Strategies of trace mineral supplementation for swine development and sustainability

Abstract

Durant molts anys, l'ús farmacològic dels oligoelements com el Zn i Cu va generar efectes positius en la indústria porcina, a l'estimular el creixement i controlar les disbiosi intestinals, especialment en els garrins recent deslletats. No obstant això, la seva excreció excessiva a l'entorn ha exercit pressió sobre la nutrició animal per trobar estratègies alternatives en el subministrament d'aquests oligoelements. L'objectiu d'aquesta tesi és explorar els efectes de la reducció de les dosis de minerals traça a través de diferents fonts minerals sobre el creixement i eficiència alimentària animal, així com també en els nivells d'excreció fecal i taxes de resistència als antimicrobians, sota condicions comercials.

La reducció dels nivells de suplementació de Zn i Cu a través de fonts altament disponibles pot representar una estratègia alternativa per reduir els riscos de contaminació ambiental. Per tant, en els capítols III i V, es van executar dos experiments per avaluar els efectes de reduir les dosis de Cu i Zn en el pinso de porcs deslletats i en creixement, respectivament. Els resultats van mostrar que la reducció dels nivells de Cu (15 mg / kg) durant sis setmanes perjudica el creixement dels garrins deslletats, amb al menys 1 kg de pes corporal, fins i tot en presència de l'enzim fitasa i particularment usant la font de sulfat. Mentre que la reducció de Zn (20 mg / kg) i Cu (15 mg / kg) a dosis nutricionals en dietes de porcs d'engreix, amb enzim fitasa, no afecta el rendiment ni la composició de la canal, però sí que redueix l'excreció fecal de minerals, principalment amb la font de hidroxicloruro.

Estimular el consum d'hora d'aliment després de l'deslletament és de gran interès per a la indústria porcina. En el capítol IV, es van dur a terme dos experiments per estudiar la preferència dels garrins per les dosis i fonts de Cu. Quan els garrins poden triar entre dietes amb nivells nutricionals (15 mg/kg) o nivells raonablement alts de Cu (150 mg/kg), aquests prefereixen les dietes amb nivells alts, probablement per restaurar l'homeòstasi de l'Cu, i com a efecte positiu de la retroalimentació neuroendocrina de l'Cu sobre el consum de pinso. Pel que fa a les fonts de Cu, els porcs van preferir consumir dietes suplementades amb font de hidroxicloruro en lloc de sulfat, possiblement a causa del seu sabor menys amarg com a conseqüència de les seves característiques de solubilitat.

La gestació de ventrades hiperprolífiques (> 30 porcs / truja / any) genera una pressió significativa sobre el rendiment de la truja i la ventrada. En el capítol VI es va avaluar l'efecte de la substitució parcial de fonts inorgàniques per formes orgàniques, així com una reducció addicional d'aquestes dosis minerals, sobre l'acompliment reproductiu de les truges i la programació fetal de les ventrades. Es va detectar per primera vegada que la suplementació materna amb una combinació de minerals orgànics i inorgànics millora l'expressió de diversos gens funcionals involucrats en immunitat (TGF-β1, HSPB1), barrera (ZO1, MUC2, CLDN15), antioxidant (GPX2, SOD2) , i funció digestiva (CCK, IGF1R), especialment en els garrins més petits de la ventrada.

En conjunt, la reducció dels nivells de Zn i Cu en les dietes porcines, principalment a través de la font de hidroxicloruro, disminueix l'excreció fecal total i probablement la pressió antimicrobiana sobre els bacteris; no obstant això, el rendiment i l'estat fisiològic dels garrins deslletats es veu seriosament perjudicat. La nutrició materna amb un suplement parcial de minerals orgànics és una meritòria estratègia per compensar els desavantatges fisiològiques de les ventrades hiperprolífiques, especialment en els garrins més petits.

"Durante muchos años, el uso farmacológico de los oligoelementos como el Zn y Cu generó efectos positivos en la industria porcina, al estimular el crecimiento y controlar las disbiosis intestinales, especialmente en los lechones recién destetados. Sin embargo, su excreción excesiva al medio ambiente ha ejercido presión sobre la nutrición animal para encontrar estrategias alternativas en el suministro de estos oligoelementos. El objetivo de esta tesis es explorar los efectos de la reducción de las dosis de minerales traza a través de diferentes fuentes minerales sobre el crecimiento y eficiencia alimentaria animal, así como también en los niveles de excreción fecal y tasas de resistencia a los antimicrobianos, bajo condiciones comerciales.

La reducción de los niveles de suplementación de Zn y Cu a través de fuentes altamente disponibles puede representar una estrategia alternativa para reducir los riesgos de contaminación ambiental. Por lo tanto, en los Capítulos III y V, se ejecutaron dos experimentos para evaluar los efectos de reducir las dosis de Cu y Zn en el pienso de cerdos destetados y en crecimiento, respectivamente. Los resultados mostraron que la reducción de los niveles de Cu (15 mg/kg) durante seis semanas perjudica el crecimiento de los lechones destetados, con al menos 1 kg de peso corporal, incluso en presencia de la enzima fitasa y particularmente usando la fuente de sulfato. Mientras que la reducción de Zn (20 mg/kg) y Cu (15 mg/kg) a dosis nutricionales en dietas de cerdos de engorde, con enzima fitasa, no afecta el rendimiento ni la composición de la canal, pero sí reduce la excreción fecal de minerales, principalmente con la fuente de hidroxicloruro.

