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Información en Español
A, D, E y K Minerales Proteínas Grasas Tamaño de la partícula La harina de pescado en la Alimentación Animal
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Antimicrobial Feed Additives and the Swine Industry Antimicrobial Feed Additives for Swine: Past, Present and Future Trends
UI: Unidades Internacionales mg: Miligramos
Indicaciones:
Las vitaminas son compuestos orgánicos integrantes de los alimentos, pero de distinta naturaleza que las proteínas, carbohidratos, grasa, agua y minerales. Están presentes en los alimentos en cantidades muy pequeñas. Son esenciales para el desarrollo normal de los tejidos y para conservar la salud, crecimiento y mantenimiento de animales superiores y del hombre. No son sintetizadas por los animales y por consiguiente deben ser obtenidas de la dieta. Cuando están ausentes de la dieta o no son absorbidas o utilizadas adecuadamente, se produce un cuadro patológico bien definido. No forman parte estructural del organismo y son requeridas por los animales en cantidades sumamente reducidas; generalmente en partes por millón.
Existen algunas sustancias reconocidas como vitaminas que no se adaptan cabalmente a esta definición. Tal es el caso de la vitamina D que es sintetizada en la superficie de la piel por acción de los rayos ultravioleta. El ácido nicotínico que se sintetiza a partir del aminoácido triptófano. La colina que es requerida en cantidades muy altas, cerca de mil veces más que el requerimiento para otras vitaminas y que si forma parte estructural del organismo.
Otras vitaminas son sintetizadas no propiamente por el animal pero sí por la microflora en el intestino. La producción de estas vitaminas, es definitivamente muy valiosa para el animal huésped. Como ejemplo podríamos citar las vitaminas K, piridoxina y biotina.
Las vitaminas han sido tradicionalmente clasificadas en dos grandes grupos basándose en sus características de solubilidad; ya sean solubles en grasas o solventes de grasa o en agua.
En esta forma, se puede hablar de vitaminas liposolubles o de vitaminas hidrosolubles.
Dentro de las primeras tenemos a la Vitamina A; D, E y K en tanto que en el segundo grupo más numerosos están las vitaminas B12 y B2, Niacina, Ácido Pantoténico, Piridoxina, Biotina, Ácido Fólico, Colina, Vitamina B12, Ácido Paraminobenzoico, Inositol y Vitamina C.
VITAMINA A
Existen tres compuestos: Vitamina A alcohol, Vitamina A aldehído y Vitamina A ácido, además de algunos de sus isómeros que tienen actividad de vitamina A. Las principales fuentes naturales de vitamina A, son los aceites de hígado de pescado, la mantequilla, el queso, el huevo y la leche sin descremar. Algunas plantas contienen una sustancia llamada β caroteno que puede ser considerada como precursor de la vitamina A. Sobresalen en su contenido de β caroteno, la alfalfa fresca, alfalfa deshidratada, pastos verdes, zanahorias, espinacas y gluten de maíz amarillo.
Absorción: La vitamina A en forma de éster es hidrolizada a su forma libre por las enzimas pancreáticas y se integra a las micelas constituidas por sales biliares, monoglicéridos, ácidos grasos libres y vitaminas D, E y K. Es absorbida mediante transporte activo por las células de la mucosa intestinal en las microvellosidades. Es muy importante considerar que los animales que consumen raciones con muy poco contenido de grasa, pueden tener dificultades para absorber la vitamina A puesto que, no existiría suficiente grasa que sirva como vehículo para englobar a la vitamina A en la micela.
Un mal funcionamiento hepático, que reduzca la presencia de ácidos biliares en el duodeno, también puede desencadenar la mala absorción de vitamina A.
Funciones: Las funciones de la vitamina A son muy numerosas. Participa como grupo prostético de la rodopsina que se descompone al ser expuesta a la luz de de 11-CIS-retinal a transretinal. La energía derivada de esta reacción es transportada al cerebro, vía nervio óptico y convertida en imagen.
La vitamina A es requerida para el mantenimiento de todo el recubrimiento epitelial, tanto en piel como en mucosa, tracto gastrointestinal, tracto respiratorio, tracto genito-urinario, epitelio de la córnea y tejidos blandos alrededor del ojo.
La vitamina A juega un papel importante en la permeabilidad de la membranas lipoprotéicas a nivel celular y subcelular, actúa probablemente como un agente de enlace entre lípidos y proteínas estabilizando la membrana.
Signos de deficiencia: La deficiencia de vitamina A produce reducción en las ganancias de peso, incoordinación, parálisis, xeroftalmia y serías fallas en la reproducción.
