Butirato de sodio. El componente sin explorar en nutrición animal

Koen Schwarzer
Traducido por PhD.
Carlos Martínez Amezcua,

Resumen

El ácido butírico y su derivado (sal) han recibido una atención considerable en nutrición animal. Si bien mucho se ha aprendido del conocimiento científico proveniente de nutrición y medicina humana, la investigación y experiencia práctica que demuestra beneficios en animales domésticos ha ido incrementándose. Hay suficiente evidencia de los beneficios de la suplementación del ácido butírico en la dieta, en forma de butirato de sodio, en la morfología, en la modulación del sistema inmune y microflora intestinal. Estos son los principales criterios para promover la salud en el intestino en animales monogástricos, como las aves de corral, cerdos, becerras, conejos, peces, etc. El comportamiento químico y metabólico del ácido butírico, sus efectos en metabolismo celular y liberación de moco en el colon, sus efectos en motilidad intestinal, absorción de electrolitos, modulación del sistema inmune y su actividad antimicrobiana se describirán a continuación.

El Acido Butírico: Características.

Acido butírico (sinónimo: ácido butanoico, n-butirato, E470) tiene la siguiente estructura química: CH3 –(CH2)2 – COOH

Butirato de sodio es la sal del ácido n-butírico, es un polvo blanco estable hasta 250oC (1) (Cuadro 1):

Cuadro 1. Características físicas y químicas de los Ácidos Grasos de Cadena Corta (SCFA)

Metabolismo y Producción Endógena

El ácido butírico (butirato) es un componente normal en el metabolismo del animal. Junto con el propionato y el acetato, es uno de los 3 ácidos grasos de cadena cortos (SCFA) más comunes producidos en el colon de los seres humanos y animales, y en el rumen; como resultado de fermentación bacteriana anaeróbica de la fibra dietaria, almidón resistente o indigerido y proteínas⁽²⁾.

El aceite de oliva, la leche y mantequilla (2%) son alimentos comunes que contienen cantidades significativas de ácido butírico.

Efectos Biológicos

Efectos del Acido Butírico en el Metabolismo Celular

Investigaciones recientes indican que el Butirato ejerce un efecto trópico en los colonocitos (células del intestino grueso)⁽³⁾ y juega un papel protector en la colitis ulcerativa en seres humanos. Cuando el Butirato se retira de la mucosa del colon de cerdos de guinea, se observa un impacto negativo en la renovación celular⁽⁴⁾ comparado con tratamientos con Butirato. Los autores de esta investigación especularon que el Butirato es capaz de modular la sobrevivencia o muerte de los colonocitos. En otro estudio⁽⁵⁾, se alimentaron ratas con salvado de trigo suple- mentado o bien, una dieta libre de fibra. Las ratas fueron tratadas con un agente cancerígeno y sacrificadas después de 5 días (inicio de la producción del tumor) o después de 56 días (promoción del tumor). Las variables estudiadas incluyeron niveles de Butirato fecal, focos aberrantes en las criptas (ACF por sus siglas en inglés, mismos que son precursores tempranos en cáncer de colon), cambios en proliferación y apoptosis (muerte programada de células tumorales). El salvado de trigo promovió un incremento en apoptosis y control en la proliferación durante el inicio del tumor, lo que resultó en una disminución de ACF. En este estudio los efectos anti-neoplásicos del salvado de trigo se asociaron con un incremento en los niveles de Butirato fecal.

Cuadro 2. Comportamiento productivo de lechones alimentados con Butirato (Admix, M.R.) (ref. 9, prueba 1).

En otro estudio, se alimentaron ratas con dietas conteniendo 10% de goma GUAR, salvado de avena o salvado de trigo, las fases de alimentación consistieron en tres periodos, uno considerando 3 semanas antes, por 10 semanas durante y por 20 semanas después de la administración de dimetilhidrazina (agente cancerígeno). Se apreció una reducción significativa en la aparición de tumores en ratas alimentadas con salvado de trigo, comparadas con aquellas alimentadas con goma GUAR o salvado de avena, del mismo modo, se observó una menor masa tumoral total en las ratas alimentadas con salvado de trigo. La concentración de Butirato en las excretas se correlacionó significativamente con la masa tumoral. Estos descubrimientos indican que la fibra, que se asocie con altas concentraciones de Butirato en la parte distal del intestino grueso, protege contra cáncer en el intestino grueso, mientras que fibra soluble, que no promueve incrementos en la concentración de Butirato a nivel de intestino distal, no promueven protección⁽⁶⁾.

