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La Vitamina D y sus metabolitos en avicultura. Metabolismo y funciones

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La vitamina D es una vitamina liposoluble que los animales obtienen por la exposición al sol del metabolito del colesterol 7-dehidrocolesterol. Este metabolito se encuentra ampliamente distribuido en las membranas de las células de la epidermis y la dermis y por efecto de la luz ultravioleta se transforma de forma eficaz en colecalciferol o vitamina D3, siendo ésta liberada al espacio extracelular y pasando posteriormente al torrente sanguíneo. Además de la vitamina D de origen endógeno, los animales también pueden obtener la misma a partir de su dieta como colecalciferol natural propio de los ingredientes de origen animal o como colecalciferol sintético -como aditivo alimentario- así como, en menor grado, como ergocalciferol -vitamina D2- propio de los ingredientes de origen vegetal -Fieser y Fieser, 1959-.

La VITAMINA D y sus metabolitos en avicultura

Metabolismo y funciones

Alfred Blanch y Marta Olivé

Andersen S.A. - Rubinum S.A.

La vitamina D es una vitamina liposoluble que los animales obtienen por la exposición al sol del metabolito del colesterol 7-dehidrocolesterol. Este metabolito se encuentra ampliamente distribuido en las membranas de las células de la epidermis y la dermis y por efecto de la luz ultravioleta se transforma de forma eficaz en colecalciferol o vitamina D3, siendo ésta liberada al espacio extracelular y pasando posteriormente al torrente sanguíneo. Además de la vitamina D de origen endógeno, los animales también pueden obtener la misma a partir de su dieta como colecalciferol natural propio de los ingredientes de origen animal o como colecalciferol sintético -como aditivo alimentario- así como, en menor grado, como ergocalciferol -vitamina D2- propio de los ingredientes de origen vegetal -Fieser y Fieser, 1959-.

Debido a su naturaleza liposoluble, la vitamina D de la dieta -ya sea D2 o D3- es absorbida junto con otros lípidos mayoritariamente en la parte superior del yeyuno mediante difusión a través de micelas -Holick, 1995-. La eficacia de la absorción de la vitamina D es dependiente de la presencia de grasa en el lumen intestinal, presencia que provoca la secreción de ácidos biliares y de lipasa pancreática -Weber 1981, 1983-. Los ácidos biliares inician la emulsificación de los lípidos de la dieta mientras que la lipasa pancreática hidroliza los triglicéridos en monoglicéridos y ácidos grasos libres, procesos necesarios para la formación de micelas, la cuales contienen las distintas moléculas lipídicas, entre ellas la vitamina D, y se difunden en los enterocitos.

Una vez en la pared intestinal, la vitamina D, conjuntamente con otros lípidos, es captada por los quilomicrones, los cuales pasan a nivel sistémico a través de los vasos linfáticos. Desde el sistema linfático la vitamina D es transferida a la circulación sanguínea mediante su proteína transportadora DBP –“vitamin D-Binding-Protein”, en inglés- para ser conducida a los distintos tejidos grasos periféricos -Jones, 2008-. Sin embargo, la vitamina D muestra una menor afinidad por la BDP que algunos de sus propios metabolitos -Haddad y col., 1976; Kawaki y col., 1979-, hecho que limitará la circulación de la misma a nivel sistémico y por tanto la eficacia de su utilización por el organismo animal. Además, tal como indican Soares y col., 1995, en las aves la DBP no se une a la vitamina D2 o ergocalciferol y por lo tanto esta forma de origen vegetal no es de utilidad en su alimentación. Cabe señalar que una parte de la vitamina D absorbida a nivel intestinal se transporta junto con aminoácidos e hidratos de carbono por medio del sistema portal directamente al hígado. A diferencia de otras vitaminas liposolubles, la vitamina D prácticamente no se almacena en el hígado sino en el tejido graso -Bar y col., 1980-.

Es bien sabido que la llamada “vitamina D” no presenta per se actividad metabólica, por lo que en realidad es una provitamina -Lesson y Summers, 2001; De Luca., 2004-. Así pues, el colecalciferol es transportado desde los tejidos adiposos al hígado por la DBP y ahí es hidroxilado por la enzima 25-hidroxilasa, convirtiéndose en 25-hidroxivitamina D3 o calcidiol, principal forma circulante y de almacenamiento de la vitamina D3. Es muy importante señalar que no se da ningún mecanismo de retroalimentación negativa para la regulación de la 25-hidroxilasa -Strushkevich y col., 2008-, por lo que su función no llega a verse limitada y de esta forma un incremento de la ingesta de vitamina D derivará siempre en un aumento de los niveles sanguíneos de 25-hidroxivitamina D3, tal como se muestra en la figura 1 -Goff y Horst, 1995-.