La deficiencia también produce varios efectos teratológicos, que incluyen malformaciones del cerebro, médula espinal y paladar hendido. Algunos órganos como corazón, hígado y riñones presentan con frecuencia malformaciones.
VITAMINA D
El término vitamina D, se aplica a una serie de derivados de esteroles solubles en grasa que evitan la presentación de raquitismo en los animales. Sin embargo, sólo el colecalciferol (vitamina D3) actúa como el precursor nutricional del 1,25 dihidroxicolecalciferol que es la forma activa de la Vitamina D.
Absorción: La vitamina D se absorbe en la misma forma que la vitamina A, la presencia en el duodeno de algunos ácidos orgánicos, especialmente de ácido láctico, aumenta la absorción de esta vitamina.
Funciones: La vitamina D estimula la absorción de calcio del intestino delgado, existen al menos dos mecanismos:
Signos de deficiencia: El principal efecto de una deficiencia de vitamina D es un crecimiento esquelético anormal. La calcificación normal tampoco ocurre cuando no hay cantidades adecuadas de calcio y fósforo en la dieta. Por lo tanto, la ausencia de cualesquiera de estos tres nutrientes originará la presentación de raquitismo en animales jóvenes u osteomalacia en adultos. En cada caso se presenta una calcificación inadecuada de la matriz del hueso, lo que resulta en cojeras, arqueamiento y torsión de las piernas, fracturas espontáneas de los huesos largos y costillas dobladas.
VITAMINA E
Esta vitamina ha sido conocida en forma incorrecta como vitamina antiesterilidad puesto que, con excepción de la raza, no tiene efecto sobre la reproducción en otras especies domésticas ni en el ser humano. Las fuentes más ricas de vitamina E son los aceites vegetales de los que destaca el aceite de cártamo y el de girasol. La harina de alfalfa es también una rica fuente de vitamina E, así como las pulidoras de arroz. El maíz tiene casi el doble de esta vitamina que el sorgo.
Absorción: La absorción de vitamina E sigue los mismos patrones que las otras vitaminas liposolubles.
Funciones: La vitamina E tiene varías funciones metabólicas en el organismos animal: como antioxidante biológico, efecto atribuible al grupo hidroxi de la molécula de Tocoferol. La vitamina E actúa como un antioxidante que neutraliza los radicales libres y evita la peroxidación de lípidos en las membranas. La peroxidación de lípidos en las membranas celulares y subcelulares causa serios desarreglos metabólicos que pueden en parte explicar los signos deficitarios de la vitamina E.
La vitamina E participa en la respiración celular, posiblemente evitando que las estructuras a base de lípidos de la mitocondria sufran destrucción oxidativa. No se conoce hasta la fecha participación alguna de la vitamina E en el sistema enzimático del organismo. La vitamina E esta relacionada con el selenio, así como las vitaminas A y E actuando ésta última como antioxidante de la primera.
Signos de deficiencia: La deficiencia de vitamina E produce en los animales necrosis hepática, muerte súbita y distrofia muscular. Tanto la vitamina E como el selenio evitan la presentación de estos problemas. Al inicio de la deficiencia se pueden detectar niveles elevados de transaminasas, especialmente la glutámico oxalacetica del suero, así como deshidrogenasa láctica y creatina fosfoquinasa.
Estos elevados niveles de enzimas son un claro indicio de mal funcionamiento hepático y muscular, indican también la liberación de enzimas lisosomales a la sangre, debido a la peroxidación del tejido muscular. Las lesiones producidas en el músculo estriado, se observan como líneas blancuzcas en la superficie de los músculos (degeneración de Zenker). La degeneración de músculo cardiaco, es un signo característico de esta deficiencia. La deficiencia de vitamina E también causa modificaciones en la composición de la grasa.
Existen factores que afectan el requerimiento de vitamina E, por ejemplo, el nivel de ácidos grasos polinsaturados en la ración, aumenta considerablemente la demanda por vitamina E; cualesquier grado de rancidez en el alimento genera una mayor demanda de vitamina E; el nivel de selenio en la ración tiene un efecto inverso sobre la necesidad de vitamina E, a mayor cantidad de selenio en la dieta, menor será el requerimiento de vitamina E.
La transferencia de vitamina E a través de la placenta, es muy ineficiente, en cambio los ácidos grasos cruzan la barrera placentaria mas eficientemente.
VITAMINA K
Con el nombre de vitamina K se agrupan numerosos compuestos naturales y sintéticos derivados de las naftoquinonas que tiene actividad de vitamina K.
