-estimulantes y antioxidantes (Bulfon y col., 2013; Reverter y col., 2014; Vaseeharan y Tha-ya, 2014; Afzal y col., 2015; Shahidi y Ambi-gaipalan, 2015); estas últimas relacionadas directamente con propiedades antiestrés (Chakraborty y Hancz, 2011). Los polifenoles son compuestos que se derivan del metabolismo secundario de las plantas a través de la vía fenil-propanoide. La característica general de los polifenoles, es que tienen anillos aromáticos con grados de hidroxilación variable y la mayoría se encuentran en forma conjugada con uno o más restos de azúcares unidos a grupos hidroxilo o directamente al anillo aromático, incluso pueden encontrarse asociados a otros compuestos (Kumar y Pandey, 2013). La diversidad estructural deriva en una amplia gama de polifenoles (Figura 1) (Bravo, 1998).
La utilización de vegetales, como fuentes de polifenoles en la dieta, puede reducir el estrés y mejorar el sistema inmune innato tanto de peces omnívoros, herbívoros (Tabla 1) y carnivoros; en estos últimos, se ha empleado el té verde [Camellia sinensis (L.) Kuntze], la granada (Punica granatum L.) y la cebolla (Allium cepa L.), entre otros (Harikrishnan y col., 2011; Nootashycol.,2013).
Tabla 1 Uso de polifenoles derivados de vegetales como antioxidantes e inmunoestimulantes en peces de cultivo.
Table 1 Use of polyphenols from plants with antioxidant and immunostimulant properties in farmed fish.
| Pez | Vegetal | Administración (Dieta, р/р) |
Compuesto bioactivo |
Efecto | Referencia |
|---|---|---|---|---|---|
| Tilapia del Nilo | Té verde | 0.5 g/kg | Catequinas | Inmunoestimulante | Abdel-Tawwab y col. (2010) |
| Carpa hervíbora | Té verde | 50 g/kg | Catequinas | Antioxidante e inmunoestimulante | Zhou y col. (2016) |
| Rohu | Mango | 5 g/kg | Flavonoides | Inmunoestimulante | Sahuycol. (2007) |
| Tilapia | Maíz | 2 g/kg | Antocianinas | Antioxidante e inmunoestimulante | Catapycol. (2015) |
El objetivo del presente trabajo fue describir los principales efectos antioxidantes e inmunoestimulantes de polifenoles presentes en diferentes vegetales, sobre la respuesta inmune y el estrés oxidativo en peces carnívoros, así como promover el uso de polifenoles de fuentes vegetales y sus subproductos, como ingredientes, para el desarrollo de alimentos funcionales en la acuicultura.
Estrés oxidativo y peroxidación lipídica
El estrés oxidativo es descrito como un desequilibrio entre la generación de prooxidantes como son los radicales libres, las especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés: Reactive Oxygen Species) y especies reactivas de nitrógeno (RNS, por sus siglas en inglés:
Reactive Nytrogen Species) y la generación de antioxidantes en favor de los prooxidantes, a nivel celular, de tejido y órganos (Ayala y col., 2014; Lushchak, 2014). Altos niveles de prooxidantes causan daño directo a los lípidos mediante el proceso conocido como peroxidación lipídica, en el cual los agentes prooxidantes atacan a los lípidos que contienen dobles enlaces carbono-carbono (ácidosgrasos insaturados), y generan radicales peróxidos e hidroperóxidos con capacidad de reaccionar y causar daño oxidativo a las proteínas y al ácido desoxirribonucleico (ADN) (Barrera, 2012). Los PUFA de la serie omega 3 como los ácidos eicosapentaenoico (EPA, 20:5 ω-З) y docosahexaenoico (DHA, 22:6 ω-З), conforman la estructura de los fosfolípidos de la bicapa-lipídica de la membrana celular. La peroxidación de los PUFA de la membrana favorece la pérdida de su integridad y en consecuencia, la inactivación de proteínas unidas a la membrana y la alteración de las vías de señalización intracelular (Ayala y col., 2014). En respuesta a la peroxidación lipídica en la membrana, la célula estimula su mantenimiento y supervivencia através de los sistemas de defensa antioxidantes de naturaleza enzimática y no enzimática. El sistema de defensa enzimático incluye a la superóxido dismutasa (SOD), glutatión peroxidasa (GPx), catalasa (CAT), glutatión reductasa (GR), glutatión-S-transferasa (GST), glutarredoxin y tiorredoxi-na reductasa. La línea de defensa no enzimatica incluye al glutatión (GSH), las vitaminas E, C, el ß-caroteno y el selenio (Shalaby y Shanab, 2013).
