Nutrición Clínica en Salmones
Dr. Javier González Gerente EWOS Innovation Chile Dr. Simon Wadsworth, Senior Scientist, EWOS Innovation AS
Introducción La nutrición tiene un impacto en la inmunidad, fisiología y salud de los peces. Cambios en la composición de las dietas afectan la susceptibilidad a enfermedades, la patología y la sobrevivencia de los peces (Menghe et al., 2003). Las dietas comerciales proveen de niveles adecuados de todos los nutrientes que requiere el pez y la ocurrencia de desbalances nutricionales y deficiencias es poco común. Cuando ocurren, normalmente están asociadas a interacciones complejas con factores como agentes patógenos o el ambiente. Estas interacciones pueden afectar el consumo, la disponibilidad y una eficiente utilización de los nutrientes. La expresión de deficiencias o desbalances nutricionales es más grave en juveniles que tienen una tasa metabólica más elevada, menores reservas corporales y una alta tasa de recambio de nutrientes (Roberts, 2002). Hace algunos años que EWOS a través de EWOS Innovation investiga la interacción entre la nutrición y las principales enfermedades del salmón. El objetivo, es desarrollar herramientas nutricionales eficaces para peces que están cursando cuadros infecciosos. Estas herramientas se denominan “Dietas Clínicas”, diseñadas para disminuir la susceptibilidad de los peces a los agentes patógenos, aliviar la sintomatología clínica y mejorar la sobrevivencia y recuperación. En este artículo, se describen aquellos nutrientes que tienen un impacto en la salud de los peces y se muestran resultados con el uso de “Dietas Clínicas” en la mitigación de enfermedades virales en salmones.
Nutrientes de Importancia Clínica Proteínas y Aminoácidos Todos los peces requieren una ingesta relativamente alta de proteínas y aminoácidos para su crecimiento, así como una variedad de procesos fisiológicos. La deficiencia de uno o más aminoácidos esenciales puede llevar a una condición de enfermedad. Algunos aminoácidos pueden volverse menos biodisponibles al formar complejos con otros nutrientes o ingredientes de la dieta. Si una materia prima alta en proteína es sometida a procesos térmicos excesivos, el aminoácido lisina (Lis) queda menos disponible, reduciéndose su absorción intestinal. Una deficiencia de Lis aumentará las erosiones de aletas, aumentando la susceptibilidad a enfermedades. Las deficiencias de otros aminoácidos pueden llevar a deformidades de la columna, cataratas, letargo, disminución del crecimiento y aumento de la mortalidad (Roberts, 2002). Los aminoácidos son el principal sustrato para la producción de compuestos inmunológicos utilizados por el organismo para resistir la infección por patógenos. Muchos de los factores inmunológicos y antivirales claves, tales como el interferón y las citoquinas, derivan directamente de aminoácidos y péptidos (cadenas de aminoácidos). El interferón es una proteína que es directamente responsable de una serie de actividades antivirales. Además, tiene un papel clave en la regulación de las respuestas inflamatorias en los tejidos, como el corazón y el músculo esquelético. Se ha demostrado que el interferón en salmón del Atlántico protege contra una variedad de patógenos virales, tales como virus de la Necrosis Pancreática Infecciosa (IPNv) (Robertson, 2006). Los cambios en los niveles de proteínas y perfil de aminoácidos en la dieta influyen en la respuesta inmune y mejoran significativamente la supervivencia al desafío viral en una amplia gama de especies animales (Menghe et al., 2003; Povey et al., 2009).
