Large Animals Review, Anno 9, n. 4, Agosto 2003 27 GLUTAMMINA ED ALIMENTAZIONE DEL SUINETTO SVEZZATO: UN BINOMIO DA VALUTARE FINO IN FONDO FRANCESCO CANZI Medico Veterinario - Nutrizionista - Spec.ndo in Patologia Suina Via Bergamo 6 - 20066 Melzo (Mi) Riassunto La Glutammina, un aminoacido non essenziale incluso tra i venti aminoacidi fondamentali per la struttura proteica, sembra giocare un ruolo determinante non tanto nel soddisfacimento dei fabbisogni alimentari in condizioni di normalità, quanto nel supporto nutrizionale in corso di patologia, soprattutto se consideriamo le necessità dei giovani suini nella fase di post svezzamento. Questo aminoacido, infatti, è strettamente indispensabile per lo sviluppo di determinati organi e sistemi, tra cui annoveriamo, in primo luogo, la struttura anatomica dell’apparato gastroenterico ed il corretto funzionamento del Sistema Immunitario, giocando quindi un ruolo fondamentale nella mitosi di cellule a rapida moltiplicazione. L’impiego della Glutammina potrebbe così rientrare nella prevenzione e nella terapia di supporto in corso di gravi patologie infettive di natura enterica, polmonare o sistemiche che siano, con il fine di prevenire il transito di batteri attraverso la parete intestinale stessa e di sostenere l’organismo animale impegnato nella risposta immunitaria di carattere locale o generalizzata. Un simile impiego potrebbe quindi contribuire nel ridurre le perdite animali in corso d’infezione e nel prevenire (o perlomeno tentare di ridurre d’intensità) quei gravi stati catabolici che colpiscono alcuni giovani soggetti (“scarti”) nei periodi postinfettivi e che rappresentano sia gli strascichi di un’incompleta guarigione dalla patologia subita (soprattutto enterica e polmonare), che un probabile ed insufficiente apporto (endogeno o alimentare) della Glutammina stessa. Numerosi sono gli studi effettuati sulla Glutammina per la Nutrizione Parenterale in campo umano, mentre nel settore veterinario ancora pochi sono i dati sperimentali che ci possono guidare nell’utilizzo quotidiano di un simile aminoacido, utilizzo da effettuarsi all’interno di formulazioni mangimistiche destinate ai giovani suini. In questo articolo si è cercato così di fare un po’ di chiarezza e d’informazione sulle reali necessità di questa integrazione aminoacidica, non essenziale in condizioni di normalità sanitaria (come lo è, al contrario, l’aggiunta di Lisina, di Triptofano, di Treonina o di Metionina), ma che, al contrario, diviene fondamentale in condizioni patologiche. Summary Glutamine, a non-essential amino acid included among the twenty fundamental amino acids for its proteic structure, seems to play a crucial role, not so much as regards the fulfilment of food requirements in normal condition, but as to the nutritional support during a pathology, especially when referred to the requirements of young pigs in their postweaning. This amino acid is strictly indispensable for the development of specified organs and systems – first of all the anatomic structure of the gastroenteric system and the correct functioning of the immune system – and, consequently, it plays a basic role in the mitosis of the cells which multiply rapidly. Thus, Glutamine might be used in the prevention and in the support therapy of seriously infectious pathologies – whether enteric, pulmonary or systemic – with the aim of preventing the transit of bacteria along the intestinal wall itself and of supporting the animal organism involved in a local or general immunologic response. Glutamine might contribute to reducing the losses of animals, victims of infections, and to preventing – or at least to abating the intensity of those serious catabolic states affecting some young subjects in post-infective periods. These states represent the after-effects of an imperfect recovery from the suffered pathology (above all enteric and pulmonary) but also a probable and insufficient input (endogenous or alimentary) of Glutamine itself. There are numerous studies on Glutamine applied to human parental therapy, whereas, in the veterinary field, there are very few experimental data which can guide us to the daily use of this amino acid, a use to be related to feed formulations destined to young pigs. This article means to clarify and inform on the real need as a supplement of such amino acid, which is not essential in condition of sanitary normality (unlike the supplement of Lysine, Tryptophan, Treonine or of Methionine, which is necessary) but which becomes fundamental in the presence of a pathology. 28 Glutammina ed alimentazione del suinetto svezzato: un binomio da valutare fino in fondo INTRODUZIONE CENNI DI NUTRIZIONE PROTEICA Negli ultimi anni sono state molte le sperimentazioni che hanno preso la specie suina come modello di partenza ed i cui risultati finali sono serviti per meglio comprendere ed affrontare alcune patologie tipiche dell’uomo, patologie il cui modello sperimentale trovava appunto in questa specie animale un importantissimo campo d’applicazione (es. xenotrapianti, patologie cardiocircolatorie, …). Tra le tante, alcune riguardano, senz’ombra di dubbio, l’utilizzo della Glutammina, un aminoacido non essenziale che ultimamente ha suscitato, nonostante la sua massiccia presenza in un organismo animale sano, un grandissimo interesse per tutti quei risvolti terapeutici dimostratisi di grande utilità nelle tecniche di Nutrizione Parenterale Umana. L’analogia