Estimular el consumo temprano de alimento después del destete es de gran interés para la industria porcina. En el Capítulo IV, se llevaron a cabo dos experimentos para estudiar la preferencia de los lechones por las dosis y fuentes de Cu. Cuando los lechones pueden elegir entre dietas con niveles nutricionales (15 mg/kg) o niveles razonablemente altos de Cu (150 mg/kg), estos prefieren las dietas con niveles altos, probablemente para restaurar la homeostasis del Cu, y como efecto positivo de la retroalimentación neuroendocrina del Cu sobre el consumo de pienso. En cuanto a las fuentes de Cu, los cerdos prefirieron consumir dietas suplementadas con fuente de hidroxicloruro en lugar de sulfato, posiblemente debido a su sabor menos amargo como consecuencia de sus características de solubilidad.

La gestación de camadas hiperprolificas (> 30 cerdos/cerda/año) genera una presión significativa sobre el rendimiento de la cerda y la camada. En el Capítulo VI se evaluó el efecto de la sustitución parcial de fuentes inorgánicas por formas orgánicas, así como una reducción adicional de estas dosis minerales, sobre el desempeño reproductivo de las cerdas y la programación fetal de las camadas. Se detectó por primera vez que la suplementación materna con una combinación de minerales orgánicos e inorgánicos mejora la expresión de varios genes funcionales involucrados en inmunidad (TGF-β1, HSPB1), barrera (ZO1, MUC2, CLDN15), antioxidante (GPX2, SOD2), y función digestiva (CCK, IGF1R), especialmente en los lechones más pequeños de la camada.

En conjunto, la reducción de los niveles de Zn y Cu en las dietas porcinas, principalmente a través de la fuente de hidroxicloruro, disminuye la excreción fecal total y probablemente la presión antimicrobiana sobre las bacterias; no obstante, el rendimiento y el estado fisiológico de los lechones destetados se ve seriamente perjudicado. La nutrición materna con un suplemento parcial de minerales orgánicos es una meritoria estrategia para compensar las desventajas fisiológicas de las camadas hiperprolificas, especialmente en los lechones más pequeños.

For many years, the pharmacological use of trace elements such as Zn and Cu generated positive effects in the pig industry, by stimulating pig growth and controlling intestinal dysbiosis, especially in weaned piglets. However, their excessive excretion into the environment has put pressure on swine nutrition to find alternative strategies in the supply of trace minerals. The objective of this dissertation is to explore the effects of reducing trace mineral doses through different sources on animal growth and feed efficiency, as well as on fecal excretion levels and antimicrobial resistance rates, under commercial conditions.

Reducing the levels of commercial Zn and Cu supplementation through highly available sources may represent an alternative strategy to reduce the risks of environmental contamination. Therefore, in Chapters III and V, two experiments were performed to evaluate reduced levels of Cu and Zn in weaned and growing pigs, respectively. The results showed that reducing Cu levels (15 mg/kg) on post-weaning diets for six weeks impairs the growth of pigs, with at least 1 kg of body weight, even in the presence of the phytase enzyme and particularly with a sulfate source. While the reduction of Zn (20 mg/kg) and Cu (15 mg/kg) at nutritional doses in grower diets, with phytase enzyme, does not affect the performance or the composition of the carcass, but it does reduce the mineral fecal excretion.

Stimulating early feed consumption after weaning is of great interest to the swine industry. In Chapter IV, two experiments were conducted to study the pig preference for Cu doses and sources. When pigs are given a choice between nutritional levels (15 mg/kg) or reasonably high levels of Cu (150 mg/kg), they prefer the latter, probably to restore Cu homeostasis, and as a positive effect of the neuroendocrine feedback of Cu on feed consumption. Regarding Cu sources, pigs preferred to consume diets supplemented with hydroxychloride source instead of sulfate, probably due to the less bitter taste attributed to its chemical solubility differences.

The gestation of hyperprolific litters (>30 pigs/sow/year) generates tremendous pressure on sow and litter performance. In Chapter VI the effect of partial substitution of inorganic sources by organic forms, as well as an additional reduction of dietary TM, on reproductive performance and fetal programming of the offspring was evaluated. It was detected for the first time that the supplementation of mothers with a combination of organic and inorganic minerals improves the neonatal expression of several functional genes involved in immune (TGF-β1, HSPB1), barrier (ZO1, MUC2, CLDN15), antioxidant (GPX2, SOD2), and digestive (CCK, IGF1R) function, especially in the smallest piglets of the litter.

Taken together, reducing dietary levels of Zn and Cu, mostly through hydroxychloride source, decreases total fecal excretion and probably pressure on bacteria to develop antimicrobial resistance mechanisms, although performance and physiological state of weaned piglets are seriously affected. Maternal nutrition with a partial supplement of organic minerals is a valuable strategy to counteract the physiological disadvantages on hyperprolific litters, especially in the smallest pigs.