Resumen
as vitaminas son micro ingredientes indispensables en la nutrición animal que están relacionadas con la prevención de numerosas enfermedades y con la óptima respuesta de las actividades metabólicas.(Souganidis 2012; Gerald F. Combs & McClung 2017a). Las primeras vitaminas descubiertas fueron la A y la D (Souganidis 2012). La Vitamina D es un descriptor genérico para todos los componentes esteroles relacionados con la actividad antirraquítica (Zempleni, 2014). La Vitamina D3 o colecalciferol juega un papel fundamental en el metabolismo del calcio (Ca), el fósforo (P) y el magnesio (Mg) (Combs et al. 2017) y es un componente nutricional clave para el correcto crecimiento de las aves y su desempeño productivo(Driver et al. 2006). A medida que la genética de las aves fue incrementando el potencial productivo, comenzaron a manifestarse problemas óseos relacionados con el metabolismo de Ca y P y a requerirse fuentes mas biodisponibles de la vitamina D, tales como el 1α hidroxicolecalciferol.
El 1 α hidroxicolecalciferol (1α(OH)D3) es un metabolito análogo (vitamer) de la vitamina D (Vit D) (Holick et al. 1973), con bastantes estudios en humanos y diferentes especies animales. Es reconocida por su alta biopotencia, determinada en la velocidad y eficiencia en la que se transforma en la forma activa de la vitamina D3 o 1, 25 dihidroxicolecalciferol (1,25 (OH)2D3), en el hígado (Holick et al. 1973). El objetivo principal de esta revisión de literatura es entender las ventajas de usar el metabólico 1α (OH) D3 y sus repercusiones en el desempeño zootécnico en producción animal y sus diferencias con otros metabolitos de la Vitamina D3 en aspectos como la integridad ósea, el correcto desarrollo de los huesos, la prevención de enfermedades tales como la osteoporosis en ponedoras y la discondroplasia tibial (TD) en pollos de engorde.
Palabras clave: Vitaminas, vitamina D, 1α hidroxicolecalciferol, Calcio, Fósforo
Historia de las vitaminas
Actualmente se tiene un conocimiento empírico de la importancia y necesidad de vitaminas y de cómo éstas influyen sobre la salud y la enfermedad. Existe la conciencia ancestral de que se deben consumir y se sabe también que se adquieren a través de su suplementación diaria y de una dieta balanceada (Gerald F. Combs & McClung 2017b). La historia del descubrimiento científico de las vitaminas comienza en 1906 cuando Frederick G. Hopkins escribió: existen “factores dietarios no identificados”, dentro de la ciencia de la alimentación, porque a pesar de suplementar todos los nutrientes conocidos: proteínas, carbohidratos, grasas y minerales, sin éstos “factores” o “aminas vitales” el animal no pude desarrollarse correctamente (Semba, 2012). 6 años más tarde Casimir Funk escribió: “la teoría de la vitaminas”, reconociendo que no era un concepto nuevo, pero su teoría ayudó a recolectar la evidencia descrita por otros y a conectar los factores fisiológicos relacionados con la dieta (Combs and McClung, 2017c). Entre 1912 y 1951 se descubrieron todas las vitaminas que se conocen hasta hoy (Souganidis 2012). Sin embargo, y a pesar de estos 108 años de avances en el estudio de las mismas, las vitaminas siguen siendo objeto de investigación y por definición una oportunidad para avanzar en el mejoramiento de la salud humana y animal y en el camino para alcanzar objetivos productivos y económicos superiores de la industria de producción de proteína animal (Combs and McClung, 2017d).
Definición
Las vitaminas son un grupo de componentes orgánicos, de bajo peso molecular que se requieren en la dieta en pequeñas cantidades (microgramos (mcg) o miligramos (mg) por día) y son esenciales para el mantenimiento de la homeostasis y del metabolismo (McDowell, 2013). La mayoría son familias de sustancias químicamente relacionas que comprenden una familia de vitaminas conocidas como vitámeros (del inglés vitamers), que comparten una estructura química principal y que varían en su biopotencia al igual que en sus funciones, por lo que el nombre común de las vitaminas son en realidad un descriptor genérico para todos los vitámeros relevantes (Combs and McClung, 2017a). La Vitamina K por ejemplo se divide en 3 vitámeros que son la Filoquinona (Vit K1), Menaquinona (Vit K2) y la Menadiona (Vit K3), que comparten estructura química, pero poseen funciones diferentes (Shearer.M 1995).
