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DPP 2022 (2 de 3): dinámica de digestión y absorción y modelos y metodologías

Antonio Palomo nos ofrece el resumen de la segunda y tercera sesiones de la DPP 2022, centradas en la digestión y la absorción de nutrientes y en los modelos y metodologías.

Segunda sesión: Dinámica de digestión y absorción Carbohydrate Digestion: The importance of the proximal and distal stomach during digestion in growing pigs - G. Bornhorst. EEUU

El tiempo de vaciado del estómago es importante para valorar la digestibilidad de los hidratos de carbono, habiendo diferencias según el ingrediente y su estructura, así como la tecnología de fabricación. Pero, como influye en el pH intragástrico, es de interés valorarlo tanto a nivel proximal como distal durante el tiempo que permanece el alimento. El pH gástrico varía según la capacidad buffer del alimento y las secreciones gástricas. Las partículas finas tienen menor capacidad tampón, mientras que la producción de secreciones gástricas es muy variable, probablemente a causa de procesos feed back. A medida que aumenta el pH distal, aumenta el grado de secreciones gástricas, incrementándose por la mayor capacidad buffer del alimento. La actividad, tanto de las enzimas salivares como gástricas, juega un papel importante en la distribución del pH gástrico, de forma que la amilasa salivar tiene mayor efecto en el área proximal, mientras que las enzimas gástricas influyen más en el pH distal. La actividad de la amilasa impacta en la hidrólisis del almidón variando según el tipo de dieta. Los cambios en las propiedades físicas de los piensos (reología, textura y tamaño de partícula) también tienen su impacto sobre el pH gástrico, tanto en la porción proximal como distal. Calculando el índice de glucemia en base al pico de glucosa en tiempo posterior a la comida, los datos son similares a los de humana, con una correlación directa entre un mayor índice de glucemia y un mayor tiempo de vaciado del estómago. Plantean trabajos futuros utilizando modelos de digestión in vitro dinámicos como los simuladores gástricos de humana (HGS).

Net portal and faecal total and individual short-chain fatty acids as influenced by fermentation of cellulose and arabinoxylan rich diets. K.E. Bach Knudsen, A.K. Bolvig, M.V. Curtasu, M.S. Hedemann, H.N. Lærke. Dinamarca

Los ácidos grasos volátiles de cadena corta se producen por fermentaciones microbianas en el intestino grueso a partir de carbohidratos no digeridos en el intestino delgado. La producción de butirato en ciego es más elevada en las dietas ricas en celulosa que en las ricas en arabinoxilanos. Analizan el contenido en polisacáridos no estructurales, celulosa y arabinoxilanos en las heces de los cerdos del ensayo. La producción de ácidos grasos de cadena corta es mayor en dietas con mayor nivel de celulosa, y especialmente de butirato, con niveles similares de propionato y más bajos de acetato.

Low sanitary housing conditions reduce ileal N digestibility and enhance the production of protein-derived metabolites in piglets. L. Noorman, S. de Vries, M. Gilbert, B. van der Hee, W. Gerrits. Países Bajos

La diarrea posterior al destete guarda relación con la fermentación de la proteína, pero los piensos con elevados niveles de proteína no necesariamente tienen que producir trastornos digestivos. Bajas condiciones sanitarias provocan una reducción de entre 1-7% de la digestibilidad de aminoácidos, según los trabajos publicados entre 2014-20. Realizan un ensayo experimental con 20 lechones por grupo en factorial de 2x2 comparándolos según condiciones sanitarias (alta y baja – suciedad). El contenido en proteína indigestible varió entre dos dietas con 26 y 42 g/kg con el mismo nivel de proteína digestible (165 g/kg). Alimentaron a los lechones al libitum durante 3 días post destete y luego racionados. La digestibilidad ileal del nitrógeno bajó en cerdos con peor condición sanitaria, siendo similar en dietas altas y bajas de proteína. En los cerdos más sanos, la presencia de nitrógeno en el colon es inferior, siendo más significativo en dietas altas en proteína. Por otra parte, la cantidad de NH3 y de ácidos grasos de cadena corta son menores en colon en dietas altas y bajas en proteína en cerdos con mejores condiciones sanitarias. La fermentación de carbohidratos (digestibilidad de polisacáridos no estructurales) es mayor en los cerdos con mejores condiciones sanitarias.

