IRTA - Nutrició Animal Mas de Bover, Constantí · Nutrició, salut i benestar animal: recerca...

Nutrició i salut intestinal

D. TorrallardonaIRTA - Nutrició Animal

Mas de Bover, Constantí

Nutrició, salut i benestar animal: recerca aplicada en porcí a Catalunya,

Bellaterra 13 Nov 2014

Tracte gastrointestinal del porc

Nutrició, salut i benestar animal: recerca aplicada en porcí a Catalunya, Bellaterra 13 Nov 2014

g p

Capacitat (L)Estómac

Llargària (m)

Estómac8.0

Colon8.7

Estómac0.3

Cec0.2 Colon

5

Int. Prim 9.2

Cec

Int. Prim18.3

Cec1.6

Funcions del tracte gastrointestinal


g

Consum de pinsoDigestió de l’alimentAbsorció de nutrients

Funció Digestiva

Absorció de nutrients

SALUTS Í

Allotjar microbiota

Funció de barrera

INTESTÍ

microbiota barrera

Flora comensal (=↓)Patògens (↓) Flora beneficiosa (=↑)

Mucosa intestinalImmunitat activaToleranciaFlora beneficiosa (=↑) Tolerancia


SALUT INTESTINAL EN EQUILIBRISALUT INTESTINAL EN EQUILIBRI1. Funció digestiva

EstómacEstómacIntestí primIntestí gruixut

2. MicrobiotaRellevància de la microfloraCanvis de composició (amb edat i alCanvis de composició (amb edat i al llarg del tracte digestiu)Indicadors de microflora saludable

3 F ió d b3. Funció de barreraEstructura de la mucosaSistema immunitari de l’intestí


Digestive function

Funció Digestivafunction

Hostingmicrobiota

Barrier function

GUT HEALTH

Estómac: Secrecions:

Mucus À

microbiota function

Àcid clorhídric (baixa pH)Pepsinògen => Pepsina (a baix pH; inici

de digestió proteica)Porc de 40 kg pot secretar 4-8L de fluïdManté menja de alliberació gradual al intestí prim (fins a 18h d’una menjada única)Coagulació de lallet en garrins lactants (alliberament lent)Úlceres: associades a molturació fina, poca fibra

Funció Digestiva


Digestive function Funció Digestiva

Intestí prim: Secreta mucus, tampons i enzims (mucosa i

function

Hostingmicrobiota

Barrier function

GUT HEALTH

Secreta mucus, tampons i enzims (mucosa i pancreàtics)

Amilasa, Sucrasa, Lactasa, Tripsina, Quimotripsina, Lipasa, etc...

microbiota function

Quimotripsina, Lipasa, etc...Àcids biliars: Absorció greix i vitamines LS

Villi i microvilli per aportar gran superfície d’absorcióLlet (lactosa) Cereals (midó)d absorció.Enteròcits migren de criptes a punta de villi al madurar (totalment renovats cada 2-4 díes)díes). Major reemplaç, villi més curts, cèl·lules més immadures, pitjor digestió.Secrecions endògenes poden representarSecrecions endògenes poden representar 25-75% de la proteïna digerida i absorbida.

Funció Digestiva


Digestive function Funció Digestiva

Intestí prim: Secreta mucus, tampons i enzims (mucosa i

function

Hostingmicrobiota

Barrier function

GUT HEALTH

Secreta mucus, tampons i enzims (mucosa i pancreàtics)

Amilasa, Sucrasa, Lactasa, Tripsina, Quimotripsina, Lipasa, etc...

microbiota function

Quimotripsina, Lipasa, etc...Àcids biliars: Absorció greix i vitamines LS

Villi i microvilli per aportar gran superfície d’absorciód absorció.Enteròcits migren de criptes a punta de villi al madurar (totalment renovats cada 2-4 díes)díes). Major reemplaç, villi més curts, cèl·lules més immadures, pitjor digestió.Secrecions endògenes poden representarSecrecions endògenes poden representar 25-75% de la proteïna digerida i absorbida.


Digestive function

Funció Digestivafunction

Hostingmicrobiota

Barrier function

GUT HEALTH

Intestí gruixut: Absorció d’aigua i electrolitsFermentació de CHO (fibra) aporta AGV.

microbiota function

Síntesi de vitamines.Fermentació de proteïna a NH3 i amines (no beneficiosa).


