1 Introducción

El selenio (Se), un oligoelemento importante para los animales, está ampliamente involucrado en los procesos metabólicos fisiológicos y es de suma importancia para las funciones reproductivas, el crecimiento animal y la inmunidad (1, 2). El selenio existe en varias formas en los animales, pero principalmente como selenoproteínas, incluida la glutatión peroxidasa (GSH-Px), la tiroxina desiodinasa (DIO) y la tiorredoxina reductasa (TrxR) (3). Debido a que el selenio a menudo está estrechamente relacionado con la actividad inmune y el rendimiento reproductivo de los animales (4), la deficiencia de selenio puede provocar muchas enfermedades, incluido el estrés oxidativo, la miocardiopatía y la retención de placenta en los animales. Sin embargo, cantidades excesivas también pueden provocar una intoxicación crónica o aguda por selenio (5, 6), lo que resulta en un rendimiento de producción reducido.

El selenio en la naturaleza suele existir en dos formas: inorgánica y orgánica (7). Durante mucho tiempo, el selenito de sodio ha sido un suplemento dietético de uso común, pero su utilización se ha vuelto limitada debido a su baja biodisponibilidad, facilidad de sobredosis, fuerte toxicidad y contaminación ambiental (8). En comparación, se considera que el selenio orgánico posee alta eficiencia, baja toxicidad y contaminación, una alta tasa de absorción (9) y seguridad (10). Para garantizar la ingesta efectiva de selenio, la adición excesiva generalmente se adopta en la producción animal. Debido a la relativa proximidad de las dosis requeridas y tóxicas, tanto el selenio inorgánico como el selenio orgánico pueden causar fácilmente intoxicación. El tipo de selenio tiene una gran influencia en su toxicidad: los selenidos son altamente tóxicos y el selenio elemental tiene baja toxicidad porque no es fácilmente absorbido por los animales. Sin embargo, el nanoselenio es mucho más seguro porque su toxicidad se encuentra entre el selenio elemental y el selenio orgánico (11). Desde un punto de vista químico, el nanoselenio es selenio elemental rojo (valencia cero) con un tamaño de partícula de 20-60 nm que se dispersa alrededor de la proteína (12). Sin embargo, la capacidad de absorción y utilización del nanoselenio en el intestino delgado puede verse reforzada por su estructura química única y sus efectos a nanoescala (13). Esto puede atribuirse a sus efectos beneficiosos en el duodeno, como lo demuestra un aumento en la longitud, así como en el íleon y el yeyuno, medido por un aumento en la altura de las vellosidades, el área superficial y la densidad de las células caliciformes (14). Los estudios han demostrado que el nanoselenio puede reducir o prevenir el estrés oxidativo (15); También tiene efectos antivirales o puede mejorar la eficacia de la vacunación. Además, la toxicidad aguda y subaguda del nanoselenio es mucho menor que la del selenio inorgánico (16). Por el contrario, el nanoselenio puede aliviar la fibrosis hepática inducida por cadmio en pollos (17), interfiere con la malformación de espermatozoides inducida por cadmio-cloro y tiene efectos antivirales (18). Los estudios en animales de producción también revelaron mejoras en el rendimiento del crecimiento, la composición de la canal y la función inmune de los pollos de engorde suplementados con nanoselenio (19, 20), que también puede regular la fermentación ruminal de las ovejas y mejorar la salud de las cabras (21, 22). Además, tiene el potencial de aumentar la expresión de enzimas que contienen selenio en la glándula mamaria de las vacas lecheras y la actividad de GSH-Px en la sangre (23). Por lo tanto, el nanoselenio tiene ciertas aplicaciones.

Hay más de 40 países en el mundo con diversos grados de deficiencia de Se en el suelo (24). En la actualidad, el suelo de la mayoría de las provincias de China también está en riesgo de deficiencia de selenio (0,125 ≤ Se < 0,175 mg/kg), y el contenido de selenio en sangre de la población en la mayoría de las provincias está cerca del límite inferior del estado nutricional clínico (100-200 μg/L) cuando se excluye la suplementación adicional (25). En comparación con el consumo de medicamentos suplementarios de selenio, las personas prefieren obtener selenio a través de los alimentos. La ingesta de alimentos o dietas ricas en selenio es útil para mejorar o resolver los problemas nutricionales y de salud causados por la deficiencia de selenio en humanos y animales (26). En los últimos años, varios alimentos ricos en selenio, como la leche, el té, el arroz y los huevos enriquecidos con selenio, han sido favorecidos por las personas (27), y los métodos de suplementación de selenio en la alimentación animal para producir productos ricos en selenio son valorados por los profesionales.