En los sistemas de cultivo existen diversos factores que pueden generar estrés oxidativo, sin embargo, entre los más importantes se encuentra el factor nutricional. Esto debido a que la dieta de peces carnívoros requiere de altos niveles de lípidos o PUFA altamente susceptibles a la oxidación (Villasante y col., 2015). Estudios en salmón del Atlántico (Salmo salar Linnaeus, 1758) han reportado que dietas con alto contenido de lípidos conducen a la deposición de grasa, al desencadenamiento del estrés oxidativo y a la pérdida de la calidad nutricional del filete (Hamre y col., 2004; Todorcevic y col., 2009). Por lo tanto, para contrarrestar los efectos causados por el estrés oxidativo, se ha recurrido al uso de antioxidantes como aditivos alimentarios.
Sistema inmune innato
El sistema inmune protege a los organismos contra enfermedades, mediante la identificación y eliminación del patógeno, y se divide en sistema inmune innato y sistema inmune adquirido. En peces, el sistema inmune adquirido es poco eficiente por ser organismos poiquilotérmicos (de sangre fría), por lo que dependen fuertemente del sistema inmune innato, el cual se divide comúnmente en tres mecanismos de defensa: físicos, celulares y humorales. Los parámetros físicos comprenden la barrera epitelial, mucosa en piel, branquias y el tracto digestivo (Magnadóttir, 2010). Los principales componentes celulares son los gra-nulocitos (neutrófilos), con actividad fagocitica. Cuando los fagocitos son estimulados se presentará la actividad denominada explosión respiratoria (liberación de ROS), la producción de citocinas y de moléculas de comunicación celular (Zou y Secombes, 2016). Los parámetros humorales incluyen, la actividad de lisozima y la actividad hemolítica del complemento. Ésta última se ha reconocido como un mecanismo clave de la resistencia bacteriana en teleósteos, como la trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss Walbaum, 1792), salmón del Atlántico y bagre (Ictalurus punctatus Rafinesque, 1818), entre otros (Sunyer y col., 2013; Buonocorea y col., 2014).
En sistemas de cultivo intensivo, la alta densidad, malas prácticas en el manejo, alteració-nes en las condiciones óptimas ambientales (temperatura, oxígeno, salinidad, pH, nitritos y carga orgánica) y factores nutricionales (deficiencia o exceso de nutrientes) generan un entorno fisiológico estresante que conduce a la reducción del crecimiento, supresión del sistema inmune y a la susceptibilidad para contraer enfermedades infecciosas que pueden generar altas tasas de mortalidad (Martínez-Álvarez y col., 2005; Lushchak, 2011; Reverter y col., 2014; Philip y col., 2015), que en consecuencia ocasionan pérdidas económicas con-siderabies, que conllevan al uso de agentes quimioterapéuticos, que causan el desarrollo de bacterias resistentes y la contaminación del ambiente (Nootash y col., 2013; Done y col., 2015). Por esa razón, se ha optado por el uso de inmunoestimulantes que mejoran el estado de salud y confieran resistencia contra patógenos, a través del fortalecimiento del sistema inmune innato (Vaseeharan y Thaya, 2014).