Absorción: Algunas formas de la vitamina K siguen el mismo patrón de absorción que las vitaminas A, D y E, es decir requieren de la presencia de grasas y ácidos biliares para su correcta absorción. Sin embargo, los bisulfitos y fosfatos de menadiona son relativamente solubles en agua, por lo que no es necesaria la presencia de grasa en el intestino delgado para su absorción.
Funciones: La vitamina K (funciona a nivel de los microsomas responsables de los precursores proteicos) participa en la síntesis de los precursores de algunas enzimas proteolíticas responsables de la coagulación sanguínea. Estos son: factor IX o componentes tromboplástico del plasma, factor de Stuart, factor VII o proconvertina y factor II o protrombina.
Signos de deficiencia: La deficiencia de vitamina K se caracteriza por un aumento en el tiempo de coagulación, lo que origina la presentación de hemorragias, en ocasiones generalizadas y en casos severos muerte por desangrado. A menudo se presentan hemorragias subcutáneas que dan a la piel apariencia azulosa y con pequeñas manchas obscuras.
VITAMINA B1 (TIAMINA)
Los cereales enteros y sus subproductos, las pastas de soya, ajonjolí, algodón y girasol son muy buenas fuentes de tiamina, al igual que la levadura de cerveza.
Absorción: La tiamina es absorbida principalmente en el intestino delgado y es transportada al hígado, donde se convierte en su forma activa que forma parte de la enzima cocarboxilasa. Como en el caso de las vitaminas hidrosolubles o del complejo B, la tiamina no es almacenada en cantidades considerables en el organismo.
Funciones: la tiamina funciona en todas las células como la coenzima cocarboxilasa (Tiamina pirososfato) y actúa con otras enzimas (NAD y CoA) para convertir el ácido pirúvico en CoA.
Signos de deficiencia: La deficiencia de tiamina incrementa los niveles de ácido pirúvico y láctico en la sangre, afectando consecuentemente la adecuada utilización de carbohidratos y de grasas. El efecto inmediato de una deficiencia de tiamina es una drástica reducción en el apetito (anorexia), debilidad muscular, rigidez y cierta parálisis, daño al miocardio que puede conducir a falla cardiaca. La temperatura corporal se reduce en cerca de dos grados centígrados y las glándulas adrenales se ven aumentadas de tamaño.
Conviene recalcar que bajo condiciones prácticas y utilizando ingredientes convencionales en la dieta tales como combinaciones de cereales con pastas de oleaginosas, resulta casi imposible encontrar una deficiencia de tiamina.
VITAMINA B2 (RIBOFLAVINA)
Esta vitamina se encuentra en plantas verdes, levaduras, leche en polvo, suero de leche y harinas de pescado. Los cereales son muy pobres en su contenido de riboflavina.
Funciones: La riboflavina se encuentra presente en las coenzimas Flavin Mono Nucleótido (FMN), Flavin Adenin Dinucleótido (FAD), formando su grupo prostético. Todas estas enzimas están involucradas con reacciones de oxido-reducción a nivel celular. la riboflavina es por lo tanto sustancia presente en todas y cada una de las células del organismo.
Signos de deficiencia: El primer signo de deficiencia de riboflavina en cerdos en crecimiento es, como en la mayor parte de las deficiencias de vitaminas hidrosolubles, una notable reducción en las ganancias de peso. Esta falla se ve acompañada, cuando la deficiencia de riboflavina persiste, en dermatitis, cambios en la cornea caracterizados por opacidad, vascularización y conjuntivitis.
VITAMINA B3 NIACINA
Con el nombre genérico de niacina se conocen dos sustancias: Acido Nicotínico y Nicotinamida, ésta es la forma fisiológicamente activa. Los cereales contienen cantidades considerablemente altas de niacina. Sin embargo, esta vitamina es prácticamente indispensable para el cerdo y otros animales de estómago simple. Las harinas de pescado y sobre todo sus solubles son excelentes fuentes de niacina. La pasta de girasol también es una rica fuente de niacina, en cambio la pasta de soya resulta muy pobre en esta vitamina.
Funciones: La niacina es constituyente de dos importantes coenzimas, íntimamente relacionadas con reacciones de ácido-reducción a nivel celular; NAD o nicotin dinucléotido y NADP o nicotin adenin dinucleótido fosfato.
Tanto NAD como NADP participan en un sin número de reacciones que involucran el metabolismo de carbohidratos, grasas, proteínas y en la síntesis de rodopsina.
Signos de deficiencia: Una deficiencia de niacina en cerdos causa notable reducción en el crecimiento, abatimiento del apetito, diarrea, enteritis necrótica y dermatitis. La niacina puede ser producida a partir del aminoácido triptofano.