La caracterización de las vitaminas no depende de sus propiedades bioquímicas, si no de sus funciones, como por ejemplo ser coenzimas en innumerables procesos metabólicos definidos a través de receptores específicos en células funcionales (McDowell, 2013). Las vitaminas se clasifican en: vitaminas liposolubles e hidrosolubles (McDowell, 2013). Las vitaminas hidrosolubles son todas las vitaminas del complejo B y la vitamina C, las liposolubles son: Vitaminas A, D, E y K.
El requerimiento diario de las vitaminas no es exacto ya que se basa en una distribución normal de respuestas poblacionales. Existe una considerable variación conceptual en requerimientos mínimos de vitaminas entre instituciones (Bender, 2003), pero a medida que se avanza en los estudios de las mismas se descubre la conexión con la nutrición, el óptimo desempeño, el fortalecimiento del sistema inmune, la prevención y el tratamiento de enfermedades crónicas. Por tanto, las dosis recomendadas de vitaminas, tanto en humanos como en animales, se han incrementado, con respecto a los niveles mínimos publicados por las entidades regulatorias (Moser, 2012). Por ejemplo, el requerimiento en equinos adultos de vitamina A, según el NRC es de 12.000-24.000 unidades internacionales (IU), pero diversos estudios y observaciones de campo, han encontrado el beneficio de la suplementación diaria de 50.000 IU de vitamina A (Reynols 2002). Las definiciones de consumos mínimos requeridos parten de criterios fisiológicos relacionados con sus funciones metabólicas, como las actividades enzimáticas y las concentraciones tisulares de biomarcadores, los cuales a su vez son útiles para determinar el estado de las vitaminas por su respuesta temprana a la privación (Combs and McClung, 2017d).
En nutrición animal se usan cantidades mínimas de vitaminas que se basan en mantener la actividad metabólica normal y varían según el criterio profesional, pero existen evidencias de que al incrementar el nivel o cambiar la fuente de las vitaminas según biodisponibilidad, se refleja en un desempeño poblacional superior y una óptima respuesta inmune frente a desafíos como el estrés y las infecciones (McDowell, 2012; Combs and McClung, 2017d).
Vitamina D en nutrición animal
Vitamina D (Vit D) es el nombre genérico para todos los esteroides que describen la actividad biológica del colecalciferol (Combs et al, 2017). En 1921 Hess y Unter, argumentaron que los rayos de sol tenían propiedades curativas contra el raquitismo, y escribieron: “la incidencia estacionaria del raquitismo, es de hecho la variación en los rayos de sol” (Wolf 2004). El alemán Adolf Windaus, ganador del premio nobel en 1928, relacionó el colesterol con las vitaminas, y para 1931 Windaus (figura 1) en colaboración de Reerink de la Universidad de Londres logró cristalizar el ergosterol, para luego en 1936 determinar las propiedades y estructura química del colecalciferol (VitD3) como isómero del mismo producto de la irradiación (Semba 2012). La pregunta luego seria, cómo adquiría el animal la Vit D a través de los rayos de sol?. Es entonces cuando en 1937 Windaus y Bock aislaron el 7- dehidrocolecalciferol (7-DHC), en la piel de cerdos, humanos y ratas (Wolf 2004). En 1980, el endocrinólogo Michael F. Holick y sus colaboradores lograron definir los pasos de la foto producción del colecalciferol. Ellos encontraron que el colecalciferol (Vit D3) era el producto de la exposición del 7-DHC a una dosis mínima fisiológica de rayos ultravioleta (UV-B) a una longitud de onda de 290-310 nm que se isomeriza en el organismo para formar colecalciferol o Vit D3 (Holick et al, 1980; Combs and McClung, 2017).
