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La población mundial está creciendo en forma constante. En 25 años habrá aproximadamente 9 mil millones de habitantes (Censo USA, 1998, FAOSTAT, 1998), exigiendo alimentos para satisfacer sus necesidades nutritivas diarias. Este objetivo sólo puede lograrse a través de un aumento del 2% anual en la producción mundial de alimentos, lo cual es esperado en la producción de cerdos y aves para los próximos 20 a 25 años (FAOSTAT, 1998). Al mismo tiempo, hay una creciente conciencia del consumidor de la necesidad de alimentos seguros. Esto es debido sin lugar a dudas a los serios problemas ocasionados por el uso en las recientes décadas de por ejemplo hormonas y ß-agonistas en nutrición animal, presencia de metales pesados en peces, uso en exceso de excrementos animales, presencia de pesticidas en frutas, dioxinas en la carne, uso de antibióticos en el alimento para animales, la Encefalopatía Bovina Espongiforme.

"Permite que el alimento sea tu primer medicamento" (Hipócrates, 377 A.C.). Probablemente fue la primera vez que se ligó la nutrición con el bienestar. Este viejo aforismo se ha puesto de moda en nutrición humana y animal en los últimos años dado que los mercados globales se han volcado hacia fuentes de alimentos más naturales.

Durante el siglo 20, se realizaron muchos trabajos dirigidos hacia dilucidar las estructuras bioquímicas y los roles fisiológicos de un gran número de aditivos nutritivos, especialmente los antibióticos promotores de crecimiento incluidos hace unos 50 años en las dietas de cerdos y aves. Estos han demostrado ser una metodología eficiente para al mismo tiempo, mejorar la performance animal y disminuir desordenes digestivos (diarreas, particularmente en cerdos al destete). Paralelamente, aumentaron las preocupaciones por la seguridad alimentaria, la contaminación ambiental y los riesgos para salud, creciendo la tendencia hacia las estrategias alternativas de manejo y alimentación de los animales en las primeras etapas sin el uso de antibióticos. En relación a esto, la CEE prohibirá a partir de enero de 2006, los antibióticos todavía aprobados: Monensina, Avilamicina, Flavomicina, Salinomicina. Anteriormente otro grupo de antibióticos habían sido prohibidos en la CEE, tales como: virginiamicina, avoparcina, etc. En respuesta a un mercado carente de alternativas, una nueva generación de productos se han desarrollado para ocupar dicho lugar, muchos de los cuales presentan más cuestionamientos que respuestas. Estos han sido definidos por Rosen (1996) como "micro-ingredientes usados en una cantidad relativamente pequeña para mejorar el valor intrínseco de la dieta".

Se agrupan bajo el nombre de dietéticos, nutracéuticos, o aditivos multifuncionales. Estos incluyen, los extractos vegetales; en los que mucha investigación se ha llevado a cabo, dado los efectos beneficiosos que presentan como micro ingredientes en los alimentos. En especial permanece incierto, si una acción en particular, por ejemplo antioxidante, antiséptica, immunomoduladora, puede ser asociada a una molécula específica; siendo esto aún más complicado, dado que una sustancia activa puede tener múltiples acciones. No obstante la determinación de los modos de acción, proveerán una base científica para establecer la eficacia y seguridad de estos aditivos para desarrollar una estrategia a largo plazo en su uso en formulaciones. Sólo cuando la industria y el consumidor estén seguros sobre el potencial de estos productos los utilizarán como práctica normal, como una vez hicieron con los antibióticos promotores de crecimiento.



Historia

Una nueva generación de promotores de la productividad incluye aditivos basados en los extractos vegetales dadas sus propiedades activas intrínsecas. El uso de los extractos de plantas data de miles de años atrás, ya que eran usados por los egipcios, chinos, indios, griegos e incluso, Cristóbal Colón descubrió América mientras buscaba un atajo para encontrar hierbas y especias que hoy son de normal uso y se hallan en una u otra forma en todas las despensas.

