Dietary supplementation with sodium butyrate protected by medium-chain fatty acid salts to promote gut health in broiler chickens and piglets

Abstract

La suplementació dietètica amb àcid butíric i àcids grassos de cadena mitjana (AGCM) és una estratègia nutricional prometedora per a promoure la salut intestinal en pollastres de carn i garrins. En concret, es destaca el butirat sòdic protegit, ja que pot presentar una alliberació lenta de l’àcid butíric a l’intestí i promoure els seus efectes beneficiosos sobre la salut intestinal. L’objectiu global de la present tesi va ser investigar els efectes del butirat sòdic protegit amb sals d’AGCM sobre la salut intestinal i els paràmetres productius en pollastres de carn (70% butirat sòdic) i garrins (50% butirat sòdic). L’alliberació intestinal de l’àcid butíric provinent del butirat sòdic protegit va ser avaluat in vivo en pollastres de carn, observant una alliberació gradual i majoritària a l’ili. Per altra banda, es van realitzar dos assaigs in vivo en pollastres de carn per avaluar els efectes de l’additiu sobre la barrera intestinal i els paràmetres productius. Al primer experiment, els animals es van allotjar en condicions òptimes i es van distribuir a l’atzar entre els quatre tractaments experimentals: 0, 0,5, 1 o 2 kg d’additiu/t de pinso. No es van observar diferències en els paràmetres productius. A l’ili, l’ús de 0,5 i 1 kg/t de l’additiu no va afectar els recomptes de cèl·lules caliciformes dels pollastres de carn de 10 dies. A més, la suplementació a 1 kg/t va disminuir els recomptes de limfòcits intraepitelials en comparació amb l’ús de 2 kg/t als 39 dies. Els nivells d’àcid làuric i mirístic al dipòsit de greix abdominal van augmentar gradualment amb la dosi de suplementació. Al segon experiment, els pollastres es van distribuir a aleatòriament en tres tractaments experimentals: no desafiat, desafiat-control i desafiat-suplementat rebent 1 kg d’additiu/t de pinso. El desafiament coccidial es va dur a terme als 7 dies d’edat i va comprometre la ingesta d’aliment i el guany de pes dels pollastres de carn desafiats una setmana després de la inoculació (PI) a més d’alterar la barrera intestinal. A l’ili, la suplementació amb l’additiu va augmentar la profunditat de les criptes als 7 dies PI, va restablir el nombre de cèl·lules caliciformes i va modificar l’alteració provocada per la coccidiosi a la població de Lactobacillus i Enterobacteriaceae. No es van observar canvis en la digestibilitat dels nutrients als 4 dies PI. Ara bé, sembla que la incorporació de l’additiu durant 21 dies afavoreix la recuperació dels paràmetres productius. L’estudi in vivo realitzat amb garrins deslletats va seguir un disseny factorial amb 2 nivells de proteïna bruta (PB) a la dieta (18,8% vs. 22,2%) i 2 dosis de suplementació amb l’additiu (0 vs. 1 kg/t). D’una banda, la reducció de la PB va comprometre els rendiments productius dels garrins, va reduir la profunditat de les criptes ileals i va modificar la població de Lactobacillus a l’ili i al còlon. A més, la reducció dels nivells de PB de la dieta va millorar la digestibilitat de la matèria orgànica i la consistència fecal. D’altra banda, l’ús de l’additiu va augmentar el nombre de cèl·lules caliciformes, va millorar la digestibilitat dels nutrients a l’ili i va modificar els recomptes i els metabòlits microbians al còlon. Així, els resultats suggereixen que el butirat sòdic protegit amb AGCM permet un alliberament gradual d’àcid butíric a l’intestí interessant per promoure els efectes beneficiosos de l’additiu, especialment quan la salut intestinal dels pollastres de carn i garrins deslletats està compromesa. En la mateixa línia, és important seguir investigant la combinació de l’additiu amb altres estratègies nutricionals, com la reducció de PB, per tal de promoure la salut animal.

