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INTRODUCCIÓN
La inclusión extra de aminoácidos (AA) sintéticos no convencionales (arginina, glicina, glutamina, leucina y prolina) y convencionales (metionina, treonina, triptófano y valina) en la dieta, en etapas fisiológicas específicas, puede implicar beneficios en la modulación de la expresión génica, la inmunidad, mejora en el crecimiento intestinal y del músculo esquelético, así como modificación del contenido de grasa corporal (Wu et al., 2014). Estos hallazgos condujeron al concepto de AA funcionales, que se definen como aquellos que participan y regulan las vías metabólicas clave para mejorar la salud, la supervivencia, el crecimiento, el desarrollo, la lactancia y la reproducción de los organismos en alguna etapa fisiológica especifica (Wu, 2013). Por consiguiente bajo condiciones de estrés, la suplementación extra con AA sintéticos esenciales y no esenciales (respecto a los niveles recomendados) se pueden considerar AA funcionales, debido a que pueden modificar el estado inmunológico y mejorar la resistencia a enfermedades clínicas y subclínicas (van der Meer et al., 2016). Además, el uso de AA funcionales puede mejorar la salud intestinal, la respuesta inmune, alterar el crecimiento y desarrollo intestinal, y modificar la composición de la microbiota intestinal (Liu et al., 2017; Liao, 2021).
En la nutrición del cerdo se necesita comprender los roles y requerimientos dietéticos de los AA en cerdos jóvenes para mejorar la eficiencia en la utilización de proteínas dietéticas y minimizar la excreción de nitrógeno al ambiente (Rezaei et al., 2013a); ya que los requerimientos dietéticos de los AA dependen de la etapa de desarrollo, estado fisiológico, salud, factores ambientales y estados patológicos (Dai et al., 2012). Por lo anterior, el objetivo de la presente revisión fue conocer la importancia de la inclusión de aminoácidos funcionales en el alimento en la salud, desarrollo y crecimiento intestinal de los cerdos en iniciación-crecimiento.
Arginina (Arg)
La Arg interviene en la respuesta antioxidante, la neurotransmisión, la inmunidad, la síntesis de urea (Wu et al., 2014), el crecimiento de la microbiota intestinal (Dai et al., 2012), la producción de óxido nítrico (NO) y la regulación de la expresión génica (Zheng et al., 2018). La síntesis endógena de Arg para un buen comportamiento productivo es suficiente en el cerdo adulto, por lo cual no se considera como un AA esencial (Ma et al., 2015); sin embargo, cuando el animal se encuentra en estrés y/o en periodo de inmunodepresión, los requerimientos de Arg se incrementan, convirtiéndose en un AA funcional (Wijnands et al., 2015).
Una dieta estándar con base en sorgo o maíz-pasta de soya, no provee la cantidad suficiente de arginina para la síntesis de proteína en cerdos al destete. Lo anterior es porque el cerdo en esta etapa se encuentra en estrés oxidativo, maduración intestinal y en el establecimiento de su sistema inmune; por lo que la adición extra de Arg es condicionalmente esencial, debido a que las necesidades son mayores que las tasas de síntesis (Zheng et al., 2018). En particular, el aporte extra en la dieta (0.5-1.5%) al nivel recomendado de L-Arg puede funcionar como un nutriente para favorecer la respuesta al estrés oxidativo mediante la mejora de la capacidad antioxidante e inhibir la expresión de citocinas inflamatorias (Zheng et al., 2013; Zheng et al., 2018).
La adición de Arg es eficaz para disminuir las lesiones intestinales, mejorar la función de la barrera intestinal y el desarrollo vascular (Chen et al., 2012; Zhu et al., 2013; Zheng et al., 2018). La suplementación con Arg (0.5-1%) protege y mejora la función de la barrera inmune de la mucosa intestinal y mantiene la integridad intestinal en lechones destetados después de la exposición a E. coli (Dai et al., 2012; Zhu et al., 2013) y atenúa los efectos negativos causados por la inoculación con Salmonella enterica (Chen et al., 2012). Además, la inclusión extra de 1% de Arg en la dieta de cerdos en crecimiento disminuye el estrés y mejora la respuesta inmune, ante el consumo de la micotoxina deoxinivalenol (Wu et al., 2013).
