Resumen de Fortificación con hierro de cereales infantiles: biodisponibilidad, expresión génica de transportadores y cambios en la microbiota intestinal
- español
El hierro es un elemento esencial para la vida, siendo primordial para el óptimo desarrollo mental, motor y conductual de los seres humanos. Está presente en todas las células del organismo y es imprescindible para numerosos procesos fisiológicos, desde el transporte de oxígeno y la oxidación mitocondrial hasta la síntesis de dopamina y ADN. Desde una perspectiva nutricional, su carencia en la dieta se traduce en ferropenia (depleción de las reservas de hierro y del hierro circulante) y anemia ferropénica (afectación de la hematopoyesis). La anemia es un problema global de salud pública que afecta a más de 1.600 millones de personas, incluyendo un 47 % de los niños en edad preescolar (de 0 a 5 años de edad). Con la presente Tesis Doctoral hemos pretendido estudiar la biodisponibilidad in vitro e in vivo, utilizando diferentes metodologías, de cuatro sales de hierro que se utilizan como fortificantes en cereales infantiles: Sulfato ferroso heptahidratado (SFH), Fumarato ferroso (FF), Pirofosfato férrico encapsulado y micronizado (MDFP) y Hierro electrolítico (HE).
En el estudio 1 el principal objetivo ha sido analizar la captación, el transporte y las posibles diferencias en la expresión génica y localización de transportadores de hierro en la línea celular Caco-2, comparando los fortificantes Sulfato ferroso heptahidratado, Fumarato ferroso, Pirofosfato férrico encapsulado y micronizado y Hierro electrolítico. Los resultados y conclusiones mostraron que la fuente de hierro más disponible en todos los parámetros indicadores de disponibilidad mineral fue el SFH, seguido del MDPF y FF, siendo el HE la fuente de hierro con menor disponibilidad. Además, la mayoría de los genes involucrados en la absorción de hierro del lumen intestinal se expresaron de forma similar en todos los tratamientos, aunque, el MDFP aumentó la expresión génica de los transportadores de hierro relacionados con la absorción de hierro a nivel intestinal, y el SFH, indujo la mayor absorción y acumulación de hierro en la célula intestinal en forma de ferritina.
Para contrastar los resultados realizados en el estudio 1 (in vitro), se diseñó el estudio 2 (in vivo) con un modelo animal (lechones destetados), para evaluar la biodisponibilidad de las distintas formas de hierro en cerdos anémicos mediante un ensayo depleción/repleción, y su posible efecto proinflamatorio. Además, se analizaron las modificaciones producidas a nivel taxonómico en la microbiota intestinal de estos lechones debido a la fortificación de la dieta con las distintas formas de hierro, y se estudió el metabolismo microbiano. Para comparar el estado de los lechones, aleatorizamos a los animales en 6 grupos de estudio, 24 lechones fueron alimentados con las distintas sales de hierro, mientras que 6 de ellos fueron alimentados con un pienso base sin fortificar (Control -). Además, 6 animales no anémicos fueron alimentados con pienso base fortificado con SFH (Control +). Tras tratar durante 21 días a los lechones con las distintas sales de hierro, todos los grupos mostraron mejoras significativas en los índices hematológicos, así como una recuperación del estado anémico respecto al Control -. Al final del experimento, los lechones de FF y SFH presentaron valores más altos que HE y MDFP en la mayoría de las variables analizadas. La biodisponibilidad de las diferentes sales de hierro fue mayor en el grupo del FF y MDFP respecto al SFH, mostrando el HE los peores resultados. En cuanto a los cambios observados en la microbiota intestinal, la más parecida al grupo no anémico aparece tras la fortificación con FF o MDFP, siendo significativamente distinta a la de los lechones no anémicos o tratados con HE.
