Horário de fornecimento do colostro afeta a colonização bacteriana intestinal

Os bezerros nascem sem anticorpos circulantes, uma vez que a placenta da vaca separa o suprimento sanguíneo materno e fetal, impedindo a transferência de imunoglobulinas durante a gestação. No entanto, para garantir sua imunidade até que o sistema imune amadureça, a vaca produz colostro, que contém altos níveis de IgG, além de nutrientes e outros fatores bioativos importantes para o recém-nascido.

Acredita-se que até 24 horas após o nascimento o bezerro ainda consiga absorver pequenas quantidades de macromoléculas, incluindo IgG, pelo epitélio intestinal. Próximo às 24 horas, ocorre o "fechamento intestinal" e a absorção de macromoléculas é interrompida. No entanto, a transferência passiva de IgG pelo o epitélio do intestino mostra-se ótima nas primeiras 4 horas de vida e diminui rapidamente após 12 horas (Weaver et al., 2000). Portanto, desde que os bezerros sejam alimentados com colostro de boa qualidade, imediatamente após o nascimento, a concentração sérica de IgG será mais alta do que naqueles alimentados com mais de 4 horas após o nascimento.

Infelizmente, o manejo inadequado do colostro continua sendo um problema nas fazendas leiteiras, representando aproximadamente 31% da mortalidade nas primeiras 3 semanas de vida pela falha na transferência passiva de IgG. Vários fatores são responsáveis pela baixa concentração de IgG circulante, incluindo fornecimento de colostro com alta carga microbiana ou de baixa qualidade e, de particular interesse no estudo atual, a primeira ingestão de colostro ocorrendo 6 horas após o nascimento.

A adequada transferência passiva de IgG é geralmente percebida como um indicador de baixa susceptibilidade a doenças e mortalidade no bezerro neonatal. Da mesma forma, foi relatado que o estabelecimento precoce da microbiota intestinal está associado à redução do risco de doenças. Por exemplo, Escherichia coli enterotoxigênica está tipicamente associada a um aumento da incidência de diarreia, enquanto espécies benéficas, como Bifidobacterium, estão associadas a um microbioma intestinal saudável e boa imunidade.

O estabelecimento da microbiota intestinal no neonato está associado ao desenvolvimento do sistema imunológico da mucosa e certos gêneros bacterianos são capazes de produzir substratos energéticos para benefício do epitélio intestinal. Contudo, o atual conhecimento sobre bactérias comensais presentes na microbiota de bezerros e seus efeitos no hospedeiro é limitado.

A variação da composição microbiana no rúmen mostrou-se maior em neonatos ou animais jovens do que em adultos. Esse conhecimento pode se traduzir na composição da microbiana intestinal e, se assim for, implica que o microbioma intestinal pode ser mais facilmente influenciado durante esse período. Assim, abre-se uma oportunidade para estabelecer bactérias benéficas durante o início da vida e diminuir a possibilidade de colonização de bactérias patogênicas, levando a doenças subsequentes. A alimentação com colostro nas primeiras 12 horas de vida pode resultar em maior prevalência de Bifidobacterium associado a mucosa intestinal e menor prevalência de E. coli total em comparação com bezerros não alimentados com colostro. No entanto, não se sabe como o atraso na ingestão do primeiro colostro após o nascimento afeta as bactérias que colonizam o intestino delgado e grosso.

Para ter esta resposta, Fischer et al. (2018) estudaram o efeito do tempo de alimentação com primeiro colostro na transferência passiva de IgG e colonização bacteriana no intestino de bezerros leiteiros neonatais.

Somente machos da raça Holandesa (n = 27), com peso corporal entre 35 e 55 kg foram incluídos no estudo. Foram separados da mãe imediatamente após o nascimento e, portanto, não houve contato entre a vaca e o bezerro. Os bezerros foram secos, pesados, transferidos para piquetes individuais cobertos,e o umbigo foi curado com iodo a 7%.

Bezerros foram alocados aleatoriamente em 3 grupos de tratamento:

1. bezerros alimentados com colostro aos 45 minutos de vida (0 h, n = 9);
2. bezerros alimentados com colostro após 6 horas do nascimento (n = 9);
3. bezerros alimentados com colostro 12 horas após o nascimento (n = 9).

Um único pool de colostro tratado termicamente contendo 62g de IgG/L foi fornecido aos bezerros, representando 7,5% de seus pesos ao nascer, em seus respectivos tempos de alimentação. Antes da alimentação, o colostro foi descongelado e aquecido a 39°C em banho-maria, mantido a uma temperatura consistente de 50°C. Uma vez aquecido, o colostro foi fornecido por meio de sonda esofágica.