Los productos lácteos son los alimentos más comunes y son una buena fuente de minerales. Los estudios han demostrado que aumentar el contenido de selenio en la leche es una forma factible de satisfacer las necesidades de selenio de las personas (28). El selenio dietético se puede secretar en la leche para obtener leche rica en selenio (29). Sin embargo, como un nuevo tipo de suplemento de selenio, el nanoselenio rara vez se ha estudiado en vacas lecheras, especialmente la eficiencia de la transferencia de nanoselenio del alimento a la sangre y la leche de los animales, y los metabolitos en la leche también necesitan más investigación. Por lo tanto, se estudiaron los efectos del nanoselenio sobre el rendimiento, los índices bioquímicos sanguíneos, los niveles de selenio y los metabolitos de la leche de las vacas lecheras durante el período pico de lactancia. Este estudio proporciona una referencia para la aplicación de un suplemento de selenio seguro y eficiente en la producción láctea.

2 Materiales y métodos

2.1 Diseño experimental y manejo de la alimentación animal

Se seleccionaron dos grupos de vacas Holstein sanas con pesos corporales, paridades y períodos de lactancia similares de 45 a 60 días como grupo de control (grupo CON) y grupo de tratamiento (grupo NSe), con 339 y 185 vacas, respectivamente, para el experimento de 38 días (adaptación de 10 días y medición de 28 días). La dieta basal se formuló con base en los Requerimientos de Nutrientes del Ganado Lechero (30) (Tabla 1). Al grupo CON se le administró una dieta basal +3,3 g/d de selenito de sodio (pureza del 1%), mientras que al grupo NSe se le administró una dieta basal +10 mL/d de nanoselenio (concentración de selenio 1.500 mg/L). El selenito de sodio y el nanoselenio se mezclaron previamente con harina de maíz y luego se mezclaron en dietas de TMR suplementadas con otras materias primas para piensos. El contenido de selenio en las dietas de ambos grupos fue de 15 mg por día. Las vacas fueron alimentadas dos veces (07:00 y 15:00), ordeñadas tres veces (07:00, 15:00 y 23:00) todos los días y tuvieron acceso gratuito a agua potable. La producción de leche y la ingesta de alimento se registraron diariamente y se evaluaron las indicaciones clínicas de intoxicación por selenio (Anexo 1 para los criterios de evaluación). Al final del ensayo, se recolectaron aleatoriamente muestras de leche de 27 vacas de cada grupo para analizar la composición de la leche, mientras que las muestras de sangre de 10 vacas de cada grupo se recolectaron aleatoriamente para determinar los índices bioquímicos, y se utilizaron 6 muestras de cada grupo para determinar el contenido de selenio en la sangre y la leche.

Tabla 1. TMR, composición de la dieta y nivel de nutrientes (materia seca básica).

2.2 Registro de ingesta de alimento y análisis de muestras de alimento

La cantidad total y residual de la dieta TMR de cada grupo se registró diariamente. Se tomaron muestras de dietas representativas de TMR todos los días y se mezclaron en cantidades iguales para el análisis de nutrientes (monitoreo diario de la humedad). Después de secarse a 65 °C a un peso constante y triturarse, las muestras se pasaron por un tamiz de 1 mm. La materia seca (MS) se evaluó secándola a un peso constante a 105 °C y se utilizó para calcular la ingesta de materia seca (MSI) sobre la base de la ingesta individual de alimento. Se utilizaron métodos de AOAC (2005) para analizar los componentes de los piensos, incluyendo la proteína bruta (PC), la ceniza bruta (Ash) y el extracto de éter (EE) (31). Se empleó el método de Van Soest para examinar los contenidos de fibra detergente neutra (FDN) y fibra detergente ácida (FDA) (32).

2.3 Análisis de la producción y composición de la leche

Durante el período experimental, se registró la producción diaria de leche y se calculó la producción de leche corregida con grasa láctea (FCM) al 4%. Al final del ensayo, se determinó la composición de grasa, proteína, lactosa y cenizas en las muestras de leche mixta (leche matutina, media y vespertina = 4:3:3) de 27 vacas de cada grupo utilizando un analizador de composición de leche LM2 (Harrod Beijing Technology Co., Ltd.).

2.4 Toma de muestras y análisis de sangre

Al final del experimento, se recogieron muestras de sangre de 10 vacas de cada grupo de forma aleatoria para determinar los índices bioquímicos. Se tomaron muestras de sangre (10 mL) de la vena de la raíz de la cola 1 h antes de la alimentación matutina, se dejaron reposar a 4 °C durante 4 h y luego se centrifugaron (3.000 r/min, 10 min). Se colectó suero para determinar índices bioquímicos, índices de antioxidantes y contenido de selenio.

