Estudio comparado del metabolismo de aminoácidos y de lípidos en el cerdo ibérico y de una raza convencionalefectos sobre el crecimiento, el metabolismo muscular y la calidad de sus productos.

Resumen

La raza porcina Ibérica se caracteriza por una baja eficiencia productiva, crecimiento más lento, limitado desarrollo muscular, y gran capacidad de acumulación de grasa corporal en comparación con las razas porcinas modernas (Nieto y col., 2002; Barea y col., 2007). En parte de los trabajos desarrollados previamente por el grupo de investigación en el que se ha llevado a cabo esta Tesis Doctoral, se han establecido pautas nutricionales para la alimentación de esta raza, criada en pureza, en distintas fases productivas (Nieto y col., 2013). En paralelo se han desarrollado estudios que aportan conocimientos que nos ayuden a explicar algunas de las peculiaridades metabólicas de esta raza autóctona, como los que se describen en esta memoria. (Fernández Figares y col., 2007; Nieto y col., 2015). En alguno de estos estudios previos se observó una menor sensibilidad a un aporte deficiente de lisina en la dieta en cerdos de raza Ibérica comparados con cerdos Landrace -mantenidos ambos en idénticas condiciones experimentales- determinada en crecimiento, renovación de proteína total y de tejidos (Rivera-Ferre y col., 2005), y en las estimaciones de la retención de proteína corporal realizadas mediante balance de nitrógeno (Rivera-Ferre y col., 2006). Por otra parte, en cerdos de genotipo convencional se han descrito modificaciones en distintos parámetros bioquímicos del músculo relacionadas con el aporte de aminoácidos esenciales en la dieta, entre ellos un incremento en la grasa intramuscular promovido por dietas deficientes en lisina (Katsumata y col., 2005). Más recientemente, otros investigadores han descrito que este efecto se limitaba a razas porcinas magras, pero no tenía lugar en razas grasas, similares a la Ibérica (Madeira y col., 2013). Desde nuestra perspectiva, dada la importancia que en la economía de la producción porcina tiene el tejido muscular y la escasez de información respecto a cómo tienen lugar estos procesos, consideramos conveniente profundizar en este tipo de estudios comparados, utilizando una raza porcina convencional y la raza Ibérica como prototipo de raza porcina grasa. Este estudio se ha ampliado a la investigación de los posibles mecanismos implicados en el depósito de ácidos grasos en los tejidos, utilizando los mismos modelos, siempre en idénticas condiciones experimentales. Indudablemente, diferencias en este y otros procesos relacionados pueden tener consecuencias sobre las características nutricionales de la carne y la calidad de la misma, aspecto que también se aborda en parte de los trabajos llevados a cabo. Por último, también se ha prestado atención a la composición aminoacídica de los músculos y la canal por sus posibles implicaciones en la definición de un perfil de aminoácidos en la dieta más ajustado a las características de esta raza grasa, buscando siempre aumentar la eficiencia del proceso de retención de proteína corporal, tan reducido en este genotipo en comparación con razas porcinas seleccionadas, y obtener información en estudios en los que se utilicen ambas razas simultáneamente, muy escasos en la bibliografía. Con estos antecedentes, el objetivo general de esta Tesis Doctoral ha sido el estudio comparado de diversos aspectos del metabolismo de aminoácidos y lípidos en el cerdo Ibérico y en una raza porcina convencional, con especial énfasis en el tejido muscular y en el análisis de los posibles mecanismos implicados que puedan explicar las diferencias entre genotipos. Para lograr este objetivo general se plantearon los siguientes objetivos específicos: a) Determinar los efectos que la deficiencia en lisina de la dieta puede ejercer sobre el crecimiento, la composición corporal, las características bioquímicas del músculo y el perfil metabólico de cerdos Ibéricos y Landrace × Large- White en idénticas condiciones experimentales; b) analizar de forma comparada los principales mecanismos enzimáticos implicados en