Sorprendentemente, n-butirato es un inhibidor de la división celular in vitro, pero in vivo es un fuerte estimulador del crecimiento celular en el tracto gastrointestinal⁽¹⁾.

El Butirato ejerce las siguientes funciones en células normales del intestino⁽²⁾:

• Fuente de energía para la mucosa intestinal (epitelio de borde de cepillo)
• Estimula la diferenciación celular (enterocitos)
• Estimula la multiplicación de células basales
• Incrementa la superficie de contacto entre las micro vellosidades
• Incremento en absorción del calcio luminal soluble (mecanismo desconocido)
• Incremento en actividad pancreática, tanto exócrina como endócrina
• Incremento en secreción de enzimas digestivas.

En lechones, el retraso en el crecimiento post destete se caracteriza por un acortamiento en las vellosidades intestinales, elongación de las criptas y reducción en la actividad enzimática. Como resultado, durante las primeras semanas post destete, la capacidad digestiva y de absorción del intestino delgado se ve fuertemente reducida⁽⁷⁾. Aunado a esto, la falta de aporte de nutrientes en el lumen intestinal compromete al sistema inmune a nivel intestinal.

Por lo tanto, un objetivo principal de los programas de alimentación de los lechones post destete debe de promover niveles máximos de consumo de alimento voluntario y evitar cambios que imparten negativamente la estructura y función intestinal.

El impacto práctico del efecto del Butirato en las células intestinales ha sido demostrado en cerdos⁽¹⁾: cuando lechones se alimentaron con una dieta control o una dieta suplementada con 1.7 kg de Butirato (alimentado como butirato de sodio), el largo de las vellosidades (a nivel del íleon) incrementó en 30% en lechones alimentados con Butirato. Los resultados anteriores implican una mejora en la capacidad de absorción y digestiva en lechones destetados. Esto es de especial interés en sistemas de destete temprano (destete a 7 – 12 días) donde la disminución en el consumo de nutrientes (bajo consumo de alimento) es el mayor problema.

Un estudio se condujo⁽⁸⁾ para evaluar la capacidad de adaptación digestiva después de un destete temprano estudiando los cambios estructurales en el intestino delgado. Como parámetro de la morfología intestinal, se evaluó el largo de las vellosidades intestinales en lechones con destete temprano (destete a los 7 días de edad). El destete provocó una fuerte reducción, del 50%, en la altura de las vellosidades y este efecto se mantuvo, es decir, fue significativamente menor, aun después de los 14 días post destete. El mayor consumo de alimento promovió una mejora en la altura de las vellosidades en la primera semana post destete.

En dos pruebas de campo realizadas recientemente⁽⁹⁾ (cuadro 2), con lechones destetados a los 26 días de edad, la suplementación de Butirato (1 kg de butirato de sodio, suplementado como Adimix (marca registrada) por TM de alimento de destete) mejoró el crecimiento diario en un 6% (prueba 1) y en un 17% respectivamente (prueba 2). La conversión alimenticia también se mejoró pero en menor proporción que la ganancia diaria. En ambas pruebas, el consumo de alimento fue significativamente mayor en el grupo alimentado con Butirato.

Un intestino más sano y una mayor altura de las vellosidades intestinales promueven un mayor consumo de nutrientes y esto puede explicar los efectos observados en consumo de alimento. El Butirato también está presente en la leche de la cerda(1–4% de la grasa en la leche) y es la causa de su característico olor a ácido butírico. Se sugiere que un mayor consumo de alimento en lechones es debido a que la suplementación de Butirato actúa como un “atrayente” para lechones recién destetados (reconocimiento del olor a leche materna). La estimulación de la motilidad intestinal (ver adelante) puede ser otro mecanismo que explique el mayor consumo de alimento en lechones.

Efectos en Producción y Liberación de Moco en el Colon

La mucosa del colon distal y del recto están recubiertas con una capa gelatinosa de moco^{(13, 14)}. El moco forma un gel que se adhiere al epitelio, previniendo la invasión de bacterias presentes en el colon y protegiendo contra el daño que pudieran provocar toxinas bacterianas y enzimas.