Los extractos de muchas plantas contienen ingredientes activos que se han mantenido como base de modernos medicamentos tal como el digoxin de Digitalis spp, efedrina de la hierba china Ma huang, y la aspirina de Salix spp. Mucho se puede aprender de la historia, pero el conocimiento empírico de las plantas ha aumentado debido a que tecnologías modernas han permitido el aislamiento y caracterización de los principios activos contenidos en estas fuentes. Como se muestra en la Tabla N°1, muchos extractos tienen beneficiosos efectos multi-funcionales que derivan de componentes bio-activos específicos. Sin embargo, esto representa sólo una fracción de los elementos fitogénicos conocidos por el hombre.

Estructura relacionada al funcionamiento

Los extractos de plantas contienen una gran cantidad de moléculas diferentes que tienen bioactividad intrínseca en la fisiología y metabolismo animal. Un ejemplo de esto son los compuestos fenólicos, una serie de sustancias con un solo (fenol simple) ó múltiples (polifenoles) anillos aromáticos; los cuales difieren principalmente en su respectivas cadenas laterales. En este sentido, los componentes fitogénicos activos comparten algo en común con los ácidos orgánicos, que también representan un grupo no homogéneo, variando el número de grupos carboxilo, hidroxilo y dobles ligaduras entre los átomos de carbono. Estas diferencias estructurales confieren a los compuestos polifenólicos diferentes estabilidades en un rango de pH entre 3 y 11.

El análisis de los principales componentes realizado por Departamento de Microbiología de la Universidad de Medicina de Auvernia, Clermont-Ferrand, Francia, también se ha usado para estudiar las propiedades de una gama preliminar de extractos vegetales. La distribución del pH de esta gama fue de 4,3 (extracto de canela) a 6,7 (extracto jengibre). Este análisis apoya la idea de que no todos los extractos se originan igual, pero son representativos de un grupo de moléculas estructural y las químicamente distintas. Trabajos anteriores además han mostrado que, como los ácidos orgánicos, estas propiedades químicas pueden corresponderse estructuralmente a la presencia de grupos polares, número de dobles ligaduras, tamaño molecular, y solubilidad en matrices no polares. Esto a su vez puede explicar las actividades observadas in vitro: por ejemplo, antisépticas (Hammer et al., 1999), anti fúngicas (Apisariyakul et al., 1995); antioxidantes (Aeschbach et al., 1994); así como in vivo: por ejemplo, estimulación del consumo (Petit et al., 1993), estimulación de enzimas digestivas (Platel y Srinivasan, 1996).

Los extractos vegetales muestran un espectro de concentraciones inhibitorias mínimas 50 (MIC₅₀) dependiente de su estructura específica

Los efectos antisépticos de los extractos vegetales son indiscutibles. En la literatura científica existe una gran cantidad de trabajos que apoyan la concentración inhibitoria mínima (MIC₅₀) y la concentración bactericida mínima (MBC₅₀) de estas sustancias. Lo que permanece incierto es la relación entre la estructura de las sustancias activas encontradas en las plantas y sus efectos. Trabajos preliminares llevados a cabo en colaboración con la Universidad de Auvernia (Departamento de Microbiología) han confirmado que distintos extractos poseen espectros de MIC₅₀ diferentes cuando fueron evaluados frente a una gama diversa de bacterias.


Tabla 2. Valores de MIC₅₀ (ppm) de extractos vegetales seleccionados frente a un conjunto de bacterias Gram positivas, Gram negativas y anaerobias (realizado en colaboración con el Departamento de Microbiología, Universidad de Auvernia, Clermont-Ferrand, Francia).

Estos estudios mostraron que: el romero tuvo poco efecto contra los microorganismos Gram negativos, la canela, el clavo de olor y el orégano mostraron un efecto moderado y eficaz frente a un amplio espectro y los extractos de Capsicum y ajo, mostraron eficacia específica frente a Clostridium sp. Estas diferencias en la eficacia in vitro puede ligarse claramente al nivel de las sustancias activas, jugando la pureza del extracto un rol importante (C. Forestier, Universidad de Auvernia, comunicación personal).

Mientras los efectos in vitro están bien documentados, el modo de acción por el cual estas sustancias poseen su efecto frente a las bacterias es actualmente investigado. Los trabajos realizados parecen confirmar que estas sustancias, como los agentes antisépticos en general, ejercen su efecto rompiendo la membrana celular del microorganismo.