Phytate degradation, P and Ca absorption and digestibility in pigs – M. Rodehutscord

El nivel de fósforo en diferentes materias primas es bien conocido, siendo elevado en girasol, colza, gluten feed, salvado de trigo y menor en cereales, pero estos con gran porcentaje en forma fitato, como el salvado de trigo. Las necesidades de fósforo en los cerdos se van reduciendo a medida que aumenta el peso vivo de los animales. Las enzimas en el tracto digestivo se centran en las posiciones 3, 4 y 6 fitasa. Experimentalmente analizan su contenido en tramos iniciales y finales del íleon. El fitato va degradándose en diferentes tramos del digestivo. La digestibilidad del fósforo determinada a nivel prececal y en heces guarda cierta relación con variaciones considerables dependiendo del nivel de fitasa incorporado. Según un metaanálisis entre 2007-19, se alcanza la mayor digestibilidad, 65%, en las dietas con 1.500 FTU, manteniéndose constante posteriormente. En trabajos posteriores, la digestibilidad del fósforo no se incrementa más, derivado sobre todo de cambios en los diferentes isómeros de InsP4 en el íleon. La relación entre digestibilidad del fósforo y la degradación obedecen a una curva de regresión con un coeficiente de 0,79 (en pollos 0,78). Basan sus estudios de actividad de fitasas endógenas en el trigo, considerando que estas son poco estables a cambios de pH. La actividad de estas fitasas endógenas es muy variable de unas materias primas a otras. En dietas de lechones con un 0,53% fósforo total la inclusión de 1.500 o 3.000 FTU de fitasa tienen similares efectos en su degradación. La absorción de todo el fósforo se produce en el intestino delgado. La suplementación de calcio tiene un efecto negativo sobre la digestibilidad prececal del fósforo, dando lugar a una mayor excreción por orina al reducir la degradación por InsP6, observando diferencias significativas entre cerdos y pollos. En las dietas líquidas vs seco la digestibilidad del fósforo es superior tanto por los procesos fermentativos como por la mejor actividad de la fitasa.

Impact of fibre on transit time, viscosity, digestibility and post-prandial metabolism in growing pigs depending on meal size and frequency. É. Chassé, MP. Létourneau-Montming, F. Guay. Canadá

Realizan una prueba en condiciones comerciales con pienso ad libitum aportando un número variable de comidas al día y analizando la digestibilidad racionando, lo que afecta al tiempo de tránsito, pudiendo afectar al metabolismo post pandrial por menores niveles de glucosa, sobre todo cuando dan mayor número de comidas al día. Aumentar los niveles de fibra en la dieta puede modificar el tiempo de tránsito y la capacidad de digestión. La prueba la hacen con machos de 25 kilos peso vivo iniciales comparando dar 2 u 8 comidas diarias, con dietas altas y bajas en fibra. La digestibilidad aparente total del tracto digestivo aumenta con dietas bajas en fibra. El tiempo de retención o tránsito en el estómago apenas se modifica. Los niveles de glucosa son mayores con 8 que con 2 comidas diarias, el vaciado del estómago se reduce y la motilidad del intestino delgado es superior.

Ceased intestinal macromolecular uptake and transfer by enteral exposure to lectin (phytohemagglutinin) in new-born piglets. E. Arévalo, K. Pierzynowska, O. Prykhodko, J. Wolinski, S. Pierzynowski, B. Weström. Bélgica, Suecia, Polonia

La maduración del intestino comienza en el mismo momento del nacimiento. En roedores, a las 3 semanas del nacimiento se produce el cierre del digestivo para la absorción de inmunoglobulinas, en el cerdo a los 1-2 días de vida y en los primates hasta las 22 semanas. Desarrollan con ratones modelos de maduración inducida. La fitohemoaglutinina induce maduración a 10 días de vida (vacuolización ileal) aparentemente al unir el epitelio intestinal, aumentar la proliferación celular, provocar una reducción de la permeabilidad intestinal, reducir el peso de vellosidades y la actividad de enzimas pancreáticas.

