Microminerales en nutrición animal y su influencia en sistema inmune

Ya, en los años treinta del siglo pasado, se realizaron numerosos trabajos de campo en los cuales se demostró que existían rebaños con deficiencias de cobre y cobalto tanto en América del Norte como en Australia y en Europa.

Posteriormente, numerosos estudios científicos con animales ampliaron la lista de microminerales esenciales para la vida animal hasta llegar a quince en los años ochenta: hierro, yodo, zinc, cobre , manganeso, cobalto, molibdeno, selenio, cromo, estaño, vanadio, flúor, silicio, níquel y arsénico (Underwood, 1981).

Subsiguientemente, suplementos dietéticos de aluminio, boro, cadmio, litio, plomo y rubidio derivaron en mejoras en el crecimiento o la salud de animales de laboratorio y también de abasto, si bien los efectos de éstos y de alguno de sus predecesores (flúor, níquel, estaño y vanadio) se deben examinarse a la luz de la teoría de la hormesis, según la cual una misma sustancia puede ejercer efectos completamente opuestos a bajas dosis y a altas dosis (Calabrese y Baldwin, 1988).

Además de los microminerales aquí mencionados, los tejidos animales aún contienen otros 20-30 elementos minerales, principalmente en concentraciones mínimas y variables (Suttle, 2010).

Así pues, hoy en día es bien sabido que todos los tejidos de los animales contienen cantidades y proporciones variables de microminerales, las cuales son necesarias para la marcha normal de básicamente todos los procesos bioquímicos que se dan en el organismo animal.

 

Los microminerales son componentes esenciales y específicos de la estructura de numerosos metaloenzimas, coordinando un gran número de procesos biológicos y, consecuentemente, siendo esenciales para el mantenimiento de la salud y el rendimiento productivo de los animales.

Según Suttle (2010), las principales funciones de los microminerales se pueden agrupar en cuatro categorías:

• catalíticas (anabólicas o catabólicas),

• fisiológicas,

• reguladoras (replicación y diferenciación celular)

• y estructurales (estabilidad de las moléculas y membranas de las que forman parte).

 

A pesar de que el papel de los microminerales en salud animal está bien establecido, estos nutrientes todavía son, en muchas ocasiones, los grandes olvidados en nutrición animal.

Su papel metabólico y fisiológico es a menudo subestimado, dándose por sentado su presencia en la dieta en cantidades adecuadas. Sin embargo, los ingredientes naturales utilizados en nutrición animal son a menudo deficientes en microminerales, por lo que su suplementación a través del corrector es ineludible.

Una nutrición óptima con niveles adecuados de microminerales es necesaria para garantizar un correcto funcionamiento del organismo animal.

Tal como señala FEDNA (2010), los microminerales habitualmente aportados en el corrector son el zinc, hierro, cobre, manganeso, selenio y yodo. En ocasiones se añade cobalto, necesario en alimentos para rumiantes y conejos, pero no en monogástricos, y molibdeno en dietas para rumiantes.

Las concentraciones en las que los microminerales se proporcionan en la dieta deben ser óptimas, de acuerdo con las necesidades de los animales, las cuales serán distintas durante las diversas fases del crecimiento del animal y según el ciclo de producción en que se encuentre.

Sin embargo, estas necesidades son difíciles de establecer, basándose la mayoría de las estimaciones en el nivel mínimo necesario para superar los síntomas de una deficiencia y no necesariamente en optimizar los rendimientos productivos, tal como indica López-Alonso (2012) en su extensa revisión sobre el uso, en ocasiones deficitario y en otras excesivo, de microminerales en nutrición animal.

Como se ha mencionado, los microminerales tienen papeles muy específicos y a menudo múltiples:

Selenio

El selenio se ha considerado durante mucho tiempo necesario para el crecimiento y la fertilidad en animales, así como para la prevención de diversas enfermedades metabólicas.

Sin embargo, más recientemente se ha establecido el papel defensor del selenio como parte integral de una serie de enzimas (selenoproteínas), las cuales funcionan como antioxidantes en el citoplasma celular (Tame, 2008; Che et al., 2014).