En algunos estudios (Yao et al., 2011; Wang et al., 2012; Yang et al., 2016) se observó que la suplementación con Arg (0.2-1.2%) mejora el crecimiento y el desarrollo intestinal en lechones destetados. Yang et al. (2016) observaron que la adición de 0.4 o 0.8% de Arg en el sustituto de leche mejoró el crecimiento en lechones (4 a 24 d de edad) y el desarrollo intestinal (altura y área de vellosidades y mucosa intestinal) en cerdos de 25 a 45 d de edad. El aporte de Arg (1%) mejora el crecimiento intestinal (peso), la altura de las vellosidades intestinales y la expresión de los niveles de proteína para el factor de crecimiento endotelial vascular en cerdos destetados a los 21 d (Yao et al., 2011). La exposición de los cerdos al estrés calórico daña el epitelio intestinal, afectando la absorción de AA, pero al agregar 0.16% de L-Arg en la dieta ayuda a mejorar la función del epitelio del intestino delgado al aumentar la altura de las vellosidades, la abundancia de transportadores de AA y la disponibilidad de AA esenciales (Morales et al., 2021).
Glutamato (Glu) y Glutamina (Gln)
Estudios en animales indican que el Glu y la Gln desempeñan funciones versátiles en el metabolismo y la función intestinal (Yi et al., 2018). La suplementación dietética de Glu al 1% en dietas para lechones destetados es una estrategia alimenticia terapéutica para disminuir los trastornos intestinales durante estados de procesos inflamatorios (Wang et al., 2015a). Lechones destetados a los 21 d suplementados con Glu monosódico (0.5, 1, 2 y 4%) por 21 d redujeron la incidencia de diarrea, proporcional a la dosis, en la primera semana después del destete, y mejoró la capacidad antioxidante en el intestino delgado (Rezaei et al., 2013a; Rezaei et al., 2013b).
La Gln es un aminoácido no esencial. Sin embargo, durante los períodos de estrés y en las etapas críticas del desarrollo, los cerdos tienen un requerimiento dietético de Gln superior para lograr el máximo comportamiento productivo y facilitar el funcionamiento normal del intestino, particularmente en estados hipercatabólicos (Wu et al., 2014). En lechones destetados, la adición extra de Gln a la dieta puede mejorar el comportamiento productivo, la morfología intestinal, reducir el daño oxidativo, estimular la proliferación de enterocitos, modular la supervivencia y muerte celular; también mejora la permeabilidad paracelular intestinal (Ji et al., 2019). En algunos estudios se ha demostrado que la Gln (0.8-1%) puede mejorar la estructura y función del epitelio intestinal (Rezaei et al., 2013b; Wang et al., 2014a). Mientras que la adición de 0.8-2% de Gln sintética a la dieta muestra efectos benéficos en la morfología y crecimiento intestinal, particularmente durante las primeras dos semanas después del destete (Molino et al., 2012; Teixeira et al., 2014).
Prolina (Pro)
La Pro es un aminoácido indispensable en los cerdos jóvenes, debido a su capacidad limitada para sintetizar prolina a partir de glutamina, glutamato o arginina en el intestino (Wu, 2013). En los cerdos se ha demostrado que la Pro puede mejorar la integridad y la función intestinal en condiciones normales y patológicas, lo que potencialmente puede protegerlo de diferentes enfermedades (Wang et al., 2015b; Liu et al., 2017). La suplementación de la dieta con Pro juega un papel importante en el intestino de los lechones destetados, regulando la diferenciación celular y la síntesis de novo de arginina y poliaminas (involucradas en la maduración temprana de la integridad de la mucosa intestinal) en los enterocitos para favorecer el crecimiento y la migración de las células intestinales (Wang et al., 2016).
La adición de Pro (0.5 o 1%) a dietas para cerdos recién destetados puede mejorar la tasa de crecimiento, aumentar las actividades de la enzima superóxido dismutasa y mejorar la función digestiva del tracto gastrointestinal (Kang et al., 2014), ya que el metabolismo de la Pro implica el equilibrio redox y la desintoxicación del amoníaco en las células epiteliales intestinales (Phang et al., 2015). Además, en los lechones alimentados con Pro adicional (25 mg/kg PV) se observó que aumenta la altura de las vellosidades, mejora la proliferación de la mucosa y la morfología intestinal, así como la unión estrecha de proteínas y la expresión de proteínas del canal de potasio; con implicaciones para la restitución epitelial y la función de la barrera intestinal después de una lesión por estrés (Wang et al., 2015b).
Glicina (Gly)
Existe evidencia de que la síntesis endógena de Gly es insuficiente para apoyar la salud intestinal óptima o maximizar el crecimiento de todo el cuerpo (incluido el intestino delgado) en cerdos jóvenes (Wang et al., 2014b). Estudios in vitro mostraron que la Gly inhibe el estrés oxidativo en las células epiteliales intestinales porcinas (Wang et al., 2014c) y mejora la barrera de la mucosa intestinal (Li et al., 2016a).