La suplementación dietética con ácido butírico y ácidos grasos de cadena media (AGCM) es una estrategia nutricional prometedora para promover la salud intestinal de los pollos de carne y los lechones. En concreto, destaca el butirato sódico protegido, que puede liberar lentamente el ácido butírico en el intestino, potenciando su efecto positivo sobre la salud intestinal. El objetivo global de la presente tesis fue investigar los efectos del butirato sódico protegido con sales sódicas de AGCM sobre la salud intestinal y la eficiencia productiva en pollos de carne (70% butirato sódico) y lechones (50% butirato sódico). La liberación intestinal de ácido butírico a partir del butirato sódico protegido se evaluó in vivo en pollos de carne. Se observó una liberación gradual y mayoritaria en el íleon. Por otro lado, se realizaron dos ensayos in vivo con pollos de carne para evaluar los efectos del aditivo sobre la barrera intestinal y los parámetros productivos. En el primer experimento, los animales fueron alojados en condiciones óptimas y se distribuyeron al azar en cuatro tratamientos experimentales: 0, 0,5, 1 o 2 kg de aditivo/t de pienso. No se observaron diferencias en los parámetros productivos. En el íleon, el uso de 0,5 y 1 kg/t del aditivo no afectó los recuentos de células caliciformes de los pollos de carne de 10 días. Además, la suplementación a 1 kg/t disminuyó los recuentos de linfocitos intraepiteliales en comparación con el uso de 2 kg/t a los 39 días. Los niveles de ácido láurico y mirístico en el depósito de grasa abdominal aumentaron gradualmente con la dosis de suplementación. En el segundo experimento, los pollos se distribuyeron aleatoriamente en tres tratamientos experimentales: no desafiado, desafiado-control y desafiado-suplementado a 1 kg de aditivo/t de pienso. El desafío coccidial se realizó a los 7 días de edad y comprometió la ingesta de alimento y la ganancia de peso de los pollos desafiados una semana después de la inoculación (PI), además de alterar la barrera intestinal. En el íleon, la suplementación con el aditivo aumentó la profundidad de las criptas a los 7 días PI, restableció el número de las células caliciformes y modificó la alteración provocada por la coccidiosis en la población de Lactobacillus y Enterobacteriaceae. No se observaron cambios en la digestibilidad de los nutrientes a los 4 días PI. Sin embargo, parece que la incorporación del aditivo durante 21 días favoreció la recuperación de los parámetros productivos. El estudio in vivo realizado con lechones destetados siguió un diseño factorial con 2 niveles de proteína bruta (PB) en la dieta (18,8% vs. 22,2%) y 2 niveles de suplementación con el aditivo (0 vs. 1 kg/t). Por un lado, la reducción de la PB comprometió los rendimientos productivos de los lechones, redujo la profundidad de las criptas a nivel de íleon y modificó la población de Lactobacillus en el íleon y el colon. Además, la digestibilidad de la materia orgánica y la consistencia fecal se vieron mejoradas al reducir los niveles de PB de la dieta. Por el otro lado, el uso del aditivo aumentó el número de células caliciformes, mejoró la digestibilidad de los nutrientes en el íleon y modificó los recuentos microbianos así como sus metabolitos en el colon. Así, los resultados sugieren que el butirato sódico protegido con AGCM permite una liberación gradual del ácido butírico en el intestino interesante para promover los efectos beneficiosos del aditivo, especialmente cuando la salud intestinal de los pollos de carne y lechones destetados está comprometida. Asimismo, es importante seguir investigando la combinación del aditivo con otras estrategias nutricionales, como la reducción de PB, para promover la salud animal.

The dietary supplementation with butyric acid and medium-chain fatty acids (MCFA) is a promising nutritional strategy to promote gut health in broiler chickens and piglets. Protected sodium butyrate highlights, since it can obtain a slow release of butyric acid in the intestine and promote intestinal health. The global aim of the present thesis was to investigate the potential effects of sodium butyrate protected by sodium salts of MCFA on gut health and, consequently, growth performance in broiler chickens (70% sodium butyrate) and piglets (50% sodium butyrate). The intestinal release of butyric acid from protected sodium butyrate was evaluated by performing an in vivo trial with broilers. A gradual release was observed, with the highest amount delivered in the ileum. Furthermore, two in vivo trials were performed to evaluate the effects of the additive on the gut barrier and performance parameters in broiler chickens. In the first experiment, chicks were housed under optimal conditions and fed one of the four experimental treatments: 0, 0.5, 1 or 2 kg of additive/t of feed. No differences were observed on performance parameters. In the ileum, the supplementation at 0.5 and 1 kg/t did not affect goblet cell counts in 10 days broilers. In addition, supplementation at 1 kg/t decreased intraepithelial lymphocyte counts compared to 2 kg/t at 39 days. Lauric and myristic acid levels in the abdominal fat pad gradually increased with the supplementation dose. In the second experiment, chicks were randomly assigned to three experimental treatments: non-challenged, control-challenged and supplemented-challenged with 1 kg additive/t. The coccidiosis-challenge was carried out at 7 days of age, and it reduced feed intake and growth gain one week post-inoculation (PI) in challenged broilers, as well as disrupted the gut barrier. In the ileum, the feed additive increased crypt depth at 7 days PI, restored the number of goblet cells at 14 days PI and interacted with the modulation led by coccidiosis in the Lactobacillus and Enterobacteriaceae population. Nutrient digestibility was not affected at 4 days PI. However, it seems that the feed additive supplementation for 21 d promoted the recovery of growth performance parameters. The in vivo trial conducted in 96 weaned piglets followed a factorial design with 2 dietary crude protein (CP) levels (18.8% vs. 22.2%) and 2 supplementation doses of the additive (0 vs. 1 kg/t). On one hand, reducing CP compromised growth performances, decreased ileal crypt depth and modified the Lactobacillus population in the ileum and colon. In addition, organic matter digestibility and fecal consistency were improved by reducing dietary CP levels. On the other hand, the use of the feed additive increased the number of goblet cells, enhanced the nutrient digestibility in the ileum and modified the microbial counts and metabolites in the colon. Thus, the results suggest that MCFA-fat protected sodium butyrate allows a gradual release of butyric acid in the intestine interesting to promote the beneficial effects of the feed additive, particularly when intestinal health of broilers and piglets is compromised. Likewise, it is important to further investigate the combination of the additive with other nutritional strategies, such as PB reduction, to promote animal health.