Digestive function

Microbiota gastrointestinalfunction

Hostingmicrobiota

Barrier function

GUT HEALTH

# Pot ser considerada un “òrgan” multi-cel·lular / multi-funcional per si mateixa

# Hi ha 500-1000 espècies diferents de microbis

microbiota function

pa l’intestí (majoria desconeguts; només 10-20% poden ser cultivats)

# Nº de cèl·lules microbianes (x10) les de l’hoste# N de cèl lules microbianes (x10) les de l hoste# Metagenoma microbià (x100) el de l’hoste# Fermenta carbohidrats.# Metabolisme vitamines, lipids, amino acids i

xenobiòtics

Composició de la microbiota intestinal (canvis espaials i temporals)


(canvis espaials i temporals)

Sekirov et al. (2010) Physiol Rev 90: 859Koenig et al. (2011) PNAS 108:4578

MICROBIOTA INTESTINAL


MICROBIOTA INTESTINAL

Composició desitjable de la microbiota intestinal:

Biodiversitat augmentada (robutesa)?

Reducció nombre total (competició per nutrients)( p p )

Augment de bacteries acido-lactiques (p.e. lactobacilli,bifidobacteria, enterococci, etc..)

Reducció de patògens (e.g. ETEC, Salmonella,Clostridium)

# “Some probiotic species of bacteria considered as beneficialfor gut health (e.g. Lactobacillus, Bacillus) are reduced byantibiotics with growth promoting effect” (Callier et alantibiotics with growth promoting effect (Callier et al.,2003 en porcs)


Digestive function

Funció de barrerafunction

Hostingmicrobiota

Barrier function

GUT HEALTH

# Stomach: Low pH. 1st barrier.# Mucins and immunoglobulins (IgA)

microbiota function

Vente-Spreeuwenberg and Beynen (2003) Weaning the pig

Interaccions de les bacteries amb la mucosa intestinal


# Cèl·lules epitelials (ECs)Contacte directe amb bacteries (comensals i patògenes) i aliment

# Cèl·lules dendritiques (DCs)I iti d i l d d l tInitiadores i reguladores de la resposta immune adaptativa

# T helper cells (Th1,Th2, Th17)Immunitat activa (contra patògens)Immunitat activa (contra patògens)

# T regulatory cells (Treg, Tr1, Th3)Crítiques per la homeostàsi immunitària, Tolerància (aliment i , (bacteries comensals)

Per una bona SALUT INTESTINAL ambdós tipus de resposta T cell han d’estar en equilibri

Adapted from D. Kelly


EQUILIBRI DE SALUT INTESTINAL ALEQUILIBRI DE SALUT INTESTINAL AL DELLETAMENT

1 P é d l d ll t t1. Procés del deslletamentEfecte sobre consum d’aliment

2. Alteracions de l’equilibri de salut intestinalqMorfologia de la mucosaDigestió de nutrientsMi bi l iMicrobiologia Immunocompetencia

3. Susceptibilitat a diarrea post-deslletamentp p

DESLLETAMENT – Funcions del tracte gastrointestinal alterades


g

Consum de pinso (↓)Digestió de l’aliment (↓)Absorció de nutrients (↓)

Funció Digestiva

Absorció de nutrients (↓)

Canvi de dieta (seca) Canvis socials (barreges)

↓ SALUTINTESTÍ

Canvi de dieta (seca)

Manca de nutricióEnteral

MaldigestióMalabsorció

Canvis socials (barreges)

INTESTÍ

Allotjar microbiota

Funció de barrera

Captació d’antígensTranslocació Mmicrobiota barrera

Flora comensal (=↓)Patògens (↑) Flora beneficiosa (↓)

Mucosa intestinal (↓)Immunitat activa (↑)Tolerancia (↓)

Translocació M.Imflamació

Flora beneficiosa (↓) Tolerancia (↓)

Canvis ambientals


Iniciació dels garrins al consum de pinso

# G i l d ll t t i t# Garrins al deslletament experimenten un periode d’anorèxia

Adaptació a un nou ambientENERGY INTAKE AT WEANING• Canvi de llet a pinso sòlid• Noves instal·lacions (tolva i beurador)• Re establir noves jerarquies (barreja de

ENERGY INTAKE AT WEANING(adapted from Pluske, 1997)

350400

5 / d

• Re-establir noves jerarquies (barreja de garrinades)