esistente tra molti processi fisiologici del maiale con quelli tipici dell’uomo - tratto Gastroenterico compreso - se da una parte ha favorito l’impiego di questo animale per poter approfondire gli effetti positivi che la Glutammina avrebbe sull’organismo umano, dall’altra potrebbe consentire, a chi si occupa di patologia suina, di attingere dati fondamentali dalle stesse, identiche, sperimentazioni, permettendosi, in questo modo, di poter calibrare al meglio le proprie linee d’intervento. Così, la reale efficacia della Glutammina è stata valutata nell’ambito delle terapie di supporto introdotte di routine nel controllo di patologie fortemente debilitanti (perlopiù a sfondo catabolico) quali tumori, chemioterapia, gravi e generalizzati stati infiammatori ed infettivi (es. HIV), traumi, preparazione e controllo per trapianti ed interventi chirurgici potenzialmente debilitanti, terapia intensiva neonatale ed altro1. In particolare, l’impiego terapeutico che si fa dell’aminoacido in questione si lega in modo inscindibile ai lunghi periodi di Nutrizione Parenterale che vengono utilizzati nel corso delle patologie di cui vi ho appena accennato, periodi di nutrizione parenterale che, tra l’altro, conducono molto spesso all’insorgenza di una diffusa atrofia della parete intestinale. Si materializza così l’elevato rischio di transito di batteri e tossine attraverso la parete intestinale stessa, con l’inevitabile insorgenza di un grave e generalizzato stato infettivo. Ecco il perché, ancora una volta, è stato preso come modello sperimentale il suino, ed in questo caso particolare il suinetto, proprio perché in questo giovane animale si evidenzia, nella prima settimana post svezzamento, la stessa, identica, atrofia intestinale. Qui le cause, ovviamente, sono diverse da quelle evidenziate nell’uomo e si manifestano in una forma del tutto transitoria (essenzialmente riconducibile ad una mancanza improvvisa del latte, ad un’inadeguatezza temporale dello sviluppo del sistema digestivo intestinale e ad una ingestione di mangime sostanzialmente ridotta), anche se poi il modello sperimentale ricalca appieno le condizioni funzionali evidenziate nella patologia umana. Ecco che quindi un aminoacido, classificato come “Non Essenziale” per l’uomo ed il suino, se osservato da una prospettiva del tutto nuova, cambia radicalmente faccia, passando, a pieno diritto, nella ben più nobile categoria degli “Aminoacidi Essenziali”. L’esempio della Glutammina ci dimostra così, ancora una volta, come molti degli studi finalizzati alla risoluzione di patologie dell’uomo possano essere sfruttati contemporaneamente per delle possibili applicazioni di carattere zootecnico. Nell’alimentazione proteica diversi sono i fattori che devono essere tenuti in gran considerazione in corso di formulazione ed in questo paragrafo, per non dilungarci inutilmente in concetti che ci allontanerebbero troppo dal discorso intrapreso, accenneremo soltanto ad alcuni di questi. Come già detto in precedenza, nonostante la Glutammina non rappresenti un Aminoacido Essenziale - perlomeno in condizioni di normalità fisiologica e sanitaria - lo può diventare, a tutti gli effetti, nel corso di gravi e debilitanti patologie. Partendo semplicemente con il parlare di Aminoacidi, possiamo dire che, sebbene siano numerosissimi quelli ormai identificati in natura, soltanto venti tra tutti questi rientrano in modo specifico e con assoluta regolarità nella composizione chimica delle strutture proteiche (Tab. 1). Per quanto riguarda poi il numero dei cosiddetti Aminoacidi Essenziali (impossibili da sintetizzare direttamente nell’organismo animale e da introdurre obbligatoriamente con la dieta), riconducibile ad un animale in perfetto stato sanitario, considerato nel periodo di crescita e riferibile, in questo caso particolare, ai fabbisogni del suino, mi limito semplicemente a fornirvi un breve elenco nella Tabella 2. Tabella 1 I venti aminoacidi presenti nelle strutture proteiche Alanina (Ala) Tirosina (Tir) Serina (Ser) Istidina (His) Acido Aspartico (Asp) Lisina (Lys) Arginina (Arg) Prolina (Pro) Valina (Val) Asparagina (Asn) Treonina (Thr) Metionina (Met) Acido Glutammico (Glu) Glicina (Gly) Leucina (Leu) Triptofano (Trp) Cisteina (Cys) Fenilalanina (Phe) Isoleucina (Ile) Glutammina (Gln) Tabella 2 Aminoacidi Essenziali per il Suino - Isoleucina - Leucina - Lisina - Metionina - Fenilalanina - Treonina - Triptofano - Valina *Il suino è in grado di sintetizzare Arginina e Istidina, due aminoacidi che, al contrario, sono essenziali per uomo, ratto e pulcino (quest’ultimo necessita anche un’aggiunta supplementare di Glicina). Large Animals Review, Anno 9, n. 4, Agosto 2003 Dalle due Tabelle viste in precedenza ne consegue una terza, importantissima, conclusione teorico-pratica che, sempre riferita ad un perfetto stato di salute, ci ha portato, negli anni, a parlare di una Proteina Ideale, capace di massimizzare le prestazioni e di ridurre, contemporaneamente, Tabella 3 Composizione aminoacidica della proteina ideale per l’accrescimento muscolare dei suini (NRC – 1998) Lisina Arginina Istidina Isoleucina Leucina Metionina Metionina + Cistina Fenilalanina Fenilalanina + Tirosina Treonina Triptofano Valina 100 48 32 54 102 27 55 60 93 60 18 68 Tabella 4 Fabbisogni proteici ed aminoacidici di suinetti in crescita (NRC – 1998) Peso dei suini (kg) ED (Kcal/kg) EM (Kcal/kg) *Proteina Grezza (%) 3-5 5 - 10 10 - 20 3400 3265 