Introducción
La nutrición es un regulador importante del sistema inmune y, a veces, se utiliza como una herramienta de manejo para impactar en el tipo o el tamaño de una respuesta inmunitaria. Los aminoácidos pueden afectar el desarrollo, el mantenimiento y la respuesta del sistema inmune y tanto las cantidades absolutas como el equilibrio de los nutrientes en conjunto son importantes. Hay pocas dudas de que las deficiencias graves de aminoácidos perjudican el sistema inmune y aumentan la susceptibilidad a las enfermedades infecciosas. Sin embargo, las deficiencias de aminoácidos que son lo suficientemente graves como para afectar notablemente el desempeño de las aves, son muy raras cuando las aves se alimentan con dietas comerciales formuladas científicamente.
Las deficiencias marginales que tienen impactos menores en el crecimiento o en la producción, son mucho más comunes, y el sistema inmune es moderadamente sensible a deficiencias de ciertos aminoácidos. Sin embargo, el sistema inmune es esencial para la vida y parece tener una prioridad muy alta para muchos aminoácidos en relación con la acreción muscular, y es sorprendentemente resistente a las deficiencias marginales de aminoácidos comúnmente limitantes como la metionina y la lisina. No obstante, algunos aminoácidos tanto esenciales como no esenciales, modifican la respuesta inmune al modular las acciones reguladoras claves del sistema inmune (conocido como inmunomodulación). La modulación del sistema inmunitario por la dieta puede disminuir la incidencia de algunos tipos de enfermedades infecciosas y minimizar los efectos adversos de la respuesta inmune sobre el crecimiento, la producción de huevos y la incidencia de enfermedades metabólicas (3, 4, 9-11, 14). La arginina y el triptófano son los principales aminoácidos inmunomoduladores descritos hasta la fecha. Al pensar en los nutrientes y en la inmunidad, es útil considerar dos mecanismos importantes por los que interactúan. Primero, los aminoácidos son sustratos cruciales para las proteínas que median todas las funciones inmunológicas, incluidas las células y las proteínas de defensa. La prioridad de los leucocitos y otras células que median la inmunidad a los aminoácidos es mandatoria. Los leucocitos tienen una excelente capacidad para competir con otros tejidos por niveles bajos de algunos de los aminoácidos, pero no de todos. Además, una respuesta inmune se acompaña de la movilización de nutrientes desde el músculo y desde otros tejidos, que suministran cantidades adecuadas de algunos aminoácidos a los leucocitos, pero no de todos los necesarios (6-8). Los leucocitos expresan transportadores que facilitan la acumulación de aminoácidos y los dotan de una alta prioridad en relación con otros tejidos (1, 5). Por ejemplo, los macrófagos del pollo expresan niveles muy altos de todos los transportadores de lisina y arginina cuando se activan, lo que les da una alta prioridad para limitar los niveles en relación con otros tipos de células. Esto es importante porque la necesidad de estos aminoácidos aumenta notablemente cuando se activan los leucocitos. Parece que la evolución ha dotado a algunos leucocitos de una alta prioridad para aquellos aminoácidos que comúnmente estaban deficientes en las dietas en la naturaleza a medida que evolucionaban los animales. Por el contrario, la falta de sistemas de acumulación que establezcan la prioridad entre los tipos de células evita la priorización de algunos aminoácidos (por ejemplo, leucina e isoleucina) a los leucocitos, lo que hace que sus funciones se vean afectadas durante las deficiencias moderadas de una manera similar a todos los demás tejidos.
En general, los linfocitos T en desarrollo parecen ser la población de leucocitos más susceptible a las deficiencias de nutrientes. Las deficiencias graves de aminoácidos como lisina (13) o aminoácidos de cadena ramificada BCAA (leucina, isoleucina, valina) que perjudican notablemente el crecimiento de los pollitos, causan involución del timo pero no de la bursa. El timo es más sensible a las deficiencias de los aminoácidos de cadena ramificada que a cualquier otro grupo de aminoácidos (9, 13). Con la disminución de la inmunidad mediada por linfocitos, las respuestas exageradas del sistema inmunitario innato a menudo ocurren durante la infección y dan como resultado respuestas inflamatorias sólidas y explican en gran parte la inmunopatología que las acompaña.
Segundo, existe una variedad de aminoácidos que modulan el sistema inmunológico (3, 9, 11). Por ejemplo, varios aminoácidos (arginina y triptófano) formulados a niveles de inclusión dietarios que están claramente por encima del requerimiento nutricional regulan el tipo de respuesta a un patógeno. A diferencia de incrementar los nutrientes desde niveles deficientes a suficientes, donde muchos índices de inmunocompetencia se elevan, la suplementación de nutrientes inmunomoduladores hace que algunos componentes de la inmunidad se eleven y otros disminuyan; en otras palabras, se cambian los tipos y las intensidades de las respuestas. Esto se debe a sus efectos inmunomoduladores sobre los linfocitos T ayudadores que alteran el equilibrio Th1:Th2. Los beneficios y costos metabólicos de los efectos inmunorreguladores de estos nutrientes dependen de los tipos de patógenos en el medio ambiente del ave. Los cambios resultantes pueden ser favorables para algunos patógenos y facilitar su daño al hospedero. Sin embargo, pueden aumentar la susceptibilidad a aquellos patógenos controlados por las respuestas que están disminuidas por su deficiencia (12).
Necesidades cuantitativas del sistema inmunitario de aminoácidos
Los nutricionistas han aplicado rigurosamente la teoría cuantitativa y el modelamiento matemático a los requerimientos de nutrientes para el crecimiento y la producción, influenciados por factores nutricionales y ambientales. Sin embargo, los nutricionistas generalmente han sido negligentes al aplicar herramientas cuantitativas sólidas para las compensaciones entre el desempeño y la inmunidad.