En lechones de siete días de edad, criados con sus madres, que fueron suplementados por vía oral con 0, 50, 100 o 200% de ingesta extra de Gly, respecto del contenido de Gly en la leche de la cerda, durante 14 días y luego se destetaron a los 21 días de edad; se observó, que el consumo extra (100-200%) de Gly se asoció con una barrera de la mucosa intestinal mejorada, aumento de la altura de las vellosidades, una mejor relación entre la altura de las vellosidades y la profundidad de las criptas en el yeyuno, y con la reducción de la apoptosis de los enterocitos intestinales (Fan et al., 2019). Del mismo modo, en lechones destetados suplementados con 0 (testigo), 0.5, 1 o 2% de Gly durante siete días, se observó modificación en la composición microbiana intestinal y mejoras en la inmunidad de la mucosa intestinal. En el contenido en el colon de lechones alimentados con 2% de Gly se redujo el conteo de bacterias patógenas (Escherichia-Shigella, Clostridium y Burkholderiales) y aumentó el de bacterias productoras de ácidos grasos de cadena corta (Blautia, Lachnospiraceae, Anaerostipes y Prevotella) en comparación con el tratamiento testigo (Ji et al., 2021).
AAs de cadena ramificada
Los aminoácidos de cadena ramificada incluyen leucina, isoleucina y valina, que desempeñan un papel fundamental en la regulación de la salud intestinal, la inmunidad y las enfermedades de los animales (Nie et al., 2018). La suplementación con isoleucina induce la expresión de AA antimicrobianos en células epiteliales intestinales porcinas, esenciales para la inmunidad innata (Mao et al., 2013). Mientras que la adición de leucina (1.4 g/kg PV) a la dieta promueve el desarrollo intestinal en cerdos jóvenes (Sun et al., 2015). Así mismo, la inclusión adicional de 1% de leucina en la dieta de cerdos atenuó el efecto negativo de la infección por rotavirus sobre la diarrea; además mejoró la producción de mucina, inmunoglobulinas, anticuerpos y citoquinas (Mao et al., 2018).
La adición extra de AA ramificados puede eficientizar el comportamiento productivo de los cerdos alimentados con dietas bajas en proteína debido a que se mejora el perfil metabólico en el hígado y el músculo (Wang et al., 2015c), la capacidad oxidativa del músculo (Duan et al., 2017), la morfología intestinal, la proliferación celular de enterocitos (Duan et al., 2018) y al altera positivamente la microflora intestinal (Spring et al., 2020).
Al agregar AA sintéticos de cadena ramificada (0.55% isoleucina, 0.82% leucina y 0.57% valina) a dietas con baja proteína para cerdos destetados, ofrecidas durante 4 semanas, se incrementaron las poblaciones de Paludibacteraceae y Synergistaceae y se redujeron las poblaciones de Streptococcaceae, Oxyphotobacteria_unclassified, Pseudomonadaceae y Shewanellaceae en las heces, en comparación con una dieta estándar y una dieta baja en proteína sin la adición de AA de cadena ramificada (Spring et al., 2020). Mientras que la adición de AA sintéticos de cadena ramificada (0.19% isoleucina, 0.1% leucina, y 0.34% valina) a la dieta, ofrecida a cerdos destetados durante 14 d, mejoró su comportamiento productivo, el desarrollo intestinal y la expresión de los transportadores de aminoácidos (Zhang et al., 2013). En los cerdos destetados, el consumo de dietas suplementadas con niveles extra de leucina (0.07%), valina (0.27%) e isoleucina (0.19%) durante 14 d, mejoró la defensa inmunitaria intestinal, protegiendo la morfología de las vellosidades y aumentando los niveles de inmunoglobulinas intestinales (Ren et al., 2015).
Treonina
La estimulación del sistema inmune aumenta los requerimientos dietéticos de treonina (mayor a 0.60%) para la retención de proteínas en los cerdos en crecimiento, debido a un aumento en los requerimientos para mantenimiento, ya que una concentración de treonina en la dieta menor de 0.40% suprime la respuesta inmune (McGilvray et al., 2019). El consumo alto de treonina (0.90 vs 0.85%) en cerdos en iniciación aumenta la concentración sérica de IgG y promueve una microbiota saludable en el intestino (Trevisi et al., 2015); sin embargo, debe considerarse que el efecto benéfico en la respuesta inmune requiere una concentración mayor que el nivel utilizado para obtener la ganancia de peso máxima (Xie et al., 2013). En los cerdos destetados alimentados con una dieta estándar, con nivel de 0.76% treonina (NRC, 2012), se observó inflamación sistémica e intestinal, mientras que la inclusión de 15% de treonina extra mejoró la integridad intestinal, aunque no se normalizó la inflamación inducida por el cambio de dieta (Koo et al., 2020).