Presentation PigWEB – J. van Milgen, Francia

Proyecto para la transferencia de trabajos de investigación entre países europeos, para mejorar los servicios de las infraestructuras científicas y cooperar entre los centros implicados. Trata de identificar las necesidades y hacer recomendaciones para futuras infraestructuras de investigación. ¿Cómo interaccionamos con la sociedad en los centros experimentales de investigación en porcino? www.pigweb.eu

Tercera sesión: Modelos y metodologías Modelling of metagenomic data for understanding of the functional microbiome. BE. Dutilh. Alemania

Su objetivo dentro de la metagenómica es analizar la comunidad microbiana en diferentes medios (animales, agua, digestivo) aislando todo el ADN de todos los organismos y analizándolos en los secuenciadores genómicos, para luego hacer el estudio bioinformático oportuno. Comparan las secuencias con las bases de datos (MGnify y MG-RAST) y las que no son coincidentes tratan de identificarlas en una segunda fase, ya que aún son muchos los virus y bacterias desconocidas en los diferentes ecosistemas. En un estudio con 1135 personas relacionan su microbioma junto a 126 factores exógenos y factores internos del propio hospedador incluyendo 31 intrínsecos, 12 enfermedades, 19 medicamentos, 4 categorías de fumadores y 60 factores dietéticos, los cuales solo explican el 18,7% de las variaciones encontradas. Son muchos los factores que conducen microbiota: abióticos (agua, oxígeno, sal, pH, temperatura), nutrientes y metabolitos, antibióticos, sistema inmune, virus. Se centran en los nutrientes y sus metabolitos para predecir el metaboloma a través del programa MAMBO en el cuerpo humano (nasales, orales, piel, gastrointestinal y urogenital). En el modelo tienen 223 metabolitos que analizan en diferentes ciclos secuenciales (70.000) hasta su optimización en base a la correlación (Pearson) con los diferentes microorganismos (HMP – NIH Human Microbiome Project). Un ejemplo práctico es el estudio del cáncer colorectal (CRC) donde hay una comunidad microbiana bien definida y pueden analizar la correlación de dichas bacterias junto a un grupo de metabolitos (25) haciendo una respuesta de predicción. Investigan el efecto de variación en el hospedador de los genes involucrados en el sistema inmune sobre el microbioma, seleccionando moléculas claves dentro del sistema inmune innato, donde solo dos variantes genéticas en la región del MHC están asociadas: un aminoácido que codifica en el gen HLA-B y otro localizado cerca del gen MUC22 (SNP rs3873352). Los estudios los realizan en peces y ratas. La similitud inmunitaria se correlaciona con la diversidad microbiana beta.

Proteomic analysis of liver, pancreas and adipose tissue of insulin resistant pig following bariatric surgery K.Ferenc, N.Dib, J.Olszewski, Z.Gajewski, E.Grzesiuk, R.Zabielski. Polonia

Utilizan el cerdo como modelo animal para el estudio de salud humana (modelo biomédico), en este caso en la diabetes tipo 2 con cerdos resistentes a la insulina inducidos exclusivamente por tratamiento dietético con un exceso de disacáridos y ácidos grasos (alta energía). Utilizan la prueba de tolerancia a la glucosa y analizan los niveles de glucosa, triglicéridos, colesterol. En dietas con alta energía se reduce el tamaño de las vellosidades y de las célula caliciformes en íleon, así como de los islotes pancreáticos y aumenta la infiltración de tejido adiposo e inflamación local. En el hígado de los cerdos con dietas altas en energía solo cambian 10 proteínas que están involucradas en procesos de detoxicación y metabolismo del ácido carboxílico. En el estudio de proteoma del páncreas cambian 23 proteínas, destacando su actividad enzimática. Y en el del tejido adiposo, cambian 51 proteínas involucradas en el metabolismo de aminoácidos, especialmente en la expresión de la propionil CoA carboxilasa, envuelta en el metabolismo del colesterol, decreciendo la expresión de proteínas envueltas en la gluconeogénesis y glucolisis. La conclusión es que dicho modelo animal en porcino sirve para el estudio de la diabetes en humana.

Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid alleviates low birth weight-induced colonic inflammation by enhancing M2 macrophage polarization. Y.Pi, Y.Wu, D.Han, X.Zou, D.Ni, J.Wang. China

Los lechones nacidos con bajo peso tienen alterada su mucosa intestinal asociada a procesos inflamatorios, además de un microbiota diferente. Encuentran una polarización de los macrófagos que demuestra dicha inflamación intestinal. Toman muestras de heces en lechones a los dos días de nacimiento, encontrando cambios en la concentración de UDCA (reducción), así como en la concentración de diferentes bacterias (Clostridium). También observan una mayor presencia de dos metabolitos microbianos relacionados con el bajo peso al nacimiento. UDCA (ácido ursodeoxicolico) induce colitis en ratones y estudian la regulación de los genes de expresión en cerdos de las citoquinas proinflamatorias (IL-1b, IL-6 y TNF alfa reducidas) contrastando cómo influyen en la polarización de los macrófagos.

Peroxisome proliferator-activated receptor gamma activation protects against deoxynivalenol-induced intestinal barrier dysfunction in jejunal IPEC-J2 cells. E.Li, N.Horn, K.Ajuwon. EEUU

Las micotoxinas son muy comunes en los cereales. DON es la más frecuente en dietas de humanos y animales, donde produce retraso de crecimiento por el menor consumo de pienso, vómitos, alteraciones en el hígado, hemorragias intestinales, inflamación y reducción de digestibilidad, alteraciones del sistema inmune y problemas reproductivos. A nivel digestivo, compromete el efecto barrera intestinal a nivel de las uniones proteicas en su mucosa, no siendo muy bien conocidos los mecanismos que lo provocan. En los lechones, DON altera el transcriptoma jejunal. En su estudio exponen células de epitelio intestinal porcino (IPEC-J2) a diferentes dosis de DON durante 24 horas, observando cómo reduce el nivel de dichas células por afectar la expresión de ARNm de los genes PPAR-ganma (AP2, CD36). El tratamiento con rosiglitazone y troglitazone (polifenoles) de las células epiteliales revierten la reducción de la claudina 3 y 4 inducidas por la exposición a DON. DON suprime la actividad trancripcional de la PPAR ganma, la cual puede servir de modelo para estudiar soluciones a las alteraciones de la barrera intestinal provocadas por dicha micotoxina in vivo.

Organoid models for pigs: new frontiers in the study of gastrointestinal physiology. J.Wells. Reino Unido

Los organoides se generan desde embriones – blastocistos, células madre adultas mediante biopsia o fibroblastos induciendo células plutipotentes. Un organoide es una miniatura y una versión simplificada de un órgano que se produce in vitro en tres dimensiones. Así, partiendo desde las células madre pluripotentes humanas hasta el organoide intestinal se requiere regular temporalmente la secuencia de crecimiento mediante factores de transcripción. Algunos de los organoides generados a partir de células madre adultas (ASC) son de lengua, hígado, páncreas, intestino. En cerdos se utilizan organoides intestinales con base en las células de Paneth de las criptas que se cultivan en una matriz de gel. La orientación celular y la organización 3D de los organoides intestinales es esencial para su estudio. En los organoides intestinales, las células madre adultas generan todas las líneas celulares encontradas en el tejido original (células Paneth, células Stem, Células Globet, células Tuft, sistema neuroendocrino). Estas líneas celulares intestinales no producen secreciones mucosas al tiempo que las células cancerígenas producen alteraciones sustanciales en la diferenciación celular que pueden ser detectadas en dichos modelos organoides. Los modelos 2D con organoides de células monocapa también se utilizan para analizar la permeabilidad intestinal en base a la resistencia eléctrica, así como evaluar el transporte activo de moléculas en el íleon (aminoácidos, vitaminas, ácidos). Algunas desventajas de los organoides son la heterogeneicidad en la diferenciación de células de diferente tamaño que deben ser estandarizadas, las condiciones de cultivo de nuevos tejidos son complicadas, las matrices extracelulares de gen tienen cierta variabilidad y no estamos seguros de si la expresión a nivel intestinal de diferentes factores se mantiene constante en los cultivos (cariotipos estables). Los genes asociados al transporte del bolo alimenticio solo se expresan en tejidos y organoides, al tiempo que otros genes no se expresan en los organoides (IPEC-J2). Los organoides de yeyuno expresan >74% de los genes específicos de localización. Un nuevo proyecto de la detección de metabolitos de fermentación proteica (HN3, SH2, SNa2) para conocer el riesgo de diarrea en los lechones está en marcha, basado en estas técnicas, visualizando la cinética de migración de células epiteliales para restaurar la mucosa intestinal responsable de la homeostasis digestiva. El exceso de dichos metabolitos retrasa la reepitelización de la mucosa y por lo tanto la salud epitelial en cuanto a su función de barrera (integridad y permeabilidad). Otros proyectos se centran en sistemas de flujo incorporando microbiota y en ver la respuesta de barrera intestinal en el eje nutrición – microbiota – salud intestinal.