Los índices de antioxidantes sanguíneos superóxido malondialdehído (MDA), superóxido dismutasa (SOD), glutatión peroxidasa (GSH-Px) y capacidad antioxidante total (T-AOC) se determinaron utilizando kits de detección bioquímica (Instituto de Bioingeniería Nanjing Jiancheng, China) en un instrumento de etiquetado enzimático (Huawei Delang DR-200BS, Wuxi, China). Además, los niveles de glucosa (GLU), creatinina (CRE), nitrógeno ureico (BUN), alanina aminotransferasa (ALT), lactato deshidrogenasa (LDH), aspartato aminotransferasa (AST), γ-glutamil aminotransferasa (γ-GT), fosfatasa alcalina (ALP) y colinesterasa (CHE) también se midieron con el analizador bioquímico semiautomático A6 (Beijing Matsushige Technology, Beijing, China).

2.5 El contenido de selenio en la sangre y la leche

Se recogieron aleatoriamente muestras de sangre y leche de 6 vacas de cada grupo para determinar el contenido de selenio mediante colorimetría espectrofotométrica de 3,3′-diaminobenzidina (DAB). En los tubos en blanco y estándar, se agregaron 100 μL del material estándar y agua destilada, respectivamente. Se añadió tampón de ácido acético (400 μL) simultáneamente a los tubos en blanco, patrón y muestra, seguido de la adición de 200 μL de solución de EDTA-NA2. A continuación, se añadieron 200 μL de solución reveladora de color al tubo de muestra, seguido de una mezcla completa de todos los componentes. En la oscuridad, se añadieron 400 microlitros de solución alcalina a un baño de agua a 60 °C durante 20 minutos. Después de agitar, la mezcla se dejó durante 5 min, se retiraron 200 microlitros y se colocó la solución en una placa marcadora enzimática para determinar la densidad óptica (DO).

2.6 Análisis metabolómico no dirigido

La metabolómica no dirigida de la leche se determinó mediante LC-MS, y se examinaron los metabolitos diferencialmente abundantes y sus vías de enriquecimiento. Una vez que la muestra de leche se descongeló naturalmente a temperatura ambiente, se transfirieron 200 μL de muestra de leche a un tubo de centrífuga de 1,5 mL. A continuación, se introdujeron 400 μL de igual volumen de un disolvente de extracción compuesto de acetonitrilo y metanol. La muestra se sometió a vórtice durante 30 s y se extrajo por ultrasonidos a baja temperatura durante 30 min (5°C, 40 kHz). Después de exponer la muestra a -20 °C durante 30 min, se centrifugó a 4 °C durante 10 min a una velocidad de 13.000 rpm. A continuación, se desechó el sobrenadante y el sedimento se volvió a disolver en 100 μL de solución compleja (agua: acetonitrilo = 1:1). Posteriormente, la solución se extrajo mediante ultrasonidos a baja temperatura (5°C) durante 5 min a 40 kHz y se centrifugó a la misma velocidad a 4°C durante 5 min. Mediante intubación interna, el sobrenadante se vertió en un vial con una cánula interna para prepararlo para el análisis de la máquina. La detección se llevó a cabo mediante cromatografía líquida de ultra alta resolución-espectrometría de masas por transformada de Fourier en tándem (UPLC-FT-MS) en una plataforma LC-MS (sistema UHPLC-Q Exactive HF-X). Las condiciones de la máquina utilizadas incluyeron una columna cromatográfica (ACQUITY UPLC HSS T3, 100 mm × 2,1 mm de diámetro interior, 1,8 μm; Waters, Milford, EE.UU.), y la temperatura de la columna fue de 40°C; las fases móviles A y B estaban compuestas por agua (95%) y acetonitrilo (5%) con ácido fórmico (0,1%) y acetonitrilo (47,5%), alcohol isopropílico (47,5%) y agua (5%) con ácido fórmico (0,1%), respectivamente. El volumen de la muestra fue de 3 μL y la temperatura de la columna fue de 40 °C. Condiciones del espectro de masas: ionización por electrospray y modos de barrido de iones negativos y positivos para la captación de señales de espectro de masas, respectivamente.

2.7 Análisis estadístico

Los datos de rendimiento de producción, índice sanguíneo y contenido de leche se introdujeron en Excel (2016) y se analizaron mediante la prueba t de Student utilizando el software JMP13.0 (SAS Institute, Japón). Los resultados se presentan como los errores estándar y los valores medios. Las diferencias se consideraron significativas y extremadamente significativas cuando p < 0,05 y p < 0,01, respectivamente. Además, se llevó a cabo un análisis de diferencias de los archivos de la matriz después del preprocesamiento de los datos metabolómicos. La estabilidad del modelo se evaluó mediante validación interactiva de 7 ciclos, y se adoptó el análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales (PLS-DA) utilizando el paquete de software R ropls (versión 1.6.2). También se realizaron análisis de diferencias múltiples y la prueba t de Student. Se utilizó el valor de p y la variable influencia en la proyección (VIP) del modelo de análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales (PLS-DA) para evaluar los metabolitos diferencialmente abundantes. Cuando VIP > 1, p < 0.05 y FC > 1 o FC < 1, los metabolitos diferencialmente abundantes se identificaron a partir de la base de datos KEGG 1 e involucrados en las vías que fueron analizadas por el paquete de software Python SciPy. Se utilizó la prueba exacta de Fisher para determinar los datos estadísticos y las vías biológicas más relevantes. Se realizó un análisis de correlación de Pearson entre los metabolitos de la leche, el contenido de selenio en sangre, el contenido de selenio en la leche y los índices bioquímicos en sangre.