La restricción de treonina en la dieta puede disminuir la producción de enzimas digestivas y aumentar la permeabilidad paracelular de la mucosa, permitiendo que agentes patógenos y las toxinas atraviesen la barrera epitelial de la mucosa. Además, se ha demostrado que el requerimiento de treonina aumenta en condiciones patológicas como ileítis y sepsis, para mantener la morfología y fisiología intestinal (Mao et al., 2011). Al formular dietas para lechones destetados se debe considerar que los niveles de treonina dependen del estado fisiológico, ya que animales sanos o infectados; por ejemplo, con E. coli, requieren de concentraciones distintas (Ren et al., 2014). Wang et al. (2006) observaron, en lechones destetados, que el consumo de dietas a las que se les incrementó el nivel de treonina aumentó las concentraciones de IgG e IgA en la mucosa intestinal y mejoró las características morfológicas intestinales en lechones expuestos a E. coli, concluyendo que, para optimizar la inmunidad de los cerdos, éstos deben consumir 0.66% de treonina digestible ileal verdadera. Trevisi et al. (2015) observaron que el consumo de una dieta suplementada con 0.90% de treonina redujo el recuento de E. coli en las heces de los cerdos destetados, en comparación con la dieta con 0.85% de treonina.
La alimentación de cerdos en iniciación con menor concentración de treonina reduce la producción de mucina (Wang et al., 2010) y afecta la función intestinal (0.65% de treonina; Hamard et al., 2010). Sin embargo, la deficiencia (0.37% de treonina) o el exceso (1.11 %) de treonina en la dieta de cerdos destetados afecta la barrera de la mucosa intestinal, mientras que un incremento moderado de 0.74-0.89% mejoró la función y el mantenimiento de la barrera intestinal y la síntesis de mucina de la mucosa (Wang et al., 2010).
Metionina (Met)-Cisteína (Cis)
El incremento de AA azufrados en la dieta podría producir efectos benéficos adicionales como AAs funcionales (Wu, 2013). La recomendación de Met+Cis para cerdos en iniciación varía, dependiendo de la respuesta productiva esperada y de la fuente bibliográfica consultada, ubicandose en promedio en 0.71% (NRC, 2012). La suplementación extra (0.25-0.25%) con Met+Cis) en la dieta de cerdos se asocia con efectos positivos en el sistema inmune, ya que el aumento en la ingesta de AA sulfurados incrementa la síntesis de proteínas clave en la respuesta inmunitaria (Li et al., 2014; Pinheiro et al., 2015). Un consumo mayor de Met por arriba del requerimiento necesario para lograr un óptimo comportamiento productivo durante el destete o períodos de estrés es importante para mantener la integridad de la mucosa (Chen et al., 2014), el desarrollo y la capacidad antioxidante intestinal (Su et al., 2018; Zhang et al., 2019).
El estrés oxidativo puede ocasionar rendimiento productivo deficiente, problemas de salud e incluso la muerte (Zheng et al., 2018). Teóricamente, una deficiencia de Met (0.24%) con respecto al nivel (0.37%) establecido por el NRC (2012) podría afectar las cantidades de Cis y glutatión peroxidasa, con el consecuente aumento del estrés oxidativo. La adición de Met (0.12%) extra optimiza la síntesis de proteínas, aumenta las concentraciones de cisteína y disulfuro de glutatión en el plasma y los tejidos, lo que conduce a reducciones en el potencial redox, ayudando en el mantenimiento de la integridad de la mucosa del intestino delgado de lechones destetados (Chen et al., 2014). La deficiencia de Met (menor a 0.25%) suprime el crecimiento de la mucosa intestinal, reduce la proliferación de células epiteliales intestinales y aumenta el estrés oxidativo intestinal en lechones (Bauchart-Thevret et al., 2009; Chen et al., 2014).