26,0 3400 3265 23,7 3400 3265 20,9 Valori espressi in % Arginina Istidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina Metionina + Cistina Fenilalanina Fenilalanina + Tirosina Treonina Triptofano Valina 0,59 0,48 0,83 1,50 1,50 0,40 0,86 0,90 1,41 0,98 0,27 1,04 0,54 0,43 0,73 1,32 1,35 0,35 0,76 0,80 1,25 0,86 0,24 0,92 0,46 0,36 0,63 1,12 1,15 0,30 0,65 0,68 1,06 0,74 0,21 0,79 * In Italia, difficilmente si raggiungono questi valori, sia per le linee genetiche utilizzate, sia per la tipologia d’allevamento praticata. Tabella 5 Struttura chimica della Glutammina O=C – NH2 | CH2 | CH2 | NH2 – C – H | COOH 29 inutili sprechi alimentari, pericolose contaminazioni ambientali, squilibri nutrizionali di varia natura e rischiosi stati carenziali. In Tabella 3 riporto così l’indicazione di una Proteina Ideale proposta da NRC (1998)11 e formulata pensando in modo specifico all’accrescimento muscolare dei soggetti, mentre in Tabella 4 sono riassunti i fabbisogni proteici per la crescita di suinetti di poche settimane di vita, settimane che riguardano da molto vicino l’influenza potenzialmente positiva manifestata dalla Glutammina. Da queste indicazioni nutrizionali si evidenzia come la Glutammina non venga praticamente mai presa in considerazione all’interno dei fabbisogni alimentari, mentre figura come semplice elemento costituente nell’elenco dei venti aminoacidi presenti nelle proteine. Tutto ciò è praticamente riconducibile al fatto che, come vedremo in seguito, questo aminoacido, in condizioni di assoluta normalità (è questo l’evidente caso dei fabbisogni nutrizionali mostrati in tabella!), viene sintetizzato in larga misura da consolidati processi biochimici (presenti soprattutto nel Fegato ma anche nei Muscoli e nell’Intestino), mentre poi, in particolari condizioni patologiche, si trasforma in Aminoacido Essenziale, utile sia per il mantenimento della struttura e della funzionalità della parete intestinale che per il sostentamento dell’attività del sistema immunitario locale e generalizzato (Tab. 5). PRINCIPALI ATTIVITÀ DELLA GLUTAMMINA La Glutammina fa parte, come già anticipato, della categoria degli aminoacidi non essenziali e, tra le altre cose, è anche l’aminoacido libero più rappresentativo all’interno dell’organismo di un mammifero2, presente quindi in elevate concentrazioni sia nel sangue che nel latte (nel latte di scrofa, a 21 giorni di lattazione, la Glutammina è l’aminoacido libero con la più alta concentrazione, raggiungendo 1,93 mmol/lt3. A seguito di questa sua forte presenza, rientra da protagonista in un numero estremamente elevato di processi biochimici. Tra tutti quelli evidenziati, due sono comunque le strutture metaboliche ed anatomiche maggiormente interessate dall’attività della Glutammina stessa e queste sono appunto l’Apparato Gastroenterico ed il Sistema Immunitario (inteso sia come difesa locale a livello intestinale che come attività rivolta all’intero organismo). Le strutture anatomico-funzionali dell’Apparato Gastroenterico si qualificano così come le più grandi consumatrici di Glutammina, anche se poi, all’interno di questo, è proprio l’intestino Tenue che riveste sicuramente il ruolo di utilizzatore principale dell’aminoacido in questione. La Glutammina, infatti, rappresenta, soprattutto se riportata ad animali di giovane età, la principale fonte energetica per le cellule intestinali, gli Enterociti appunto1, 2, 3, 4, 5, 6, dimostrandosi altrettanto indispensabile per consentire la replicazione e la differenziazione dei Linfociti Intestinali Intraparietali. Comunque sia e al di là di questo primo e fondamentale compito, la quota di Glutammina somministrata con l’alimento e non utilizzata direttamente dall’epitelio intestinale, una volta assorbita viene impiegata principalmente - ed in quantitativi decrescenti a seconda dei singoli fabbisogni - da Milza, Linfonodi, Fegato, Reni e Muscoli4. 30 Glutammina ed alimentazione del suinetto svezzato: un binomio da valutare fino in fondo L’intestino quindi, il Tenue come già accennato ed il Digiuno in modo particolare, resta comunque il maggior consumatore finale di questo aminoacido, sottraendo per i propri fabbisogni fisiologici ben più del 25% della Glutammina totale presente nel circolo ematico7. Tutto questo è riconducibile al fatto che la Glutammina è praticamente indispensabile per tutte quelle cellule che si trovano in una fase di rapidissima mitosi ed accrescimento, così come sono in una pressoché costante, tumultuosa e rapidissima mitosi gli Enterociti e le cellule del sistema immunitario presenti a livello intestinale 8, e ciò è particolarmente vero se prendiamo in considerazione dei giovani animali in fase di crescita. Così, al di là della semplice constatazione scientifica che ci spiega come la Glutammina possa essere trasformata in Arginina e Prolina4 (due aminoacidi non essenziali sintetizzati direttamente dal metabolismo cellulare) ed essere quindi capace di dare un incontestabile slancio anabolico agli organismi in accrescimento, l’evidenza che tale aminoacido sia associato in modo ineluttabile al rapido moltiplicarsi delle cellule è legata al fatto che la Glutammina stessa è l’importantissimo precursore implicato nella sintesi di Purine e Pirimidine. Tra le Pirimidine annoveriamo la Citosina, la Timina e l’Uracile, mentre Adenina e Guanina rappresentano le due basi Puriniche presenti anch’esse nella tipica struttura degli acidi nucleici. Ecco quindi