Se ha intentado hacer estimaciones cuantitativas del tamaño de estas compensaciones, así como de cada uno de los procesos subyacentes que desvían los nutrientes del crecimiento y la producción (6-8). Para hacer esto, se evaluó la cantidad de aminoácidos necesarios para obtener una respuesta inmune utilizando estimaciones directas e indirectas. Las indirectas, cuantificando la magnitud de la disminución del crecimiento que se produce durante los períodos de tiempo en que los pollitos de engorde en crecimiento tienen una respuesta innata inicial y también una respuesta inmune adaptativa posterior. Los resultados de estos estudios se resumen en las Figuras 1 y 2. Se estima que una respuesta inmune de fase aguda robusta contra un desafío con Escherichia coli inactivada, disminuye el crecimiento en aproximadamente entre un 25 a 30%, sin embargo, no hay disminución en el crecimiento compensatorio durante la respuesta adaptativa posterior. Alrededor de dos tercios de la disminución de la ganancia de peso durante la respuesta de fase aguda se debe a una disminución del consumo de alimento y alrededor de un tercio se debe a desviaciones de nutrientes o pérdidas relacionadas con la respuesta inmune.
Se realizaron estimaciones directas cuantificando la dinámica de todo el organismo y el contenido de nutrientes de las células y proteínas responsables de la inmunidad protectora durante las respuestas innata (inflamatoria) y adaptativa (linfocitos) a una infección controlada con E. coli (6, 7). Aunque el sistema inmune podría utilizar el gasto de energía o cualquiera de las docenas de nutrientes esenciales de la dieta como una métrica para los gastos nutricionales en relación con otros tejidos, el aminoácido esencial lisina se utilizó inicialmente como nutriente de referencia. Esto se debe a que la lisina es el aminoácido de referencia en el sistema de proteína ideal utilizado comúnmente en la nutrición de los monogástricos porque funciona casi exclusivamente como sustrato para la síntesis de proteínas y no se puede almacenar ni sintetizar.
Los estudios Iseri y Klasing (2008) (8) examinaron la cantidad de lisina en 6 tipos diferentes de leucocitos en 5 tipos de tejidos (sangre, bazo, bursa, timo y médula ósea) y en 12 proteínas/inmunoglobulinas, en diferentes momentos (8). El sistema inmune tiene componentes tanto sistémicos como locales. Sin embargo, esta investigación se limitó al componente sistémico debido a la extrema dificultad de cuantificar el sistema inmunitario mucoso/local organizado de forma difusa. La cantidad de lisina en las proteínas de fase aguda y las inmunoglobulinas es alto (Figura 1), las que superan en gran medida a las del componente celular del sistema inmunitario, independientemente de si el sistema inmunitario está respondiendo o no. Durante la fase aguda de la respuesta inmune, el hígado se hipertrofia marcadamente por la rápida producción de proteínas de fase aguda. El hígado recluta diversas proteínas para formar parte de las moléculas de defensa durante la respuesta de fase aguda y se convierte en la parte más dispendiosa de la respuesta. La cantidad de lisina necesaria para la inmunidad adaptativa de la respuesta (producción de anticuerpos y nuevos linfocitos) es mucho menor que la necesaria para la fase aguda o innata de la respuesta y se produce posterior a la respuesta de fase aguda (es decir, después de 3 días). Durante la transición de la respuesta de fase aguda al momento en que la respuesta adaptativa comienza a utilizar cantidades significativas de lisina, el tamaño del hígado y los niveles de proteínas protectoras vuelven a la normalidad. La lisina liberada del catabolismo proteico del tejido hepático y las proteínas de fase aguda proporcionan un excedente de lisina para aprovisionar los procesos anabólicos de la respuesta adaptativa.
La cantidad de lisina consumida por el sistema inmunitario durante una respuesta robusta representa solo una disminución del cinco por ciento en el crecimiento, lo que no es suficiente para explicar la disminución del 25 al 30% que se observa durante la respuesta. Esto significa que el gasto de una respuesta inmune se debe principalmente a procesos protectores y ajustes fisiológicos que no están relacionados con las necesidades de los leucocitos o la producción de proteínas protectoras. Incluso cuando se incluye la hipertrofia del hígado y la producción masiva de proteínas de fase aguda, la cantidad de nutrientes desviados a los procesos de respuesta inmune explica muy poco el por qué la disminución en el crecimiento o de la producción que ocurre durante la respuesta.
Más recientemente, se ha evaluado el equilibrio ideal de aminoácidos para la respuesta inmune a un patógeno y se ha encontrado que las necesidades de lisina son relativamente menores para la inmunidad en comparación con la acreción muscular en pollos. De todos los aminoácidos esenciales y semi-escenciales, la cisteína es el aminoácido más limitante durante la respuesta de fase aguda lo cual se ha demostrado también en ratas (2, 15).
Esto se debe a un desajuste entre la liberación de cisteína muscular y la demanda hepática por la producción de proteínas de fase aguda y de glutatión, que actúa como antioxidante. Esta gran diferencia en el equilibrio de aminoácidos necesarios para la respuesta inmunitaria en relación con la acumulación de tejido corporal aumenta en gran medida el gasto proteico de una respuesta inmune. La investigación actual indica que la fiebre, las ineficiencias metabólicas debidas y la digestión menos eficiente que acompañan a una respuesta inmune robusta son, en conjunto, nutricionalmente más importantes que el desvío de recursos nutricionales al sistema inmune. Cuantitativamente, una disminución en la digestibilidad de nutrientes, especialmente grasas y algunos aminoácidos, es el segundo cambio fisiológico más importante después del consumo de alimentos cuando se utiliza el impacto nutricional como métrica.
Referencias
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