Micotoxinas y su impacto en la producción porcina
Carla Moreno Marrero Dácil Alemán Almeida
Qué son las micotoxinas “Había en la calle hombres que se desplomaban, entre alaridos y contorsiones; otros caían y echaban espuma por la boca, afectados por crisis epilépticas, y algunos vomitaban y daban signos de locura. Muchos gritaban: “¡Fuego! ¡Me abraso!”. Se trataba de un fuego invisible que desprendía la carne de los huesos y la consumía. Hombres, mujeres y niños agonizaban con dolores insoportables.” Estas fueron las palabras que utilizó un cronista del siglo X para describir una enfermedad que afectaba a numerosas partes de Europa en el año 943. La enfermedad se conoció como el “fuego de San Antonio” debido a la sensación abrasadora experimentada por las víctimas, muchas de las cuales visitaban el santuario de San Antonio en Francia con la esperanza de curarse. Sabemos ahora que el “fuego de San Antonio” (ergotismo) se debía al consumo de centeno contaminado con “alcaloides ergóticos”, producidos por el hongo Claviceps purpurea o cornezuelo del centeno (Bove, 1970; Beardall y Miller, 1994), y que alcanzó proporciones epidémicas en muchas partes de Europa en el siglo X. Los metabolitos secundarios tóxicos, como los alcaloides ergóticos, producidos por determinados mohos, se conocen como “micotoxinas”, y las enfermedades que causan se llaman “micotoxicosis”. Según una definición reciente de Pitt (1996), las micotoxinas son “metabolitos fúngicos cuya ingestión, inhalación o absorción cutánea reduce la actividad, hace enfermar o causa la muerte de animales (sin excluir las aves) y personas.” Las micotoxinas se encuentran en diversos alimentos y piensos y se han relacionado (Mayer, 1953; Coker, 1997) con diversas enfermedades de animales y personas. La exposición a micotoxinas puede producir toxicidad tanto aguda como crónica, con resultados que van desde la muerte a efectos nocivos en los sistemas nervioso central, cardiovascular y respiratorio y en el aparato digestivo. Las micotoxinas pueden también ser agentes cancerígenos, mutágenos, teratógenos e inmunodepresores. Actualmente está muy extendida la opinión de que el efecto más importante de las micotoxinas, particularmente en los países en desarrollo, es la capacidad de algunas micotoxinas de obstaculizar la respuesta inmunitaria y, por consiguiente, de reducir la resistencia a enfermedades infecciosas. Las micotoxinas son objeto de interés mundial debido a las importantes pérdidas económicas que acarrean sus efectos sobre la salud de las personas, la productividad de los animales y el comercio nacional e internacional. La FAO estima que más de un 25% de la producción de alimentos en el mundo está contaminada en un cierto grado con micotoxinas (Lawlor y Lynch, 2001). La mayoría de los hongos crecen en los cereales produciendo sus toxinas cuando las condiciones son favorables. Así, se estima que entre el 25 y 40% de los cereales puede estar contaminado con alguna o varias micotoxinas (Pittet, 1998). De esta forma, los cereales cobran una atención prioritaria por la incidencia de su contaminación así como por su elevado consumo por animales y el hombre. Sin embargo, la incidencia y concentración de las micotoxinas en los productos es variable y esporádica en diferentes años y localizaciones geográficas (CAST, 1989), en parte debido a la variación en las condiciones climáticas. 2
Situación legal mundial: Mundialmente, al menos 99 países tenían reglamentos para las micotoxinas en los alimentos y/o en las raciones en el año 2003 (ver la Figura 1), un aumento de aproximadamente 30 por ciento comparado con 1995. La población total en estos países representa aproximadamente 87 por ciento de los habitantes del globo. En 1995, el 23 por ciento de la población mundial vivía en una región en la que no estaba vigente ningún reglamento conocido para las micotoxinas. Este porcentaje había disminuido al 13 por ciento en el año 2003, en razón de un ligero aumento en América Latina y Europa e incrementos más significativos en África y Asia/Oceanía. De hecho, todos los países con reglamentaciones para las micotoxinas tenían en el año 2003 al menos límites reglamentados para la aflatoxina B1 o para el total de las aflatoxinas B1, B2, G1 y G2 en los alimentos y/o las raciones, una situación similar a la de 1995. Para varias otras micotoxinas, también existen reglamentos específicos (por ej. la aflatoxina M1; los tricotecenos deoxinivalenol y diacetoxiscirpenol, las toxinas T-2 y HT-2; las fumonisinas B1, B2, y B3; el ácido agárico; los alcaloides del ergot; la ocratoxina A; la patulina; las fomopsinas; la esterigmatocistina y la zearalenona). Con los años el número de países que reglamentan las micotoxinas ha aumentado. Comparando la situación en 1995 con la del año 2003, resulta que en este último año hay más micotoxinas reglamentadas en más productos básicos y en otros productos en tanto que los límites tolerables permanecen generalmente en los mismos valores o tienden a disminuir. Los reglamentos son más variados y detallados, con nuevos requisitos relativos a los procedimientos oficiales de muestreo y a las metodologías analíticas. 3