Lípidos y Ácidos Grasos (AG) Los peces deben mantener un nivel adecuado de ácidos grasos (AG) n-6 (Omega- 6) y n-3 (Omega-3) y en la proporción correcta para un crecimiento y salud óptima. La capacidad de los peces para elongar (aumentar el largo de la cadena) AG a aquellos de cadena más larga (AG altamente insaturados) varía entre las especies. Deficiencias de estos AG pueden ocurrir por una formulación incorrecta de los lípidos en la dieta, especialmente para los estadios larvales de especies marinas que requieren altos niveles de ácido araquidónico (AA), ácido ecoisapentaenoico (EPA) y ácido docosaexaenoico (DHA). Los niveles absolutos de lípidos en la dieta también son importantes. Su aumento puede llevar a problemas con la utilización y almacenamiento en los tejidos. El hígado puede verse afectado por infiltración grasa (esteatosis) y puede, eventualmente, convertirse en disfuncional si las inclusiones lipídicas son excesivas. El aumento de los niveles de lípidos en la dieta eleva el riesgo de oxidación y la rancidez de éstos. Los lípidos oxidados pueden ser directamente tóxicos a través de la producción de radicales libres, peroxidasas, aldehídos y cetonas que conducen a la degeneración del hígado. Esta condición es conocida como enfermedad hepática lipoide (Roberts, 2002). Los lípidos pueden afectar la actividad de las células inmunes a través de varios mecanismos: la estabilidad física de sus membranas celulares, incluyendo la fluidez; la peroxidación de los lípidos de membrana; la actividad de enzimas asociadas a membrana; y el acceso a los sitios receptores. Los cambios en la composición lipídica de la dieta afectan tanto a la respuesta inmune específica (humoral) como no específica (innata), así como otras funciones fisiológicas claves, tales como la osmorregulación y la formación ósea (Thompson et al., 1996; Farndale et al., 1999; Tocher et al., 2000; Waagbo et al., 2003; Mourente et al., 2005; Berge et al., 2009). Los AG n-3 y n-6 modulan la función de los leucocitos a través de los eicosanoides, el control de la producción de citoquinas inflamatorias y moléculas de adhesión. Los eicosanoides regulan la producción de una gama de prostaglandinas, leucotrienos y tromboxanos (Rowley et al., 1995, Bell et al., 1996). Los eicosanoides derivados del AG n-6 (ácido araquidónico, 20:4 n-6, AA) aumentarán las respuestas proinflamatorias, mientras que los AG n-3 (EPA, 20:5 n-3) promoverán la respuesta antiinflamatoria (Bell et al., 1996; Waagbo, 2006). La sustitución del aceite de pescado con aceites alternativos puede alterar la concentración de AG n-6 en los tejidos y aumentar el potencial de una respuesta inmune proinflamatoria (Torstensen et al., 2004; Seierstad et al., 2008).
Nucleótidos La provisión de nucleótidos puede modular la ocurrencia de enfermedades. Los nucleótidos son los bloques de construcción del ácido desoxirribonucleico (ADN) y del ácido ribonucleico (ARN) y son necesarios para toda división celular y la producción de tejidos. Además, tienen funciones esenciales en el metabolismo energético, son mediadores fisiológicos, así como componentes de coenzimas. Los nucleótidos pueden ser sintetizados de novo (dentro del cuerpo) a partir de aminoácidos precursores o rescatados de ácidos nucleicos degradados o bien derivados de la digestión intestinal. Los nucleótidos pueden ser limitantes durante períodos de rápido crecimiento, estrés o una enfermedad, pues la digestión de ADN y ARN de la dieta es difícil e ineficiente. La síntesis de novo es también un proceso metabólicamente costoso, incluso en animales saludables. La provisión de una fuente adicional de nucleótidos en la dieta ha mostrado una mejora significativa frente a varias enfermedades en salmones incluyendo el virus de la Anemia Infecciosa del Salmón, ISAv (Burrells et al., 2000)
Minerales y Vitaminas En condiciones de mayor crecimiento y estrés fisiológico, los requerimientos de vitaminas y minerales aumentan. Deficiencias, incluso marginales, durante estos períodos, pueden predisponer a enfermedad. Las vitaminas y minerales pueden convertirse en limitantes si interactúan con otros nutrientes dentro de la formulación. Vitaminas como α–tocoferol (vitamina E) pueden ser rápidamente consumidas si hay un alto nivel de oxidación de los lípidos en la dieta. La presencia de niveles excesivos de calcio (Ca) puede reducir significativamente la biodisponibilidad de otros minerales debido a quelación. Esto incluye la interacción con fósforo (P) y una gama de minerales traza. Una deficiencia de vitamina A puede causar una disminución del crecimiento, exoftalmia, deformidad de los arcos branquiales, inflamación y edema. La vitamina E juega un papel importante como antioxidante y protector de membranas celulares contra los radicales libres. Una deficiencia puede llevar a degeneración muscular, patología del corazón y el sistema digestivo, así como una alteración en la estabilidad de los glóbulos rojos. Niveles bajos de vitaminas se pueden observar en tejidos críticos, tales como el