La detección de nutrientes en boca y tracto gastrointestinal modula la ingesta en cerdos

El control a corto plazo de la ingesta de alimento en cerdos se basa en señales del tracto gastrointestinal superior (boca y estómago) mientras que el control a largo plazo se produce tras la integración de señales post-gástricas (intestino delgado y grueso) en el cerebro. La armonización de los dos mecanismos requiere un sistema quimiosensorial preciso, capaz de comunicarse con el cerebro.

El sistema quimiosensorial en el intestino

La función principal del sistema digestivo es obtener todos los nutrientes esenciales para mantener la homeostasis fisiológica. Esto requiere una red de órganos y tejidos compuesto por células altamente diferenciadas con funciones complementarias como la secreción enzimática, la motilidad intestinal o la inmunidad, entre otras. En particular, el epitelio del tracto gastrointestinal (TGI) se ha convertido en un sistema celular complejo formado por una variedad de células funcionales de origen epitelial, incluidos los enterocitos (absorción de nutrientes) y diversas células especializadas en la detección de nutrientes (sensoriales), secreción mucosa (caliciformes o glandulares) y defensa contra microbios o parásitos (células de Paneth, células en penacho, respectivamente). Todos estos tipos de células dependen de receptores quimiosensoriales (algunos identificados originalmente como receptores gustativos) para alinear su función con el resto de las funciones de manera ordenada/sincronizada. La sincronización de las funciones de absorción digestiva y de nutrientes en el TGI depende de las células enteroendocrinas (CEE). Las CEE solamente representan aproximadamente el 1% de las células epiteliales digestivas, sin embargo liberan péptidos intestinales para amplificar sus señales a nivel local (paracrino) o sistémico (endocrino), facilitando la coordinación de las funciones digestivas e integrando las señales hacia el cerebro y feedback (eje intestino-cerebro). La red estructurada de células gastrointestinales (incluidas las CEE) y nervios aferentes y eferentes y su función sincronizada se ha denominado sistema quimiosensorial intestinal.

En resumen, el sistema quimiosensorial funciona mediante la monitorización de nutrientes y posibles sustancias tóxicas presentes en el contenido orogástrico e intestinal (principalmente de origen dietético). Permite a los cerdos discriminar entre las fuentes nutricionales presentes en el medio ambiente e integrar las señales recibidas del cerebro relacionadas con el estado nutricional (apetito) u otros sentidos (es decir, olfato, oído, vista). Los carbohidratos, las grasas (energía) y los aminoácidos son detectados por células sensoriales gustativas en la boca, provocando la percepción hedónica de los alimentos, y por las CEE en el intestino que responden con la secreción de péptidos intestinales (figura 1 y tabla 1).

Tabla 1. Principales células quimiosensoriales, afinidad de nutrientes y hormonas intestinales liberadas en los cerdos
(adaptado de Roura y Navarro 2018; Fothergill y Furness 2018; Steenles y Depoortere, 2018).

Órgano TGI	Tipo celular	Hormona	Asociaciones dietéticas descritas	Principales efectos descritos relevantes para la ingesta de alimento
Boca (papila gustativa)	Células sensoriales tipo I o III	5-HT	Sal (tipo I) o ácidos (tipo III)	Papel anorexigénico a corto plazo (↓apetito); estimula la corteza gustativa; determina el rechazo de alimento.
Boca (papila gustativa)	Células sensoriales tipo II (subtipo 1)	5-HT	Azúcares, edulcorantes, aminoácidos y ácidos grasos.	Papel orexigénico a corto plazo (↑apetito); estimula la corteza gustativa; ↑secreción insulina (pico cefálico); determina la preferencia de alimento.
Boca (papila gustativa)	Células sensoriales tipo II (subtipo 2)	5-HT	Compuestos amargos	Papel anorexigénico a corto plazo (↓apetito); estimula la corteza gustativa. Identificación de tóxicos que causan rechazo de alimento.
Estómago	Células P/D1 (X/A en ratón)	Grelina	Estimulada por peptonas, L-Trp, L-Phe, L-Ala, L-Glu, azúcares, AGCL; inhibida por acetato o propionato	Efecto a corto plazo sobre el hambre. Inicia la ingesta de alimento y determina el momento de las comidas. Reduce la sensibilidad de los aferentes vagales gástricos y la distensión gástrica; ↑insulina
Estómago	Células G	Gastrina	Estimulada por peptonas, L-Trp, L-Phe, L-Ala; AGCC (C1-C5)	Secreción de agentes digestivos (ácido gástrico, hormonas).; ↑Plasma CCK
Estómago e intestino delgado	Células D	Somatostatina	Estimulada por peptonas, L-Trp, L-Phe, L-Ala; AGCL (C14-C22)	Inicia la vía de saciedad inducida por proteínas más relevante a nivel intestinal; ↓secreción Gastrina
Intestino delgado proximal	Células I	CCK	Estimulada por L-Trp, L-Phe, L-Glu y L-Lys(1); AGCC, AGCM y AGCL; compuestos amargos	Inhibición a corto y largo plazo de la ingesta de alimento (↑saciedad) forma parte de la saciedad inducida por proteínas y de la saciedad impulsada por la fermentación; ↓secreción Gastrina y vaciado; ↑secreción enzimas pancreáticas
Intestino delgado proximal	Células K	GIP	Glucosa	Inhibición a largo plazo de la ingesta de alimento; ↑secreción Insulina (post-cefálica) y saciedad; ↑Captación y almacenamiento de glucosa y captación de ácidos grasos en adipocitos.
Intestino delgado proximal y grueso	Células L	GLP-1 / PYY	Estimulada por L-Ala y L-Glu; azúcares; AGCC, AGCM y AGCL; ácidos biliares; compuestos amargos	Inhibición a largo plazo de la ingesta de alimento con ↓motilidad gastrointestinal; parte de la vía de saciedad inducida por proteínas; ↑liberación Insulina (GLP-1) y saciedad; ↑Captación y almacenamiento de glucosa