Zinc

El zinc es necesario para la integridad estructural y funcional de más de 2.000 factores de transcripción, siendo casi cada ruta metabólica en el organismo animal dependiente de una o más proteínas que requieren zinc en su estructura (Beattie y Kwun, 2004; Cousins et al., 2006).

Así, el zinc parece ser un cofactor esencial de las proteínas antioxidantes y las enzimas reparadoras del ADN (Berg, 1990; Webster et al., 2001).

Recientemente, Pearce et al. (2015) observaron que el aporte de zinc en dietas para cerdos es esencial para una correcta función de la barrera intestinal y para la regeneración del epitelio cuando éste está dañado. 

Cobre

El cobre es fundamental para la actividad de numerosas enzimas, cofactores y proteínas reactivas.

La esencialidad del cobre para numerosos procesos metabólicos y fisiológicos tales como:

• la reproducción,
• el desarrollo de los huesos y del tejido conjuntivo,
• la pigmentación,
• la respiración celular,
• la protección contra agentes oxidantes o el transporte de hierro parece depender de dichas actividades.

Hierro

Este micromineral es primordial en el transporte de oxígeno, junto con el proceso de respiración celular. Y además:

• es parte integrante de la mioglobina,
• actúa como almacén de oxígeno en el músculo,
• tiene un papel fundamental en la síntesis de ADN, en la eliminación de productos del metabolismo potencialmente tóxicos y en la formación de colágeno (Suttle, 2010).

Manganeso

Las funciones del manganeso están vinculadas a diversos metaloenzimas activados por dicho elemento.

Así, el manganeso es necesario para el metabolismo de los lípidos y de los hidratos de carbono a través del metaloenzima piruvato carboxilasa, implicado en la gluconeogénesis (Scrutton et al., 1972).

Una segunda función del manganeso se identificó al aislarse una superóxido dismutasa de mitocondrias de hígado de pollo (Gregory y Fridovich, 1974), siendo pues dicho micromineral imprescindible en la protección de las células del daño por especies reactivas del oxígeno.

Finalmente, el manganeso también es necesario para la síntesis de los mucopolisacáridos del cartílago a través de la activación del enzima glicosiltransferasa (Leach y Harris, 1997).

 

Los microminerales, bajo las diversas formas disponibles en el mercado, que actualmente están registrados para su uso en nutrición animal en la Unión Europea se encuentran en el Anexo I del Reglamento 1831/2003 bajo la categoría 3 (aditivos nutricionales) y grupo funcional b (oligoelementos o compuestos de oligoelementos).

 

La influencia de los microminerales en la respuesta inmune

A continuación se abordan una serie de revisiones sobre nutrición y respuesta inmune, analizando el papel que juegan los microminerales de la dieta en dicha respuesta.

El zinc es un elemento crucial para el correcto desarrollo y la función de las células que median la inmunidad innata y adaptativa (Prasad, 2005).

El Zinc no se almacena en el organismo animal

Las funciones celulares del zinc se pueden dividir en tres categorías: catalítica, estructural y reguladora (Cousins, 2006).

La ingesta regular de zinc es importante para mantener la integridad del sistema inmunológico, ya que este mineral no se almacena en el organismo animal.

Dado que la ingesta regular de zinc es importante para mantener la integridad del sistema inmunológico, una ingesta inadecuada podría llevar a la deficiencia de zinc y comprometer la respuesta inmune cuando ésta sea requerida (Ibs y Rink, 2004).

Con respecto a la inmunidad innata:

la deficiencia de zinc afecta el sistema del complemento, la citotoxicidad de las células “natural killer”, la actividad fagocitaria de los neutrófilos y los macrófagos y en general la capacidad antimicrobiana de las células inmunitarias frente a patógenos invasores (Allen y col., 1983; Kruse-Jarres, 1989; Ibs y Rink, 2003).

Con respecto a la inmunidad adaptativa:

Una deficiencia de zinc también podría comprometer la función inmune adaptativa, particularmente el número y función de los linfocitos (Shankar y Prasad, 1998).