Debido a las acciones metabólicas y antibacterianas de los ácidos grasos de cadena corta (SCFA en inglés o AGCC en español), se evaluó, en un modelo de prueba de shigellosis en conejos, el papel de los ácidos grasos de cadena corta (SCFA) en la modificación de la expresión clínica de shigellosis⁽¹⁵⁾. En esta prueba se indujo colitis aguda en conejos adultos por la administración intra colónica de Sigella flexnieri 2a. Después de 24 h, a los conejos se les proporcionó infusiones colónicas de AGCC (acetato, propionato, n-butirato: 60:30:40) o una solución libre de AGCC (control). Se sacrificaron grupos de conejos en lotes de 2 ó 3 animales a 24, 48, 71 y 96 h después del tratamiento para evaluaciones histológicas y bacteriológicas. Comparado con el grupo control, los AGCC significativamente redujeron la presencia de sangre y moco en las heces y mejoraron la aparición de síntomas clínicos. Histológicamente, los AGCC significativamente (P < 0.01) redujeron el número de bacterias shigellae en el colon. Estos resultados indican que los AGCC (ácidos butírico, acético y propiónico) pueden ser de utilidad para mejorar la severidad de lesiones ocasionadas por shigellosis.

Basados en estos resultados clínicos, valdría la pena investigar en cerdos con disentería, una enfermedad causada por la bacteria Gram negativa, Brachyspira hyodysenteriae, si esta bacteria también es sensible a la suplementación dietaria de AGCC y Butirato en particular. Este síndrome implica pérdidas económicas a nivel mundial (estimado en USA: 115 millones de dólares/año) y frecuentemente se presenta de forma persistente en granjas, dando lugar a un comportamiento sub-óptimo en conversión alimenticia, reducción en consumo de alimento y un pobre comportamiento en crecimiento. El intestino grueso es el órgano blanco de la Brachyspira, mostrando preferencia por las criptas, ocasionando filtración de electrolitos y sangre en el lumen intestinal. La enfermedad se transmite vía heces infectadas. La bacteria Brachyspira es también sensible a cambios en el ambiente intestinal, principalmente al pH (ver también efectos del Butirato en la microflora intestinal).

Cuadro 3. Efecto del Acido Butírico en Microflora en Conejos

Estimulación de la Motilidad Intestinal In Vivo

Los AGCC estimulan in vivo la motilidad a nivel del íleon. La infusión de AGCC en el lumen induce contracciones que reducen el tiempo de vaciado ilegal y el tránsito oro-cecal en ratas⁽¹⁶⁾. El grado de estimulación depende de las concentraciones del ácido y es máxima a las concentraciones encontradas en el colon (100 – 150 mmol/l). La reducción del pH intracelular puede ser responsable de este incremento en la motilidad ileal.

Absorción de Sodio y Cloro

La absorción de sodio es una función importante en el intestino delgado, crucial para la conservación de electrolitos y agua⁽¹⁷⁾. La exposición al Butirato incrementa la permeabilidad en colon distal en ratas⁽¹⁸⁾. La absorción de sodio es fuertemente estimulada por los AGCC, por activación del sistema de intercambio Na/H en la membrana apical de las células epiteliales colónicas. Sin embargo, el mecanismo involucrado todavía no es bien conocido. La función de los transportadores de Na/H parece ser extremadamente sensible a cambios tanto dentro como fuera de la célula. En modelos experimentales usando tejido de colon de ratón, la adición de AGCC ocasiona cambios localizados en el pH extra celular, directamente adyacentes a las células epiteliales⁽¹⁹⁾.

La relevancia práctica de una mejor absorción de electrolitos en condiciones como una enteritis es clara. Por ejemplo, entre las varias causas de problemas de camas húmedas en pollo de engorda, el síndrome de mala absorción se reporta frecuentemente.

Efectos del Acido Butírico en el Sistema Inmune

Una falta de aporte en los nutrientes en el lumen intestinal compromete al sistema inmune a nivel intestinal⁽¹⁰⁾. Estudios en seres humanos han resaltado el papel del Butirato en el incremento de la síntesis de hemoglobina (en adultos), estimulación del sistema inmune no específico (mediados por macrófagos) e incremento en la inmunidad local específica (GALT=Gut Associated Lymphid tissue por sus siglas en inglés)⁽²²⁾. El efecto del Butirato en el sistema inmune en animales domésticos no ha sido estudiado en forma extensiva. Pero recientes estudios⁽¹⁴⁾ sugieren un incremento en producción de anticuerpos (fracciones de inmunoglobulinas α, β, y γ) también como cambios en el contenido de albúmina y proteínas de la sangre. Aunado a lo anterior, se han reportado correlaciones positivas entre incrementos en los niveles de Butirato (como Adimix M.R.) en dietas de pollo de engorda con un aumento en el peso de la bolsa de Fabricio, expresado como un incremento en la relación de la bolsa de Fabricio con respecto al peso corporal total.

