La salud intestinal es crucial para la salud, el bienestar y el rendimiento general de los animales. Durante los últimos años varias investigaciones han identificado que la dieta, la estructura y la función de la barrera intestinal, la interacción del huésped con la microbiota gastrointestinal, la digestión y la absorción de nutrientes, el estado inmunológico y la función neuroendocrina son componentes esenciales de la funcionalidad y la salud gastrointestinal. Estos componentes están vinculados entre sí a través de una variedad de mecanismos biológicos complejos.
La identificación de estos componentes y el desarrollo de posibles biomarcadores serán esenciales para evaluar la salud y la funcionalidad gastrointestinal en los animales destinados a la producción de alimentos.
La digestión de alimentos y la eficiente absorción de nutrientes depende del estado de salud del tracto gastrointestinal (GI).
- En los pollos de engorda, después de más de 50 años de selección para obtener mayores aumentos de peso diarios y menores índices de conversión alimentaria, han generado estirpes genéticas caracterizadas por un elevado consumo de alimento y requisitos nutricionales específicos.
- El consumo elevado y los ingredientes en los alimentos pueden causar un estrés considerable en el sistema digestivo.
Incluso en ausencia de patógenos específicos, este estrés puede dañar el tracto gastrointestinal y provocar una pérdida parcial de la función intestinal caracterizada por la malabsorción y la diarrea.
Tres mecanismos diferentes pero interconectados parecen estar involucrados en la pérdida de la función intestinal, cada uno de los cuales esta siendo el foco de intensa investigación:
- La disbiosis o disbacteriosis (desequilibrio de la flora intestinal)
- La permeabilidad de la barrera en la mucosa
- La inflamación.
Por lo tanto, hay la necesidad de contar con biomarcadores oportunos, confiables y específicos de la salud intestinal en las aves domésticas
En este artículo, discutiremos los biomarcadores que han sido utilizados bajo condiciones de laboratorio para evaluar la integridad y la salud intestinal.
ENTENDIENDO LA INTEGRIDAD INTESTINAL
Los antígenos extraños desafían constantemente al tracto gastrointestinal (TGI), y por ello, la mucosa intestinal debe tener mecanismos de reparación y restauración rápida en caso de daño tisular.
- El deterioro de esta frágil barrera conduce a la enteritis y otras enfermedades inflamatorias
- La función de la barrera es un aspecto crítico de la salud intestinal.
- El estrés oxidativo, las proteínas mal digeridas y la coccidiosis pueden causar fallas de la barrera intestinal
Tras la eliminación de los promotores de crecimiento antimicrobianos han surgido nuevas enfermedades multifactoriales que causan enteritis y trastornos intestinales de origen desconocido, lo mismos que provocan efectos negativos en la salud y el rendimiento de las parvadas de pollos de engorda.
Entre ellas, la disbacteriosis es la presencia de una microbiota cualitativa y/o cuantitativamente anormal (desequilibrada) en la sección proximal del intestino delgado. Esta condición se asocia con una reducción en la digestibilidad de los nutrientes, deterioro de la función de la barrera intestinal, translocación de bacterias del intestino al torrente circulatorio y respuestas inflamatorias (véase la figura 1).
Una mala salud intestinal también se asocia a la aparicion de la condronecrosis bacteriana con osteomielitis (también conocida como necrosis de la cabeza del fémur) en pollos de engorda y reproductoras.
El tracto intestinal sirve como una barrera selectiva o filtro que permite la entrada de nutrientes y fluidos al cuerpo, al mismo tiempo que excluye el ingreso de moléculas indeseables y microorganismos patógenos.
Figura 1: Daños en la barrera de la mucosa intestinal
Por lo tanto, una función correcta de la barrera intestinal es esencial para mantener la salud y un equilibrio óptimos en todo el cuerpo, y es una línea de defensa crítica contra antígenos extraños procedentes del medio ambiente.
- La primera capa de la barrera intestinal es la capa de moco compuesta por una cubierta externa asociada a las bacterias, unida al epitelio sin ninguna rigidez, y una capa interna con altas concentraciones de inmunoglobulina IgA secretora y mucina.
- La segunda capa de la barrera intestinal está compuesta por células epiteliales intestinales (CEI) que forman una capa única de células que separan el lumen intestinal (interior del tubo digestivo) de la lámina propia subyacente.
- Estas CEI deben ser capaces de regenerarse rápidamente en caso de haber daño tisular.
- Las CEI controlan las poblaciones de bacterias asociadas a la superficie sin alterar el microbioma, son vitales para la salud del huésped y desempeñan un papel esencial en el mantenimiento de la homeostasis y las funciones de barrera del TGI.
- Como una capa unicelular, las CEI sirven como una barrera protectora contra el ambiente externo.
Este epitelio interviene en la absorción de los nutrientes y el transporte de agua mientras mantiene una defensa contra las toxinas y antígenos intraluminales (dentro del tracto intestinal).
- Las CEI o enterocitos situados en la superficie apical del epitelio (frente al lumen) son responsables de la absorción de nutrientes.
- Junto a estas las microvellosidades que recubren la cara apical de los enterocitos, aumentan aproximadamente en unas 600 veces la superficie de absorción
A pesar de que no son derivadas de la función hematopoyética, las CEI representan un elemento central de la inmunidad innata dentro del tejido linfoide asociado al intestino, mostrando una amplia gama de funciones inmunológicas.
Las CEI pueden reconocer a los agentes patógenos a través de la expresión de receptores inmunes innatos, liberar moléculas antimicrobianas y secretar varias hormonas, neurotransmisores, enzimas, citoquinas y quimioquinas están relacionadas con las diferentes respuestas inmunes innatas y adaptativas.