corazón, donde disminuyen con posterioridad a una enfermedad. Esto tiene implicancias importantes para la formulación y el uso de Dietas Clínicas de recuperación (Roberts, 2002). Casi todos los minerales se encuentran disponibles a través de la dieta o pueden ser absorbidos directamente desde el medio ambiente. Las deficiencias son normalmente debido a un desequilibrio de otros minerales en la ración o si el mineral está en una forma química inapropiada, es decir de baja disponibilidad biológica. Por ejemplo, el fitato es la forma de almacenamiento de fósforo (P) en las plantas y el P unido a fitato no está disponible para los salmones pues éstos carecen de la enzima fitasa, necesaria para liberar el P del fitato en el tracto digestivo. Por lo tanto, las dietas altas en proteínas vegetales deben ser suplementadas con fuentes alternativas de P disponible. De lo contrario, existirá una deficiencia de P, lo cual puede llevar a la presentación de deformaciones óseas. La modulación de minerales y vitaminas puede reducir el impacto de una enfermedad (Westermark et al., 1995; Suzuki et al., 1999). Varios minerales contribuyen a la salud de peces, como el Ca, P, magnesio (Mg), manganeso (Mn) y zinc (Zn). El hierro (Fe) es un elemento esencial debido a su importante papel en el transporte de oxígeno y la respiración celular. Los niveles de Fe en la dieta pueden afectar significativamente la química de la sangre, los parámetros inmunológicos, resistencia a enfermedades, así como el crecimiento. El Fe puede interactuar con una variedad de otros nutrientes, afectando estos parámetros (Sutton et al., 2006). Las vitaminas C y E influyen sobre la respuesta inmune, aumentando el complemento, el estallido respiratorio y la actividad de los fagocitos y la sobrevivencia de peces desafiados con patógenos (Ortuño et al., 2001).
Aplicación de Dietas Clínicas en Enfermedades Virales Enfermedad del Páncreas (PD) En el salmón, el páncreas es un órgano difuso que libera enzimas digestivas que intervienen en la digestión de las grasas, los carbohidratos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Las enzimas pancreáticas llevan a cabo la mayor parte del proceso digestivo. La pérdida de las células acinares pancreáticas por enfermedad resultará en una variedad de efectos adversos incluyendo la acumulación de toxinas, malnutrición y la incapacidad de proporcionar nucleótidos para el crecimiento y la reparación de tejidos (Graham et al., 2011). La Enfermedad del Páncreas en el salmón, también conocida como PD (Pancreas Disease) es causada por un virus del género alfavirus (Togaviridae). Los primeros signos “clásicos” del PD son: reducción del apetito, peces letárgicos y, a menudo, se observan las aletas dorsales por sobre el agua y los peces nadando lentamente en el flujo de agua. La progresión de la infección es de aproximadamente 40 días a 12–14 oC. Durante la fase aguda temprana de la infección (0-10 d) puede haber una pérdida aguda de las células acinares pancreáticas, con rápida desaparición de la mayor parte de este tejido. Existe también necrosis de las fibras musculares de la aurícula y el ventrículo del corazón. Durante la etapa media de la infección (10-21 d) comienzan a aparecer lesiones del músculo esquelético que puede afectar tanto a las fibras musculares rojas como blancas. Un daño severo en el músculo, aumenta la mortalidad en esta etapa. A menudo, se observa inflamación del músculo esquelético y el corazón. Durante la etapa tardía de la infección (21-40 d) el páncreas comienza a recuperarse, en especial si ha habido un compromiso mínimo del tejido peri-acinar. En los peces más jóvenes, hay una gran capacidad de regeneración de las células cardíacas, aunque esto es menos común en los peces mayores. Durante la etapa tardía ocurren las lesiones musculares más severas y esto puede coincidir con los períodos de mayor mortalidad. Como los peces deben continuar nadando para sobrevivir, no pueden descansar el músculo dañado para ayudar a su recuperación y, por lo tanto, los peces más afectados normalmente mueren (McLoughlin et al., 2002). El músculo esquelético también puede verse afectado resultando en una coloración irregular y carne blanda. Los peces sobrevivientes demoran varios meses en recuperarse hasta alcanzar una calidad aceptable para la cosecha. Esto puede dar lugar a graves pérdidas económicas. Desde el 2003 ha habido un aumento dramático tanto en la incidencia, así como en el impacto comercial de la enfermedad del páncreas (PD) en las operaciones de cultivo de salmón en Irlanda, Escocia y Noruega. Los peces sobrevivientes pueden recuperarse por completo (después de 12 semanas) y desarrollan una fuerte inmunidad al PD. No se ha reportado un segundo brote de la enfermedad en un mismo centro de producción. Debido a la rápida recuperación de los tejidos menos afectados y la elevada respuesta inmune posterior que se desarrolla contra la enfermedad, hay una serie de opciones para un manejo eficaz de esta patología. El control dietario es una herramienta importante