Efecto del Acido Butírico en la Microflora Intestinal

La microflora intestinal puede influenciar significativamente el tejido intestinal, que a su vez afectará la absorción de aminoácidos y utilización de la energía. Una característica muy importante de un intestino sano es el balance homeostático de la población bacteriana.

Mientras se demuestra que el uso de promotores de crecimiento en el alimento ayuda a mantener un balance en la microflora en aves y cerdos, hay una creciente preocupación por el continuo uso de antibióticos en el alimento, que puede relacionarse con la presencia de residuos de antibióticos en productos derivados de origen animal.

Aunado a lo anterior, como resultado de la prohibición del uso de promotores, se ha reportado la aparición de enfermedades emergentes, como por ejemplo, enteritis necrótica en pollo de engorda, causada por algunos tipos de Clostridium perfringens. La microflora en el tracto digestivo de los animales es un ecosistema complejo involucrando varios números y cepas de bacterias. Este balance fácilmente es perturbado, especialmente en animales jóvenes, estresados o enfermos.

Por lo tanto, programas de alimentación libres de antibióticos para ayudar a las aves o cerdos para resistir retos microbianos están recibiendo cada vez más atención.

La acción antimicrobiana de los ácidos orgánicos ha sido reconocida por varias décadas. Correlaciones negativas, estadísticamente significativas, entre el número de Enterobacteriaceae y concentración de Butirato no disociado se han reportado en el ciego de pollo de engorda⁽²³⁾. El Butirato no se detectó en pollos de 1 día de edad, pero sus niveles fueron en aumento hasta alcanzar altas concentraciones en pollos de 15 días de edad.

El efecto del n-butirato en microorganismos susceptibles a nivel del tracto gastrointestinal ha sido también investigado en cerdos⁽¹⁾. Se suplementó Butirato de Sodio (1.7 kg/MT de alimento) a lechones del destete hasta una edad de 80 días. Un grupo control de lechones no recibió ninguna fuente de Butirato de sodio. Después del periodo de alimentación, la cuenta bacteriana y la concentración de ácido láctico y AGCC se midieron en duodeno, íleo y ciego.

El Butirato de sodio incrementó el número de lactobacilos en cada segmento del tracto gastrointestinal. En contraste, se apreció una fuerte reducción en las cuentas de E. Coli, comparadas con el grupo control. La concentración de microorganismos en el ciego fue similar a los resultados encontrados en pollos de engorda, en una muy buena correlación con las concentraciones de AGCC. Ante niveles crecientes de Butirato el número de Lactobacilli incrementó, mientras que las cuentas de E. Coli disminuyeron.

Modificaciones selectivas de la microflora intestinal por la administración de Butirato también se han observado en conejos⁽²⁰⁾ (cuadro 3). Tres grupos de 30 conejos en engorda fueron alimentados con una dieta control o dietas conteniendo sea 0.15% o 0.30% de butirato de sodio. El contenido del ciego fue microbiológicamente analizado para cuenta total de bacterias, bacterias ácido lácticas, clostridium y coliformes.

Los conejos alimentados con 0.15% de Butirato de sodio mostraron relaciones bacteria/coliformes, bacterias ácido lácticas/coliformes y total de bacterias/clostridium considedadas como más positivas.

Conclusiones

Entre la amplia gama de ácidos orgánicos usados en alimentación animal, el ácido butírico tiene una posición única. Su estructura química específica y las propiedades físicas del butirato son la base de sus potentes efectos biológicos observados en membranas biológicas de bacterias y células normales. No es de sorprender, que en algunas referencias, el Butirato haya sido referido como un “Modificador de la Respuesta Biológica”.

En resumen, el Butirato de sodio (la sal del sodio del ácido butírico) actúa en forma benéfica en la morfología y en la micro flora intestinal, los dos principales criterios para evaluar salud intestinal en cerdos, aves y otras especies animales. La evidencia científica actual y experiencias prácticas confirman la consistencia en los efectos favorables por el uso de Butirato en parámetros productivos, el estatus general del sistema inmune y salud intestinal.

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Artículo publicado en Los porcicultores y su Entorno