ÁCIDO PANTOTENICO
El acido pantoténico se encuentra presente en todas las células vivas. La alfalfa es una rica fuente de ácido pantoténico, principalmente las hojas, la pasta de girasol es una excelente fuente de esta vitamina al igual que los solubles de pescado, en cambio las pastas de soya, cártamo y ajonjolí, así como la harina de pescado son muy pobres. El contenido de ácido pantoténico del sorgo es casi el doble que el del maíz (11.5 mg/kg vs. 5.7 mg/kg).
Funciones: El ácido pantoténico es el grupo prostético de la coenzima A (se le llama coenzima A por se la coenzima de la acetilación). Esta coenzima participa en una gran cantidad de reacciones reversibles de acetilación en el metabolismo de carbohidratos, grasas y aminoácidos.
La presencia de la coenzima A es indispensable para el inicio del ciclo de Krebs, síntesis de grasas ( Malonil CoA) y β oxidación de las mismas, síntesis de aminoácidos no esenciales y degradación de la mayor parte de los aminoácidos.
Signos de deficiencia: La deficiencia de ácido pantoténico produce falta de crecimiento, alopecia, pérdida de los folículos pilosos y diarrea. El tracto intestinal se nota hiperémico y en ocasiones se observan úlceras y abscesos en el colon. Si la deficiencia persiste, se puede apreciar una cojera del tren posterior muy característica, que se le ha llamado "paso de ganso". Esto se debe a un proceso de desmielinización del nervio ciático.
Las raciones a base de sorgo y pasta de soya cubren marginalmente el requerimiento de ácido pantoténico, por lo que conviene como medida de seguridad, suplementar éstas con pantotenato de calcio, que es la forma química estable del ácido pantoténico. En este sentido es importante considerar que existen dos presentaciones comerciales el D1 pantotenato de calcio y el D pantotenato de calcio. El primero tiene una disponibilidad de 45% de ácido pantoténico y el segundo de 90%.
VITAMINA B6 (PIRIDOXINA)
La Piridoxina se encuentra ampliamente distribuida en la naturaleza. Destacan por su elevada concentración, la pasta de girasol, germen de trigo, harina de alfalfa y la melaza de caña.
Funciones: Existen tres formas de piridoxina que son: piridoxol, piridoxal y piridoxamina, las formas activas son piridoxolfosfato y piridoxamina fosfato, que como coenzimas son responsables de las reacciones de descarboxilación, transaminación y desulfuración de los aminoácidos.
Signos de deficiencia: Una deficiencia de piridoxina produce anemia de tipo microcítica hipocrómica, convulsiones de tipo epileptiforme, falta de crecimiento y fallas en la reproducción. Estos signos han sido producidos en forma experimental, utilizando dietas purificadas o empleando un antimetabolito de la piridoxina, la desoxipiridoxona.
VITAMINA H BIOTINA
Esta vitamina se encuentra ampliamente distribuida en la naturaleza. Sin embargo; los cereales y la harina de pescado la contienen en cantidades reducidas. La biotina se encuentra en los alimentos naturales en dos formas, libre y combinada.
Funciones: Las formas activas de la biotina, biotinilisina y biocitina funcionan como coenzimas en la transferencia enzimática o en la incorporación de dióxido de carbono. De especial importancia es su participación en las reacciones que involucran a la propionil CoA carboxilasa y a la acetil CoA carboxilasa por su relación directa con el metabolismo y movilización de las grasas. La biotina está involucrada también en el metabolismo de carbohidratos en reacciones que fijan bióxido de carbono.
Signos de deficiencia: La deficiencia de biotina produce dermatitis, alopecia, pezuñas quebradas y ulceras, así como incoordinación del tren posterior.
ÁCIDO FÓLICO
Esta vitamina está formada por tres distintos componentes: núcleo pteridino, ácido para-amino benzóico y ácido glutámico. El ácido fólico se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza. Además existe una gran cantidad de microorganismos que los sintetizan, esta última es posiblemente la fuente más importante de ácido fólico.
Funciones: La forma activa del ácido fólico, el ácido tetrahidrofólico, (abreviado FH4) actúa como coenzima de un gran número de reacciones enzimáticas involucradas en el transporte de radicales de un solo átomo de carbono, metilo, formilo e hidroximetilo. El FH4 participa en el metabolismo intermediario de aminoácidos, purinas y pirimidinas.
Signos de deficiencia: La deficiencia de ácido fólico causa anemia macrocítica, leucopenia e hiperplasia de la médula ósea. Los signos de deficiencia han sido producidos unicamente en forma experimental. No ha sido posible hasta la fecha observar deficiencia de esta vitamina en condiciones prácticas.