Europa En Europa, 39 países, representando aproximadamente el 99 por ciento de la población del continente, cantaban con reglamentos específicos para micotoxinas en el año 2003. Comparativamente con otras regiones, Europa cuenta con los reglamentos para las micotoxinas en los alimentos más extensos y detallados. En la UE, existen reglamentos armonizados para las aflatoxinas en diversos alimentos, para la aflatoxina M1 en la leche, para la ocratoxina A en los cereales y en los frutos secos de la vid, para la patulina en el jugo de manzana y en productos de la manzana y para la aflatoxina B1 en diversas raciones. Se han fijado límites guía para el deoxinivalenol en los cereales y en los productos de cereales. Interesa señalar que muchos de los miembros recientes de la UE cuentan, a menudo, con reglamentos para las micotoxinas más detallados que los vigentes actualmente en la UE.
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Resto de zonas:
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Micotoxinas más frecuentes en porcinos Zearalenona Esta micotoxina es un metabolito secundario con características estrogénicas producidas por hongos del genero Fusarium, principalmente Fusarium graminearum. Los micelios y esporos de los hongos citados producen pigmentos rojizos o rosados. Esta micotoxina puede ser encontrada como contaminante natural de diversos alimentos como maíz, arroz, avena, cebada, trigo, siendo de mayor importancia en la producción el maíz o la harina de este. La aparición de zearalenona en los alimentos está ligada a condiciones ambientales favorables. El crecimiento del hongo se ve favorecido a temperaturas de 20-25ºC, pero para la óptima producción de zearalenona se requiere temperaturas más frías (8-14ºC) Efectos de la zearalenona sobre la producción y reproducción porcina Los signos más comunes son: -
Hiperestrogenismo. Estos signos generalmente se ven en cachorras prepúberes a partir del destete y es frecuente ver lechonas que nacen con edematización vulvar y esto es debido a que hay transferencia de Zearalenona vía placenta y calostro, fundamentalmente esta ultima vía; este signo es de utilidad cuando se sospecha de este tipo de toxina, ya que hay muy pocas patologías que lo provocan. Lo que caracteriza el cuadro de hiperestrogenismo es la edematización y enrojecimiento de la vulva, agrandamiento de los pezones, prolapsos vaginales y rectales, estos 7
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últimos pueden aparecer en otras categorías si bien la Zearalenona no es la única causa de los mismos. Los órganos internos sufren cambios tales como útero muy agrandado y ovarios atrofiados, en general estos signos son más frecuentes de observar en cachorras que en hembras adultas. Efectos sobre el estro. Generalmente se prolonga la duración del ciclo estral o retarda el retorno al siguiente celo post-destete. Efectos en la gestación. Reduce la sobrevivencia embrionaria y por lo tanto el tamaño de la camada se ve afectado, aumentando el número de cerdas que no retienen la preñez por lo tanto esto se traduce en menor fertilidad y mayor mortalidad embrionaria. Durante la, gestación afecta el ambiente uterino causando una disminución en la secreción de LH y progesterona que modifican la morfología de los tejidos uterinos. En algunos trabajos se han reportado efectos sobre la fertilidad, con concentraciones en el alimento de las cerdas con valores entre 100 a 200 ppb de Zearalenona. Efecto sobre el peso de los fetos: Se produce una disminución del 24 % en el peso de los fetos, por lo tanto afecta al peso al nacimiento, aumenta el número de nacidos muertos y débiles. Efectos sobre la lactancia. No se observan grandes signos externos, se ha reportado que aumenta la mortalidad en las primeras dos semanas, esto es una consecuencia de lo descrito en el ítem anterior.