3 Resultados

3.1 DMI, producción de leche y composición de la leche

Como se muestra en la Tabla 2, la producción de leche y la eficiencia alimenticia aumentaron significativamente en el grupo NSe en comparación con los del grupo CON (p < 0,05). Sin embargo, los rendimientos de MSI, FCM y los contenidos de proteína, grasa, cenizas y lactosa de la leche no difirieron significativamente (p > 0,05). Además, no se observó ningún indicio de envenenamiento durante el experimento.

Tabla 2. Efectos del nanoselenio en el DMI, la producción de leche y la composición de la leche de las vacas lecheras durante el período pico de lactancia.

3.2 Índices de antioxidantes séricos

La Tabla 3 muestra que el nanoselenio no tuvo un impacto estadísticamente significativo en los niveles séricos de GSH-Px, T-AOC, SOD o MDA en vacas lecheras (p > 0.05).

Tabla 3. Efectos del nanoselenio sobre los índices séricos de antioxidantes de vacas lecheras durante el período pico de lactancia.

3.3 Índices bioquímicos séricos

Como se muestra en la Tabla 4, en comparación con el grupo CON, la NSe aumentó significativamente los niveles séricos de BUN y ALP (p < 0,05), pero no tuvo un impacto significativo en otros índices bioquímicos séricos (p > 0,05).

Tabla 4. Efectos del nanoselenio sobre los índices bioquímicos séricos de vacas lecheras durante el período pico de lactancia.

3.4 Contenido de selenio en la sangre y la leche

La Tabla 5 muestra que la NSe aumentó significativamente el contenido de selenio de la leche en un 9,96% (p < 0,05) en comparación con el del grupo CON, pero no afectó el contenido de selenio de la sangre (p > 0,05).

Tabla 5. Efectos del nanoselenio sobre el contenido de selenio en el suero y la leche de vacas lecheras durante el período pico de lactancia.

3.5 Metabolitos de la leche

Como se ilustra en la Figura 1, a través del análisis metabolómico no dirigido de muestras de leche, se identificaron un total de nueve tipos distintos de metabolitos. Entre estos, los compuestos orgánicos heterocíclicos (24,14%), los lípidos y las moléculas lipídicas (33,10%) y los ácidos orgánicos y sus derivados (17,24%) constituyeron las tres principales categorías de compuestos.

Figura 1. Análisis de especies de metabolitos.

La tabla de puntuación PLS-DA (Figura 2) mostró que los metabolitos de la leche en ambos grupos podían separarse significativamente. En el modo de iones positivos, el 14% de la varianza fue explicada por el componente principal, y el 28,1% de la varianza fue explicada por el segundo componente principal. En el modo de iones negativos, el primer componente principal explicó el 15,3% y el segundo componente principal el 22,7%. Todas las muestras estaban dentro de los intervalos de confianza del 95%, lo que indica que hubo poca diferencia en el número de muestras en cada grupo entre los grupos, y el área de proyección del grupo NSe fue significativamente diferente de la del grupo CON.

Figura 2. Análisis PLS-DA (modelo catiónico a la izquierda, modelo aniónico a la derecha); CON es el grupo selenito de sodio y NSe es el grupo nanoselenio.

Después del preprocesamiento de los datos, se realizó un análisis de la prueba t de Student y se generó un gráfico volcánico de acuerdo con los valores de p y FC, como se muestra en la Figura 3. Se evaluaron un total de 155 metabolitos diferencialmente abundantes utilizando los parámetros de tamizaje FC > 1 o FC < 1, VIP > 1 y p < 0,05. Entre estos metabolitos, 62 estaban regulados a la baja, mientras que 93 estaban regulados al alza. Los resultados de algunos metabolitos diferencialmente abundantes se muestran en la Tabla 6.

Figura 3. Mapa volcánico de metabolitos lácteos en el grupo CON y en el grupo NSe. Cada punto representa un metabolito, con el azul indicando una regulación a la baja y el rojo indicando una regulación al alza; VIP es el peso de la variable.

Tabla 6. Tabla estadística de modos iónicos positivos y negativos para la identificación de metabolitos diferencialmente abundantes.