• Los linfocitos T son especialmente vulnerables a la deficiencia de zinc (Bonaventura y col., 2015). La deficiencia de zinc provoca atrofia tímica, lo que deriva en un bajo número de células T, y genera un desequilibrio en los distintos tipos de linfocitos T “helpers”, con una tendencia hacia los Th2.

Figura 1. Concentración de suero PigMAP (mg/ml) durante la fase starter (42 a 63 días) en cerdos alimentados con óxido de ZnO potenciado (150 ppm) u óxido de zinc (3,000 ppm)

Además, la deficiencia de zinc altera la producción de citoquinas, contribuyendo al desarrollo de estrés oxidativo y de procesos inflamatorios (Prasad y col., 2007; Bao y col, 2010; Foster y Samman, 2012).

Asimismo, el zinc es un cofactor esencial de las proteínas antioxidantes y las enzimas reparadoras del ADN (Berg, 1990; Webster et al., 2001).

Hu y col (2014) indicaron que los efectos protectores de ZnO sobre la integridad intestinal en lechones destetados están estrechamente relacionados con la disminución de la expresión de genes asociados con la inflamación del epitelio.

Por otro lado, la forma en que se administre el zinc en la dieta puede afectar al impacto de este elemento sobre la respuesta inmune.

• Así, Piñeiro y col. (2013) observaron que la adición de óxido de zinc potenciado en la dieta de destete de lechones (150 ppm) mejoró significativamente la ganancia media diaria durante el período de transición (424 vs 359 g/d), el peso vivo final (17.9 vs 16.5 kg) y el índice de conversión (1.44 vs 1.77), en comparación a la suplementación de la dieta con óxido de zinc convencional (3000 ppm).

• Además, en el mismo experimento, la concentración de la proteína de fase aguda inflamatoria Pig-MAP, a los 63 días de vida, fue significativamente inferior en los animales que habían recibido óxido de zinc potenciado en la dieta que en aquellos que habían recibido óxido de zinc convencional (Figura 1).

Los autores concluyeron que las mejoras productivas en los lechones que recibieron óxido de zinc potenciado se podrían explicar por un mejor estado sanitario de los animales, expresado por niveles más bajos de la proteína inflamatoria mencionada.

De forma similar, en avicultura la suplementación de la dieta con quelatos de zinc provoca la activación de la respuesta inmune celular y humoral, ayudando a mantener el equilibrio entre la respuesta Th1 y Th2 y aumentando la resistencia a las infecciones.

En contraste con los quelatos, el uso de zinc en forma de sulfato no tiene efecto inmunomodulador e incluso podría contribuir al desarrollo de procesos inflamatorios locales en el tracto digestivo, aumentando la susceptibilidad a la infección (Jarosz y col. 2016).

La ingesta adecuada de selenio es esencial para que el huésped pueda articular una respuesta inmune adecuada, ya que este elemento es necesario para la función de varias enzimas conocidas como selenoproteínas.

• Por ejemplo, las glutatión peroxidasas (GPx) son selenoproteínas que funcionan como importantes reguladores redox y antioxidantes celulares, reduciendo las especies potencialmente dañinas de oxígeno reactivo, como el peróxido de hidrógeno y los hidroperóxidos lipídicos, a productos inocuos como agua y alcoholes (Gladyshev, 2006). Estas funciones tendrán implicaciones directas en la función inmune.

Su deficiencia altera aspectos de la inmunidad innata así como de la adaptativa (Arthur y col., 2003; McKenzie y col., 2006), afectando adversamente tanto la inmunidad humoral (es decir, la producción de anticuerpos) como a la celular (Spallholz y col, 1990).

Shirsat y col. (2016) recientemente señalaron que la actividad de la respuesta inmune celular, humoral y de los antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos, se ve reducida significativamente como resultado del tratamiento con enrofloxacina en pollos.