Efecto de la zearalenona en la salud humana En humanos se ha relacionado el consumo de ZEA con: -
presentación de pubertad precoz en niñas aumento del tamaño de los órganos reproductores en niños
Aflatoxinas Son producidas por variedades de hongos tales como el Aspergillus flavus y Aspergillus parasiticus. Las más reconocidas son las B1, B2, G1 y G2. La M1 (derivado metabólico de B1) y M2 (derivado de B2) pueden encontrarse en la leche y la orina de los animales. Pueden encontrarse en subproductos, en cereales y en alimentos para humanos (por ejemplo en los frutos secos). La aflatoxina M1 se puede localizar en la leche materna humana, si la madre ha ingerido alimento contaminado con la aflatoxina B1 El efecto de estas toxinas depende de la edad del animal y de las dosis ingeridas. La aflatoxina B1 disminuye la inmunidad adquirida con la vacunación contra el mal rojo Efecto de las aflatoxinas en la producción y reproducción porcina
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Los síntomas más comunes depende del tipo de intoxicación -
Inmunosupresión Temblores Fiebre Inapetencia no hay una ganancia de peso. Cancerígeno, teratogénico, mutagénico, hepatotóxico Agalactia en cerdas y abortos. Anemia Ictericia Muerte
Efecto de las aflatoxinas en la salud humana Estas Micotoxinas producen: -
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Intoxicación aguda o Vomitos o Dolor abdominal o Edema pulmonar o Infiltración grasa y necrosis del hígado Intoxicación aguda o Cáncer o Inmunosupresión o Degeneración hepato celular o Necrosis y fibrosis del hígado o Encefalopatía en niños o Parapesia Espástica Tropical o Infarto cerebral o Muerte
Ocratoxina A La ocratoxina es producida por hongos del grupo del Aspergillus ochraceus y un número de especies del Penicillum, como el Penicillum viridicatum (Osweiler, 1992) y Penicillum verrucosum. A menudo actúa presentándose junto a la citrinina (Lacey, 1990). Puede encontrarse como contaminante natural de los cereales (cebada, arroz), subproductos y en alimentos para humanos tales como legumbres, quesos, granos de café crudo y carnes ahumadas, principalmente. Efectos sobre la producción y reproducción porcina -
Disminución del crecimiento fetal En cerdos jóvenes ocasiona edema con rigidez generalizada
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En verracos disminuye la fertilidad a causa de disminución de calidad y producción seminal Úlceras gástricas Polidipsia Disminución del índice de conversión en lechones Inmunosupresión Nefrotoxicidad y hepatotoxicidad
Efectos sobre la salud humana -
Dificultad respiratoria Fallo renal Nefropatía intersticial Cancer
Fumonisinas Las fumonisinas son metabolitos secundarios tóxicos producidos esencialmente por cepas toxicogénicas de Fusarium moniliforme. La mayor producción de fumonisinas tiene lugar en sustratos con una actividad de agua superior a 0,91 y a una temperatura comprendida entre 15 y 25 ºC. En general, Fusarium es un moho que forma parte de la flora de campo (sustratos fitopatógenos, plantas vivas) y de la flora intermedia (sustratos de cereales recién recogidos y aún húmedos). Existen