Propiedades biológicas de los polifenoles en peces carnívoros
Fuentes de origen vegetal como antioxidantes
Se ha reportado que la inclusión dietaria de hojas de té verde (0.1 g/kg) disminuye el nivel de peroxidación lipídica e incrementa la actividad de la enzima SOD en suero de trucha arcoíris (Nootash y col., 2013). También se ha documentado que la inclusión de extracto de té verde (50 g/kg) a la dieta para black rockfish (Sebastes schlegelii Hilgen, 1880) disminuye el nivel de colesterol en plasma (Hwang y col., 2013). En ambos estudios, el efecto benéfico del té verde es atribuido a las catequinas, las cuales pueden inducir la actividad de enzimas antioxidantes y neutralizar las ROS (Wang y col., 2013). Estudios en humanos han demostrado que el té verde incrementa el potencial antioxidante en suero y disminuye los valores de lipoproteinas de baja densidad (LDL) y colesterol en plasma, así como la concentración de productos de la peroxidación lipídica (Onakpoya y col., 2014; Domański y col., 2015). Los resultados de los estudios en trucha arcoíris y black rockfish, indicaron que las cate-quinas son antioxidantes efectivos para combatir la peroxidación lipídica y reducir los niveles de colesterol en plasma in vivo.
La inclusión dietaria de polvo de cebolla (10 g/kg) disminuye los niveles de colesterol y triglicéridos en el suero de esturión beluga (Huso huso Linnaeus, 1758) (Akrami y col., 2015). La cebolla es una fuente rica en quercetina (Aditya y col., 2017), la cual se ha demostrado que previene la oxidación de LDL en plasma, e impide la biosintesis de colesterol mediante la inhibición de la actividad de síntesis de ácidos grasos (Moon y col., 2012). Por lo que, la disminución de colesterol en esturión beluga, se atribuye a la influencia de la quercetina sobre la biosintesis de colesterol. Contrariamente, se ha reportado que la in-elusion de cebolla a la dieta para fletan japonés (Paralichtys olivaceus Temminck Schleges, 1846) no afecta los niveles de colesterol y triglicéridos (Cho y Lee, 2012). La diferencia de resultados en el esturión beluga y fletan japones puede relacionarse con la fisiología de cada especie, ya que la acción de los polifenoles dependerá directamente de la biodisponibilidad de estos compuestos y por tanto de factores intrínsecos, como el pH gástrico, la actividad de enzimas digestivas y la microflora bacteriana, dado que pueden inducir la hidrólisis y/o transformación de los polifenoles a moléculas biológicamente activas y biodisponibles (Velderrain-Rodríguez y col., 2014).
La dorada (Sparus aurata Linneasus, 1758) alimentada con una dieta enriquecida con el subproducto de la refinación de aceite de oliva (10 g/kg y 50 g/kg), mostrò un ligero retraso en el proceso de oxidación lipídica de su filete almacenado a 4 °С (Sicuro y col., 2010). El aceite de oliva contiene polifenoles como el hidroxitirosol, tirosol, oleuropeína, ácidos hidroxicinámicos y ácido cafeíco, los cuales poseen la capacidad de reducir los niveles de peroxidación lipídica, y mejorar el sistema de defensa antioxidante (Rafehi y col., 2012; Servili y col., 2013). Es por ello que el conjunto de polifenoles del aceite de oliva inhibe el proceso de peroxidación lipídica y contribuye en la preservación de la calidad del filete de la dorada.
En trucha areoíris, se evaluó el efecto de la inclusión dietaria del extracto de maíz morado (50 g/kg), sobre la actividad antioxidante (expresión de los genes GPxl y SODI) en los eritrocitos, la concentración de biomarcadores del daño oxidativo (ADN, lípidos y proteínas) en el plasma y el perfil de PUFA omega Зу6 en el cuerpo (Villasante y col., 2015). Los autores registraron un aumento en la expresión del gen GPxl, que codifica para la GPx, una tendencia a disminuir los niveles de peroxidación lipídica y un incremento en la proporción de PUFA omega з y 6. El maíz morado es una fuente importante de antocianinas, como la cianidina-3-glucósido у pelargonidina-3-glucósido (Ramos-Escudero у col., 2012). Aboonabi y Singh (2015), reportaron que las antocianinas inducen la expresión de enzimas relacionadas con el glutatión (GR, GPx y GST), por la vía de activación del factor nuclear derivado de eritroide 2 (Nrf2). Debido a lo anterior, se sugiere que las antocianinas mejoran la protección antioxidante en plasma y eritrocitos de trucha areoíris, a través de la modulación de la actividad de la enzima GPx y probablemente, a través de la quelación de hierro (Fe3+) o donación de protones a especies reactivas, las cuales están implicadas directamente en el proceso de peroxidación lipídica in vivo.