Por consiguiente, uno de los mecanismos de acción probable de ciertos extractos, puede ser su habilidad de influir en las características de la superficie de las células microbianas y por lo cual en sus propiedades de virulencia putativas. Esto tiene una gran implicancia en el intestino animal dónde la adherencia de microorganismos a las células es de importancia fundamental en el desarrollo de infecciones de bacterias Gram negativas y lo que esta fuertemente influenciado por la hidrofobicidad de la superficie del microorganismo (Mbwambo et al., 1996).

Mediante las técnicas complementarias de modelado in vitro ha sido posible crear un "banco de datos" de extractos vegetales para investigar sus efectos en muchos aspectos como biodisponibilidad, digestión normal y mecanismos de la flora de intestinal, impacto ambiental y animal como la correspondiente trazabilidad y residuos

Se sugiere que la acidificación de la dieta puede suministrar una medida profiláctica similar a la proporcionada por los antibióticos promotores de crecimiento agregados al alimento. Mientras los antibióticos se han diseñado para inhibir el crecimiento en general, los acidificantes ayudan a que los microorganismos benéficos proliferen en el tracto intestinal en lugar de los patógenos. La suplementación con acidificantes en dietas de destete para cerdos han mostrado, en muchos casos, aumentar la ganancia de peso vivo y conversión de alimento, y reducir la incidencia de diarreas. Sin embargo, la respuesta de performance al suplementar las dietas con acidificantes a menudo es variable.

Esto ha llevado a la investigación de los posibles modos de acción de los agentes acidificantes pero aunque se han propuesto varias hipótesis, los mecanismos exactos permanecen inciertos. Generalmente es considerado que los acidificantes bajan el pH gástrico, resultando en una mayor actividad proteolítica y mejorando el vaciamiento gástrico. Además, los ácidos que pasan al duodeno estimulan la excreción de bicarbonatos por el páncreas. Por consiguiente, se supone que los acidificantes aumentarían la secreción exócrina de este último. La hipótesis de que los acidificantes agregados al alimento reducen el pH gastrointestinal ha sido probada en varios estudios. Sin embargo, pocos han mostrado significativamente que la acidificación de la dieta disminuyó el pH gástrico.

Una manera de entender los mecanismos detrás de las diferentes clases de productos, es usando modelos in vitro que permiten eliminar la variabilidad animal. Uno de estos sistemas es el modelo intestinal monogástrico, desarrollado por el Dr. Robert Haavenar y Mans Minekus en el Instituto TNO en Zeist, Países Bajos. Brevemente este modelo "mecánico" proporciona una continua supervisión de los parámetros naturales de la digestión y sus productos derivados. Esto puede determinar la trazabilidad de los componentes de los alimentos ingeridos, así como los posibles efectos en el animal y el impacto ambiental (Kamel, 1999).

Todo tipo de modelo de digestión tiene sus límites, pero éste ha proporcionado claramente el modo de acción de varios extractos vegetales y su posible uso en combinación con otras alternativas como por ejemplo ácidos orgánicos. Los alimentos que incluyeron extractos vegetales demostraron efectos a nivel gástrico similar a aquéllos que tenían agregados ácidos orgánicos específicos (Figura 1). Específicamente algunos extractos ejercieron un efecto ácido cuando fueron incluidos en el alimento cuya naturaleza básica podía comprometer la producción de ácido gástrico, lo que puede resultar en una menor digestibilidad del alimento y en un crecimiento excesivo potencial de bacterias patógenas.

Utilizando el modelo gastrointestinal porcino al destete, se agregaron muestras de 200g de alimento al compartimiento gástrico y se midió la cantidad de ácido necesaria para mantener el pH a un nivel de 3.0 durante un período de 6 horas. Las muestras fueron tomadas de tres grupos de lechones de un ensayo a campo (la performance resultante se muestra en la Tabla 4). Las dietas estaban basadas en trigo/soja sin suplementos enzimáticos, diferenciándose únicamente en los aditivos utilizados: control, con extracto vegetal (2g/Kg.), ácido fórmico (85%, 10 g/Kg.) o combinación de ambos. Los resultados se resumen en la Figura 1. En general, las respuestas confirman las observaciones previas donde el agregado de ciertos fenoles vegetales puede actuar como un agente estimulador de ácido frente a componentes muy básicos encontrados en la dieta para destete base trigo/cebada. La evidencia preliminar sugiere que el agregado de un ácido con un pKa bajo (ácido fórmico ó láctico) intensifica este efecto en forma temprana, 60 minutos post digestión. Si los extractos y ácidos actúan solos o en conjunto para reducir el pH gástrico significativamente, provocan influencias en los parámetros de performance (como el uso del alimento), como se ve a continuación.