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Fig. 1. Nivel plasmático de 25-dihidroxivitamina D3 y 1,25-dihidroxivitamina D3 post administración de vitamina D3 en la dieta (Adaptado de Goff y Horst, 1995)

La 25-hidroxivitamina D3 es un metabolito intermedio y por si solo sigue siendo metabólicamente inactivo. Una segunda hidroxilación será necesaria para obtener la forma biológicamente activa de la vitamina D - De Luca., 2004 -. Así, la 25-hidroxivitamina D3 es transportada desde el hígado en sangre, de nuevo por las DBP, hasta el riñón. La 25-hidroxivitamina D3 muestra una altísima afinidad por la DBP, muy superior a la de su forma precursora –colecalciferol-, siendo pues la 25-hidroxivitamina D3 la forma predominante en el torrente sanguíneo -Haddad y col., 1976; Kawaki y col., 1979-. En el riñón, por la acción de la enzima CYP27B1 o 1α-hidroxilasa se realiza una segunda hidroxilación para generarse la 1,25-dihidroxivitamina D3 o calcitriol, que es finalmente la forma biológicamente activa de la vitamina D -Haussler y Rasmussen, 1972-. Aunque la enzima CYP27B1 se expresa predominantemente en el riñón, también se ha demostrado que existe en otros tejidos como los ganglios linfáticos y la piel -Hewison y col., 2000-. Es importante señalar que la cantidad de vitamina D que llega a convertirse en 1,25-dihidroxivitamina D3 está fuertemente regulada por distintos factores y consecuentemente sólo una pequeña parte de la vitamina D llega a convertirse en su forma biológicamente activa. Los responsables de dicha regulación serán los niveles plasmáticos de diversas sustancias como la hormona paratiroidea –PTH-, la hormona del crecimiento –HC-, los estrógenos –Es-, el calcio y fósforo en sangre, así como la calcitonina -Bachmann, 2004; Jones 2008-. Así pues, al no depender la síntesis de 1,25-dihidroxivitamina D3 tan sólo de la disponibilidad de vitamina D, los incrementos en el contenido de ésta en la dieta de los animales no derivarán necesariamente en un aumento de la síntesis de la forma activa 1,25-dihidroxivitamina D3 y por tanto tampoco de sus niveles en plasma, tal como observaron Goff y Horst –1995- en pollos de engorde y como también se muestra en la figura 1.

Asimismo, y por la estricta regulación de la actividad de la enzima CYP27B1, los incrementos en el aporte de 25-hidroxivitamina D3 en la dieta no derivarán necesariamente en concentraciones superiores de la forma activa 1,25-dihidroxivitamina D3 en plasma, tal como observaron en 1996 Bachmann y col. en pollos de engorde -figura 2-. Más recientemente se ha demostrado que aquella cantidad de 25-hidroxivitamina D3 que no pueda ser metabolizada por la enzima CYP27B1 a 1,25-dihidroxivitamina D3 será transformada por la enzima CYP24A1 a 24,25(OH)2D, forma inactiva de la vitamina D destinada a la excreción -Jones, 2008-.

Respecto a la regulación de la enzima CYP27B1 o 1α-hidroxilasa, los niveles plasmáticos bajos de calcio estimulan la secreción de la PTH y ésta activa la enzima 1α-hidroxilasa para la producción del 1,25-dihidroxivitamina D3, mayoritariamente en las células del túbulo renal proximal. Al alcanzar los niveles normales de calcio plasmático se detiene la producción de la PTH y consecuentemente del 1,25-dihidroxivitamina D3 o vitamina D activa. Por otra parte, el factor de crecimiento fibroblástico -FGF23- también estimula la producción de la enzima CYP27B1 por medio de su acción hipofosfatémica derivada de su actividad sobre la excreción renal del fosfato -Liu y col., 2007-. Finalmente, hormonas como la HC o los estrógenos han sido implicadas en la secreción del 1,25-dihidroxivitamina D3 pero parece ser que su acción estaría relacionada con niveles bajos de calcio en plasma y la consecuente presencia de la PTH - Hurwitz, 1996 -.

En la figura 3 se muestran esquemáticamente los principales pasos del metabolismo de la vitamina D.