Se realizó un análisis de enriquecimiento de las vías metabólicas asociadas con los metabolitos diferencialmente abundantes entre los grupos CON y NSe. Los hallazgos demostraron la participación de 31 vías metabólicas que involucran 155 metabolitos diferencialmente abundantes identificados. Las vías metabólicas afectadas por metabolitos diferencialmente abundantes se examinaron utilizando un valor de impacto superior a 0,1. Las principales vías metabólicas implicadas fueron el metabolismo de la niacina y la niacinamida, el piruvato, el ciclo del citrato (ciclo del TCA), el glicerofosfolípido, la riboflavina, el butanoato y la tirosina. Los resultados se muestran en la Figura 4 y en la Tabla 7.

Figura 4. Análisis de topología KEGG. Cada burbuja denota una vía KEGG. La magnitud del valor de impacto, que ilustra la relevancia relativa de los metabolitos en la vía, se representa a lo largo del eje horizontal. El enriquecimiento significativo de metabolitos implicados en la vía se denota a lo largo del eje vertical por -log10 (valor de p). El tamaño de la burbuja denota el valor de impacto. Cuanto más grande sea la burbuja, más significativo será el camino.

Tabla 7. Enriquecimiento diferencial de las vías de metabolitos entre el grupo CON y el grupo NSe.

Se realizó un análisis de correlación de Pearson para examinar las relaciones entre el contenido de selenio en sangre, el contenido de selenio en leche y los índices bioquímicos en sangre. La Figura 5 muestra una correlación positiva estadísticamente significativa entre los niveles de selenio sérico y lácteo (p < 0,05). Además, también se detectó una correlación negativa estadísticamente significativa entre la concentración sérica de selenio y el T-AOC en sangre (p < 0,05). El contenido de selenio en la leche se correlacionó positivamente con BUN y ALP (p < 0.01), y γ-GT se correlacionó negativamente con AST (p < 0.05) y positivamente se correlacionó con SOD (p < 0.05).

Figura 5. Resultados del análisis de correlación del contenido de selenio en la leche en sangre y en los índices bioquímicos de la sangre. Los valores R de los coeficientes de correlación y los correspondientes valores de p se obtuvieron mediante cálculos. El gráfico muestra los valores de R utilizando varios colores. p < 0,05 se representa con *, p < 0,01 se representa con ** y la leyenda de la derecha muestra la gama de colores para varios valores de R. El rojo y el azul representan correlaciones positivas y negativas, respectivamente. y la profundidad de color indica el tamaño del valor de los datos. La imagen de abajo es la misma.

El análisis de correlación de Pearson de los metabolitos de la leche con el contenido de selenio en sangre, el contenido de selenio en la leche y los índices bioquímicos en sangre (Figura 6) reveló que el contenido de selenio en la leche se correlacionó significativamente positivamente con los metabolitos de la leche escamolinona, PC [20:2 (11Z, 14Z)/18:3 (9Z, 12Z, 15Z)], PC [14:0/20:2 (11Z, 14Z)], PC (16:0/18:0) y PC [18:1 (11Z)/18:3 (9Z, 12Z, 15Z)] y se correlacionó negativamente de manera extremadamente significativa con la riboflavina (vitamina B₂), la riboflavina, el ácido dicetogulónico y el ácido geniposídico (p < 0,01), pero se correlacionó significativamente negativamente con el ácido oxoglutárico, el ácido mesocónico y la dihidrozeatina (p < 0,05). El contenido de selenio en sangre se correlacionó significativamente negativamente con la cantidad de semialdehído de ácido succínico entre los metabolitos de la leche (p < 0,05). La AST se correlacionó negativamente con el ácido (R)-5-difosfomevalónico (p < 0,05). El BUN mostró una correlación positiva significativa con lumicromo, escamolinona, PC (20:2 (11Z, 14Z)/18:3 (9Z, 12Z, 15Z) y PC [14:0/20:2 (11Z, 14Z)] (p < 0,05) y una correlación negativa altamente significativa con riboflavina (vitamina B₂), riboflavina, ácido succínico y ácido geniposídico (p < 0,01). Además, el BUN se correlacionó significativamente negativamente con el ácido dicetogulónico, el ácido mesacónico y la dihidrozeatina (p < 0,05). La FA mostró una correlación positiva altamente significativa con la EP [18:3 (9Z, 12Z, 15Z)/18:1 (9Z)] (p < 0,01), una correlación positiva significativa con las concentraciones de lumicromo y escamolinona (p < 0,05) y una correlación negativa significativa con riboflavina, riboflavina (_{vitamina B2}) y ácido málico (p < 0,05). Se observó una correlación positiva entre γ-GT y EP [18:3 (9Z, 12Z, 15Z)/18:1 (9Z)] (p < 0,05).

Figura 6. Análisis de correlación de Pearson de los metabolitos diferencialmente abundantes en la leche con el contenido de selenio en sangre, el contenido de selenio en leche y los índices bioquímicos en sangre de vacas lecheras.