seis tipos de fumonisinas, la B1, B2, B3, B4, A1 y A2 (Marasas, 1995). Sin embargo, las más frecuentes e importantes por su toxicidad son la fumonisina B1(FB1) y la fumonisina B2 (FB2). Éstas pueden encontrase como contaminantes naturales en los cereales (de preferencia en el maíz y sus subproductos). Las fumonisinas resisten temperaturas de hasta 150 ºC en función del tiempo de permanencia a esas temperaturas y del pH del sustrato. Además, son muy polares y solubles en agua y acetonitrilo. Efectos sobre la producción y reproducción procina -
Edema pulmonar Problemas hepáticos Problemas cardiovasculares: fallo del lado izquierdo del corazón Cianosis Ictericia Lesión cerebral Leucoencefalomalacia
Efectos sobre la salud humana -
Cáncer esofágico
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Tricotecenos Producidas principalmente por Fusarium tricinctum, graminearum, roseum y sporotrichioides. Las más importantes son la vomitoxina o deoxinivalenol (DON), toxina T2 y diacetoxiscirpenol (DAS). Se pueden encontrar en cereales y sus subproductos. Vomitoxina La vomitoxina es una potente inhibidora del consumo de alimento y del crecimiento, de forma que por cada 1 ppm se estima que el consumo cae un 5%. Cuando voluntariamente los animales reducen el consumo, los vómitos se detienen. Efectos en la producción y reproducción porcina - Vómito - Dolor abdominal - Engrosamiento del esófago - Inflamación intestinal diarrea aguda - Reducción de la producción de eritrocitos - Alta mortalidad en lechones Toxina T2 La toxina T2 es más potente que la vomitoxina, pero menos común. Efectos sobre la producción y reproducción porcina - Vómitos - Inapetencia - Dificultad para crecer - Infertilidad - Lesiones a nivel de útero y ovario Efectos sobre la salud humana - Dolor abdominal - Dolor de cabeza - Vómitos - Diarrea
Ergotamina Es producida por el hongo Claviceps purpurea y aunque el bovino es la especie más susceptible, afecta a todas las demás. El hongo sintetiza también otros alcaloides, entre ellos la ergometrina. Efectos sobre la producción y reproducción porcina -
Pobre índice de crecimiento Depresión Incremento de la respiración
Efectos sobre la salud humana La industria farmacéutica ha creado medicamentos a base de ergotamina para tratar los dolores de migraña y algunos tipos de dolores de cabeza pulsantes. No se usan para 11
prevenir los dolores de cabeza pero se usan para aliviar un dolor de cabeza una vez que haya empezado.
Prevención y control: Estrategias de control
Es complejo saber a ciencia cierta el grado de contaminación, pero diversas estimaciones indican que al menos el 25% de la producción mundial de materias primas está contaminada en mayor o menor grado. Por tanto debemos entender que i) son estrategias de control y minimización, no de erradicación, ii) debemos actuar de forma multidisciplinar, no vale con una medida única. A continuación se muestran unas recomendaciones prácticas para el control de la contaminación, aunque debe tenerse en cuenta que i) Puede haber hongos y haber o no micotoxinas, y ii) puede haber micotoxinas pero no hongos (las han producido y han muerto).