come la Glutammina svolga un compito fondamentale nella sintesi di questi importantissimi costituenti (DNA ed RNA per inteso), dimostrandosi, così, strettamente legata alla proliferazione cellulare ed alla sintesi proteica in genere, non limitandosi a giocare - nel ruolo di aminoacido – la semplice parte di costituente chimico delle proteine stesse3, 4, 7. Per quel che riguarda la sintesi degli Acidi Nucleici, comunque, l’apporto alimentare di Glutammina, in condizioni di normalità, rappresenta l’aspetto quantitativamente meno importante di un processo che si basa fondamentalmente sull’apporto endogeno dell’aminoacido in questione4, apporto garantito e regolato in prima battuta dall’attività del parenchima epatico, particolarmente ricco sia di Glutammina Sintetasi (enzima che opera nella sintesi di Glutammina) che di Glutamminasi (enzima implicato nell’attività di degradazione della stessa)9. Scendendo un poco di più nei particolari possiamo dire poi che il gruppo amidico della Glutammina è utilizzato, a livello citoplasmatico, nella sintesi di Purine e Pirimidine, mentre la catena di carbonio segue il percorso che conduce dritto alla sintesi di Prolina, Arginina ed Ornitina, sintesi avviata, in questo caso, a livello mitocondriale7. Dobbiamo aggiungere poi che le cellule intestinali, siano esse presenti nelle cripte o lungo la struttura dei villi, non sono soltanto in grado di utilizzare, per i propri fini metabolici, la Glutammina contenuta nell’alimento o nel circolo ematico ma, grazie alla presenza di Glutammina Sintetasi all’interno del loro corredo enzimatico, sono in grado anch’esse di sintetizzarla direttamente sul posto 7. Se poi la Glutammina, da un lato rientra come fattore determinante nella produzione della matrice extracellulare, contribuendo in modo diretto nel mantenimento di una corretta struttura anatomica della mucosa intestina- le (con particolare riguardo alle Tight Junctions), dall’altro è, di fatto, un potenziale precursore di N-Acetilgalattosamina e N-Acetilglucosamina, rientrando così, a pieno diritto, nella sintesi di muco e nel mantenimento di quell’integrità della barriera intestinale così importante, nelle vesti di difesa passiva, per evitare che i batteri presenti nel lume intestinale possano tranquillamente passare in circolo7. Al di là di questa specifica attività dimostrata nei confronti delle cellule in fase di rapida moltiplicazione (e degli enterociti in particolare), la Glutammina viene normalmente inclusa, tra l’altro, nella lista di quei nutrimenti ritenuti indispensabili per un’ottimale funzionalità del Sistema Immunitario (tra i tanti, ricordo il Glucosio quale fonte energetica principale per il metabolismo dei linfociti o lo zinco, oligoelemento indispensabile per una corretta attivazione degli ormoni timici). Come già visto in precedenza, anche in questo caso la Glutammina risulta essere di basilare importanza sia nelle vesti di fonte energetica sia per consentire la differenziazione e la moltiplicazione dei Linfociti presenti all’interno della parete intestinale e non solo in questa. Tutto ciò contribuisce, in maniera determinante, al mantenimento di un’adeguata attività dei Linfociti nei confronti delle stimolazioni provenienti dall’esterno, ad un’ottimale produzione di IgA, sia a livello intestinale che respiratorio 3, 10, e ad un aumento complessivo dei livelli di IL-4 e IL-10. Di certo resta comunque il fatto che, in buone condizioni sanitarie, il semplice apporto nutrizionale di Glutammina, affiancato come visto da un’elevata autoproduzione endogena della stessa, è in grado di soddisfare appieno i fabbisogni dei vari organi presenti nell’organismo animale. Questa situazione di autoregolazione si ribalta completamente nel momento stesso in cui l’organismo è sottoposto a gravi stati infiammatori (generalizzati o intestinali che siano), traumatici o di vera e propria iponutrizione (intesa sia come quantitativo totale che come qualità biologica del nutrimento apportato, come già visto in corso di nutrizione parenterale umana). Tutti questi fenomeni patologici, che implicano una repentina riduzione della concentrazione plasmatica di Glutammina, sono costantemente accompagnati da un’altrettanto rapida mobilitazione dei tessuti muscolari, mobilitazione seguita al conseguente incremento dell’attività metabolica manifestata dal Sistema immunitario, dal Fegato e dalla Milza4, 8 (Tab. 6). Tabella 6 Flusso di Azoto Aminoacidico dalla muscolatura scheletrica di un’estremità durante un processo catabolico in corso di patologia8 % del totale (variazioni) Aminoacidi essenziali Aminoacidi ramificati Aminoacidi non essenziali Glutammina Alanina 23 9 76 26 23 (19 – 28) (7 – 12) (65 – 80) (8 – 34) (14 – 32) Large Animals Review, Anno 9, n. 4, Agosto 2003 Il tessuto muscolare mette quindi a disposizione di altri sistemi le proprie riserve azotate anche se poi un tale processo, soprattutto se prolungato nel tempo, rimane ovviamente limitato nelle proprie possibilità dalle riserve azotate disponibili. L’organismo, ed il tessuto muscolare in particolare, entra così in una fase catabolica, fase in cui il consumo di Glutammina operato dai tessuti sopraindicati è nettamente superiore alla produzione endogena, considerando anche il fatto che, in corso di una patologia più o meno grave, si assiste, contemporaneamente, ad una sensibile riduzione dell’ingestione alimentare2. Ed è appunto in questo preciso istante che la Glutammina