el depósito de grasa en el músculo y la canal; c) evaluar la composición nutricional y parámetros de calidad en músculos de cerdos Ibéricos y Landrace × Large-White en diferentes estadios de crecimiento, sometidos a idénticas condiciones nutricionales y de manejo; d) estudiar las diferencias en el perfil de aminoácidos de la proteína corporal de cerdos Ibéricos y Landrace × Large-White, en condiciones de un aporte adecuado de aminoácidos o de deficiencia en lisina, y sus posibles consecuencias sobre la definición de un perfil proteico ideal para el cerdo Ibérico en crecimiento. Para la consecución de los objetivos descritos se diseñaron dos experimentos. En el primero de ellos se investigaron, en un ensayo comparado, los efectos que la alimentación con dietas deficientes en lisina causa en cerdos Ibéricos y en un cruce comercial convencional, manteniendo a ambos en idénticas condiciones experimentales desde los 10 a los 25 kg de peso. En un segundo experimento se evaluaron las diferencias en la composición nutricional y el color instrumental en dos músculos de cerdos Ibéricos y cerdos de genotipo convencional a los 50 kg y 115 kg de peso vivo, manteniendo a los animales bajo condiciones idénticas de nutrición y manejo. En el primer experimento, utilizamos veintiocho machos castrados de 10 Kg de peso corporal, 14 de la raza Ibérica y 14 Landrace x Large-White (LDW), alojados individualmente en parques de 2m2. Los animales fueron asignados al azar a una de las dos dietas experimentales empleadas siguiendo un diseño factorial 2 × 2 (2 razas × 2 dietas). Las dietas, isonitrogenadas e isoenergéticas, contenían 200 g PB/kg MS y 14,7 MJ EM/kg MS y diferían en su contenido en lisina. La dieta adecuada en lisina (1,09% lisina) presentaba cantidades adecuadas en aminoácidos y en el resto de nutrientes, mientras que la dieta deficiente en lisina tenía una composición idéntica a la primera excepto por su aporte en lisina (0,52% lisina). Los animales fueron alimentados a 0,85 × la ingesta ad libitum del genotipo Ibérico, que presenta mayor capacidad de ingesta. La ingesta diaria fue calculada semanalmente en función del peso vivo individual. Cuando los animales alcanzaron 25 kg de peso corporal, se sacrificaron por exsanguinación previa electronarcosis. Los datos proporcionados por este ensayo nos indican que el crecimiento se redujo en ambos genotipos porcinos cuando se les alimentó con dietas deficientes en lisina, particularmente en los cerdos LDW. En general, la restricción en lisina produjo un descenso en el peso relativo de tejidos magros como lomo, jamón y paleta, así como en la concentración de proteína en la canal, a la vez que condujo a un aumento del peso relativo de los depósitos grasos. Respecto a los músculos estudiados, longissimus dorsi y biceps femoris, en ambos se redujo la concentración de proteína y aumentó el contenido de grasa intramuscular en los animales alimentados con la dieta deficiente en lisina, aunque este incremento no resultó significativo en el caso del longissimus dorsi de los cerdos LDW. En la grasa intramuscular la concentración de ácido oleico aumentó y la de ácidos grasos poliinsaturados disminuyó significativamente en los músculos de los animales alimentados con la dieta deficiente en lisina. En estos animales se observó, además, un incremento en la proporción de fibras oxidativas en el longissimus dorsi, así como un incremento en la concentración de L-carnitina libre en ambos músculos. En cuanto a la actividad de las enzimas lipogénicas estudiadas: ácido graso sintasa, glucosa-6-fosfato deshidrogenasa y enzima málica, la deficiencia en lisina promovió un aumento generalizado de su actividad en ambos músculos, y un descenso de la misma en el caso del tejido adiposo subcutáneo. Este aumento de actividad se corresponde, en líneas generales, con los cambios en la expresión génica de estas enzimas observados en los mismos tejidos. El análisis de metabolitos y hormonas en plasma mostró menor concentración de creatinina, y mayores de leptina e IGF-1 en los cerdos Ibéricos respecto a los LDW; así como un incremento en las concentraciones