Estrategias pre-fábrica de pienso 1. Medidas fitotécnicas: a. Rotación de cultivos de especies no huéspedes de Fusarium (alfalfa, patatas, remolacha, trébol) entre cereales de invierno. b. Evitar mínimo laboreo. c. Utilización de variedades o híbridos resistentes (u OGM permitidos) y adaptadas al terreno para evitar su debilidad. d. Evitar estrés a la planta: falta de nutrientes (fertilización), heladas o sequía (riego). e. Uso de plaguicidas y fungicidas en las condiciones autorizadas. f. Evitar la superpoblación de plantas, las malas hierbas y el encamado del cereal 2. Cosecha y secado: a. Cosecha con la humedad adecuada, ni tempranas (exceso humedad) ni tardías. b. No cosechar cereal encamado y húmedo. c. Secado de cereal: mínimo intervalo entre cosecha y secado (adecuar cosecha a capacidad secadora) a 10º a la ambiental, humedad máxima en función del cereal. b. Expedición: monitorización de las principales micotoxinas en diferentes tipos de piensos al menos una vez al cuatrimestre y siempre que se sospeche. 5. Descarga y almacenamiento: a. Descarga en piquera cubierta, programa de limpieza, desinfección, desratización y desinsectación (LDDD) en piquera y silos. b. Utilización sistemática (o cuando se sospeche) de fungostáticos (por ejemplo ácido propiónico y sus sales, solos o en combinación con otros ácidos) en la descarga. c. Uso inmediato de partidas introducidas con alta humedad, evitar stocks largos. 6. Producción: a. Excluir una materia prima sospechosa o limitar su porcentaje de inclusión en las especies o estados fisiológicos más sensibles (ej: lechones, centeno en cerdas gestantes, etc). b. LDDD de locales bajo el sistema de autocontrol (APPCC). Evitar polvo. c. Uso de fungostáticos (por ejemplo ácido propiónico o sus sales) como preventivos en mezcladora (verificar corrosividad del producto usado). d. Los tratamientos térmicos eliminan los hongos, pero no las micotoxinas, ni evitan una recontaminación posterior y su potencial producción (los ácidos orgánicos sí). e. Uso de detoxificantes (aprobados como nueva categoría de aditivos por el Reglamento 386/2009 7. Almacenamiento y expedición: a. Limpieza, desinfección, desratización y desinsectación (LDDD) de locales y silos bajo el sistema de autocontrol (APPCC).
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b. Expedición cubierta, con el menor acceso posible de plagas. Estrategias post-fábrica de pienso 8. Transporte: a. Transporte en medios limpios, frecuentemente desinfectados, y siempre cubiertos para evitar plagas, insectos y lluvia. 9. Almacenamiento y distribución en granja: a. Programa LDDD en silos. Minimizar el stock de pienso viejo a la descarga del nuevo. b. Limpieza y mantenimiento de conducciones y comederos. Evitar fermentaciones por exceso de agua en sistemas de tolva en pienso húmedo, y en sistemas de alimentación líquida.
Tratamiento de los piensos Detoxificación y adsorción de micotoxinas. Se pueden diferenciar distintos métodos para la detoxificación de micotoxinas: -
Métodos naturales. Métodos físicos. Métodos microbiológicos. Métodos químicos.
Métodos naturales: Destaca la utilización de los ácidos tauricólico, glucurónico y sulfúrico, los cuales se conjugan con las micotoxinas dando lugar a metabolitos atóxicos que se eliminan por bilis y orina. Métodos físicos: 1. Radiaciones: Los rayos X son capaces de producir una emisión elevada de energía, la cual produce la ruptura de estructuras moleculares estables. Se ha establecido que las aflatoxinas B1 y G1 son más sensibles a los rayos X. 2. Calor: El calor utilizado como único método para la destrucción de micotoxinas resulta poco eficaz ya que las temperaturas que se alcanzan durante el proceso de detoxificación afectan a las vitaminas y proteínas del alimento. En cambio, el calor puede ser utilizado para aumentar la capacidad reactiva de moléculas como son los ácidos, álcalis y otros agentes.