en el manejo del PD. Una reducción de los niveles de energía y un aumento de la digestibilidad de la dieta pueden aliviar la carga de trabajo de las células acinares del páncreas durante las fases críticas de la enfermedad. McCoy et al. (1994) observaron una reducción significativa en la mortalidad de los peces alimentados con dieta con menor contenido de aceite y más alta en proteína. Efectos dietéticos similares se han observado en otros animales afectados con enfermedades similares cuando se alimentan con niveles más bajos de grasa y con mayor digestibilidad (Westermarck et al., 1995; Suzuki et al., 1999). El empleo de Dietas Clínicas para reducir el impacto del PD ha ido en aumento en las operaciones de salmón en Noruega y Escocia. En la Figura 1 se muestran los resultados de un estudio diseñado por EWOS Innovation en el cual se evaluó una Dieta Clínica formulada específicamente para el PD. En el estudio se observó que la pérdida total de tejido pancreático fue menor, 3 semanas post-desafío, con un número inferior de peces sufriendo pérdida total de células acinares en los individuos alimentados con la Dieta Clínica. A las 12 semanas postdesafío, un número significativo mayor de peces alimentados con la Dieta Clínica PD mostraron una estructura pancreática normal al compararlos con los peces control (Figura 1). Al evaluar Dietas Clínicas para el PD desarrolladas por EWOS en condiciones de producción comercial, se ha podido observar que los salmones (S. salar) alimentados con estas raciones presentan una menor mortalidad al enfrentar un brote de la enfermedad (González et al., 2010). En la Figura 2 se observa el resultado de mortalidad de peces que cursando un cuadro clínico de PD fueron alimentados con dos Dietas Clínicas y un control. En este estudio se pudo observar una tasa de sobrevivencia relativa (RPS) de hasta 45% en los peces alimentados con Dietas Clínicas PD.
Enfermedad Inflamatoria del Corazón y Músculo Esquelético (HSMI) La enfermedad Inflamatoria del Corazón y Músculo Esquelético (HSMI) se diagnosticó por primera vez en 1999 (Kongtorp et al., 2004) y ha sido clasificada como la reovirosis del salmón del Atlántico (ASRV) (Palacios et al., 2010). La manifestación de la enfermedad es más común durante la primavera y principios del verano en los peces transferidos al agua de mar 5-9 meses antes. La tasa de infección puede ser muy alta (> 90 %), y la mayoría de los peces presentan lesiones en el corazón y el músculo esquelético. La mortalidad varía de 0 a 20% y los sobrevivientes pueden tener lesiones cardíacas por muchos meses después del brote de la enfermedad, reduciendo de manera significativa el crecimiento. Situaciones de estrés puede aumentar la tasa de mortalidad y prolongar el proceso de curación durante los brotes (Kongtorp et al., 2006). El virus HSMI causa un daño significativo al corazón, el músculo esquelético y el tejido hepático. En el corazón, el tejido afectado se necrosa, a raíz de una respuesta inflamatoria masiva, con efectos similares en el músculo rojo. Las lesiones cardíacas se caracterizan por una intensa infiltración de células mononucleares de tipo linfocítica y la degeneración miocárdica tanto en las capas esponjosas como compactas del ventrículo. Las lesiones y la disfunción del corazón pueden reducir la circulación, que conduce a la retención de líquidos (edema) y la acumulación de eritrocitos en varios órganos. También se puede producir daño en el hígado (Kongtorp et al., 2004a,b). Las lesiones musculares esqueléticas se caracterizan por miocitos degenerados y ocasionalmente vacuolados rodeados por infiltración de células mononucleares. Los síntomas clínicos se cree que se correlacionan con la intensidad de los cambios inflamatorios del corazón. El período preclínico, desde la infección hasta la aparición de síntomas clínicos puede ser mucho más largo que el PD (4-5 meses en comparación con 4 semanas). Esto permite mayor oportunidad para el diagnóstico y la implementación efectiva de las Dietas Clínicas. EWOS ha formulado Dietas Clínicas para HSMI con un enfoque similar al utilizado para el PD. En un estudio realizado por EWOS Innovation se evaluaron Dietas Clínicas para HSMI que contenían una relación proteína digestible (PD)/energía digestible (ED) diferente a las dietas comerciales en uso. Adicionalmente, las dietas fueron suplementadas con aditivos funcionales y contenían un perfil de AG diferente al control. Las dietas fueron administradas durante un período de 8 semanas antes del desafío viral y 16 semanas después de la exposición al agente infeccioso. Los resultados evidenciaron diferencias profundas entre las Dietas Clinicas HSMI de ensayo y los controles. A las 16 semanas después de la exposición el 95% de los peces alimentados con la dieta HSMI-1 tenía una fisiología normal y muy baja patología del corazón. Esto se comparó con el 85% de los peces alimentados con la dieta HSMI-2 y sólo el 50% de los peces alimentados con la dieta control (Figura 3). (González et al., 2012; Martínez et al., 2012).