de urea y colesterol total, y una disminución de insulina e IGF-1, en los animales alimentados con la dieta deficiente en lisina. La concentración plasmática de L-carnitina libre fue superior en los cerdos Ibéricos, aunque no se observaron cambios en la concentración plasmática de este compuesto relacionados con la disminución en la ingesta de lisina. En el segundo experimento se emplearon 32 cerdos machos castrados, 16 Ibéricos puros y 16 Landrace x Large-White (LDW), alojados individualmente en parques de 2m2. Los animales de cada genotipo se asignaron al azar a una de las dos dietas experimentales empleadas siguiendo un diseño factorial 2 × 2, con 8 animales por combinación de tratamientos. Las dietas utilizadas proporcionaron 17 y 13% de proteína bruta, respectivamente, y contenían concentraciones similares en el resto de nutrientes y energía (14,5 MJ/kg). Los animales se alimentaron a 0,80 × la ingesta ad libitum del genotipo Ibérico, con mayor capacidad de ingesta. La ingesta diaria fue calculada semanalmente en función del peso vivo individual. Cuatro animales por tipo genético y dieta se sacrificaron a 50 y 115 kg de peso, respectivamente, por exanguinación previa electronarcosis. Inmediatamente tras el sacrificio se extrajeron muestras de los músculos longissimus thoracis y biceps femoris para el análisis de su composición en nutrientes y color instrumental. En este experimento se observó que los músculos del cerdo Ibérico, a los dos pesos de sacrificio estudiados, contenían mayor concentración de grasa intramuscular, con un contenido más elevado en ácidos grasos monoinsaturados, especialmente en ácido oleico, al compararlos con los del genotipo LDW. Entre los minerales estudiados, destacaron el Fe y Zn. Cuando los animales tenían un peso de 115 kg los músculos de cerdo Ibérico presentaron mayor concentración de estos dos minerales, especialmente el bíceps femoris, con valores de hasta 17,5 mg de Fe/kg y 28,6 mg de Zn/kg frente a los 9,6 mg de Fe/kg y 17,7 mg de Zn/kg encontrados en el cruce LDW. Estos resultados muestran que la carne de cerdo Ibérico puede considerarse una fuente rica en estos minerales. Los músculos de cerdo Ibérico fueron, además, más oscuros (coordenada L* inferior) y más rojizos (valor a* superior) que los de cerdos LDW, que a su vez mostraron tonos más cercanos al amarillo (b* mayor). Se encontraron correlaciones significativas entre las coordenadas de color, el contenido de minerales y el perfil lipídico de los músculos: el color rojo del músculo se relacionó principalmente con los niveles de Fe, Zn y con los ácidos grasos monoinsaturados, mientras que el color amarillo se relacionó positivamente con el Cu, los ácidos grasos poliinsaturados y el ácido linoleico. Los resultados obtenidos en este ensayo apoyan resultados previos sobre las características particulares de los músculos del cerdo Ibérico, que están relacionadas con la calidad de la carne y de los productos derivados de esta raza de tendencia grasa comparada con las razas convencionales, incluso bajo un sistema de manejo idéntico, debido a su composición en ácidos grasos y parámetros de color. Por otra parte, el primer experimento descrito permitió, además, analizar la composición en aminoácidos de la proteína de los músculos y canal, y obtener información sobre posibles diferencias en el perfil de aminoácidos esenciales de ambos genotipos y de su respuesta ante cambios en la concentración de lisina en la dieta. En la proteína de la canal de cerdos Ibéricos se observó una concentración superior de isoleucina, valina y fenilalanina (5-9%) en comparación con la de cerdos LDW, mientras que las de treonina y metionina tendieron a ser más bajas. Para el músculo longissimus dorsi, se observaron concentraciones más altas (4,6 a 7,5%) de arginina, isoleucina, fenilalanina, lisina y valina; y menores de metionina (7,2%) en los cerdos Ibéricos, con cambios significativos en las concentraciones de varios aminoácidos en ambos genotipos porcinos cuando se alimentó a los cerdos con la dieta deficiente en lisina. Por el contrario, los efectos del genotipo y la deficiencia