VITAMINA B4 COLINA
Todos los alimentos que naturalmente contiene grasa son ricos en colina. Destacan las harinas de pescado, solubles de pescado, levadura de cerveza, pasta de soya y pasta de nabo. Tanto el sorgo como el maíz son pobres en su contenido de colina. Sin embargo, el primero tiene casi 20% más colina que el maíz.
Funciones: La colina, a diferencia de otras vitaminas, es requerida por los animales en términos de gramos, en vez de miligramos: Otra diferencia marcada es que la colina si forma parte estructural del organismo, mientras las otras vitaminas son funcionales únicamente. Una tercera diferencia es que solo la colina y vitamina C son sintetizadas en el organismo. Se han reconocido tres importantes funciones de la colina en el organismo animal.
Signos de deficiencia: Una deficiencia de colina produce riñones hemorrágicos paso anormal e infiltración grasa en hígado. En cerdas reproductoras se presenta una reducción en el tamaño de la camada, y como signo subclínico un porcentaje de concepción reducido. Los lechones nacidos de cerdas que consumen raciones deficientes en colina, presentan el síndrome de patas abiertas.
VITAMINA B12 CIANOCOBALAMINA
Esta vitamina se encuentra únicamente en productos de origen animal y en productos de fermentación bacteriana. Son buenas fuentes las harinas de pescado, solubles de pescado, harina de carne, leche y suero de leche.
Absorción: La vitamina B12 es absorbida del íleon, para que la absorción sea eficiente se requiere de la presencia de ácido clorhídrico y de un constituyente del jugo gástrico llamado factor intrínseco que es una glicoproteína. Esta proteína liga a una molécula de vitamina B12, y lleva a las células intestinales de la que es transportada, ligada a otras proteínas llamadas transcobalaminas. La cianocobalamina, a diferencia de las demás vitaminas hidrosolubles, es almacenada en forma muy eficiente en el organismo.
Funciones: La coenzima B12 que es una de las formas activas de la vitamina B12 es indispensable para la acción de varias enzimas involucradas en el metabolismo de carbohidratos, aminoácidos (metionina) y ácidos nucleicos. La vitamina B12 es esencial en la maduración normal y desarrollo de eritrocitos.
Signos de deficiencia: El signo deficitario de Vitamina B12 más común es la falta de crecimiento. También se observa anemia de tipo macrocítica. Las cerdas con deficiencia de vitamina B12 muestran alta incidencia de abortos, camadas pequeñas, fetos anormales y muy pobre producción láctea.
ÁCIDO PARAMINOBENZOICO (PABA)
Pertenece a los factores del grupo del ácido fólico y es una sustancia de crecimiento para bacterias. También en el metabolismo de organismos más especializados parece cumplir con sus funciones.
PABA en muchos alimentos.
Solamente las aves dependen de la administración de PABA en el alimento, pero la cantidad de requerimiento no se conoce. Situaciones de deficiencia se presentan rara vez. Las truchas tienen un requerimiento real de ácido p-aminobenzóico de 100 a 200 mg/kg alimento.
INOSITOL (INOSITA)
Este alcohol protege de la degeneración adiposa del hígado a través de su efecto lipotropo. Inosita se encuentra en abundancia en alimentos y forma parte de algunos fosfolípidos.
Los requerimientos no se conocen, ya que se suplementación es solamente necesaria en raciones alimenticias que contengan nutrientes puros, tales como caseina, almidón y grasa; se utiliza para prevenir el síndrome de degeneración grasa del hígado en aves de postura, a la dosis aproximada de 1,000 mg/kg. de alimento. En truchas se recomienda contra degeneraciones hepáticas.
VITAMINA C ÁCIDO ASCÓRBICO
La dosificación se especifica en mg. ácido ascórbico/kg de alimento o animal/día. La vitamina C se encuentra en cítricos, tomates y en vegetales de hojas verdes. Se oxida con facilidad.
Absorción: Todos los animales útiles para la economía agrícola, están capacitados para sintetizar su propia vitamina C. El aprovechamiento del ácido ascórbico de procedencia natural es suficiente, sin embargo su estabilidad en los alimentos es limitada.
Funciones: La vitamina C participa en el proceso de oxidación y reducción en el organismo, por lo cual transmite oxígeno. Esta vitamina está relacionada con hormonas de las cápsulas suprarrenales y con la vitamina B1 y E. La vitamina C participa en la formación de hormonas, esteroides y en la coagulación de la sangre, aumenta la resistencia del cuerpo a infecciones en situaciones de estrés.
Signos de deficiencia: Una deficiencia de vitamina C puede resultar en alta disposición a infecciones, sangrado espontáneo de mucosas y reducida estabilidad de la cáscara de huevo en situaciones de estrés por excesivo calor.