Figura 1. Valores experimentales de secreción requerida de ácido gástrico para mantener un pH 3 evaluada en tres formulaciones de diferentes alimentos en el modelo gastrointestinal porcino. Los tres alimentos fueron: control (neutral) alimento sin aditivo; control con XT (extracto vegetal basado en cinamaldehído, timol y capsaicina; y control con XT + AC (ácido fórmico 85%).



Estudios in vivo compararon los beneficios en la performance del agregado de extractos vegetales y ácidos orgánicos solos o en combinación. Durante muchos años, los aditivos alimenticios han sido utilizados en dietas de animales en las primeras etapas, donde los problemas digestivos al destete traen aparejadas diarreas y disminución del crecimiento. La acidificación lenta e irregular del contenido estomacal en los animales en las primeras etapas juega un papel importante en la proliferación de E. coli, la cual produce enterotoxemia en los lechones al destete. La efectividad nutricional de los ácidos orgánicos en lechones y pollos parrilleros ha sido el resultado de su uso rutinario en las dietas. Sin embargo, los cambios de materias primas y la evidencia de microorganismos "ácido resistente" como E. coli H7:O157, ha llevado a muchos nutricionistas a usar mezclas de ácidos o una combinación de ácidos con otras alternativas, como enzimas o probióticos.

Investigaciones realizadas donde se han determinado los modos de acción de ciertos extractos y las sustancias fitogénicas activas indican que puede ocurrir un sinergismo entre esta clase de compuestos y los ácidos orgánicos. El uso de los sistemas de modelos in vitro ha mostrado una acción óptima de estos productos solos y en combinación. Una serie de ensayos en lechones post-destete se han llevado a cabo para confirmar las combinaciones antes mencionadas. Un ensayo en cerdos destetados a los 21 días de edad fue dirigido en un establecimiento comercial en Suiza. Los resultados de la Tabla 4, muestran los beneficios de la inclusión de una combinación de extractos vegetales sobre la ganancia diaria de peso vivo (mayor en un 7.3% comparado con el control) y la conversión de alimento (menor en un 5.9% comparado con el control). El agregado de ácido fórmico al extracto vegetal potenció aún más los efectos observados, así como tuvo un efecto importante en la incidencia de diarreas. La evidencia de que esta estrategia puede ser útil en la reducción del estrés asociado a los programas de destete temprano hace que actualmente numerosos estudios sean llevados a cabo para determinar los mecanismos observados in vivo.

El establecimiento de métodos de detección reproducibles para nuevos productos alternativos

Actualmente en la industria alimenticia moderna, la trazabilidad y los residuos son probablemente los dos temas de debate más "discutidos". La necesidad de ser capaces de seguir el curso de un producto y sus ingredientes activos desde el comienzo hasta la finalización se ve como un requisito fundamental. Las técnicas de detección confiables encontradas en la mayoría de los laboratorios analíticos, como CG (cromatografía gaseosa), CL (cromatografía líquida), SM (espectrofotómetro de masas) y HPLC (cromatografía líquido de alta presión) así como sus combinaciones, son necesarias para lograr este objetivo. Trabajos realizados han mostrado que los compuestos fenólicos pueden identificarse y cuantificarse con sistemas de detección que alcancen niveles de sensibilidad de picogramos de material (1 picogramo es 10-12 g). Estas técnicas analíticas serán vitales para llevar a cabo programas de trazabilidad de alimentos, así como para establecer programas de evaluación de niveles mínimos de residuos en el animal faenado, huevos y leche.