Fuentes de origen vegetal como inmunoestimulantes
Los vegetales contienen diversos tipos de poli-fenoles con actividad inmunoestimulatoria, por lo que se estudia el uso de diferentes fuentes para controlar enfermedades y fortalecer el sistema inmune innato. Nootash y col. (2013), reportaron que la administración dietaria de extracto de té verde (0.1 g/kg) disminuyó los niveles de transcritos codificantes para distintas citocinas (interleucina-lß e interleucina-8, en bazo e hígado, respectivamente) e incrementó los niveles de proteína total y la actividad bactericida en trucha areoíris. Por su parte, Harikrishnan y col. (2011), registraron que la administración dietaria de extracto de té verde (0.1 g/kg y 1 g/kg) aumentó la producción de RNS, la actividad de lisozima y la actividad hemolítica del complemento sérico en mero diente largo (Epinephelus bruneus Bloch, 1793), infectado con Vibrio carchariae.Hwang y col. (2013), indicaron que la administración dietaria de extracto de té verde (10 g/kg), incrementó la actividad de lisozima y el porcentaje de supervivencia de black rockfish, cultivado en condiciones de estrés inducido. Esto se debe a que los flavonoides, una vez que son absorbidos, pueden influenciar la síntesis de proteinas (Carlo y col., 1999). El alto contenido de proteína en suero y la alta actividad bactericida se asocia con la síntesis de proteínas асtivas, lo que resulta en una fuerte respuesta innata. En particular, las catequinas pueden regular reacciones inmunológicas por modulación de citocinas proinflamatorias, o por influenciar la actividad de células del sistema inmune (Patel y Vajdy, 2015). De acuerdo con lo anterior, es evidente que las catequinas pueden mejorar el sistema inmune innato a través de la modulación de la respuesta humoral y celular.
Akrami y col. (2015), reportaron que la inclusión de cebolla en polvo (10 g/kg), en la dieta para juveniles de esturión beluga, elevó la actividad de lisozima y la actividad de explosión respiratoria. En la cebolla se han identificado glucósidos de flavonoides como la querce-tina y fructooligosacáridos, a los cuales se les atribuye el efecto modulatorio (Kumar y col., 2015; Oliveira y col., 2015). No obstante, se desconoce el mecanismo de acción por el cual estos compuestos mejoran el sistema inmune innato. Por lo que, se requiere de estudios adicionales con los compuestos bioactivos purificados y probados por separado, en la misma especie, para poder esclarecer qué tipo de compuesto es el responsable de la modulación de la respuesta inmune innata.
La administración por vía intraperitoneal de extracto de granada (0.1 g/kg de peso corporal) en fletan japonés, infectado naturalmente con el virus de linfocistis, incrementó la tasa de supervivencia, la actividad de lisozima, la actividad fagocítica, la explosión respiratoria y la actividad del complemento sérico (Harikrishnan y col., 2010). Otro estudio, en la misma especie, infectada con el parásito Philasterides dicentrar chi, reportó que las dietas enriquecidas con extracto de granada (10 g/kg) mejoraron el sistema inmune innato celular, mediante el aumento de leucocitos, que incluyen los linfocitos, monocitos y neutrófilos (Harikrishnan y col., 2012). La granada es rica en polifenoles, tales como, ácido elágico, elagita-niños (punicalaginas), galotaninos y antocianinas (Galego y col., 2013). Ross y col. (2001), indicaron que la administración oral de granada estimuló la respuesta inmune innata humoral y celular de conejos. Sin embargo, aunque se desconocen los compuestos que desencadenan la respuesta inmune innata, estos podrían estar relacionados directamente con el conjunto de polifenoles que conforman el extracto de granada. Por lo tanto, se requiere de más investigación para una mejor comprensión del efecto inmunoestimulante de los compuestos polifenólicos que se encuentran en la granada.