Las necesidades de vitamina C dependen muy especialmente de diversos factores del medio ambiente como clima, cambio de alimentación, estrés transporte y nivel de enfermedades parasitarias.
A causa de la síntesis propia no se conocen valores concretos de requerimientos.
Antimicrobial Feed Additives and the Swine Industry Livestock Update, June 1999 Allen Harper, Extension Animal Scientist - Swine, Tidewater AREC Subtherapeutic levels of antimicrobial feed additives have been used in swine diets since the 1950s for improved growth rate and feed efficiency and to maintain pig performance in the presence of sub-clinical disease. The most prominent and efficacious use is in the diets of weanling and young growing pigs but responses are also obtained in finisher pigs and breeding swine. Zimmerman (1986) summarized the data from 239 separate experiments and reported that average improvement response to antimicrobial feed additives in starter pigs was 15% for growth rate and 6% for feed efficiency. In older growing-finishing pigs the improvement was 4% for growth rate and 2% for feed efficiency. It is believed that weanling and starter pigs are more susceptible to stress and subclinical disease and consequently show a greater response to growth promoting antimicrobial products. Studies have also indicated that both starter and finisher pigs have a greater response to antimicrobials under farm conditions than at swine research facilities, possibly because the disease, sanitation and housing stresses are typically greater at commercial farms than in research facilities. The consistent effectiveness of antimicrobial feed additives has led to extensive use in the swine feeding industry. Cromwell (1991) estimated that at least 85% of all starter pig feeds, 75% of all grower pig feeds, 55% of all finisher pig feeds and 20% of all sow feeds are fortified with antimicrobial feed additives. There are 17 antimicrobial feed additive products currently approved by the U.S. Food and Drug Administration for use in swine diets. General reviews on the use and effects of antimicrobial feed additives for swine are available in the antimicrobial agents chapter of the Swine Nutrition text edited by Miller, Ullrey and Lewis (Cromwell, 1991) and in Pork Industry Handbook fact sheet 31, Feed Additives for Swine (Parker and co-workers, 1994). For product labels and detailed use and pre-slaughter withdrawal information, the Feed Additive Compendium published annually by Miller Publishing and the Animal Health Institute should be consulted. Despite their effectiveness, use of antimicrobial feed additives faces an uncertain future. There is increasing pressure from regulatory agencies and from consumer groups to curb the use of antimicrobial additives in livestock and poultry feeds. Of particular concern is that regular use of antimicrobial feed additives may lead to the development of resistant microbes that may compromise the effectiveness of antibiotics in treating both animal and human disease. However, there is still considerable debate as to whether the use of antimicrobial feed additives will lead to a significant risk of inability to treat disease. For example, long-term studies have shown that using feed grade antimicrobials on swine farms for extended periods of time does lead to the development of resistant organisms but that the growth promoting effects of the products continue to be realized. Furthermore, within a herd in which antimicrobial use was suspended for over 13 years, significant levels of resistant microbe strains were still identified (Langlois and co-workers, 1986). Last year European authorities issued a ban effective July 1, 1999 on four prominent feed grade antimicrobials used within the European Union member countries. These additives included virginiamycin, spiramycin, tylosin and zinc bacitracin. Three of these products are currently approved and used in U.S. swine feeds. It remains an open question if these countries will apply the same ban to pork products imported from outside of Europe. In the U.S., the Food and Drug Administration (FDA) has proposed new regulations that will restrict approval of new antimicrobial additives while the resistant bacteria issue is studied further. In the future, regulatory action and consumer preferences may force swine producers to alter antimicrobial feed additive use. For now there are several key points to consider as this issue continues to develop.