- Restitución
- Proliferación
- Diferenciación
Estudios anteriores han demostrado que existen varios péptidos reguladores, incluidos los factores de crecimiento y las citoquinas, que influyen en la restauración de las CEI dañadas.
Sin embargo, cualquier daño directo o indirecto a las CEI puede causar una ruptura de la barrera intestinal y, en consecuencia, una alteración de la homeostasis inmunológica normal de la mucosa.
En algunos casos esto puede causar a una inflamación intestinal incontrolable crónica y sistémica.
Varios estudios han descrito mecanismos asociados con a la interrupción de las redes proteicas que conectan a las células epiteliales. Estas disrupciones pueden ser el resultado de mediadores inflamatorios como ciertas hormonas, especies de radicales libres de oxígeno, enzimas y múltiples citoquinas pro-inflamatorias.
El consumo de grasa oxidada (rancia) puede aumentar las tasas de renovación epitelial intestinal y aumentar la apoptosis (muerte celular) en las puntas de las vellosidades en las aves domésticas y los cerdos.
Los polisacáridos no amiláceos (sin almidón) , como los β – glucanos y pentosanos pueden tener una influencia perjudicial en la utilización de los nutrientes en los pollos de engorda al aumentar la viscosidad del bolo alimenticio y reducir la digestibilidad de otros nutrientes (como grasas y las proteínas), lo que puede provocar una disbacteriosis.
BIOMARCADORES
Los biomarcadores son indicadores medibles de sustancias o compuestos biológicos que se asocian con condiciones de salud intestinal normales o anormales.
Por consiguiente, se necesitan biomarcadores confiables, específicos, y sensibles para el monitoreo continuo del estado de salud del intestino en las aves domésticas.
La disponibilidad y el uso de biomarcadores no sólo facilita los estudios sobre la patogénesis de las afecciones entéricas, sino que también ayuda monitorear el estado de salud intestinal bajo condiciones de campo.
Se espera que estos ayuden también al desarrollo de estrategias de prevención prontas y oportunas que puedan reducir la necesidad de antibióticos usados en forma terapéutica.
El laboratorio del Departamento de Ciencias Avícolas de la Universidad de Arkansas ha desarrollado varios modelos para inducir la inflamación intestinal que incluyen el uso de dietas con alto contenido de polisacáridos sin almidón, dexametasona, dextrano sulfato de sodio, restricción alimenticia y estrés por calor.
En todos estos modelos, un aumento significativo de la permeabilidad intestinal se puede evaluar fácilmente mediante un método que mide la concentración sérica de isotiocianato-dextrano de fluoresceína (FITC-d;3-5kDa) una hora después de su la administración oral.
Otros métodos confiables usados en este laboratorio y disponibles comercialmente, son pruebas de ELISA que detectan biomarcadores en muestras de sueros asociados con antioxidantes, y reacciones en los enterocitos e inmunológicas (véase la Tabla 1).
Tabla 1. Biomarcadores séricos disponibles como kits ELISA comerciales
Los estudios que utilizan los mismos modelos también han evaluado otros posibles biomarcadores como los niveles de ARNm de la proteína de unión a los ácidos grasos (FABP2, FABP6), IL8, IL1β, el factor de crecimiento transformador (TGFβ4), y la mucina (MUC2) en la mucosa yeyunal.
Los estudios han encontrado una fuerte correlación entre los niveles séricos de FITC-d y la cuantificación de las bacterias aeróbicas totales en el hígado, conocida como translocación hepática bacteriana.
ANÁLISIS MORFOMÉTRICO
Los parámetros mejor aceptados para evaluar el daño a la mucosa son la longitud de las vellosidades, la profundidad de las criptas y la relación vellosidad/cripta.
Sin embargo, estos parámetros morfológicos sólo cambian en caso de muerte patológica del epitelio celular.. En ausencia de una mayor pérdida de células epiteliales puede producirse una disbiosis y una fuga de por la vía paracelular (transferencia de sustancias a través del espacio intercelular).
BIOINFORMÁTICA
Del mismo modo, los enfoques holísticos como la secuenciación de amplicones (productos obtenidos de pruebas de PCR) y la obtención de información sobre todos los cambios en la microbiota, pueden convertirse en métodos rápidos y rentables para evaluar el estado de salud intestinal de las aves domésticas
A largo plazo, pueden utilizarse procedimientos moleculares tales como los metagenómicos, metatranscriptómicos, metaproteómicos y metabolómicos asociadas al desarrollo de algoritmos específicos para el monitoreo continuo de la salud intestinal.
FUTURAS APLICACIONES PARA LA INDUSTRIA
Los estudios recientes y en curso en los que se utilizan diferentes modelos para provocar alteraciones en la barrera intestinal y el entendimiento de las respuestas fisiológicas asociadas a con los biomarcadores correspondientes, tienen grandes posibilidades de convertirse en instrumentos para monitorear rutinariamente el estado de salud intestinal de las aves domésticas y otros animales.
Así mismo estudios adicionales podrían utilizar biomarcadores para evaluar los efectos de distintas formulaciones de las dietas, ingredientes de los alimentos balanceados y estrategias utilizando una variedad de aditivos alimentarios diseñados para promover la salud intestinal y prevenir las afecciones entéricas.
Sin embargo, tal vez no sea posible que un solo biomarcador pueda examinar todos los aspectos relacionados con la salud intestinal y, por lo tanto, es probable que muy pronto se utilice una combinación de múltiples biomarcadores, junto con algunos análisis moleculares, para examinar la salud intestinal bajo condiciones de campo.