En 2012, Leeson señaló que en los siguientes 10 o 15 años el límite para el crecimiento y el bienestar de los pollos, así como para la productividad de las gallinas ponedoras, serán las alteraciones metabólicas relacionadas con la integridad de su esqueleto, constituyendo uno de los principales retos para los productores avícolas. En este sentido, como veremos a continuación, la disponibilidad de la forma activa de la vitamina D va a ser determinante para un correcto desarrollo y mantenimiento del esqueleto de las aves.

Funciones del 1,25-dihidroxivitamina D3

Por el interés que genera la vitamina D en nutrición, tanto humana como animal, su acción se ha estudiado ampliamente a lo largo de los años. De ese modo, se ha confirmado que la acción biológica de la vitamina D3 está condicionada a la unión del 1,25-dihidroxivitamina D3 con los receptores específicos de la vitamina D –VDR-, situados en el núcleo o en la membrana plasmática de las células de diferentes tejidos. A diferencia del resto de metabolitos de la vitamina D, como se ha indicado anteriormente, el 1,25-dihidroxivitamina D3 es considerado el único realmente activo y ello es debido a su mayor afinidad por los VDR - Jones, 2008 -.

Como bien se expone previamente, existen varios tejidos que poseen la enzima CYP27B1, esencial para la formación de 1,25-dihidroxivitamina D3. En algunos casos, la producción paracrina de este metabolito permite su acción de forma local en las células vecinas -Norman, 2008-. A pesar de ello, se mantiene el riñón como órgano principal para la síntesis de 1,25-dihidroxivitamina D3 que, una vez formado, pasa a circulación y es transportado hasta todos sus órganos diana.

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Fig. 2. Nivel plasmático de 25-hidroxivitamina D3 y 1,25-dihidroxivitamina D3 post administración de 25-hidroxivitamina D3 en la dieta (Adaptado de Bachmann y col., 1996)

Tal como describe el mismo autor -Norman, 2008-, existen 36 tejidos cuyas células presentan VDR y que, por tanto, pueden producir algún tipo de respuesta cuando el 1,25-dihidroxivitamina D3 está presente. Anteriormente, Hurwitz –1996- había referenciado el hecho de que algunos de estos tejidos dónde se expresa el VDR, como por ejemplo piel, ovario, páncreas y linfocitos, no están implicados en el sistema de regulación del calcio, aunque gran parte de la información disponible en la bibliografía científica hace referencia a la acción que el metabolito activo de la vitamina D ejerce sobre varios tejidos que sí intervienen en la homeostasis de este mineral.

Así, de forma clásica se conoce este metabolito por su acción a nivel intestinal favoreciendo la absorción de calcio y fósforo proveniente de la dieta -Cheng, 2004-, estimulando la movilización de estos componentes en el hueso y aumentando su reabsorción a nivel renal -Norman, 2008-.

La acción del 1,25-dihidroxivitamina D3 en el intestino es una de las más importantes que se asocian a esta molécula. Por una parte, existe una respuesta rápida de reclutamiento de los canales epiteliales de calcio -ECaC2- presintetizados y canales transportadores CaT1, provocando un aumento de la absorción de calcio. Por otro lado, se produce una respuesta lenta que consiste en la formación de nuevos canales de calcio y síntesis de proteínas ligadoras -calbindinas- encargadas del transporte intracelular del calcio y de transportadores de calcio. El 1,25-dihidroxivitamina D3 también aumenta la producción de PMCA, la bomba de calcio de la membrana plasmática con acción ATPasa, necesaria para el paso del calcio desde el enterocito hacia la circulación a través de la membrana basolateral -Gil, 2010-.

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Fig. 3. Metabolismo de la vitamina D

De la misma manera que ocurre a nivel intestinal, los efectos del 1,25-dihidroxivitamina D3 en otros tejidos también se producen mediante mecanismos lentos o genómicos y rápidos o no-genómicos -Norman, 1993-, ambos importantes tanto para mantener la homeostasis del calcio como para una correcta formación y remodelación del esqueleto del animal.

La respuesta no-genómica, o respuesta rápida, aparece como consecuencia de la unión de 1,25-dihidroxivitamina D3 con los VDRs presentes en la membrana plasmática de las células -Huhtakangas 2004-. Este mecanismo generalmente conlleva cambios en los canales iónicos de la membrana, activación de sistemas de mensajero secundario y el aumento de la concentración de calcio citoplasmático. Algunos de los efectos resultantes de esta unión son, por ejemplo, la abertura de canales de calcio y cloruro voltaje dependientes en osteoblastos y la rápida absorción de calcio a nivel intestinal -Norman, 2006-, como se ha comentado anteriormente.