Antimicrobial Feed Additives for Swine: Past, Present and Future Trends Livestock Update, February 2004 Allen Harper, Extension Animal Scientist Swine, Tidewater AREC and Mark Estienne, Swine Research Physiologist, Tidewater AREC
Background The consistent effectiveness of antimicrobial feed additives has led to extensive use in the swine feeding industry. Cromwell (2001) estimated that 80 to 90% of all starter pig feeds, 70 to 80% of all grower pig feeds, 50 to 60% of all finisher pig feeds and 40 to 50% of all sow feeds are fortified with antimicrobial feed additives. There are 18 antimicrobial feed additive products currently approved by the U.S. Food and Drug Administration for use in swine diets (Table 1). General reviews on the use and effects of antimicrobial feed additives for swine are available from Cromwell (2001) and in Pork Industry Handbook fact sheet 31, Feed Additives for Swine (Parker and co-workers, 1994). Despite their effectiveness, continued use of antimicrobial growth promoters faces a very uncertain future. In 1999, the European Union of agricultural ministers banned the use of virginiamycin, spiramycin, tylosin phosphate and zinc bacitracin (Smith, 1999). In addition, avoparcin, olaquindox and carbadox are also not allowed for use as growth promoters in Europe. In this country the U.S. Food and Drug Administration (FDA) and Centers for Disease Control (CDC) have called for an extensive reevaluation of continued use of antimicrobial feed additives (Smith, 1999, Elliott, 2001). One concern associated with use of antimicrobial feed additives is the potential for antimicrobial residues in meat products of treated animals. For this reason certain antimicrobial feed additives have a legally required pre-slaughter withdrawal period during which time the animals must not be fed the product before shipping for slaughter (Table 2). Table 1. Antimicrobial Agents Approved for use in Swine Feedsa
a Source: Feed Additive Compendium, 2004. Table 2. Antimicrobial Feed Additives Requiring a Pre-slaughter Withdrawala
a Source: Feed Additive Compendium, 2004. An even greater concern among regulatory agencies and consumers is the potential that regular use of antimicrobial feed additives may lead to the development of resistant microbes that may compromise the effectiveness of antibiotics in treating animal and human disease. But, there is considerable debate as to whether the use of antimicrobial feed additives will lead to a significant risk of inability to treat disease. For example, long-term studies have shown that using feed grade antimicrobials on swine farms for extended periods of time does lead to the development of resistant organisms but that the growth promoting effects of the products continue to be realized. Furthermore, within a herd in which antimicrobial use was suspended for over 13 years, significant levels of resistant microbe strains were still identified (Langlois and co-workers, 1986). Nevertheless the impetus for banning antimicrobial feed additives in food animal production is very strong. Such forces as consumer acceptance, export markets and medical community directives are likely to force loss of some, if not all antimicrobial feed additives for performance enhancement in food animals.
Can We Produce Pigs without Antimicrobial Feed Additives?
The issue has stimulated interest in alternatives to antimicrobial feed additives. Included among potential alternatives are complex mannose carbohydrates termed mannanoligosaccharides derived from the cell wall of yeasts. There is evidence that dietary inclusion of mannanoligosaccharides has immunomodulatory properties and may improve growth performance of weanling pigs (Spring and Privulescu, 1999). So-called probiotics are a second category of potential replacements for antimicrobial growth promoters. Probiotics generally refer to viable microbial cultures that are intended to increase the gastrointestinal population of beneficial microbes while competitively excluding bacteria that may depress health or growth performance (Cromwell, 2001). At the Virginia Tech Tidewater AREC we assessed two commercially available feed additives in 5-week nursery pig trials as potential alternatives to traditional antimicrobial feed additives (Harper and Estienne, 2002). In trial 1 a mannanoligosaccharide (Bio-Mos, Alltech Incorporated) was evaluated with the antimicrobial feed additive carbadox (Mecadox, Phibro Animal Health). Treatments included: 1) a control diet with no supplemental feed additive; 2) a diet containing Bio-Mos (0.3% during wk 1 and 0.2% for wk 2-5); 3) a diet containing carbadox (50 grams/ton); and, 4) a diet containing both additives. Results are summarized in Table 3. There were no main effects of Bio-Mos supplementation and no interaction effects of Bio-Mos and carbadox in combination (P > 0.40). The main effects of carbadox supplementation were an 8 % increase in feed consumption and a 9 % improvement in growth rate (P < 0.01). In trial 2, a probiotic product (BioMate-2B, Chris Hansen Biosystems) consisting of Bacillus licheniformis and subtilis was assessed. Treatments included: 1) a control diet with no feed additive; 2) a diet containing Bacillus additive (0.1%); 3) a diet containing carbadox (50 grams/ton); and, 4) a diet containing both additives. Results are presented in Table 4. For the overall 5-wk trial there was no Bacillus by carbadox interaction (P > 0.44) and no Bacillus main effect improvements in pig performance. A slight reduction in growth rate (4 %) with Bacillus supplementation was observed (P < 0.05). Main effects of carbadox were a 9 % increase in growth rate and a 4 % improvement in feed conversion efficiency (P < 0.01). Table 3. Effects of BioMos and(or) Carbadox Addition to Nursery Pig Feeds
aBioMos® (Alltech, Inc., Nicholasville, KY)
supplemented at 0.3% of diet during wk 1 and 0.2% of diet during wks 2-5. Table 4. Effects of Bacillus Probiotic and(or) Carbadox Addition to Nursery Pig Feeds
aThe Bacillus source was BioPlus-2B® (Chr.