El periodo de destete en cerdos aumenta el estrés oxidativo. La suplementación dietética con N-acetilcisteína (0.05%) aumenta la capacidad antioxidante y disminuye la expresión yeyunal de citocinas inflamatorias (Guo et al., 2016); además, la población bacteriana intestinal puede modificarse, aumentando el recuento de Lactobacillus y Bifidobacterium y reduciendo el de E. coli (Xu et al., 2014). Aunado a lo anterior, una deficiencia de Met en cerdos incrementa la adhesión y aumenta tanto la citotoxicidad como las respuestas apoptóticas de las células infectadas con E. coli (Tang et al., 2015). Cuando los cerdos muestran un sistema inmunológico activado por estrés, los requerimientos de Met+Cis pueden ser más altos (0.90%), ya que la síntesis de Cis a partir de Met tiende a aumentar (Li et al., 2014; Pinheiro et al., 2015). En contraste, hay evidencia de que dietas con concentración menor de metionina podrían mejorar el metabolismo de los lípidos del tejido adiposo, disminuir el daño oxidativo, alterar las vías antioxidantes y mejorar la respuesta inflamatoria en cerdos en crecimiento (Ying et al., 2015; Zhou et al., 2016).
Triptófano (Trp)
El Trp desempeña una función importante en la respuesta inmunitaria a través de los productos de su catabolismo, tales como serotonina, melatonina y N-acetilserotonina que pueden inhibir la producción de superóxido y factor de necrosis tumoral alfa, eliminar radicales libres y modular la síntesis inducible de óxido nítrico (Kim et al., 2007). El Trp es importante para regular la función fisiológica en el intestino, como la permeabilidad, la motilidad y la secreción intestinales (Wang et al., 2015d; Tossou et al., 2016); también, juega un papel crucial en el equilibrio inmunológico y el mantenimiento de la microbiota intestinal (Gao et al., 2018). Además, la suplementación con Trp puede mejorar la respuesta inmune en procesos infecciosos virales de cerdos jóvenes (Wang et al., 2013). El Trp del alimento influye en el crecimiento y la salud de las células epiteliales intestinales, así como las proteínas de unión estrecha del epitelio intestinal en lechones destetados (Wang et al., 2015d). La adición con 0.2-0.4% Trp (con respecto al nivel recomendado de 0.25%; NRC, 2012) en dietas para cerdos ftdestetados mejoró la función de barrera de la mucosa intestinal en comparación con los alimentados con la dieta basal, sugiriendo que las bacterias metabolizadoras de Trp en el intestino delgado mediaron principalmente los efectos benéficos del Trp de la dieta en la integridad, salud y función de la mucosa (Liang et al., 2019); además, este mismo nivel de suplementación puede aliviar o disminuir la alteración en la composición y/o funciones de los microorganismos en el intestino, alterar la composición y diversidad microbiana intestinal, activar la señalización de receptores asociado a la regeneración celular, la reacción inmunitaria, la homeostasis intestinal y la proliferación celular, y reducir la expresión de citocinas inflamatorias en el intestino grueso de lechones destetados (Liang et al., 2018; Wang et al., 2020). También, el consumo de una dieta con niveles de 0.35% de Trp mejoró el comportamiento productivo, redujo la presencia de diarreas, mejoró la integridad de la barrera de la mucosa intestinal y la ecología microbiana intestinal (incremento de Lactobacillus) en lechones destetados; además de efectos asociados con los metabolitos de Trp como la activación de la señalización del complejo proteico promotor del gasto energético para la biosíntesis de macromoléculas y el enriquecimiento de probióticos en el intestino delgado (Rao et al. (2021). Así mismo, la suplementación con 0.15% de Trp aumentó la relación entre la altura de las vellosidades y la profundidad de las criptas sin afectar la permeabilidad intestinal (Tossou et al., 2016). Por el contrario, la adición a la dieta de 0.75% de Trp extra influyó negativamente en la morfología del epitelio intestinal (Tossou et al., 2016), aumentando significativamente la permeabilidad intestinal (Li et al., 2016b; Tossou et al., 2016); niveles de inclusión de 0.1% extra disminuyeron la expresión génica de las proteínas de unión estrecha del epitelio intestinal (Li et al., 2016b).
Las diferencias en la respuesta a la suplementación con Trp pueden deberse a que los lechones bajo condiciones de estrés pueden necesitar más Trp para mantener la integridad intestinal y un crecimiento óptimo, ya que la adición extra con 0.15% de Trp mejoró la integridad intestinal, restauró el estado redox y mejoró la función mitocondrial de lechones desafiados con un agente químico para inducir estrés oxidativo (Liu et al., 2019).
CONCLUSIÓN
En conclusión, la inclusión de AA funcionales en la dieta para cerdos en iniciacióncrecimiento, en niveles mayores a los recomendados para maximizar la ganancia de peso, favorece la salud, desarrollo y crecimiento intestinal, especialmente cuando están sometidos a condiciones de estrés o retados inmunológicamente.