Baix consum afecta l’integritat de la mucosa100150200250300

ME

/ kg

0.75

• Alçada vellositats• Profunditat de les criptes• Secreció d’enzims digestius

050

100

-21 -14 -7 0 7 14 21 28 35

Days post-weaning

kcal

Secreció d enzims digestius• Absorció de nutrients

Days post weaning

Weaned Not weaned


Digestive function

DESLLETAMENTfunction

Hostingmicrobiota

Barrier function

GUT HEALTH

# AnorèxiaI. Prim perd 20-30% del pes en 2 diesReducció proximo-distal de l’alçada de les

microbiota function

Reducció proximo distal de l alçada de les vellositatsReducció dels enzims digestius (pancreatics i de la mucos)(pancreatics i de la mucos)Increment de citoquines imflamatories (IL1-β, IL-6, TNF-α)

Morfologia de vellositats i criptes del jejú de garrins deslletats


Day ***Day ***

800

aVilli heightCrypt depth

g p j j g

Day Day ***

400

600a

b bcc

b

Crypt depthVilli width

μmet

ers

0

200

c d d

a a a b b

-400

-200c d

ba

Days post-weaning

0 2 4 6 8 10 12 14-600

Torrallardona and Andrés, 2009

Values with different letters differ significantly (P<0.05).


Pes relatiu de l’intestí de garrins deslletats

6 StomachSmall Intestine

Day ***Day ***

g

eigh

t 4

5 aLarge Intestine Day ***%

of b

ody

we

2

3 ccd

d

b

c cd

ba

%

1

2

b b b a a

c cd d

Days post-weaning

0 2 4 6 8 10 12 140

Torrallardona and Andrés, 2009

***P<0.001. Values with different letters differ significantly (P<0.05).


Biodiversitat microbiana a ili i cec de garrins deslletats

nds)

55

60a

abCaecumIleum

g

umbe

r of b

an

50

55 bc

cc

aa

ty d

egre

e (N

u

40

45 ab

b

a

Bio

dive

rsit

35Day *Segment ***Day x Segment NS

Days post-weaning

0 2 4 6 8 10 12 1430

ANOVA i l di th i ff t D GIT t d th i i t ti

Torrallardona, Andrés and Badiola, 2009

ANOVA including the main effects: Day, GIT segment and their interaction.* P<0.05, ***P<0.001, NS P>0.1. Values with different letters differ significantly (P<0.05).


PROTECCIÓ IMMUNE DEL GARRÍtio

n

Totaltion Weaning

Total

e pr

otec

t

Piglet

ota

e pr

otec

t

Piglet

ota

Imm

une Piglet

SowImm

une Piglet

Sow

0 1 2 3 4 5 6

W k f

0 1 2 3 4 5 6

W k fWeeks of ageWeeks of age

Deslletament i expressió de citoquines a l’intestí dels garrins


p q g

Mediadors d’imflamació no-especifica inicial

Desenvolupament de resposta imflamatoria Th1 (Tc&NK)

UpregulationDownregulation

Pie, S. et al. J. Nutr. 2004;134:641-647


ETIOLOGIA de DIARREA POST-DESLLETAMENT

DESLLETAMENT

Consuminadequat

Enzims Dig.inadequats

Sist. immunepoc desenvolupat

N t i t

Canvis de la

Nutrientsno digerits

↓ integritat d l

↓ Transitdigestiu

Canvis de lamicrobiotade la mucosa

EUBIOSI DISBIOSI

MicrobiotaambientalImflamació

EUBIOSI (diarrea)

Efectes de la microbiota


Exclusió competitiva de patògens Cost de nutrients (resposta

Desequilibrada (Disbiosis)Equilibrada (Eubiosis)

Exclusió competitiva de patògens (per nutrients i llocs d’adhesió).Producció de nutrients (AGV, aminoàcids, vitamines B, K).

Cost de nutrients (resposta immune/inflammatoria).

Competició per nutrients.

P d ió t b lit tò iActivació immune (mucines, epiteli intestinal, lamina propia).Producció de compostos antimicrobials

Producció catabolits tòxics.

Reducció de la digestió i absorció de nutrients.

antimicrobials.Neutralització de substàncies toxiques.Degradació de sustrats no

Increment de la secreció de mucus i del turnover epitelial de l’intestí.

Facilita la adherència deDegradació de sustrats no digestibles.Estimulació de motilitat intestinal i millorar de la arquitectura de la

Facilita la adherència de patògens.

mucosa.