Estos mismos autores observaron que la suplementación con selenio en forma de nanopartículas restaura en gran medida estos valores immunológicos respecto al control (enrofloxacina), obteniendo incluso valores más altos que los del control.

Así, parece ser que los efectos adversos de la enrofloxacina se pueden prevenir con la administración simultánea de nanopartículas de selenio (0,6 mg por kg de alimento) en la dieta.

En sus trabajos con esplenocitos porcinos, Ren y col. (2012) concluyeron que el selenio promueve la expresión génica de la glutatión peroxidasa y de la tiorredoxin reductasa y aumenta la capacidad antioxidante en los esplenocitos, lo que estimula la activación de los linfocitos T. Por otro lado, investigaciones básicas indican que el selenio también desempeña un papel en la regulación de la expresión de citoquinas y eicosanoides que orquestan la respuesta inmune (Huang y col., 2012).

El hierro es un componente esencial de cientos de proteínas y enzimas que participan en el transporte y almacenamiento de oxígeno, el transporte de electrones y la generación de energía, las funciones antioxidantes y benéficas del pro-oxidante y la síntesis de ADN (Beard, 2006; Wood y Ronnenberg, 2006).

El hierro es requerido por los animales para ajustar respuestas inmunes efectivas a patógenos invasores, afectando su deficiencia a dichas respuestas (Doherty, 2007).

Suficiente hierro es fundamental para varias funciones inmunitarias, incluyendo la diferenciación y proliferación de linfocitos T y la generación de especies de oxígeno reactivo que matan a los patógenos.

Sin embargo, hay que señalar que el hierro también es requerido por la mayoría de los agentes infecciosos para su replicación y supervivencia.

Durante una respuesta inflamatoria aguda, los niveles séricos de hierro disminuyen mientras que los niveles de ferritina (la proteína de almacenamiento de hierro) aumentan, lo que sugiere que el secuestro de hierro, para evitar que sea usado por los patógenos, es una respuesta importante del huésped a la infección (Beard, 2001; 2006; Cassat y Skaar, 2013).

Aunque la vía estándar de administración de hierro en lechones es la intramuscular, se ha observado que la administración oral de este elemento tiene también un efecto positivo sobre la salud de los animales (Maes y col., 2011).

 

El cobre es un componente crucial de una serie de enzimas esenciales conocidas como cuproenzimas.

Este mineral juega un papel importante en el desarrollo y el mantenimiento de la función del sistema inmune, aunque el mecanismo exacto de su acción todavía no se conoce.

El cobre tiene propiedades antimicrobianas, se acumula allí donde se localiza la inflamación y puede desempeñar un papel en la respuesta inmune innata a las infecciones bacterianas (Percival, 1998).

La deficiencia de cobre resulta en neutropenia, un número anormalmente bajo de neutrófilos (Failla y Hopkins, 1998), lo que puede aumentar la susceptibilidad a la infección.

Wang y col. (2011) indicaron que la suplementación de la dieta con nanopartículas de cobre podría mejorar el rendimiento del crecimiento, afectar el sistema inmunológico, mejorar la síntesis de proteínas y ser beneficioso para la microflora cecal en pollos de engorde. Así, estos autores observaron que la administración de nanopartículas de cobre (100 mg / kg de alimento aumentó significativamente la ganancia media diaria y los niveles de IgA, IgG, IgM y de proteínas del complemento C3 y C4.

Los ingredientes naturales utilizados en nutrición animal son a menudo deficientes en microminerales, por lo que su suplementación a través del corrector es ineludible.

Una nutrición óptima con niveles adecuados de ciertos microminerales, como los abordados en este artículo, es necesaria para garantizar una correcta función inmunológica, entre muchas otras funciones vitales para el organismo animal.

En la actualidad existe un creciente interés por el estudio del papel de distintos elementos minerales en la respuesta inmune tanto en procesos infecciosos subclínicos como en procesos agudos.

El conocimiento derivado de este tipo de estudios contribuirá, sin lugar a dudas, al desarrollo de futuras estrategias nutricionales encaminadas a paliar estados sanitarios precarios en la producción animal intensiva del futuro.