El Butirato de Sodio en la acuacultura

INTRODUCCIÓN

La acuacultura en el mundo es el sistema productivo más rápido. Datos del programa del banco mundial para pesqueras y acuacultura revelan que este sector crecerá entre 75 a 85% para el 2030, con el objetivo de proveer alimentos de origen marino debido al incremento de la población mundial (Anderson, 2011).

Muchas publicaciones han mencionado los efectos de los ácidos de cadena corta y sus sales en la salud y rendimiento de los animales de granja. Estos ácidos son comúnmente conocidos por su actividad específica antimicrobiana, sin embargo los efectos de los ácidos grasos van más allá de la modificación de la microflora intestinal, y otros beneficios como el incremento de la actividad enzimática digestiva, incremento de la secreción pancreática, mejora en el desarrollo del epitelio intestinal y la integridad de la barrera intestinal, o propiedades antiinflamatorias, han sido descritas y atribuidas como causas probables de la mejora en el rendimiento, particularmente cuando se ha suplementado ácido butírico, y su presentación en sal.

ÁCIDO BUTÍRICO Y SUS SALES

El ácido butírico o butirato es un ácido carboxílico que se produce naturalmente durante la fermentación bacteriana de carbohidratos en el intestino de los monogástricos o en el rumen de los rumiantes. Junto con el ácido acético y el propiónico, el ácido butírico pertenece al grupo de Ácidos Grasos Volátiles (AGV) de cadena corta.

Sus características fisicoquímicas le permiten ser soluble en agua y en aceite debido a su valor Kp intermedio(0.44). el valor Kp va desde 0 a 1 e indica su potencial de distribución en cloroformo/agua, valores mayores indican mayor solubilidad en lípidos y valores menores en agua. Todo esto hace al ácido butírico unico con respecto a los otros AGV como el propionato y acetato que contienen un valor Kp menor, lo que indica que solo son solventes en agua.

El butirato es un compuesto volátil, por lo cuál el es necesario covertirlo en una sal sódica o cálcica para lograr estabilizarlo. El butirato de sodio contiene muy bajas concentraciones de acido butirico libre y su solubilidad en agua es mayor que la fórma cálcica y aún así tiene muy buena diusión para cruzar membranas celulares.

El ácido butírico actúa como agente trófico de los enterocitos al actuar como una fuente rápida de energía (Fernández y Camino, 2005), por lo que juega un rol importante en el crecimiento celular.

El butirato sódico también mejora la absorción de electrolitos y reduce los desbalances en la absorción intestinal. El mecanismo por el cual el butirato influye sobre la absorción de líquidos y electrolitos en el colon es por su uso como energía por parte de los enterocitos, que favorece los sistemas transportadores de electrolitos y por los efectos que el butirato tiene sobre factores neuroendocrinos (Velázquez y col, 1997). Además, el butirato sódico provee de energía para una rápida diferenciación celular por catalización directa de células regenerativas, estimulando la recuperacion de las vellosidades intestinales dañadas.

Otra cualidad es la inhibición del crecimiento bacteriano ya que la forma no disociada de los ácidos grasos volátiles puede atravesar la membrana bacteriana por difusión. El butirato sódico enhibe patogenos como Salmonella, E. Coli, Clostridium, etc y aumenta la cantidad de microorganismos benéficos incluyendo Lactobacillus, Streptococcus, etc. Una vez adentro de la célula bacteriana, el ácido se disocia, reduciendo el pH interno por un lado, lo que obliga a la bacteria a gastar energía para expulsar los protones de hidrógeno provenientes del ácido. Este gasto de energía puede incluso producir la muerte de la bacteria. Por otro lado, el anión del ácido interfiere con la transcripción genética de las bacterias, lo que impide que las bacterias se puedan reproducir y causar una infección.

La característica mas importante es la armonia y balance bacteriano del tracto gastrointestinal, especialmente para animales jóvenes.

Es por esto que realiza varios cambios positivos dentro del tracto gastrointestinal:

1.Fuente de energía específica para la mucosa intestinal (epitelio de borde de cepillo).

2. Estimula la diferenciación celular en el intestino delgado (enterocitos).

3. Estimula la multiplicación de células basales

4. Incrementa la superficie de contacto entre las microvellosidades

5. Incrementa la absorción de calcio luminal soluble (mecanismo desconocido).

6. Incrementa la actividad pancreática, tanto exocrina como endocrina.

7. Incrementa la secreción de enzimas digestivas.

EN ACUACULTURA

El ácido butírico es producido naturalmente y está presente dentro del intestino tanto de peces herbívoros como carnívoros (Holben et al., 2002; Mountfort, 2002) pero, desafortunadamente la mayoría de estudios sobre las capacidades del butirato han sido conducidas en animales terrestres así que las referencias para peces son escasas y mayormente han sido dirigidas a salmónidos.