ETIOLOGIA de DIARREA POST-DESLLETAMENT

DESLLETAMENTMilloradorspalatabilitat

Immuno-estimulators

Consuminadequat

Enzims Dig.inadequats

Sist. immunepoc desenvolupat

N t i tEnzims

Canvis de la

Nutrientsno digerits

↓ integritat d l

↓ TransitdigestiuPrebiotics Maneig

sanitariCanvis de lamicrobiotade la mucosa

EUBIOSI DISBIOSI

MicrobiotaambientalImflamació

Probiotics Antibiotics AntibacteriansEUBIOSI (diarrea) Antibacterians


MODULACIÓ DIETARIA DE LA SALUTMODULACIÓ DIETARIA DE LA SALUT INTESTINAL

1. Composició d’ingredients del pinsogProteïnaFibra InsolubleFib S l bl (E i ò )Fibra Soluble (Enzims exògens)

2. AditiusPrebiòticsProbiòticsAcidificantsÒ id d Z i S lf t d CÒxid de Zn i Sulfat de CuExtractes de plantes i olis essencials

3. Conclusions

M d l ió d l t i t ti l t é d


Modulació de salut intestinal a través de composició del pinso

# Reduïr la quantitat de proteïna no digerida

PROTEIN

# Reduïr la quantitat de proteïna no-digeridaBaix contingut, Alta qualitat

# Presencia de CHO fermentables pot alleujar el problemaproblema

# Adició de proteases (??)

Figure - copyright AllAboutFeed


Addició de segò de blat i concentració d’amines

Bolduan et al.(1988)

Font de cereal i adició de segó de blat i salut intestinal de garrins


g g

Hermes et al (2009)

NSP solubles i ETEC en jejú de garrins amb colibacilosi


j j g

Rice = cooked rice/animal protein diet; HR = hydrolysed rice; Wheat = raw wheat diet; EW =

Hopwood and Hampson (2003) Weaning the pig

extruded wheat; Barley + E = pearl barley with enzyme; Barley = pearl barley diet; CMC = cooked rice + 4% carboxymethylcellulose


Viscositat ileal i ETEC a jejú de garrins amb colibacilosij j g

Rice = cooked rice/animal protein diet; HR = hydrolysed rice; Wheat = raw wheat diet; EW =

Hopwood and Hampson (2003) Weaning the pig

extruded wheat; Barley + E = pearl barley with enzyme; Barley = pearl barley diet; CMC = cooked rice + 4% carboxymethylcellulose

Aditius usats per modular la microflora intestinal


p

# Enzims exògens: Digestió de carbohidrats no-digestibles i sinergies amb altres enzimsendogens (reducció de viscositat i modification dels nutrients disponibles per la microbiota)

# Prebiòtics: ingredients no-digestibles que favoreixes la selecció de determinades bacteries beneficioses (p.e. LAB) en l’intestí. dete ades bacte es be e c oses (p e ) e testExemples: Lactosa, FOS, MOS, etc...

# Probiòtics: micro-organismes vius que, quan donats a certes dosis, proporcionen estabilitat a la flora intestinal Exemples: LAB (p eproporcionen estabilitat a la flora intestinal. Exemples: LAB (p.e. Enterococci, lactobacilli), Bacillus or yeasts (Sacharomyces).

# Acidificants. Conservants i moduladors de la ecologia intestinal. pH i ti it t ti i biactivitat antimicrobiana.

# Òxid de zinc i sulfat de coure. Efecte antimicrobià# Extractes de plantes i olis essentials. Efecte antimicrobià p

(palatabilitat?).

Mode d’acció de Enzims Carbohydrases


y

# Increment de disponibilitat de nutrients ENZYMES

Digestió de carbohidrats no-digestiblesFaciliten la digestió d’altres nutrients per enzims endògens

# Canvis de la composició de la microfloraDisponibilitat de CHOReducció de la viscositat colonitzacióReducció de la viscositat colonització (trànsit)

Choct (1996)

Biodiversitat bacteriana a digesta de porcs alimentats amb moresc (C) di t i PNA (NSP) b b h d


50

60a

aa

(C) o dietes riques en PNA (NSP) amb o sense carbohydrases

40

50

ands

aa a

b

b

20

30

Nº o

f ba

IleumCaecum

0

10

C- C+ WBR- WBR+C - C + NSP - NSP +abc for the same GIT section, treatments with different letters are different (P<0.05)

Major biodiversitat a dietes C que a dietes NSPEnzim: Sense efecte en dietes C

Willamil et al., (unpublished)

Enzim: Sense efecte en dietes CEnzim: Augment biodiversitat en dietes NSP (alliberament de sustrats)

Mode d’acció d’àcids organics com alternativa a


Mode d acció d àcids organics com alternativa a antibiòtics

# R d ió d l H d l i

ORGANICACIDS

# Reducció del pH del pinso↓ capacitat tampó↓ contaminació microbiana

# R d ió d l H tó# Reducció del pH a estómacActivació del pepsinògen (HCl limitat)Barrera a colonització per patògens

# Ef t b t i id / b t i tàti# Efecte bactericida / bacteriostàticForma no-dissociada travessapared cel·lularDepèn del pKaDi i ió it l H+ (↓ H)Dissociació a citoplasma H+ (↓ pH)