passa dal suo ruolo alimentare di Aminoacido non Essenziale a quello di Aminoacido Essenziale per tutte quelle funzioni metaboliche determinanti per la difesa dell’organismo animale. Potremmo quindi affermare che l’aminoacido in questione diventa Essenziale nei processi infiammatori, non tanto come lo sono i farmaci antiinfiammatori per antonomasia, che tentano in vario modo di arginare o inibire il processo, ma in quanto garante per la copertura di quei fabbisogni corporei così determinanti per il corretto funzionamento di alcuni organi o sistemi (intestino e sistema immunitario in testa) fabbisogni comunque difficilmente soddisfatti in una simile evenienza 8. Ecco quindi che l’integrazione alimentare di Glutammina, se in una situazione di tranquillità sanitaria non sembra avere effetti determinanti sulle condizioni corporee del soggetto, acquista evidenti capacità nei processi catabolici legati a particolari stati infettivi (es. enterite di varia natura e gravità, polmonite,….) e/o produttivi (es. forte produzione lattea), rivelando doti “anabolizzanti”4 capaci di contrastare, o quantomeno di rallentare, quell’atrofia intestinale provocata dalla scarsità dell’aminoacido in questione e la conseguente degradazione proteica muscolare attivata nelle vesti di fonte azotata endogena. Tutto ciò è anche legato al compito determinante che la Glutammina svolge nel trasportare l’azoto tra i principali tessuti produttori, muscoli e fegato in primo luogo, e i sistemi utilizzatori finali. Questo spiega il fatto che in corso di gravi processi infiammatori, stati d’iponutrizione o traumi, si verifichi da una parte un minor apporto esogeno di Glutammina, causato, appunto, da una minore ingestione alimentare, e dall’altro un considerevole incremento delle necessità, soprattutto per scopi difensivi, a carico di numerosi organi ed apparati, con l’instaurarsi di un inevitabile processo catabolico a carico dell’apparato muscolare. Un tale processo si instaura quindi con lo specifico ed esclusivo compito di rendere disponibili le fonti azotate di riserva per i numerosi processi metaboolici in corso, depauperando nel contempo le strutture muscolari stesse. Il trasporto azotato effettuato tramite la Glutammina consente, inoltre, all’organismo di giocare anche un ruolo fondamentale nel determinismo dell’equilibrio acido – basico, incorporando così gli eventuali eccessi produttivi di Ammoniaca all’interno della struttura chimica di questo aminoacido, per rilasciarla poi, se richiesta, dai tessuti utilizzatori finali, nel momento stesso in cui questi ne manifestino il bisogno per la sintesi di altri aminoacidi, basi puriniche, pirimidiniche, urea ed altro (Tab. 7). 31 Tabella 7 Glutammina e trasporto di Ammoniaca tra i tessuti 1) ATP + Glutammato + NH4 + ➔ ADP + Pi + Glutammina + H+ * reazione catalizzata dalla Glutammina Sintetasi 2) Glutammina + H2O ➔ NH4 + Glutammato – * reazione catalizzata dalla Glutamminasi Da ultimo, la Glutammina è implicata nella sintesi di Glutatione, importantissima molecola presente a livello cellulare con il compito di proteggere le strutture vitali dall’azione negativa operata dai Perossidi. ALCUNE CONSIDERAZIONI PRATICHE Il fatto che questo aminoacido sia coinvolto in modo diretto nel metabolismo delle cellule del sistema immunitario e nel sostentamento e replicazione degli Enterociti, associato all’evidenza che in pazienti sottoposti a lunghi periodi di Nutrizione Parenterale si renda manifesta, se non impiegata Glutammina a scopo preventivo, lo sviluppo di una grave forma di atrofia intestinale, spiega in larga misura la necessità di ricorrere alla supplementazione di un tale principio nutritivo, con il fine di prevenire il possibile transito intraparietale di tossine e batteri potenzialmente patogeni5. Tutto ciò ha condotto, negli anni, molti ricercatori, impegnati in campo medico, ad occuparsi di questo fenomeno e non solo utilizzando animali da laboratorio ma impiegando, per i propri modelli sperimentali destinati alla comprensione della fisiologia umana, suinetti di poche settimane, rivolgendosi quindi ad animali che, per motivi fisiologici e non, manifestano, in questo particolare momento della loro vita, la stessa, identica, transitoria disfunzione manifestata dall’uomo in determinate condizioni patologiche. Questi animali, infatti, a distanza di circa una settimana dallo svezzamento, vuoi per l’improvvisa sospensione dell’assunzione di latte (molto ricco in Glutammina appunto!), vuoi per una non ancora ottimale ingestione di mangime, sviluppano un’atrofia transitoria della parete intestinale che può sfociare facilmente nell’insorgenza di gravi patologie enteriche. Nello stesso identico periodo anche l’attività del sistema immunitario subisce un forte impulso, sia per il notevole carico vaccinale imposto dalle moderne tecniche d’allevamento, sia per il grande numero di stimoli patologici veri e propri a cui i giovani suini vanno incontro nell’immediata fase di post svezzamento. In questo modo, le stesse ricerche ed esperienze maturate per la terapia umana potrebbero essere adottate, come linee guida, anche per un possibile impiego diretto in alimentazione animale, ricorrendo appunto alla Glutammina non come si fa con i più classici degli aminoacidi utilizzati per la copertura dei ben più consolidati fabbisogni di crescita (Lisina, Metionina, Treonina o Triptofano), ma per tentare di arginare in qualche modo gli effetti negativi legati ai problemi intestinali ed infettivi tipici di questa delicatissima fase transitoria (mortalità, dissenteria, riduzione delle performance, formazione di “scarti”,….). 