La Vit D3 es responsable del metabolismo de calcio (Ca) y fósforo (P) a través de la absorción transcelular de éstos en el intestino, la movilización de Ca en el hueso y la resorción de Ca en el riñón (DeLuca 2004). Sin embargo la Vit D3 cumple otras funciones, entre ellas: la regulación de la transcripción génica de alrededor de 50 genes del metabolismo (Combs and McClung, 2017a), mantiene la homeostasis del sistema inmune, ya que inadecuados niveles de Vit D3 están relacionados con mayor susceptibilidad de trastornos inflamatorios crónicos, infecciones y enfermedades autoinmunes (Rigby 1988; Baeke et al, 2010; Hewison, 2010). También, se han encontrado receptores de la Vit D (VDR) en los islotes pancreáticos, en la glándula paratiroides, en las células endocrinas del estómago y en algunas células de la glándula pituitaria (DeLuca, 1986)
Metabolismo de la Vit D3
La Vit D3 liposoluble suplementada en el alimento, se absorbe a través del enterocito del intestino delgado (ID) por difusión pasiva no saponificable, que depende de la solubilización micelar y por lo tanto de presencia de grasas y de sales biliares (Combs et al. 2017). La eficiencia en absorción en el intestino de la Vit D3 es del 50% (Combs et al, 2017). Esta es transportada en el plasma hasta el hígado, a través de la proteína de unión a la vitamina D (DBP) (Kanis 1982). En el hígado es hidrolizada por la enzima hepática 25-hidroxilasa (CYP27A1, 25-OH.asa), la cual es sustrato dependiente, para luego sufrir una segunda hidroxilación en el riñón, a través de la enzima 1 α hidroxilasa (CTP27-B1, 1-α-OH-asa) (Figura 2) (Pasquali et al. 2015). La actividad de la 1α hidroxilasa es altamente regulada y se modula acorde con: los niveles de Ca y P, parathormona (PTH), calcitonina, citoquinas, entre otras (Pasquali et al, 2015). Los metabolitos polares (25 hidroxicolecalciferol (25 (OH)D3, (25 (OH)D2) y 1,25 (OH)2D3) una vez son producidos o en el hígado o el riñón son transportados por la DBP a través de la sangre portal los cuales se pueden encontrar en la linfa en forma de quilomicrones (Combs et al, 2017). Las concentraciones de la 25(OH)D3 pueden determinar el estatus de la vitamina D en cuanto a la suficiencia, deficiencia o toxicidad, ya que es el metabolito circulante más abundante y su vida media es de 2-3 semanas, mientras que la vida media de la 1,25 (OH)2-D3 circulante es de 7-10 horas (Holick 2007). La Vit D3 se almacena en el hígado de algunas especies acuáticas, a diferencia de los animales terrestres y los humanos donde las altas concentraciones de Vit D se encuentran en la sangre y no en hígado (McDowell 2012).
La suplementación de Vit D3 en nutrición animal, tiene como principal objetivo promover la homeostasis del Ca y P a través de la regulación del Ca sérico con el fin de mantener la función normal de los músculos y de la mineralización ósea (McDowell 2012). La VitD3 es comúnmente suplementada como colecalciferol, a una dosis de 1 a 5 millones de Unidades Internacionales (UI) por tonelada (ton) métrica de alimento dependiendo de los requerimientos para cada especie (Norman 1972; Biology 1993).
La década de los 70´s es reconocida por los grandes avances científicos en el conocimiento de la Vit D3. Diferentes laboratorios académicos en el mundo describieron y descubrieron vitámeros, metabolitos y análogos sintéticos originados en su mayoría, a través de biosíntesis de colesteroles (Kaetzel & Soares 1979), los cuales además de su diferencia estructural, tienen biopotencia diferente, con dosis respuesta y eficacia diversas (Boris et al, 1977). Los investigadores han basado la respuesta de los vitámeros a través de: incremento de cenizas en tibia (pollos y ratas), concentración de Ca y P en plasma y tasa de absorción de Ca y P en el intestino. Existen también estudios que miden los niveles de 25(OH)D3 y de 1,25(OH)2D3 en plasma y huesos, actividad de la PTH, etc (Haussler, 1973; Holick et al, 1973; Boris et al, 1977). Hasta el día de hoy se han sintetizado cerca de 40 metabolitos de la Vit D3.
1 α hidroxicolecalciferol (1α (OH)D3) análogo de la 1,25(OH)2D3.
El 1α(OH)D3 es una metabolito análogo de la Vit D3 (Haussler.M. 1973). En 1973 fue sintetizado por Holick y colaboradores, los cuales modificaron la síntesis de 1,25 (OH)2D3 buscando una reacción menos costosa obteniendo 1α(OH)D3 (Holick et al, 1973). Las primeras investigaciones con 1α(OH)D3 fueron hechas en humanos, con pacientes con fallas renales crónicas en la Universidad de Cambridge por Chalmers et al, (1973) que presentaban problemas en el metabolismo de Ca y P y desórdenes a nivel óseo (Shimamatsu et al, 1981). Usando una dosis de 10μg de 1α(OH)D3 se concluyó que el 1α(OH)D3 aumenta la absorción de Ca, reduce la enzima alcalino-fosfatasa sérica (responsable de eliminar grupos fosfatos de compuestos fosforilados de los huesos) con niveles iguales o menores de P en la orina (Chalmers et al, 1973).