4 Discusión

Tanto el exceso como la insuficiencia de selenio en las dietas de los animales pueden reducir el rendimiento de los animales (33, 34). De acuerdo con los Requerimientos de Nutrientes de las Vacas Lecheras (30, 35), la cantidad de selenio en las dietas oscila entre aproximadamente 0,3 mg/kg MS y 3 mg/kg MS. La cantidad de selenio añadido en este experimento fue de aproximadamente 0,75 mg/kg MS. De acuerdo con los resultados de la evaluación de las indicaciones clínicas de intoxicación por selenio (Anexo 1 para los criterios de evaluación) y el contenido de selenio en sangre de las vacas lecheras, no se observaron indicaciones anormales durante todo el experimento, lo que indica que el contenido de selenio en las dietas estaba dentro de un rango aceptable.

Los diferentes tipos de suplementos de selenio tienen diversos efectos en el rendimiento de las vacas lecheras. Como se indica en la Tabla 2, el IMD no se ve afectado por las fuentes de selenio, lo que es consistente con los resultados de las investigaciones de Sun et al. (36) y Juniper et al. (37). Además, también se confirmó que la suplementación con la fuente de selenio no parecía tener ningún efecto sobre el IMD de las vacas lecheras, el ganado vacuno, los terneros y los corderos (38). Sin embargo, se encontró que la producción de leche de las vacas lecheras durante las fases media y tardía de la lactancia aumentaba mediante la administración de suplementos dietéticos que contenían levadura de selenio (SY) e hidroxi-selenometionina (OH-SeMet) (39). El aumento en la producción de leche en las vacas puede o no estar directamente relacionado con los efectos positivos de los suplementos de selenio (39, 40), ya que está influenciado por varios factores, incluida la composición nutricional, el estado de lactancia, la función ruminal y la salud en general. Sin embargo, en este experimento, sobre la base de que no hubo cambios significativos en el DMI, el aumento en la producción de leche de las vacas lecheras fue muy cercano al aumento en la eficiencia alimenticia. Por lo tanto, es razonable pensar que existe una cierta correlación entre la producción de leche y la eficiencia alimentaria. Wang et al. (41) han reportado resultados similares en el sentido de que la producción de leche aumentó con la suplementación con selenio-levadura sin cambios en el IMD, pero mejoró la fermentación ruminal. Las vacas lecheras tienen un metabolismo fuerte y una alta intensidad de producción cuando están en el pico del período de lactancia. Lo que significa que las vacas pueden obtener más nutrientes de los piensos y utilizarlos de forma más eficiente (42), lo que proporciona la base material para la mejora de la producción de leche. Por otro lado, la suplementación con selenio puede fortalecer la distribución de los capilares mamarios, y el área vascular mamaria tiende a aumentar (43), lo que proporciona condiciones organizativas para la mejora de la producción de leche. Además, el nanoselenio también tiene un efecto de tamaño único (nanoescala), lo que lo hace más absorbible y más biodisponible en el intestino delgado que el selenio inorgánico (41, 44). Esto también explica el aumento del contenido de selenio en la leche; es decir, aumentó la conversión de selenio alimenticio en selenio lechero. En cuanto a la composición de la leche, la suplementación con nanoselenio no tuvo efectos significativos sobre la grasa, la proteína, la lactosa o las cenizas de la leche, lo que estuvo en línea con los resultados de estudios anteriores (41). Esto indica que el selenio tiene poco efecto sobre la estructura y síntesis de las células acinares de la glándula mamaria (45), pero este hallazgo debe ser confirmado por estudios adicionales.

La glutatión peroxidasa (GSH-Px) es un indicador importante de la capacidad antioxidante de los animales. Puede proteger la estructura y la función de las membranas celulares al catalizar específicamente la reducción del peróxido de hidrógeno a través de la reducción de GSH (46), y el selenio es su componente activo. Por lo tanto, la suplementación con selenio en la dieta de las vacas lecheras podría, en teoría, mejorar la actividad de GSH-Px en sangre, mejorando en última instancia su capacidad antioxidante. Sin embargo, se informó que los efectos de la suplementación con selenio en la sangre GSH-Px fueron diferentes. Los estudios en cerdos de engorde, pollos de engorde y vacas lecheras han demostrado que la adición de cantidades adecuadas de selenio puede mejorar la actividad de GSH-Px en el suero y que el efecto del selenio orgánico es mayor que el del selenio inorgánico (47-49). Sin embargo, algunas investigaciones han demostrado que la suplementación con selenito de sodio y levadura de selenio en vacas lecheras no tiene un efecto significativo sobre la glutatión peroxidasa en sangre (GSH-Px) (50, 51). Estos resultados están en línea con los resultados de esta investigación, que no mostraron cambios significativos en los niveles séricos de SOD, T-AOC o MDA. El T-AOC, SOD y MDA también son parámetros importantes que reflejan el estado antioxidante de los animales. La resistencia del cuerpo al estrés oxidativo se puede medir con el T-AOC. La SOD es un indicador significativo de la capacidad antioxidante en los animales. Funciona eliminando los radicales libres, defendiendo contra los efectos nocivos de los radicales libres de oxígeno y reparando rápidamente las células dañadas. El MDA es un producto importante de la peroxidación de los lípidos de membrana y sirve como indicador del daño tisular causado por la peroxidación. La suplementación con selenio no necesariamente mejora el nivel de antioxidantes de los animales, y los estudios han demostrado que la capacidad antioxidante del cuerpo puede incluso reducirse con la suplementación con selenio (52). El impacto del selenio en la capacidad antioxidante del cuerpo depende de varios factores, como el tiempo y la cantidad de suplementos de selenio, la etapa de lactancia, el suministro de nutrientes, el estrés y la genética.