Abreviaturas: TGI=Tracto gastrointestinal; AGCL/AGCM/AGCC=Ácidos grasos de cadena larga (L), media (M) o corta (C); 5-HT=Serotonina; Células G=Celúlas productoras de Gastrina; Células P/D1=Células pancreáticas tipo D1; Células D=Células pancreáticas tipo D; Células I o L se refiere al tamaño de las vesículas intracelulares (intermedia o grande, respectivamente); Células K=Células con vesículas grandes pero diferentes de las células L; Células M=Células productoras de Motilina; Células N=Células productoras de Neurotensina; CCK=Colecistoquinina; GIP=Péptido Insulinotrópico dependiente de Glucosa; GLP-1=Péptido similar al glucagón tipo 1; PYY=PGIP = Péptido Insulinotrópico dependiente de Glucosa; GLP-1 = Péptido similar al glucagón-1; PYY = Polipéptido Tirosina Tirosina. (1)Roura et al (datos no publicados).

Mecanismos sensoriales orogástricos e intestinales en el control de la ingesta de alimento en cerdos

El control del apetito y la ingesta de alimento es complejo. En resumen, integra al menos dos mecanismos relacionados con el control del apetito a corto plazo (dentro de una comida) o a largo plazo (entre comidas) (tabla 1).

Efectos a corto plazo en la ingesta de alimento

La duración de la comida se ha relacionado con los mecanismos de feedback transmitidos al cerebro por el sistema digestivo superior (principalmente cavidad oral o estómago). Según los modelos de preferencia, los cerdos tienen la capacidad de notar el gusto de compuestos que los humanos han descrito como dulces, almidonados, umami, grasos, salados, ácidos o amargos. La percepción del gusto tiene lugar en la boca después de que la señal se transmita a la corteza gustativa del cerebro a través de fibras neuronales especializadas de los nervios craneales (VII, IX y X). En resumen, los sabores hedónicos (dulces, almidonados, umami y grasos) están relacionados con nutrientes esenciales y estimularán la ingesta de alimento, mientras que los sabores desagradables se asocian con posibles compuestos tóxicos (amargos), exceso de sal (salado) o fermentación bacteriana (ácidos) y reducirán el consumo (tabla 1). El estómago es un órgano para la toma de decisiones equipado con capacidades extraordinarias de detección de nutrientes. Las CEE se relacionan con la liberación de grelina, gastrina o somatostatina, entre otras (tabla 1), en respuesta a los nutrientes. En particular, las peptonas, L-Trp, L-Phe, L-Ala, L-Glu, azúcares y ácidos grasos de cadena larga (AGCL) ejercen un efecto estimulante positivo sobre el apetito a través de las células P/D1 y D. Por el contrario, las células G liberan señales de inhibición del apetito en respuesta a los ácidos grasos de cadena corta (AGCC) entre otras asociaciones.

Efectos a largo plazo en la ingesta de alimento

El intervalo entre y después de las comidas está determinado principalmente por una integración de señales originadas en el intestino delgado y/o grueso. Los sensores de nutrientes (incluidos los receptores gustativos) se expresan abundantemente en las CEE y otras células epiteliales asociadas al intestino. Estos sensores de nutrientes se coexpresan con péptidos intestinales (como CCK, GLP-1 o PYY) en las CEE y se asocian con su liberación para ejercer funciones paracrinas (locales) o endocrinas (sistémicas) relevantes para el apetito (figura 1). El tipo de patrones de coexpresión (receptor de nutrientes/péptido intestinal) y la ubicación de las células sensoriales, determinarán cómo se traducirá la detección de un nutriente en un diálogo complejo entre el intestino y el cerebro, decidiendo el comportamiento de ingesta de alimento (tabla 1). Evidencias recientes señalan tres puntos funcionalmente distintivos: a) la digestión pre-enzimática intestinal que afecta la motilidad intestinal y la liberación de CCK provocando saciedad; b) la digestión post-enzimática intestinal se relaciona con la digestibilidad del alimento y la liberación de GLP-1, GIP y PYY con efectos insulinotrópicos; y c) la fermentación bacteriana asociada con la liberación de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) que a su vez pueden llegar el intestino delgado y provocar la liberación de CCK (tabla 1).

Aplicación de principios quimiosensoriales

Los principios de cómo el sistema quimiosensorial afecta a los mecanismos a corto y largo plazo en la ingesta de alimento tienen el potencial de mejorar las prácticas de alimentación/formulación. En primer lugar, los ingredientes alimentarios hedónicos (incluidos aromas) pueden mejorar la ingesta de alimento a corto plazo. Algunos de estos ingredientes tienen abundantes moléculas simples (tal vez como resultado de material prehidrolizado, como fuentes de proteínas hidrolizadas) que mejoran el valor hedónico de los alimentos. En segundo lugar, para evitar una reducción en la ingesta, los alimentos deben formularse no solo para cumplir con el requisito esencial de aminoácidos, sino también para evitar el exceso de aminoácidos sintéticos que provocará una liberación de CCK del intestino delgado superior. En tercer lugar, los ingredientes de baja digestibilidad (almidón resistente) ralentizarán el vaciado gástrico y la velocidad de paso, disminuirán la respuesta insulinotrópica (inhibiendo la liberación de GLP-1) y aumentarán la fermentación del intestino posterior y la producción de AGCC, resultando en una menor ingesta de alimento.