Hansen Biosystems Inc., Milwaukee, WI) supplemented at 0.1% ppm of the
diet. In these two experiments the picture was very clear. The traditional antimicrobial feed additive carbadox (Mecadox®) was definitely effective in enhancing growth performance of nursery pigs. This was true even though the unsupplemented control pigs performed quite well. The two alternative products, however, had no positive influence on pig growth performance. A definitive conclusion about the effectiveness of alternative products like BioMos and BioMate-2B cannot be drawn from two small growth trials at one location. But, these trials do agree with the overwhelming majority of nursery pig and growing pig data that has been generated. Recently a large scale review of growth trials involving alternative products for feed additive antimicrobials was published (Turner and co-workers, 2001). The overall conclusion from this review was that in some cases probiotics and other alternative products improve performance, but not in the majority of cases. Supplementing antimicrobial additives does not always result in improved performance either. But, what can be safely stated is that traditional antimicrobial feed additives will enhance pig performance more consistently and the magnitude of the improvement will be greater than with currently available alternative products.
What Factors will be Important if Antimicrobial Feed Additives are Banned?
Optimal Rearing Environment and Husbandry. It is well established that pigs respond to a properly managed rearing environment with good performance and fewer disease problems. This may be even more critical in the absence of antimicrobial feed additives. Clean sanitized facilities with carefully regulated ventilation (air movement and air quality) and temperature requirements are particularly important. Appropriate pen stocking density (floor space) is also a potentially important factor. All-In, all-out management by barn or by pig room is an effective husbandry tool under any circumstance. But, the value of all-in, all-out management may be even more critical if antimicrobial feed additives are not used. Proper cleaning, disinfection and dry-down of facilities between pig groups are essential to realize the full benefits of all-in, all-out pig group management. Feeding and Nutritional Strategies. Although probiotics and other alternative products are not as consistently effective as antimicrobials, there does appear to be some farm specific conditions under which certain products give a response. Perhaps the only way this can be determined is through on-farm trials. If no response can be demonstrated, use of the particular product cannot be economically justified. However, two relatively low-cost products have been used that yield performance responses in weanling and nursery pigs with reasonable consistency. Specifically, high dietary levels of copper, usually in the form of copper sulfate, will produce improved growth performance in weanling and nursery pigs and high dietary levels of zinc, usually in the form of zinc oxide, will improve performance of weanling pigs. The added copper supplementation rate is typically in the range of 200 to 300 parts per million (ppm) which is substantially greater than the 5 to 15 ppm of copper provided in trace mineral supplements. For zinc the supplementation rate is 2500 to 3000 ppm, much higher than the 80 to 120 ppm typically provided by trace mineral supplements. In the event of a ban on antimicrobial feed additives, the use of elevated copper and zinc addition to young pig diets is likely to increase. However, two important considerations are in order. First, at the recommended levels these minerals can stimulate performance. But, at dietary levels beyond 300 ppm for copper and 3000 ppm for zinc, these minerals can actually be toxic and impair health and performance of pigs. Secondly, supplementing growth promotional levels of copper or zinc in the diet will result in greater excretion of these minerals in the manure. In situations where copper and zinc accumulation in soils receiving manure is a potential problem, use of elevated dietary copper and zinc may not be feasible. Another nutritional strategy that warrants attention is addition of spray dried plasma protein at levels of 4 to 8% of the diet for early weaned pigs. Use of this product in the phase I diet of weanling pigs has consistently resulted in improved feed intake and growth. There is some evidence that this is related to immunological properties of plasma protein products. In trials involving un-medicated diets at our unit, spray dried plasma has shown good performance responses during the initial week after weaning. However, response to this product is limited to early weaned pigs and it very expensive. Therefore its use is limited mainly to the initial post-weaning diet.
Current Considerations
Feed additives should be viewed as a performance tool that is used along with good swine herd management. They should not be considered as a substitute for proper herd health maintenance, good sanitation and effective bio-security practices. Growth and feed efficiency responses to various antimicrobial additives do not occur in every herd or in every situation within a herd. It may be necessary to conduct a controlled on-farm performance trial to determine if a particular feed additive is providing a performance response and yielding an economic return on investment. This point is particularly true in finishing pigs, which do not show the same consistency of response to feed additives as starter pigs. The concern about antimicrobial additives has stimulated a renewed interest in potential alternatives. Probiotics , oligosaccharides, acidifiers and high levels of copper sulfate and zinc oxide will potentially see increased interest if use of antimicrobials is banned or reduced. However, the same principles of safe, economical and effective use of feed additives will apply to these products as with antimicrobials.
References
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