↓ Enzims i transport de nutrientsBacteries patògenes hi són més sensibles

# À id i à i d t d# Àcids inorgànics no poden travessar pared cel·lular

Mode d’acció d’àcids organics com alternativa a


Mode d acció d àcids organics com alternativa a antibiòtics

# Font d’energia al tracte digestiu

ORGANICACIDS

g gParticipen al cicle d’àcids tricarboxílicsAc. Fumàric (11.5 MJ/kg) ~ Glucosa

# Efecte sobre buidat gastric# Efecte sobre buidat gastric↓ pH → ↓ emptying

# Estimulació de secrecions endògenes↑ Enzims pancreatics i àcids biliars↑ Enzims pancreatics i àcids biliars

# Estimulació de proliferació de cèl·lules de la mucosa

↑ villi i criptes↑ villi i criptes# Formació de quelats amb minerals

↑ absorció de minerals# Estimulació de metabolisme intermedi# Estimulació de metabolisme intermedi

↑ ús d’energia i AAs

Acids organic a digesta de garrins amb diferentes dietes(Maribo et al 2000)


(Maribo et al., 2000)

1214

40

50LACTIC ACID FORMIC ACID

2468

10

mm

ol/k

g

0

10

20

30

40

mm

ol/k

g

0ES ID1 ID2 ID3 CI IG1 IG2 IG3

Segmento tracto digestivoControl Fórmico+láctico Ácido Benzoico

0ES ID1 ID2 ID3 CI IG1 IG2 IG3

Segmento tracto digestivoControl Fórmico+láctico Ácido Benzoico

BENZOIC ACID VOLATILE FATTY ACIDS

6080

100120140160

mol

/kg

4

6

8

10

mol

/kg

BENZOIC ACID VOLATILE FATTY ACIDS

0204060

ES ID1 ID2 ID3 CI IG1 IG2 IG3Segmento tracto digestivo

mm

0

2

4

ES ID1 ID2 ID3 CI IG1 IG2 IG3Segmento tracto digestivo

mm

g gControl Fórmico+láctico Ácido Benzoico

g gControl Fórmico+láctico Ácido Benzoico

Efecte del acid benzoic en la biodiversitat de la microbiota


1500

2000

2500

3000rs

idad

BIODIVERSITY OF ILEAL MICROBIOTA

Tratamiento P<0.01

MICROBIOTA BIODIVERSITY

13001500

b Diet x GIT*0

500

1000

1500

Biod

iver

637 7571277 631300500700900

11001300

Deg

ree

abc P<0.05Pooled SE: 184.0

abaa

0 2 4 6 8 10 12 14Días post-destete

Control Acido Benzoico5000

Dí P<0 05

BIODIVERSITY CAECAL MICROBIOTA 100

ILEUM CAECUMGIT Section

Control Benzoic acid2000

3000

4000

dive

rsid

ad

Día P<0.05Tratamiento x Día P<0.1

0

1000

0 2 4 6 8 10 12 14

Bio

d

Dí t d t t

N. Andrés Tesis (2009) Torrallardona et al., (2007)

Días post-destete

Control Acido Benzoico

COMPONENTS PER A UNA DIETA “GUT FRIENDLY”


Objectiu: optimitzar creixement, funció i salut del tracte digestiu

Nutrients especifics per al desenvolupament de la mucosa intestinal i la immunitatNivells adequats de fibra insoluble i reduïts de fibra solubleBaixos nivells de proteïnes no‐digestibles (fermentables)p g ( )Administració de proteïnes i pèptids funcionalsMicronutrients (minerals & vitamines) relacionats amb la funció immunitàriafunció immunitàriaBaixa capacitat tampó i baixos continguts de factors antinutritiusIngredients / pinsos processatsIngredients / pinsos processatsAlimentació líquida / fermentadaDietes palatablesAditius per matenir equilibri entre les funcions del tracteAditius per matenir equilibri entre les funcions del tracte digestiu (p.e. Enzims, Ac. organics, probiotics, etc...)

De Lange et al., 2010


Thank you for your attentiony y

[email protected]

IRTA - Nutrició Animal Mas de Bover, Constantí · Nutrició, salut i benestar animal: recerca...

Documents

Transcript of IRTA - Nutrició Animal Mas de Bover, Constantí · Nutrició, salut i benestar animal: recerca...