Doze horas após o fornecimento, os bezerros foram alimentados com sucedâneo (26% de proteína bruta e 18% de gordura), a um volume de 2,5% do peso ao nascer por refeição, a cada 6 horas até a eutanásia às 51 horas após o nascimento. Quando o bezerros não consumiu todo o sucedâneo dentro de 30 minutos, o restante da refeição foi oferecido com sonda esofágica. Bezerros que recusaram mais de 50% do sucedâneo fornecido por mamadeira por 24 horas, foram excluídos do estudo. Com aproximadamente 20 minutos de vida, uma amostra de soro foi coletada da veia jugular para estabelecer valores basais. A cada 3 horas foram novamente coletadas, para avaliar a IgG sérica.

Os animais foram eutanasiados e amostras intestinais foram coletadas às 51 horas de vida (3 horas após a refeição final) para análise da comunidade bacteriana total e de algumas espécies, como Lactobacillus, Bifidobacterium, Escherichia coli, Fecalibacterium prausnitzii e Clostridium.

A alimentação com colostro imediatamente após o nascimento aumentou a concentração máxima de IgG sérica, bem como a aparente eficiência de absorção de IgG em comparação com bezerros alimentados com colostro às 6 ou 12 horas após o nascimento. O aumento da absorção de IgG demonstrado por bezerros alimentados na primeira hora de vida foi consistente com relatos anteriores, que afirmam que a transferência de IgG pelos enterócitos (células do intestino) é ideal nas primeiras 4 horas após o nascimento. Além disso, os bezerros alimentados com 0h apresentaram um pico na absorção de IgG em aproximadamente 15 horas de vida (Figura 1), o que é diferente dos estudos anteriores que relatam níveis máximos às 24 horas. Este estudo encontrou níveis séricos máximos em 24h apenas para bezerros alimentados com 6 e 12 horas. No entanto, as concentrações máximas de IgG podem ter sido observadas às 15 horas para bezerros com 0 horas no presente estudo, porque apenas uma refeição de colostro foi fornecida, em vez de duas refeições, o que forneceria um suprimento prolongado de IgG. Independentemente disso, esse é um achado importante que merece mais consideração e estudo, já que muitos protocolos de amostragem para experimentos de transferência passiva se basearam na visão de que os níveis séricos máximos de IgG ocorrem 24 horas após o nascimento, independentemente do horário da primeira alimentação.

Figura 1 – Efeito do horário de fornecimento de colostro as 0h (alimentados dentro da primeira hora de vida), 6, ou 12 h na concentração sérica de IgG (mg/mL) em relação ao tempo após o nascimento. Pontos representam a média ± EPM. ***P < 0.001, **0.001 < P < 0.01, *0.01 < P < 0.05, †0.05 < P < 0.10.

Após atingir a concentração máxima de IgG às 15 horas de vida, os bezerros 0 h apresentaram uma progressiva diminuição e platô nas concentrações séricas de IgG. Se a IgG está realmente sendo reciclada e absorvida pelo sistema linfático a partir do sangue, isso provavelmente deixa os bezerros alimentados com colostro imediatamente após o nascimento mais protegidos contra os desafios patogênicos do início da vida, em comparação aos alimentados com colostro posteriormente.

Contrariamente ao esperado, não foram encontradas diferenças nos parâmetros de IgG para bezerros alimentados às 6 e 12 horas de vida, demonstrando que esses atrasos não diminuem progressivamente a absorção de IgG (Tabela 1). Esses achados contrastam com estudos anteriores que relataram um declínio linear na absorção nesse mesmo período. Este resultado sugere que pode haver um momento crítico entre 1 e 6 h de vida quando o fechamento do intestino delgado progride. Estudos anteriores demonstraram a presença de um mecanismo vesícula-vacuolar tubular nos enterócitos neonatais, com o número de vacúolos que transportam IgG do lúmen intestinal para o sangue diminuindo ao longo do tempo, à medida que o trato gastrointestinal amadurece. A capacidade reduzida de absorver IgG por bezerros alimentados às 6 horas e 12 horas de vida comparada aos de 0 h pode ocorrer pela troca de células intestinais fetais para enterócitos maduros. Estudos iniciais também sugerem que uma influência hormonal pode estar envolvida no fechamento do intestino delgado, pois foi relatado que, quando a primeira refeição do colostro é atrasada, os bezerros sofrem um “choque de cortisol”, que pode induzir alterações na capacidade de absorção. No entanto, outros relatos não encontraram relação entre as concentrações de glicocorticóides e a absorção de IgG, deixando esse mecanismo ainda a ser elucidado.

Tabela 1.  Efeito do horário de fornecimento de colostro nos parâmetros de transferência de imunidade passiva em relação a primeira refeição.