Durante la fase más grave de la patología del hígado (10 semanas después del desafío), aproximadamente el 80 % de los peces alimentados con la Dieta Clínica HSMI-1 tenían un score de 1 o menos (fisiología normal del hígado). Esto en comparación con sólo el 16 % de los peces alimentados con la dieta control (Figura 4). Sin embargo, el hígado fue capaz de mostrar una recuperación muy dinámica y no hubo diferencias significativas observadas entre los grupos a las 16 semanas después de la exposición (González et al., 2012; Martínez et al., 2013a).
Los scores de lesiones se correlacionaron estrechamente con los títulos virales observados en el corazón. Los niveles virales fueron 260 veces mayores (p > 0,05) en los peces alimentados con la dieta control en comparación con los peces alimentados con las Dieta Clínica HSMI-1 a las 12 semanas después del desafío. Los hallazgos histopatológicos y las cargas virales también se correlacionaron estrechamente con el grado de respuesta inmune y la expresión de genes. Los peces alimentados con la dieta control presentaron una expresión más temprana y de mayor amplitud de genes inmunológicos proinflamatorios en comparación con las Dietas Clínicas (Figura 5). A las 12 semanas después del desafío, se observa una elevada expresión (color rojo) de genes proinflamatorios en la dieta control (ST). Esta expresión se retrasó en los peces alimentados con la dieta HSMI-2 (FF2) y no se observó con la dieta HSMI-1 (FF1). La expresión de los genes se correlacionó estrechamente con la patología y los títulos virales en el corazón (González et al., 2012; Martínez et al., 2012a).
La sobreexpresión de genes de respuesta innata y proinflamatoria representa un mayor riesgo para la posterior patología y mortalidad a HSMI (González et al., 2012; Martínez et al., 2012). Una estrecha correlación también se ha observado para una serie de infecciones virales como IPN (Necrosis Pancreática Infeeciosa), ISA (Anemia Infecciosa del Salmón) y CMS (Síndrome Miopático del Corazón) (Jørgensen et al., 2008; Timmerhaus et al., 2011). En contraste, el desarrollo de una respuesta inmune humoral adaptativa reduce la posterior patología y la mortalidad. En el estudio, las Dietas Clínicas mostraron una respuesta significativamente más alta (70 veces, p < 0,05) en estos genes de adaptación, tales como MHC II en comparación con las dietas control (González et al., 2012; Martínez et al., 2012a). Adicionalmente a lo anterior, en este mismo estudio también hubo diferencias significativas en la respuesta de genes responsables de los procesos metabólicos de los lípidos. En la dieta control la expresión de los genes de desaturación delta-5 y delta-6 fue significativamente menor que en las Dietas Clínicas (Figura 6) (González et al., 2012; Martínez et al., 2013a). Esto reduce la capacidad de producción exógena y la disponibilidad de EPA en los peces control. Como se comentó al inicio de este artículo, el EPA tiene un papel clave en la modulación de la respuesta inmune y un efecto antiinflamatorio. Es fundamental contar con niveles adecuados de EPA en los tejidos críticos como el corazón y el músculo esquelético para modular estas respuestas. Hubo un aumento significativo (2 veces, p < 0,05) en el nivel de EPA en el corazón de los peces alimentados con las Dietas Clínicas en comparación con el control. Otros tejidos mostraron importantes diferencias en la acumulación de EPA entre los regímenes dietéticos (González et al., 2012; Martínez et al., 2012; Martínez et al., 2013a,b).
Conclusiones La información entregada en este artículo demuestra que el alimento de los peces representa una herramienta eficaz para mitigar enfermedades virales en salmones. Los estudios realizados por EWOS Innovation, representan un inicio en la investigación de la interacción entre nutrición y enfermedades para la compañía. Aún queda mucho por comprender en la compleja interacción entre estas variables. Sin embargo, los resultados obtenidos hasta la fecha indican que existe un enorme potencial de ayudar a la salud de los peces a través del alimento.
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