Los índices bioquímicos sanguíneos son indicadores importantes que reflejan el metabolismo fisiológico y el estado de salud de los animales (53). Cuando el cuerpo carece de selenio, se produce la inmunosupresión. Por el contrario, la suplementación excesiva con selenio en la dieta conducirá a la intoxicación por selenio en las vacas lecheras e incluso causará necrosis hepática y renal, que a menudo se reflejan en cambios en los parámetros bioquímicos de la sangre (54, 55). En la actualidad, se ha encontrado que la suplementación adecuada de selenio en la dieta puede mejorar la función inmunológica de las vacas lecheras, promover la producción de inmunoglobulina, aumentar los títulos de anticuerpos y reducir las enfermedades (56). Los resultados de este ensayo demostraron que la NSe aumentó significativamente los niveles de BUN y ALP en la sangre. Pero tuvo un impacto mínimo en otros indicadores bioquímicos, que fueron consistentes con estudios previos (4, 57). El BUN, un metabolito de aminoácidos y proteínas, puede servir como indicador del equilibrio del metabolismo de proteínas y aminoácidos dentro de un animal (58). El BUN de los rumiantes se deriva principalmente del amoníaco producido por la proteína degradable del rumen (RDP) y los metabolitos de la proteína no degradable del rumen (UDP) que ingresan al estómago y al intestino delgado. El BUN se envía al hígado a través de la vena porta para sintetizar urea, que se excreta por el riñón o regresa al rumen a través de la saliva y el epitelio ruminal. El nivel de BUN se ve afectado por muchos factores, como la proteína bruta (PC) de la dieta, la PDR, el tiempo de muestreo, la excreción renal y la reabsorción renal. Los estudios han demostrado que el contenido de BUN en el ganado aumenta primero después de la alimentación y luego disminuye a los niveles previos a las comidas 8 h después de la alimentación (59). La extracción de sangre en este estudio se realizó 1 h antes de la alimentación matutina, cuando el nivel de BUN estaba cerca del nivel más bajo en un día y dentro del rango normal [generalmente 4-16 mg/dL (60) o 1,4-5,7 mmol/L], lo que indica una cantidad suficiente de proteínas en la dieta. Dado que ambos grupos tenían niveles similares de creatinina sérica (ERC) y la relación BUN/CRE estaba dentro del rango normal (generalmente <20), se podía esperar una función de excreción renal normal. Por lo tanto, es más probable que el aumento de BUN en el grupo NSe esté relacionado con el aumento del nitrógeno en el tracto digestivo o la reabsorción de riñón, los cuales podrían ser buenos para la utilización de proteínas. Un estudio previo ha demostrado que el BUN de las vacas de alto rendimiento es mayor que el de las vacas de bajo rendimiento (61). Por otro lado, la actividad de la fosfatasa alcalina (ALP) en la sangre refleja la actividad metabólica y el estado funcional de los tejidos y órganos animales (62). La fosfatasa alcalina suele estar elevada cuando los animales desarrollan enfermedades o tumores hepáticos y óseos; Sin embargo, a veces también se eleva por razones fisiológicas, como en animales jóvenes, hembras gestantes y lactantes, o la ingesta de dietas ricas en grasas (63). Se ha reportado que el daño causado por la intoxicación por selenio ocurre principalmente en el hígado (64), pero con base en las concentraciones normales de AST y ALT, los indicadores de lesión y gravedad de los hepatocitos (57), se especuló que puede estar relacionado con una alta producción de leche o mastitis subclínica, en lugar de funciones hepáticas anormales. La razón es que la fosfatasa alcalina está estrechamente asociada con la reducción del calcio en la sangre y la promoción de la deposición ósea. Cuando la movilización de calcio es excesiva en el cuerpo, la proliferación compensatoria de los osteoblastos aumenta el nivel y la actividad de la FA sérica para mantener la estabilidad del contenido de calcio en el cuerpo para asegurar la deposición de calcio en el cuerpo (65). Cuando la producción de leche aumentó en las vacas del grupo NSe, los animales se movilizaron y consumieron más calcio, y el aumento del contenido de ALP en sangre permitió a las vacas mantener una deposición normal de calcio.