Por otro lado, la respuesta genómica de los tejidos se debe a la unión de 1,25-dihidroxivitamina D3 a los VDRs que se encuentran en el núcleo de la célula, regulando de ese modo, la transcripción de algunos genes. Mediante este mecanismo se consigue, entre otros efectos, el control de la expresión de, como mínimo, 11 genes implicados en la homeostasis del calcio y formación-degradación ósea -Feldman y col., 2011-. Algunas de las células en las que se observa esta respuesta genómica son los osteoblastos y osteoclastos, la maduración de los cuales se ve estimulada por esta vía consiguiendo así una correcta remodelación ósea -Jurutka y col., 2007; Feldman y col., 2011-.

En definitiva, el 1,25-dihidroxivitamina D3 actúa mediante diferentes mecanismos sobre varios tejidos importantes para la homeostasis del calcio como intestino, riñón y hueso, el cual experimenta, como explican Haussler y col. –2008-, una remodelación asociada al mantenimiento del esqueleto y reducción de fracturas de tipo osteoporótico.

Fuentes de 1,25-dihidroxivitamina D3

En nutrición animal podemos decir que la vitamina D se obtiene básicamente a través la dieta puesto que las condiciones intensivas que caracterizan la producción actual no facilitan su síntesis de forma endógena. Actualmente existen en el mercado varias fuentes, sintéticas y naturales, con algún grado de actividad de vitamina D. Sin embargo, al ser compuestos diferentes, presentan características y efectos distintos.

Entre las fuentes sintéticas encontramos la vitamina D3 o colecalciferol, el compuesto más producido a nivel industrial para alimentación humana y animales domésticos. La vitamina D3 se considera, como se ha explicado anteriormente, un metabolito inactivo y, aunque previene problemas de raquitismo, se ha visto que en aves de crecimiento rápido no es capaz de prevenir problemas de discondroplasia tibial -Edwards, 1990; Xu y col., 1997-. En la Unión Europea, debido a su acumulación en los tejidos animales, existen niveles de inclusión máximos de vitamina D3 en pienso -Directiva 70/524/EEC-.

Otro aditivo con actividad de vitamina D3, disponible hoy en día en el mercado, es el calcitriol o 25-hidroxivitamina D3. Éste constituye el metabolito intermedio de la vitamina D considerado como forma de almacenaje y su vida media es de entre 10 y 15 días -Jones, 2008-. Al igual que ocurre con la vitamina D3, éste metabolito también puede prevenir y curar problemas de raquitismo y su uso también está regulado a nivel europeo por la misma directiva anteriormente citada.

Finalmente, encontramos el 1,25-dihidroxivitamina D3 sintetizado para su uso farmacéutico en la prevención y cura de la osteoporosis en humanos y así reforzar al mismo metabolito producido de forma fisiológica por el organismo. Según Edwards –1978-, este metabolito es eficaz tanto para combatir problemas de raquitismo como de discondroplasia tibial en aves, aunque el elevado coste que supone su síntesis no hace rentable su uso en alimentación animal.

Actualmente existe en el mercado 1,25-dihidroxivitamina D3 de origen natural, obtenido a partir de la planta Solanum glaucophyllum. Esta planta ha sido ampliamente estudiada y sus efectos en avicultura han sido descritos por diferentes autores -Horst y col., 2003; Cheng y col., 2004; Fuller y col. 2005; Bachmann, 2013-. Las investigaciones de algunas plantas del género Solanum, el consumo de las cuales aumenta la absorción de calcio, empezaron en los años 70 señalando como sustancia activa de estas plantas el 1,25-dihidroxivitamina D3 glucosídico. Tal como sugería el estudio de Boland en 1978, y más tarde confirmado por Bachmann y col. -2012-, este metabolito, una vez en el intestino y mediante la acción de las enzimas digestivas, sufre una hidrólisis de la parte glucosídica, de manera que el metabolito activo de la vitamina D se libera lentamente para su posterior absorción. El componente glucosídico proporciona termoestabilidad al 1,25-dihidroxivitamina D3 y su lenta liberación garantiza una absorción progresiva. Otra ventaja del 1,25-dihidroxivitamina D3 es la corta duración de su vida media -Jones, 2008-, reduciéndose sustancialmente el riesgo de toxicidad.

El uso de 1,25-dihidroxivitamina D3 en los piensos para las aves supondrá, con toda seguridad, un avance en la productividad de las mismas ya que su aprovechamiento es independiente de los límites del metabolismo del calcio determinados por la genética del animal.

Bibliografía

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