en lisina de la dieta sobre la composición en aminoácidos de la proteína del músculo bíceps femoris fueron bastante moderados. Las diferencias entre genotipos detectadas en la composición de aminoácidos de las proteínas corporales pueden tener relevancia para la definición de un perfil de aminoácidos esenciales óptimo para el cerdo Ibérico en crecimiento, de cara aumentar su eficiencia de utilización proteica de la dieta. Las conclusiones de esta Tesis Doctoral son las siguientes: 1. Tanto los cerdos Ibéricos como los de genotipo convencional respondieron en términos generales de manera similar al aporte deficiente de lisina en la dieta. Se produjo un descenso en el ritmo de crecimiento corporal y muscular, junto con un aumento en el peso relativo de los depósitos grasos y un descenso en el de los componentes magros. 2. El contenido y la composición de la grasa intramuscular pueden ser manipulados modificando la concentración de lisina en la dieta de cerdos de tipo convencional y graso, como el Ibérico. Las estrategias necesarias para lograr un nivel determinando de grasa intramuscular sin penalizar el crecimiento del animal dependerán del genotipo y de la fase productiva del mismo. 3. Los parámetros de actividad y expresión génica de las principales enzimas lipogénicas en los músculos estudiados permiten explicar, al menos en parte, la mayor concentración de grasa intramuscular que presentan los cerdos Ibéricos, así como el incremento en este parámetro que tiene lugar cuando los animales reciben una dieta deficiente en lisina. 4. El genotipo ejerce una gran influencia sobre la composición y características del músculo íntimamente relacionadas con la calidad de la carne, como su contenido en grasa intramuscular y el perfil de ácidos grasos, la composición mineral y el color. 5. Existen correlaciones significativas entre las coordenadas de color, el contenido en minerales traza y la composición en ácidos grasos de los músculos. El color rojo se relacionó positivamente con los niveles de Fe, Zn y de ácidos grasos monoinsaturados, mientras que el color amarillo lo hizo con las concentraciones de Cu y ácidos grasos poliinsaturados. 6. Las diferencias encontradas entre genotipos en la concentración de algunos aminoácidos de las proteínas corporales pueden indicar que el perfil de la proteína ideal para el cerdo Ibérico en crecimiento puede diferir en algunos aminoácidos esenciales, como la valina, isoleucina y metionina, respecto al definido para cerdos convencionales. 7. La deficiencia de lisina en la dieta afecta a la composición proteica muscular, con efectos distintos sobre músculos con funciones biológicas diferentes, lo que nos muestra la plasticidad del organismo animal para hacer frente a condiciones de restricción de nutrientes. Bibliografía Barea, R., Nieto, R., Aguilera, J. F. 2007. Effects of the dietary protein content and the feeding level on protein and energy metabolism in Iberian pigs growing from 50 to 100 kg body weight. Animal 1, 357-365. Fernández-Figares, I., Lachica, M., Nieto, R., Rivera-Ferre, M. G., Aguilera, J. F. 2007. Serum profile of metabolites and hormones in obese (Iberian) and lean (Landrace) growing gilts fed balanced or lysine deficient diets. Livestock Science 110, 73-81. Katsumata, M., Kobayashi, S. I., Matsumoto, M., Tsuneishi, E., Kaji, Y. 2005. Reduced intake of dietary lysine promotes accumulation of intramuscular fat in the Longissimus dorsi muscles of finishing gilts. Animal Science Journal 76, 237-244. Madeira, M. S., Pires, V. M., Alfaia, C. M., Costa, A. S., Luxton, R., Doran, O., Bessa R. J. B., Prates, J. A. 2013. Differential effects of reduced protein diets on fatty acid composition and gene expression in muscle and subcutaneous adipose tissue of Alentejana purebred and Large White× Landrace× Pietrain crossbred pigs. British Journal of Nutrition 110, 216-229. Nieto, R., Barea, R., Lara, L., Palma-Granados, P., Aguilera, J. F. 2015. Lysine requirement relative to total dietary protein for optimum performance and carcass protein deposition of Iberian piglets. 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