El estudio 3 fue realizado mediante el Simulador del Ecosistema Microbiano Intestinal Humano (SHIME ) inoculado con muestras fecales de lactantes sanos. Teniendo como referencia los resultados obtenidos en los estudios 1 y 2, evaluamos el efecto de un cereal infantil fortificado con tres tipos de fuentes de hierro: SFH, MDFP y FF, sobre la actividad de la microbiota intestinal luminal in vitro. Se analizaron las modificaciones producidas por estos fortificantes en la microbiota intestinal y en el metabolismo microbiano. Los resultados y conclusiones de este estudio muestran que el tratamiento con las tres sales de hierro (SFH, MDFP y FF) aumentó la concentración de propionato. Además, la producción de butirato disminuyó gradualmente durante las 3 semanas de tratamiento tanto en el colón proximal como distal. Respecto a la microbiota estudiada, cabe destacar que no se hallaron diferencias estadísticamente significativas entre las 3 sales de hierro para los grupos microbianos analizados (Akkermansia muciniphila, Bifidobacterias, Lactobacilos, filo Bacteroidetes y filo Firmicutes). No obstante, existe una colonización superior de bacterias beneficiosas con el MDFP.
- English
Iron is an essential element for life, being fundamental for the optimal mental, motor and behavioural development of human beings. It is present in all cells of the body and is essential for many physiological processes, from oxygen transport and mitochondrial oxidation to dopamine and DNA synthesis. From a nutritional perspective, their lack in the diet results in ferropenia (depletion of iron reserves and circulating iron) and iron deficiency anaemia (affecting hematopoiesis). Anemia is a global public health problem that affects more than 1.6 billion people, including 47 % of pre-school children (0-5 years). With the present Doctoral Thesis, we have tried to study the bioavailability in vitro and in vivo, using different methodologies, of four iron salts that are used as fortifiers in children's cereals: Ferrous sulphate heptahydrate (FSH), Ferrous fumarate (FF), Micronized and encapsulated ferric pyrophosphate (MDFP) and Electrolytic iron (EI). In study 1, the main objective was to analyze the uptake and transport, as well as the possible differences in gene expression and location of iron transporters in the Caco-2 cell line, comparing the fortifiers Ferrous sulphate heptahydrate, Ferrous fumarate, Micronized and encapsulated ferric pyrophosphate and Electrolytic iron. The results and conclusions showed that the most available source of iron in all the parameters indicating mineral availability was FSH, followed by MDPF and FF, with EI being the source of iron with the lowest availability. In addition, most genes involved in iron absorption from the intestinal lumen were similarly expressed in all treatments, although MDFP increased gene expression of iron transporters related to iron absorption at the intestinal level, and FSH induced the highest absorption and accumulation of iron in the intestinal cell in the form of ferritin. To contrast the results of study 1 (in vitro), study 2 (in vivo) was designed with an animal model (weaned piglets), to evaluate the bioavailability of different forms of iron in anemic pigs by means of a depletion/replication test, and its possible pro-inflammatory. In addition, taxonomic modifications in the intestinal microbiota of these piglets due to diet fortification with the different forms of iron were analyzed and microbial metabolism was studied. To compare the status of the piglets, we randomized the animals into 6 study groups, 24 piglets were fed the different iron salts, while 6 of them were fed an un-fortified base feed (Control -). Furthermore, 6 non-anemic animals were fed FSH-fortified base feed (Control +). After treating the piglets with the different iron salts for 21 days, all groups showed significant improvements in the hematological indices as well as a recovery of the anemic status compared to the Control -. At the end of the experiment, FF and FSH piglets showed higher values than EI and MDFP in most of the variables analyzed. The bioavailability of the different iron salts was higher in the FF and MDFP group with respect to the FSH, showing the EI the worst results. As for the changes observed in the intestinal microbiota, the most similar to the non-anemic group appears after fortification with FF or MDFP, being significantly different from the non-anemic or EI treated piglets. Study 3 was conducted using the Human Intestinal Microbial Ecosystem Simulator (SHIME) inoculated with fecal samples from healthy infants. Taking as a reference the results obtained in studies 1 and 2, we evaluated the effect of a child cereal fortified with three types of iron sources: FSH, MDFP and FF, on the activity of luminal intestinal microbiota in vitro. The modifications produced by these fortifiers in the intestinal microbiota and in the microbial metabolism were analyzed. The results and conclusions of this study show that treatment with the three iron salts (FSH, MDFP and FF) increased the concentration of propionate. In addition, butyrate production gradually decreased during the 3 weeks of treatment in both the proximal and distal colon. With regard to the microbiota studied, it should be noted that no statistically significant differences were found between the 3 iron salts for the microbial groups analyzed (Akkermansia muciniphila, Bifidobacteria, Lactobacilli, phylum Bacteroidetes and phylum Firmicutes). However, there is a superior colonization of beneficial bacteria with MDFP.