Paralelamente en la universidad de Arizona, Haussler y colaboradores (1973) definieron la actividad biológica de la 1α (OH)D3 en pollos con raquitismo, y descubrieron que éste actuaba de manera idéntica a la 1.25(OH)2D3 a pesar de no estar hidroxilada en el carbono 25. Además, determinaron que la 1α(OH)D3 induce más rápidamente la absorción de Ca, y que éste tiene una acción más sostenida en el tiempo que la 1,25(OH)2D3 (Haussler, 1973).
Comparativamente la respuesta in vivo de la 1α(OH)D3 sobre los demás metabolitos de la VitD3 ha mostrado mayor efectividad en problemas de raquitismo, incluso, siendo ligeramente más activo que la 1.25(OH)2D3 (Zerwekh et al. 1974). También, en 1978 Soares, y colaboradores (1978) evaluaron como la edad y la fuente de Vit D3, afectaba la disponibilidad de P y definieron que 1α (OH)D3 era 4.5 veces más efectiva que otros metabolitos promoviendo el crecimiento y desarrollo de los huesos (Soares et al. 1978).
Actualmente, este análogo, el cual tiene una alta actividad biológica, es recomendado para uso terapéutico de enfermedades metabólicas óseas como osteodistrofia renal, osteomalacia, osteoporosis y en el tratamiento del hipoparatiroidismo en humanos (DeLuca 1986; Pasquali et al, 2015). En la industria de proteína animal se ha usado estratégicamente para mejorar el desarrollo óseo en pollos de crecimiento acelerado, mejorando su movilidad y disminuyendo la incidencia de discondroplasia tibial (TD) también conocida como osteocondritis (Edwards 1990). También en aves de ciclos largos, la alta habilidad de transportar y absorber Ca, a través del intestino sin tener que ser regulada, disminuye la actividad PTH en la resorción ósea (Bar et al. 1977; González Sepúlveda & Barahona Rosales 2016; Han et al. 2017).
¿Excesos vitamina D3?
“Cualquier cosa que realmente funcione, será perjudicial si la dosis es lo suficientemente alta” (Paracelso,1600).
La hipervitaminosis D es poco conocida por la industria avícola, contrario a las entidades que regulan la salud humana. Existen casos reportados de intoxicaciones por Vit D3 en humanos en dosis orales prolongadas que llegan a 100,000 UI/día (Combs et al, 2017) cuando la dosis máxima es de 4.000 UI/día (100µg) (Vieth et al, 2001). La ingesta excesiva de vitamina D aumenta los niveles circulantes de 25-OH-D3, que parecen en esos casos, unirse al VDR, evitando así la regulación de la 25-OH-D3 1-hidroxilasa para inducir respuestas transcripcionales llevadas a cabo por la 1, 25 (OH)2 D3. La hipervitaminosis D se caracteriza por aumentos tanto en la absorción entérica como en la resorción ósea de calcio.
Esto, acompañado de aumento en el consumo de Ca, produce hipercalcemia y en última instancia calcinosis, es decir, deposición de Ca y fosfato en los tejidos blandos (corazón, riñón, sistemas vascular y respiratorio). Por lo tanto, el riesgo de hipervitaminosis D es exacerbado cuando la ingesta excesiva de Ca y P es concomitante.
En nutrición animal, el exceso de Ca en las dietas (hipercalcemia) es el principal detonante de manifestaciones similares a la hipervitaminosis D y es más común de lo que se piensa. Walk (2016), reportó en el Reino Unido que, de 795 dietas analizadas, el 22% tuvo exceso de Ca, y este era diferente al formulado. Los excesos de Ca impactan negativamente la digestibilidad de nutrientes como los aminoácidos, la grasa, los micro minerales y principalmente el P (Driver et al, 2005; Guo et al, 2008; Plumstead et al, 2008; Pelicia et al, 2011). Los excesos de Ca impactan negativamente el crecimiento y el desempeño productivo de aves y cerdos (Walk, 2016).
Conclusión
Las estrategias nutricionales para las dietas en avicultura deben considerar un aporte adecuado de vitaminas de acuerdo con los requerimientos en homeostasis y en enfermedad para garantizar un buen desempeño. En la nutrición de aves, el 1α(OH)D3 llega como una herramienta indispensable para la producción actual de pollos y ponedoras y como una solución vital en el crecimiento acelerado de los mismos, propendiendo por la integridad ósea de las gallinas ponedoras de ciclos largos, a su vez, aumentando el número de huevos vendibles e incubables, y disminuyendo los huevos rotos y la mortalidad, parámetros que dependen de un mejor metabolismo del Ca y del P.
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