Characterization of an organoid model to study the intestinal epithelium in piglets. E.Mussard, C.Lencina, L.Gallo, M.Albin, L.Cauquil, C.Knudsen, C.Achard, P.Pinton, L.Soler-Vasco, S.Combes, M.Beaumont. Francia

En el momento del destete se produce una inflamación intestinal y una disbiosis de la microbiota. Para su estudio utilizan un modelo de organoides de intestino de cerdo para valorar diferentes productos nutricionales. Utilizan 12 lechones de 21 días de vida analizando histológicamente y por genes de expresión, microbiota y metaboloma del yeyuno y colon, donde encuentran diferencias considerables. A partir de criptas desarrollan organoides específicos de yeyuno y colon en base a los diferentes genes de expresión a nivel de criptas de ambas secciones. In vivo, el 60% de diferencias en genes de expresión se encuentran en ambos e in vitro el 48% de las diferencias observadas in vivo se mantuvieron en los organoides, sobre todo los genes de expresión de transportadores de nutrientes, entero hormonas y marcadores de inmunidad innata. Las mayores diferencias en el yeyuno de lechones lactantes y destetados se encuentran in vivo. Los genes de expresión son más marcados entre lechones lactantes y destetados en las criptas que en los organoides Los genes codificadores de entero-hormonas y de la inmunidad innata no se mantienen in vitro. En el futuro se deben optimizar las condiciones de cultivo para reproducir mejor el ambiente luminal intestinal.

Functional and molecular profiling of fasted piglets reveals decreased metabolic function and cell proliferation in the small intestine. A.Bekebrede, V.de Boer, W.Gerrits, J.Keijer. Países Bajos

El intestino del lechón destetado tiene elevadas necesidades metabólicas y depende de la energía ingerida para mantener sus funciones (healthy gut cells). El bajo consumo postdestete en muchos lechones supone un grave problema por esta circunstancia (no eaters). El tracto gastrointestinal se desarrolla de forma significativa en las primeras 12 semanas de vida. Estudian lechones destetados entre 22-26 días de vida, alimentándoles durante 14 días post destete, realizando un análisis metabólico de secciones medias de yeyuno. La función mitocondrial de lechones que comen menos se ve afectada (reducida), así como su función glicolítica, las cuales no se ven compensadas con la pérdida de nutrientes. Se centran en estudiar 1.136 genes que codifican proteínas que soportan la actividad mitocondrial, comprobando un aumento en el metabolismo de los ácidos grasos, cuerpos cetónicos y glucosa, con una regulación negativa en el metabolismo de los carbohidratos, reduciéndose todas las funciones mitocondriales en los lechones que más tardan en comer después del destete.

Sucrose inclusion in gestating and lactating diets of sows modifies the behaviour of their progeny in the post-weaning period. G.Salas, Í.Díaz, S.Guzmán-Pino. Chile

Los cerdos tienen preferencia por alimentos dulces (sucrosa). En un estudio previo, la inclusión de sucrosa soluble aumentó el consumo entre 27-30%. La exposición perinatal a dietas ricas en grasa y azúcar influye en el comportamiento del desarrollo de los lechones al destete con mayor interacción entre los mismos, menor agresividad y mayor tiempo moviéndose (12% grasas saturadas + 18% sucrosa + 1% colesterol). Incorporan un 5% de sucrosa (50 g/kg a mayores de la dieta) en pienso de cerdas gestantes y lactantes (11 control y 11 prueba). En los lechones destetados (104 en cada grupo) se les añade en una toma vía agua la sucrosa, grabando a los lechones mediante video y analizando su comportamiento. Encuentran diferencias significativas en los lechones del lote prueba que están más tiempo activos, tienen más número de interacciones positivas además de postular el seguir estudiando si esto supone menores agresiones en los lechones después del destete.

Antonio Palomo Yagüe

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