O mecanismo exato pelo qual a transferência passiva e o “fechamento” ocorrem não foi demonstrado e os resultados são conflitantes. A maioria dos estudos sobre o atraso no fornecimento do colostro, a absorção de IgG e seu efeito na endocrinologia dos bezerros e no desenvolvimento das células intestinais foram realizados há mais de 30 anos, quando as recomendações para o volume e a qualidade do colostro nas primeiras horas de vida eram menos rigorosas do que são hoje. Além disso, em estudos mais antigos, a oferta de colostro não era padronizada e o sangue era coletado com menor frequência do que no presente experimento, o que pode ter afetado as concentrações hormonais relatadas, especificamente a do cortisol, pelas grandes variações diurnas. Portanto, os fatores que causam uma absorção reduzida de IgG em bezerros que não foram alimentados com colostro em até 6 ou 12 horas de vida ou mais ainda precisam ser elucidados e mais pesquisas usando recomendações atuais de qualidade e volume do colostro, além de amostragem frequente de sangue, são necessárias.

A comunidade microbiana intestinal desempenha um papel fundamental no desenvolvimento do sistema imunológico, utilizando nutrientes e influenciando a fisiologia geral do hospedeiro. Neste estudo, houve diferença na densidade bacteriana de acordo com o horário de fornecimento de colostro nos diferentes tecidos, mas não na mucosa (Figura 2).

Figura 2 — Efeito do horário de fornecimento de colostro (0, 6 ou 12 h) na densidade bacteriana total associada a (a) mucosa e (b) digesta do jejuno, íleo e cólon neonatal bezerros às 51 horas de vida. As barras representam a média ± EPM. Letras diferentes (a, b) indicam que densidade bacteriana total tendia a ser diferente dentro de cada região intestinal entre os grupos de tratamento (0,05 <P <0,10).

Além disso, bezerros alimentados com colostro 12 horas após o nascimento tenderam a ter uma menor prevalência de Bifidobacterium e Lactobacillus associados à mucosa do cólon do que bezerros alimentados com colostro imediatamente após o nascimento (Figura 3). As espécies pertencentes a esses gêneros são consideradas bactérias benéficas, porque produzem ácido lático e ácidos graxos de cadeia curta, que têm efeitos tróficos e reguladores nas células do cólon. Outro estudo determinou bezerros alimentados com colostro têm maior prevalência de Bifidobacterium e bactérias totais no intestino delgado nas primeiras 12 horas de vida em comparação a bezerros não alimentados com colostro. O atraso no fornecimento de nutrientes colostrais por 12 horas após o nascimento no presente estudo provavelmente afetou a dinâmica microbiana durante o início da vida, alterando o estabelecimento de certos grupos bacterianos para corresponder ao momento do consumo de nutrientes. Impedir o início imediato do crescimento e estabelecimento de gêneros benéficos pode ter efeitos duradouros na comunidade bacteriana do intestino grosso e diminuir a capacidade de enfrentar desafios posteriores, como a diarreia neonatal da bezerra. No entanto, uma limitação potencial do presente estudo foi a avaliação de grupos bacterianos intestinais em apenas um momento após o nascimento. Especula-se que a amostragem em um momento anterior (por exemplo, às 24 horas de vida) poderia ter fornecido evidências conclusivas em relação ao efeito do atraso do fornecimento de colostro na colonização de bactérias intestinais benéficas. Portanto, pesquisas futuras devem se concentrar na dinâmica da comunidade microbiana à medida que esse atraso ocorre, utilizando amostragens em intervalos frequentes, bem como bezerros controle (não alimentados com colostro).

Figura 3 — Efeito horário de fornecimento do colostro (0, 6 ou 12 h) na prevalência (% do total de bactérias) de (a) Bifidobacterium e (b) Lactobacillus associado à mucosa do cólon de bezerros neonatais às 51 horas de vida. As barras representam a média ± EPM. Letras diferentes (a, b) indicam uma tendência a ser diferente entre os tratamentos com 0,05 <P <0,10.

Embora alguns microrganismos sejam benéficos para a saúde, outros podem ser prejudiciais. Por exemplo, E. coli enterotoxigênica (ETEC) K99, Cryptosporidium parvum e rotavírus representam 5,5, 55,0 e 58,7% da incidência de diarreia em bezerros em aleitamento, respectivamente. E. coli patogênica, incluindo ETEC K99, normalmente se liga ao íleo e ao cólon. Uma menor prevalência de E. coli foi associada à mucosa do íleo quando os bezerros foram alimentados com colostro após 6 horas, em comparação a bezerros alimentados colostro às 0 horas, resultado que não era esperado. Malmuthuge et al. (2015) demonstraram que bezerros não alimentados com colostro dentro de 12 horas após o nascimento apresentaram uma densidade significativamente menor de bactérias totais do que bezerros alimentados com colostro fresco ou tratado termicamente logo após o nascimento, sugerindo que a colonização bacteriana ocorre em uma taxa mais lenta na ausência de alimentação com colostro.