Sistemas de cultivo in vitro de células del epitelio intestinal

El primer paso en cualquier determinación de trazabilidad, es determinar que cantidad de sustancia ha atravesado el epitelio intestinal. Si la sustancia en cuestión y sus respectivos metabolitos permanecen dentro del lumen intercelular y son finalmente excretados por orina o heces, se necesita poco para verificar su deposición interna. Con respecto a esto, el sistema de células epiteliales (por ejemplo CaCo-2 capas celulares), o ciertas capas celulares intestinales primarias en cerdos, figurarán como importantes herramientas para el rastreo de estas nuevas sustancias.

De hecho, existe una extensa base de datos de publicaciones científicas que relacionan a estas células, haciéndolas una herramienta de investigación y desarrollo para muchas áreas de investigación científica. Su uso ha sido extenso en el área farmacológica especialmente, debido a que hay un alto grado de correlación entre la permeabilidad y la absorción de los agentes farmacológicos en los individuos vivos. Esto sólo demuestra una de las propiedades del sistema; prediciendo la biodisponibilidad y la absorción potencial de los compuestos activos. Además, puede utilizarse para investigar los efectos perjudiciales de nuevos compuestos luego de su ingestión.

El potencial de este sistema en los estudios de trazabilidad, seguridad y toxicidad de los extractos vegetales y sus componentes intrínsecos activos es muy importante. La investigación preliminar de extractos y sus componentes activos ha mostrado que estas sustancias pueden ser rastreadas tanto dentro como fuera de la célula. Las diferencias encontradas entre los productos fitoquímicos pueden deberse a ordenamientos de las señales celulares que se encuentran en su estructura molecular.

El futuro de este enfoque residirá en la total caracterización de estas sustancias naturales activas y en la asociación de familias de compuestos con actividades y rutas metabólicas específicas. De hecho, las investigaciones apoyan la idea de que no todos los extractos se originan de igual manera pero representan un grupo de moléculas estructural y químicamente distintas, con actividades específicas y cuantificables, algunas de las cuales son sinérgicas en la naturaleza. Basado en ensayos preliminares, combinaciones sinérgicas de principios activos vegetales se han utilizado para proporcionar beneficios a campo (Tabla 5). Los beneficios económicos en pollos parrilleros pueden por ejemplo acercarse a los resultados obtenidos con los antibióticos promotores de crecimiento.

Tabla 5. Resumen de ensayos llevados a cabo en universidades, institutos y a campo en Europa Occidental, Europa Central y Escandinavia, mostrando los efectos en la performance de pollos parrilleros al utilizar 200 ppm de extractos vegetales (basados en capsaicina y polifenoles) en el alimento final.

El ensayo está disponible por pedido al autor



Una observación general en la mayoría de estos ensayos es la evidencia de un incremento uniforme dentro de los grupos experimentales alimentados con una dieta complementada con extractos vegetales. Muchos extractos vegetales, dado sus efectos benéficos en la eficacia en el uso del alimento y en la flora “amistosa” del intestino, parecen optimizar la performance dentro de la capacidad genética de las aves. Por consiguiente, su uso puede producir beneficios importantes, llevando a un rendimiento más uniforme y rentable. Las investigaciones actuales están tomando en cuenta la preocupación pública de investigar las ventajas de la administración programada de estos aditivos fitogénicos en el animal faenado.

Mientras la mayoría de los estudios se ha enfocado en los cambios de materias primas de las dietas, los suplementos basados en extractos vegetales pueden contribuir con el color y la jugosidad de la carne, reducción de la capa de grasa intermuscular, y cambios en la cantidad y tipo de ácidos grasos. Hasta ahora, los beneficios de la inclusión de extractos vegetales como suplementos en dietas han sido ampliamente medidos en la composición del cuerpo. Esto incluye varios estudios en universidades europeas y estaciones experimentales que han mostrado importantes beneficios en la grasa posterior del animal faenado y características magras, en ausencia de deposición de residuos cuantificables de estas sustancias fitogénicas en la carne, grasa o tejidos blandos (Tabla 6).



Tabla 6 Ensayo N°1485 y 1602. Efecto de la inclusión de extractos vegetales en una dieta basada en trigo/cebada sobre las características de los animales faenados (128 cerdos en crecimiento y terminación).