34 Glutammina ed alimentazione del suinetto svezzato: un binomio da valutare fino in fondo Diversi erano (e molti lo sono tuttora!) i dubbi riguardanti un’effettiva possibilità d’impiego di questo aminoacido in alimentazione suina, cominciando proprio dalla domanda più elementare: è possibile impiegare la Glutammina per uso alimentare? Nelle preparazioni per uso parenterale, infatti, la Glutammina ha spesso manifestato problemi d’instabilità, legata soprattutto alle procedure di sterilizzazione delle specialità farmaceutiche impiegate in nutrizione artificiale (con possibile formazione di Ammoniaca ed acido Piroglutammico)3, così come risulta essere altrettanto poco stabile se lasciata per lungo tempo in soluzione. Uno dei dati fondamentali da vagliare prima di utilizzare il suddetto aminoacido in alimentazione animale è quindi di verificarne la completa stabilità gastrica una volta incorporato lo stesso nelle formulazioni dei mangimi di linea. Il comportamento della Glutammina in ambiente acido è stato quindi misurato valutando semplicemente una sua possibile ed eventuale degradazione in Ammoniaca e Glutammato (c’era effettivamente il dubbio che nello stomaco si evidenziasse questa trasformazione!). La verifica è stata quindi compiuta misurando la differenza di concentrazione di quest’ultimo, il Glutammato appunto, tra l’alimento di partenza, somministrato direttamente all’animale, ed i digesta intestinali, assumendo il risultato finale al rango d’indicatore di un’eventuale alterazione della Glutammina durante il passaggio gastrico. Tabella 8 Concentrazione di Glutammato e Glutammina nei digesta intestinali di suinetti alimentati con diete senza e con (1%) un’integrazione aggiuntiva di Glutammina3 Supplementazione di Glutammina 0% 1% 0,06 0,19 0,07 1,49 Contenuto di Glutammato e Glutammina nei digesta (g/100 g di digesta sulla SS) Glutammato Glutammina Dalla Tabella 83 si possono così evidenziare i risultati che confermano la pressoché completa stabilità della Glutammina nei confronti dell’acidità gastrica, indicando, tra l’altro, la possibilità di un suo facile utilizzo per via alimentare. Una volta giunta a livello dell’intestino Tenue la Glutammina transita con l’alimento attraverso il Duodeno, per venire utilizzata principalmente a livello del Digiuno3, così come evidenziato nella Tabella 9. Dalla suddetta tabella si comprende poi come, a distanza di una settimana dallo svezzamento, nei soggetti non trattati, e posti nella sperimentazione, si manifesti una sostanziale riduzione dell’altezza dei villi intestinali sia nel Duodeno che nel Digiuno, così come, altrettanto bene, si nota la mancanza di una simile alterazione nel Digiuno dei suinetti trattati. Il fatto poi che a distanza di quattordici giorni dallo svezzamento i due gruppi presentino le stesse identiche caratteristiche strutturali a livello di epitelio intestinale (l’altezza della lamina propria non sembra essere influenzata dalla supplementazione di questo aminoacido) non depone a favore dell’inutilità di base di una simile aggiunta integrativa, visto che i soggetti in sperimentazione hanno fornito dati produttivi sostanzialmente favorevoli riscontrati nella seconda settimana successiva allo svezzamento stesso (Tab. 10). Va poi detto che, in quanto dati sperimentali, necessitano, per definizione, di ulteriori verifiche di campo nelle quali valutare appieno l’effettiva capacità di questo aminoacido nell’influire positivamente sullo stato sanitario complessivo dei giovani soggetti (un occhio di riguardo va quindi rivolto all’attività del loro sistema immunitario!). L’impegno principale sarà quindi quello di mettere in evidenza non solo i dati produttivi ma anche e soprattutto gli influssi positivi che l’aminoacido in questione potrebbe avere, passando per la stabilizzazione della struttura intestinale, sull’aumento delle capacità difensive della stessa. Un esempio concreto delle sperimentazioni da indirizzarsi in questo senso è riportato, ad esempio, da Gomez6, il quale ci ha mostrato che se da una parte la supplementazione di Glutammina, in diete destinate a suinetti di pochi giorni di vita, risulti essere pressoché superflua in assenza di patologie enteriche (un sogno se do- Tabella 9 Effetto di un’integrazione alimentare con Glutammina sull’altezza dei villi intestinali e della lamina propria dell’intestino di giovani suini. Dati raccolti nei primissimi giorni successivi allo svezzamento3 Altezza dei villi e della lamina propria (micron) Altezza dei villi Lamina propria Duodeno Digiuno Integrazione di Glutammina Integrazione di Glutammina Giorni dallo svezzamento 0% 1% 0% 1% 0 7 14 454 365 423 363 455 339 270 477 358 447 0 7 14 269 305 423 312 421 193 237 301 256 279 Large Animals Review, Anno 9, n. 4, Agosto 2003 Tabella 10 Effetto dell’integrazione di Glutammina sulle performance zootecniche di giovani suini nel post svezzamento3 Integrazione alimentare di Glutammina Periodo sperimentale 0% 0,2% 0,6% 1% Da 1 a 7 giorni IPMG (kg) IMG (kg) Accrescimento : alimento 0,07 0,19 0,35 0,03 0,14 0,21 0,05 0,15 0,34 0,03 0,13 0,23 Da 8 a 14 giorni IPMG (kg) IMG (kg) Accrescimento: alimento 0,23 0,35 0,67 0,24 0,34 0,73 0,28 0,36 0,76 0,27 0,32 0,84 IPMG: Incremento Ponderale Medio Giornaliero (espresso in kg) IMG: Ingestione