Por outro lado, em outros mamíferos, E. coli genéricas também pode beneficiar o hospedeiro, impedindo a colonização de outras bactérias patogênicas, produzindo vitamina K2 e limitando o crescimento de bactérias competitivas no intestino inflamado. No presente estudo, foi medida a prevalência de E. coli total e são necessárias mais pesquisas para determinar se a menor prevalência deste microrganismo em bezerros alimentados 6 e 12 horas após o nascimento envolveu espécies benéficas ou patogênicas. Especula-se que a menor prevalência de E. coli em bezerros de 6 e 12 horas ocorreu pelo atraso no fornecimento de nutrientes colostrais a esse grupo bacteriano no intestino.

Muitos dos grupos bacterianos associados à mucosa e digesta do jejuno distal, íleo e cólon não apresentaram diferenças estatísticas entre os grupos de tratamento. Isso pode dever-se à grande variação individual em relação ao número de microrganismos por grama de amostra fresca. Uma alta variação genética e microbiana no bezerro neonatal já foi relatada anteriormente, com o mecanismo exato para a variação ainda não determinado. O ambiente microbiano específico do canal de nascimento e o local do parto podem afetar o fenótipo, bem como a nutrição fornecida ao animal. Independentemente dos fatores causais exatos para essa alta variação individual, o intestino neonatal do bezerro — desprovido de microrganismos antes do nascimento — está passando por mudanças microbianas dinâmicas e desconhecidas. O microbioma do recém-nascido está apenas começando a se estabelecer e, portanto, espera-se que os microrganismos interajam com o hospedeiro de uma maneira única, levando à alta variação individual observada.

Assim, os autores concluem que o atraso no fornecimento do colostro em 6 ou 12 horas após o nascimento diminuiu a transferência passiva de IgG e o tempo até a concentração sérica máxima de IgG em comparação com a alimentação do colostro imediatamente após o nascimento. Os autores acreditam que a permeabilidade do intestino diminui quando o colostro não é consumido imediatamente pelos bezerros recém-nascidos. No entanto, o mecanismo exato pelo qual isso ocorre é desconhecido e merece uma investigação mais aprofundada. O consumo atrasado de colostro tende a diminuir a prevalência de bactérias benéficas associadas à mucosa do cólon, especificamente Bifidobacterium e Lactobacillus spp., que desempenham papéis importantes na saúde intestinal. A forma como a presença desses grupos bacterianos específicos durante os primeiros dias de vida pode afetar o crescimento futuro e a produtividade precisa ser mais explorada.

Referências

Fischer, A.J., Y. Song, Z. He, D.M. Haines, L.L. Guan, M.A. Steele. 2018. Effect of delaying colostrum feeding on passive transfer and intestinal bacterial colonization in neonatal male Holstein calves. J. Dairy Sci. 101:3099–3109

Malmuthuge, N., Y. Chen, G. Liang, L. A. Goonewardene, and L. L. Guan. 2015. Heat-treated colostrum feeding promotes beneficial bacteria colonization in the small intestine of neonatal calves. J. Dairy Sci. 98:8044–8053.

Comentários

O trabalho deste importante grupo de pesquisa quebra alguns paradigmas, especialmente sobre o efeito do tempo na eficiência da transferência de imunidade passiva (TIP). Embora muitos trabalhos mostrem e a recomendação seja de que podemos fornecer colostro até 6h de vida para adequada TIP, o trabalho confirma que quanto antes o colostro for fornecido melhor para o bezerro. Além de aumentar a TIP, o horário de fornecimento de colostro também afeta a colonização bacteriana intestinal, aumentando a proporção de bactérias benéficas, o que pode impactar tanto na ocorrência quanto na severidade de diarreias. A exemplo do que os trabalhos com humanos vêm demostrando, a população microbiana que se estabelece no início da vida tem impacto na ocorrência de doenças diversas e no perfil hormonal, provavelmente afetando também a produtividade animal. Alterar o microbioma em animais adultos não é tão simples, devido a resiliência da população estabelecida, como já demonstrado em trabalhos com vacas em lactação. Assim, manipular a população, tanto intestinal quanto ruminal, no início da vida dos animais é uma nova de oportunidade para alterar os índices de produtividade. Já temos alguns trabalhos nesta linha de pesquisa sendo publicados e conduzidos mundialmente, mas ainda precisamos entender melhor como esta dinâmica microbiana pode ser alterada e como ela pode afetar o desempenho dos animais.