Conclusiones

Los extractos vegetales representan una de varias alternativas en respuesta a la prohibición en Europa al uso de antibióticos promotores de crecimiento. Estas sustancias han sido utilizadas desde el principio de la historia humana, pero poco se conoce sobre los mecanismos que ocurren para obtener los beneficios observados tanto en el hombre como en los animales. Además, el proveedor de aditivos será el responsable de controlar las cuestiones que rodean a estos componentes como: identificación de la composición, eficacia técnica y en la performance, análisis de toxicidad, trazabilidad del alimento, análisis de residuos y riesgos frente a la exposición y manejo. Aunque será una ardua tarea, representará una propuesta responsable el informe desde la industria alimenticia hacia el consumidor.

Referencias

A disposición del lector.



Christopher Kamel, AXISS
Traducido por Ing. Agr. Juan M. Hernández Vieyra, ARGENT EXPORT S.A.



Autor: Christopher Kamel, AXISS

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15/07/2006

jose luis ramirez Medico Veterinario Mexico - México

Pueden hacerme el favor de proporcionarme referencias e información respecto al uso y acción de los extractos vegetales? Respuesta Chequeada por Engormix.com

21/07/2006

andres ortiz Veterinario Madrid - España

Sería tan amable de enviarme las referencias bibliográficas? Saludos. Respuesta Chequeada por Engormix.com

30/01/2007

Mar Fanlo Del Ruste Farmaceutica/asiga Veterinaria Aragon - España

Me gustaría conseguir la bibliografía de este artículo. Gracias y un saludo. Respuesta Chequeada por Engormix.com

30/01/2007

andres ortiz Veterinario Madrid - España

Hace 5 meses solicité las referencias bibliográficas al autor, sin respuesta hasta la fecha. Agradecería contestación al respecto. Saludos. Respuesta Chequeada por Engormix.com

21/05/2007

Cristina Martinez Invertigador Agrario/ Murcia - España

¿Ppdría hacerme el favor de mandarme las referencias sobre este tema? Gracias Respuesta Chequeada por Engormix.com

05/06/2007

Juan Carlos Ritrovato Comercial Buenos Aires - Argentina

Estimados amigos, adjunto las referencia solicitadas: Aeschbach R., Löliger, J. Scott, B.D., Murcia, A., Butler, J. Halliwell, B and Aruoma, O.I. (1994). Antioxidant actions of thymol, carvacrol, 6-gingerol, zingerone and hydroxytyrosol. Food Chemistry and Toxicology, 32(1), 31-6. Apisariyakul A., Vanittanakom, N., Buddhasukh, D. (1995). Antifungal activity of turmeric oil extracted from Curcuma longa (Zingiberaceae). Journal of Ethnopharmacology, 49(3), 163-9. Charalambous, G. (ed) (1994). Spices, herbs and edible fungi. Elsevier, London. Friedman, M. and Jurgens H. (1999). Effect of pH on the stability of plant polyphenols. U.S. Agriculture Research Report, United States Department of Agriculture. Kamel, C. (1999). Novel tools to test new feed additives. Feed International, 20(8), 22-26. Mbwambo, Z.., Luyengi, L. and Kinghorn, D. (1996). Phytochemicals: A glimpse into their structural and biological variation. International Journal of Pharmacognosy, 34(5), 335-343. Petit, P., Sauvaire, Y., Ponsin, G., Manteghetti, M. Fave, A. and Ribes, G. (1993). Effects of a fenugreek seed extract on feeding behaviour in the rat: Metabolic-endocrine correlates. Pharmacology Biochemistry and Behavior, 45, 369-74. Platel, K. and Srinivasan K. (1996). Influence of dietary spices or their active principles on digestive enzymes of small intestinal mucosa in rats. International Journal of Food Science and Nutrition, 47(1), 55-9. Richard, H. (ed) (1992). Spices and aromats, Lavoisier, Paris. Türii, M., Türi, E., Koljalg, S., and Mikelsaar, M. (1997). Influence of aqueous extracts of medicinal plants on surface hyhobicity of Escherichia coli strains of different origin. APMIS, 105, 956-62. Saludos Respuesta Chequeada por Engormix.com