Media Giornaliera (espressa in kg) Tabella 11 Effetto dell’integrazione di Glutammina in un alimento liquido a base di latte e destinato a suinetti neonati (4-5 giorni) e sani. Il tutto per 18 giorni6 L-Gln (g/L) Peso iniziale (kg) Peso finale (kg) Incremento giornaliero (g) 0 1,50 6,26 264 9,0 1,52 6,28 264 13,5 1,49 6,08 255 18,0 1,49 6,03 253 Tabella 12 Effetto dell’integrazione di *Glutammina ad un alimento a base di latte e destinato a suinetti neonati (quattro giorni) in presenza o meno di una infezione intestinale (Rotavirus) sperimentale6 Trattamento A (+ Gln*, non infettati) B (+ Gln*, infettati) C (- Gln, non infettati) D (- Gln, infettati) Peso iniziale (kg) Peso finale (kg) Incremento giornaliero (g) 1,78 1,76 1,78 1,78 4,80 4,24 4,00 3,79 228 190 171 162 *Nei soggetti che ricevevano l’alimento con Glutammina, la stessa veniva addizionata alla dieta base in ragione di 9 g/L Tabella 13 Miscellanea di sperimentazioni effettuate su roditori infettati con lo scopo principale di valutare l’effetto della supplementazione di Glutammina (Gln) sulla sopravvivenza finale8 Autore Via di somministrazione Tempo di trattamento Metodo d’iniezione % di mortalità (morti/animali totali) Controllo con Glutammina Ardawi L-Gln Parenterale dall’inizio della sepsi e per tutto lo studio (4 giorni) legatura del cieco e foratura 55% (11/20) 25% (5/20) Inoue et al. L-Gln Parenterale da 7 giorni di pre-trattamento e durante la sepsi (3 giorni) iniezione intraperitoneale di E. coli 45% (21/38) 8% (3/38) Suzuki et al. L-Gln 2% via alimentare 10 giorni di preparazione e durante la sepsi (20 giorni) iniezione intravenosa di un ceppo di Staphylococcus aureus 80% (16/20) -60% (12/20) con il 2% di Gln L-Gln 4% via alimentare Naka et al. Ala-Gln Parenterale Dipeptide - 30% (6/20) con il 4% di Gln dal tempo dell’intervento, giorni 1 1/ 2 prima dell’insorgere della peritonite, fino ai tre giorni d’infezione peritoneale infusione osmotica di E. coli in peritoneo 56% (9/16) 14% (1/17) 35 36 Glutammina ed alimentazione del suinetto svezzato: un binomio da valutare fino in fondo vessimo pensare solo per un istante alle realtà delle nostre porcilaie!), dall’altra, in corso d’infezione da Rotavirus, diviene indispensabile per garantire ai giovani soggetti non solo una crescita adeguata ma anche uno stato sanitario migliore rispetto ai soggetti non trattati (Tabb. 11 e 12). Da ultimo, per completare il quadro informativo di base e per integrare un’evidente scarsità di dati sperimentali presenti in medicina veterinaria, riporto una breve recensione di studi8 riguardanti alcune sperimentazioni, avviate per fini medici ed effettuate utilizzando, quali animali di riferimento, i topi. Queste sperimentazioni, infatti, ci danno una visione di quello che potrebbe rappresentare il possibile impiego della Glutammina in qualità di supporto terapeutico in corso di patologie enteriche (Tab. 13). Questa, al momento, rappresenta la parte più oscura della nostra conoscenza nutrizionale. La Glutammina, infatti, non rientra nella categoria degli aminoacidi essenziali ed essendo prodotta in larga misura all’interno dell’organismo animale non necessita, in condizioni di assoluta normalità, di particolari accorgimenti ed integrazioni supplementari. Tant’è che nei fabbisogni nutrizionali che considerano i livelli aminoacidici differenziati a seconda dello stadio di sviluppo, la Glutammina non viene praticamente mai presa in considerazione. E forse (anzi sicuramente!) tutto questo è riconducibile al fatto che le sperimentazioni sopraindicate, ed i fabbisogni da queste derivati, prendono in considerazione esclusivamente dei soggetti sani ed in condizioni ottimali d’allevamento, in modo da massimizzarne la crescita, aumentarne le rese in carne magra e, magari, valutare la potenzialità di chissà quale linea genetica. Il tutto, sempre e comunque in presenza di soggetti in buone condizioni di salute! Con la Glutammina però, come abbiamo visto in precedenza, le cose cambiano e cambiano in modo radicale se spostiamo la nostra attenzione da un animale sano ad un altro con una patologia enterica in corso, una forma respiratoria grave o, comunque, fortemente defedato. In questo caso la Glutammina passa a pieno diritto nella categoria degli Aminoacidi Essenziali, anche se poi, al momento attuale, non sembra ancora chiarito completamente il suo corretto dosaggio d’impiego. Uno dei pochissimi dati che attualmente sono a nostra disposizione per un suo potenziale utilizzo in nutrizione suina ci viene da Wu 3 che con le sue sperimentazioni ha evidenziato come, in un periodo critico per i suinetti (7-14 giorni post svezzamento), la dose di Glutammina che sembra garantire i risultati migliori sia quella dell’1% (dose confrontata con livelli d’incorporazione inferiori: 0%, 0,2% e 0,6% rispettivamente). suino, non può e non deve essere presa come un dogma assoluto, sempre valido in ogni occasione e completamente privo di quel minimo di elasticità e “d’interpretazione soggettiva” (così fondamentale nell’alimentazione dei ruminanti!) che ci consente di adattarci alle situazioni contingenti dei nostri allevamenti. E se qualcuno di voi aveva, per puro caso, di queste idee, ecco che la Glutammina è subito pronta a darcene un esempio eclatante. Aminoacido non essenziale in condizioni di assoluta normalità produttiva, diviene determinante durante le patologie enteriche, le malattie infettive in genere o in corso di catabolismo