Magrone y col. (2016), analizaron la influencia de la dieta suplementada con extracto de uva (1 g/kg y 2 g/kg), sobre la modulación de сіtocinas en el bazo e intestino de la lubina (Dicentrarchus labrax L.) y observaron una disminución en la concentración de las interleucinas intestinales (IL-lß) e IL-6; y un aumento en la producción de interferón-7 (IFN-7) en el bazo. Así mismo, los autores identificaron proantocianidinas y catequinas como los polifenoles principales del extracto de uva, los cuales poseen propiedades antiinflamatorias e inmunomodulatorias (Zhou y Raffoul, 2012; Chu y col., 2016). Por lo que, el efecto inmunoestimulante observado en los diferentes órganos analizados de la lubina, lo atribuyeron a los polifenoles del extracto de uva.
Aunque los alimentos para acuicultura proveen los nutrientes necesarios para el desarrollo de los organismos, la inclusión de los polifenoles como compuestos bioactivos, le confieren una funcionalidad dirigida a la salud animal, con un tejido de mejor calidad nutricional y un mayor contenido endógeno de antioxidantes, combatiendo el estrés oxidativo y mejorando el sistema inmune innato. Polifenoles como la epigalocatequina y la quercetina, tienen la capacidad tanto de combatir el estrés oxidativo como de modular la respuesta inmune innata en especies como la trucha arcoíris y la dorada (Shin y col., 2010; Thawonsuwan y col., 2010).
Debido al impacto positivo de las propiedades biológicas de los polifenoles, se ha incrementado el número de investigaciones enfocadas en la extracción e identificación de estos compuestos a partir de subproductos vegetales tales como la cascara de mango (Blancas-Benítez y col., 2015), plátano (Aboul-Enein y col., 2016), manzana (Giomaro y col., 2014), uva (Makris y Kefalas, 2013), semilla de aguacate (Kosińska y col., 2012) y café (Murthy y Naidu, 2012). El té verde es el vegetal mayormente utilizado en los estudios con peces carnívoros (Hwang y col., 2013; Nootash y col., 2013; Hasanpour y col., 2017).
CONCLUSIONES
Los vegetales, como fuente de polifenoles, tienen la capacidad de mejorar los sistemas de defensa inmune y antioxidante de especies de peces carnívoros, siendo el té verde el vegetal mayormente utilizado, por su alto contenido polifenólico. Sin embargo, es necesaria la evaluación de polifenoles purificados, extraídos de fuentes vegetales, con el propósito de demostrar cuáles son los componentes responsables de la modulación de la respuesta inmune y antioxidante en las diferentes especies estudiadas, y de este modo, potenciar su aprovechamiento como ingredientes en el desarrollo de alimentos funcionales para acuicultura. Se requiere establecer las dosis óptimas que generen el efecto deseado por especie, analizando como influyen los componentes de la matriz del alimento sobre las variables de respuesta de interés. Por otro lado, es escasa la información generada sobre el efecto de los polifenoles en la calidad post mortem, factor fundamental en términos comerciales, ya que el estrés oxidativo puede afectar el contenido de ácidos grasos poliinsaturados de la serie omega 3 y dar lugar a la formación de compuestos volátiles que afectan algunas características sensoriales y en consecuencia, su comercialización. Se requiere analizar parametros relacionados con la calidad post mortem ocasionados por estrés oxidativo, aprovechando los conocimientos generados en el desarrollo de productos funcionales para humanos a partir de subproductos de vegetales, los cuales presentan alto contenido de polifenoles. Este conocimiento puede aprovecharse en la elaboración de alimentos funcionales para peces, dentro del marco de la acuicultura sostenible.