Métodos microbiológicos: Anteriormente se ha citado la posibilidad del ataque de micotoxinas por enzimas específicos, como el caso de la ocratoxina A, cuyo grupo peptídico puede ser 14
atacado por proteasas. También se ha estudiado la acción que tiene la flora ruminal sobre las micotoxinas. Esta es capaz de esterificar la ocratoxina A, convirtiéndola en ocratoxina C. Asimismo se ha comprobado la acción aislada de bacterias y hongos tales como Corynebacterium rubrum, Asper-gillus Níger, Trichoderma viride y Mucor ambigus en la modificación de la estructura de la aflatoxina B1. Métodos químicos: 1. Insecticidas: El empleo de insecticidas para estos fines está actualmente abandonado debido a la problemática de residuos derivada del uso de los mismos. 2. Uso de solventes: Una de las características fisico-químicas más destacadas de las micotoxinas es su capacidad de ser solubles en solventes orgánicos. Así, combinaciones de solventes tales como hexanoacetona-agua o isopropanol-agua entre otros, han demostrado arrastrar las micotoxinas. 3. Uso de agentes químicos reactivos: en este apartado se incluyen los grupos químicos capaces de reaccionar con la estructura de las micotoxinas. Así distinguimos: Ácidos tales como el ácido clorhídrico, sulfúrico y derivados. Estos ácidos son capaces de reaccionar con los grupos lactona de las aflatoxina B1 , G1 , patulina, zearalenona y con dobles enlaces no aromáticos presentes en aflatoxinas, patulina, zearalenona y tricotecenos. Toxicológicamente la reacción de adición de los ácidos con los dobles enlaces parece ser la más eficaz en cuanto a detoxificación se refiere, ya que los productos de reacción son sustancias polares, eliminables por la orina. Álcalis tales como monoetil y metilamina, hidróxido y cloruro cálcico, hidróxido y carbonato sódico y amónico. Estas sustancias son reactivas con los grupos lactona de las aflatoxinas, ocratoxina, patulina y zearalenona. Agentes oxidantes como el ozono, peróxidos y permanganatos en solución alcalina. Todas estas sustancias son reactivas con los dobles enlaces no conjugados de aflatoxinas y patulina. La reacción denominada ozonólisis da lugar a nuevas moléculas más pequeñas, aunque alguno de los productos obtenidos pueden ser tóxicos. La glicolización da lugar a la creación de dos grupos hidroxilo que posteriormente pueden formar puentes de hidrógeno. Pero aun siendo este mecanismo eficaz para la detoxificación, debería utilizarse en combinación con polímeros o silicatos capaces de adsorber físicamente la aflatoxina por medio de puentes de hidrógeno. Agentes reductores como el formol reactivo con los grupos carbonilo de aflatoxina B1, B2, sterigmatocistina, zearalenona, nivalenol y deoxinivalenol, dando lugar a grupos hidroxilo que posteriormente podrán formar puentes de hidrógeno. 4. Uso de agentes químicos inertes: En este apartado incluimos aquellas sustancias capaces de adsorber las moléculas de micotoxinas en su estructura. Hay que destacar 3 grupos: -
Carbón activo. 15
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Polímeros de polivinilpirrolidona. Arcillas, silicatos sintéticos.
Carbón activado: El carbón activado corresponde a una estructura de carbono con una gran superficie externa, tanto fuera como en el interior de las moléculas. No existen prácticamente referencias respecto a su utilización como adsorbente de micotoxinas, pero en cambio es un producto muy empleado en la fijación de toxinas entéricas. Polímeros de pirrolidona: El mecanismo de acción de la pirrolidona se debe tanto al efecto de adsorción física como al establecimiento de puentes de hidrógeno y nitrógeno en su estructura. Silicatos alumínicos: Los silicatos alumínicos pertenecen al grupo de las arcillas, concretamente al grupo de los Phyllosilicatos y los Tectosilicatos entre los que se encuentran la bentonita, sepiolita, zeolita, etc... Estos compuestos poseen una estructura tridimensional básica formada por la unión de tetraedros de SiO4. Entre estos tetraedros se intercalan otros iones, como el aluminio. Los silicatos sódico alumínico cálcico hidratados -HSCAS-, a diferencia de los silicatos alumínicos naturales, poseen una mayor capacidad de adsorción al ser productos refinados. En su estructura, además de los iones aluminio, intercalan otros como el calcio y sodio, aumentando la distancia entre los iones silicio y mejorando la capacidad de adsorción.
De todos los métodos de detoxificación anteriormente expuestos los más empleados actualmente son los silicatos ya que a diferencia de otros métodos: -
No crean problemas de residuos, No destruyen las vitaminas no las proteínas, No producen reacciones parciales, No crean metabolitos tóxicos, No tienen un precio demasiado elevado.
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Bibliografía -
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