PRODUCCIÓN DE PECES

Estudios comparativos

En un estudio realizado con peces juveniles de 25gr de peso inicial, se encontró que la matriz intestinal mejoró progresiva y significativamente con la suplementación de butirato de sodio. Además, el butirato incrementó los niveles de glucosa plasmática y los depósitos de glucógeno hepático. Esto ha sido reportado también en otras especies (Bergman, 1990; Guiloteau, 2010).

La suplementación con butirato claramente indujo modificaciones hacia una mejor condición intestinal. Genes relacionados con mecanismos promotores de regulación intestinal y diferenciación celular hacia la proliferación de células vástago fueron encontradas con una mejor regulación en presencia de ácido butírico. Esto concuerda con la menor expresión del antígeno proliferativo nuclear celular.

La suplementación con butirato además mejoró la función de barrera intestinal, incrementado la regulación de varios componentes de las uniones estrechas, como ocludinas, claudinas, y la proteína ZO – 1 de unión estrecha. La expresión de proteínas en este tipo de uniones celulares son cruciales en términos de salud intestinal. Estas modulan la permeabilidad y previenen infecciones intracelulares e intercelulares como las que son causadas por parásitos como Enteromyxum leei.

Cambios metabólicos pueden ser observados con la utilización de ácidos orgánicos o sus sales como aditivos alimenticios. En un estudio con Dorado ( Sparus aurata) alimentado con una dieta sumplementada con 0.3% de butirato de sodio protegido con aceite de palma, se observó el aumento de varios metabolitos en el intestino, como nucleótidos y derivados, aminoácidos esenciales e intermediarios de la glucólisis, más allá del incremento de la ganacia de peso en esos animales (Robles et a., 2013).

Al mismo tiempo, el tratamiento con butirato alteró la expresión de genes mitocondriales nucleo – codificados, mejorando la regulación de la expresión de los fatores principales de transcripción, proteínas translocadoras mitocondriales y enzimas oxidativas, en adición con la menor regulación en la expresión de chaperones moleculares mitocondriales, lo que la vuelve propenso a tener un mayor poder fenotípico mitocondrial con un menor riesgo de estrés oxidativo.

En adición a lo mencionado, la suplementación con butirato alteró la expresión de interleukina 7 (IL – 7), nucleótidos vinculantes a la oligomerización de proteínas que contienen el dominio de proteína 1, vimentina, receptor macrófago de manosa 1, conduciendo a la expresión genética de patrones antiinflamatorios.

PRODUCCIÓN DE CAMARONES Y LANGOSTINOS

La suplementación de 2% de butirato en dietas para langostinos también mejoran la eficiencia alimenticia y sobrevivencia del cultivo en agua clara, más allá de la retención de nitrógeno y de la tasa de eficiencia protéica. En el cultivo de L. vannamei en bioflocos la suplementación de 2% de butirato de sodio aumentó la sobrevivencia y productividad, más allá de disminuir la concentración de bacterias heretotróficas totales y los virus en el intestino, aumenta el número de hematocitos granulares y hialinos y el título de aglutinación. Por lo tanto el butirato de sodio posee gran potencial para ser usado como promotor de crecimiento en cultivos de L. vannamei mejorando el balance de la flora intestinal y los índices productivos del cultivo de camarones en los diferentes sistemas, pudiendo actuar también como un estimulante del sistema inmunológico (Corea da Silva, 2014).

Penaeus monodon alimentado con una dieta suplementada con 0.1% de producto comercial compuesto por 30 – 40% de butirato de sodio protegido, presentó mejorías en la digestibilidad de la materia seca, energía y proteína bruta y, en cultivo, incrementó la ganancia de peso en 9% y 3% en la sobrevivencia (Nuez – Ortin, 2011).

Silva et al (2013) observaron el potencial de seis sales de sodio (acetato, butirato, citrato, fomiato, l – lactato y propionato) como aditivos alimenticios de L. vannamei a través de ensayos de inhibición de patógenos in vitro, conteo bacteriológico de microbiota intestinal, atractividad, consumo y digestibilidad de las dietas suplementadas con estas sales orgánicas. Los autores comentan la buena actividad inhibitoria para virus de acetato, butirato, fomiato y propionato. Más allá de esto, el butirato presentó el efecto atractivo en la dieta e incrementó el consumo, mientras que el propionato presentó un aumento en la digestibilidad de fósforo y energía.