proteico legato essenzialmente ad un cattivo stato sanitario del soggetto. Poco ancora si sa sul ruolo della Glutammina nell’alimentazione del suino e con questo non mi riferisco tanto ai suoi numerosi compiti metabolici, quelli sono abbastanza chiari e definiti, quanto alle vere e proprie implicazioni di carattere pratico, indispensabili da conoscere per potersi muovere, con maggior padronanza della situazione, tra possibili benefici sanitari, implicazioni produttive e costi generali di gestione. Importante sarà comunque determinare, al di là di quella transitoria atrofia intestinale di cui vi ho parlato in questo articolo, l’effettiva potenzialità di supporto della Glutammina nella prevenzione e nella cura di alcune patologie enteriche (onde evitare ripercussioni croniche con la formazione di “scarti”). Penso, infatti, alle patologie fortemente penalizzanti che colpiscono il moderno allevamento suinicolo e quindi non solo alle forme acute (batteriche o virali che siano), ma anche a Lawsonia intracellularis ed a Brachyspira hyodysente riae (anche se poi quest’ultima colpisce essenzialmente la regione del colon), batteri così diffusi negli allevamenti, così fortemente penalizzanti per i nostri animali ed alle possibilità di recupero che si potrebbero avere, eventualmente, grazie ad una simile integrazione aggiuntiva. Legata a tutto ciò viaggia, in modo inscindibile, la ricerca di un dosaggio ideale da includere nelle formulazioni mangimistiche, dosaggio che, visti i precedenti mostratici da Wu, dovrà essere vagliato con estrema attenzione, viaggiando sicuramente in bilico tra costi aggiuntivi e benefici globali. Da ultimo, ma per questo non meno importante vista la tendenza all’instabilità mostrata dalla Glutammina nelle soluzioni e nelle procedure di sterilizzazione di preparazioni per uso parenterale, si dovrà valutare con attenzione anche la stabilità dell’aminoacido in questione all’interno delle preparazioni mangimistiche, preparazioni che, potenzialmente destinate ai suini di poche settimane di vita, si presentano quasi sempre pellettate (e quindi sottoposte alla duplice azione di acqua e calore!). In attesa di tutto questo non ci resta altro da fare che pensarci un po’ su e, quindi, provare ad imboccare, con decisione e curiosità, anche questa strada. CONCLUSIONI Parole chiave Come abbiamo visto, l’alimentazione animale, ed in questo caso particolare l’alimentazione aminoacidica del Aminoacidi, Glutammina, Suini, Enterociti, Atrofia Intestinale, Risposta Immunitaria. DOSE D’IMPIEGO Large Animals Review, Anno 9, n. 4, Agosto 2003 Key words Amino acid, Glutamine, Pigs, Enterocytes, Intestinal Atrophy, Immunologic Response. 6. Bibliografia 7. 1. 2. 3. 4. 5. Wilmore DW, Shabert JK. Departement of Surgery, Bringham and Women’s Hospital, Boston, Massachusetts. “Role of glutamine in immunologic response”. Nutrition, 1998, Jul - Aug; 14 (7-8): 618 – 26. N. Le Floc’h. INRA, Unitè mixte de recherches sur le veau et le Porc, 35590 Saint Gilles. “Conséquences d’un état inflammatoire ou infectieux sur le métabolisme et le besoin en acides aminés chez le porc”. Productions Animales, 2000; 13, 3 – 10. Guoyao Wu, Sabina A. Meier, Darrell A. Knabe. Department of Animal Science and Faculty of Nutrition, Texas A&M University, College Station. “Dietary glutamine supplementation prevents jejunal atrophy in weaned pigs”. Journal of Nutrition 1996; 126, 2578 2584. Gerald E. Lobley, Simone O. Hoskin, Chris J. McNeil. Rowett Research Institute, Bucksburn, Aberdeen, United Kingdom. “Glutamine in animal science and production”. Journal of Nutrition. 2001; 131: 2525S – 2531S. Panigrahi P., Gewolb IH, Bamford P., Horvath K. Division of Neonatology, University of Maryland School of Medicine, Baltimore. 8. 9. 10. 11. 37 “Role of glutamine in bacterial transcytosis and epithelial cell i n j u ry”. J. Parenteral Enteral Nutrition, 1997, Mar - Apr; 21(2): 75 – 80. G.G. Gomez. The NCSU Piglet Core – Centre for Gastrointestinal Biology e Disease. Departement of Animal Science, College of Agricolture and Life Science, North Carolina State University. “Glutamine supplementation for unstressed and stressed (rotavirus enteritis) neonatal piglets”. Annual Report, 1995. Peter J. Reeds, Duglas G. Burrin*. Department of Animal Science, University of Illinois, Urbana, and *U.S. Department of Agriculture/ARS Children’s Nutrition Research Center, Baylor College of Medicine, Houston, Texas. “Glutamine and the Bowel”. Journal of Nutrition, 2001; 131: 2505S – 2508S. Douglas W. Wilmore, Judith K. Shabert. Laboratories for Surgical Metabolism and Nutrition, Department of Surgery, and the Department of Obstetrics and Gynecology, Harvard Medical School, Brigham and Wo m e n ’s Hospital, Boston, Massachusetts. “Role of Glutamine in immunologic responses”. Nutrition, 1998; 14:618 – 626. Watford M., Chellaraj V., Ismat A., Brown P., Raman P. Depatrment of Nutritional Sciences, Cook College, Rutgers, the State University, New Brunswick, New Jersey. “Hepatic glutamine metabolism”. Nutrition, 2002 Apr; 18(4): 301 – 3. Kudsk KA, Wu Y., Fukatsu K., Zarzaur BL, Johnson CD, Wang R., Hanna MK. University of Tennessee, Memphis. “Glutamine – enriched total parenteral nutrition maintains intestinal interleukin-4 and mucosal immunoglobulin A levels”. Journal of Parenteral Enteral Nutrition 2000. Sep – OCT; 24 (5): 270 – 4. National Research Council. “Nutrient Requirements of Swine – Tenth Revised Edition” - 1998.