Después de que el selenio se absorbe en el tracto intestinal de un animal, puede ingresar a la sangre o transferirse a la leche, por lo que el contenido de selenio en sangre y selenio en la leche puede reflejar el estado de uso del selenio en las vacas. El contenido de selenio en la sangre a menudo está relacionado con la capacidad de unión del selenio, y los estudios han demostrado que agregar selenio orgánico a la dieta tiene un mayor efecto en el aumento de la concentración de selenio en la sangre que agregar selenio inorgánico (66, 67). Esto podría deberse al aumento de la capacidad de unión del selenio orgánico a la α y β globulina, LDL (lipoproteína de baja densidad), VLDL (lipoproteína de muy baja densidad) y albúmina en la sangre (68). El nanoselenio también puede tener un mayor grado de unión que el selenito de sodio, ya que también se ha informado del aumento del selenio en sangre (como el glutatión), el selenio en la leche, así como la estimulación de la expresión génica de la selenoproteína en las glándulas mamarias de las vacas lecheras mediante la suplementación con nanoselenio (23). La correlación positiva entre el selenio en la sangre y en la leche puede estar relacionada con la unión del selenio a las proteínas, y se considera que el selenio se une primero a los aminoácidos o proteínas en la sangre (69) y posteriormente es absorbido e integrado por la glándula mamaria para sintetizar las proteínas de la leche (70). Sin embargo, el nivel de selenio en sangre en el grupo NSe en este ensayo fue solo numéricamente más alto que en el grupo CON, pero no estadísticamente significativo (p > 0,05), solo los niveles de selenio en leche aumentaron significativamente (p < 0,05). Debido al pequeño tamaño de las partículas de nanoselenio (nanoescala), se necesitan más pruebas para confirmar si el nanoselenio no se une completamente a las proteínas de la sangre, sino que se transfiere rápidamente de los capilares mamarios a la leche.

Como la fuente más común de nutrientes para los seres humanos, los productos lácteos no solo proporcionan a las personas nutrientes básicos, sino que también tienen una mayor concentración de metabolitos de moléculas pequeñas, como ácidos orgánicos, ácidos grasos, aminoácidos, nucleótidos y péptidos bioactivos (71). Por lo tanto, los metabolitos de la leche de las vacas Holstein en el período pico de lactancia se analizaron mediante metabolómica no dirigida (LC-MS) en este estudio. Los resultados demostraron que la NSe aumentó significativamente el contenido de ácido treónico, cetilmanósido, ácido undecilenoico, ácido 3-hidroxipentadecanoico, ácido 16-hidroxipentadecanoico, etc. El ácido treónico es un metabolito activo del catabolismo del ácido ascórbico, también puede derivarse de proteínas glicosiladas (72), y se ha demostrado que es beneficioso para la absorción de calcio y para complementar el ácido ascórbico (73). Esto ayuda a garantizar una alta producción de leche. El ácido 3-hidroxipentadecanoico y el ácido 16-hidroxipentadecanoico son ácidos grasos hidroxilo que se encontraron presentes en la leche (74). El cetilmanósido activa el sistema del complemento en forma de liposomas (75). Mientras que se demostró que el ácido undecilenoide tiene actividad antifúngica (76). En este estudio, los niveles de ácido galactárico, ácido mesacónico y CDP-glucosa, etc. en la leche del grupo NSe disminuyeron. El ácido galactárico es un producto de la descomposición microbiana de la pectina, que ayuda a mantener la estabilidad de los alimentos (como el yogur) (77, 78). El ácido mesacónico es el producto de degradación del ácido cítrico en la leche (79). La CDP-glucosa participa en la síntesis de lactosa (80). Aunque la concentración de glucosa en la leche de todos los mamíferos (excepto los humanos) es baja (0,1-0,3 mmol/L), la concentración de glucosa en la leche puede reflejar la concentración de glucosa en las células mamarias. Cuando la eficiencia de la síntesis de lactosa en las células mamarias disminuye, la concentración de glucosa en la leche disminuye (81).

En las vías metabólicas donde se concentran metabolitos diferencialmente abundantes, la niacina y la niacinamida, el piruvato y el ciclo del citrato (ciclo del TCA) se relacionan principalmente con metabolitos como el ácido mesacónico, el ácido succínico, el ácido oxoglutárico y el ácido málico en la leche. La riboflavina interviene principalmente en el metabolismo de la riboflavina. La vía metabólica de los glicerofosfolípidos está relacionada principalmente con el metabolismo de los lípidos, como la PE [18:1 (9Z)/18:3 (9Z, 12Z, 15Z)] y la PC [18:1 (11Z)/18:3 (9Z, 12Z, 15Z)], y el metabolismo de las vías del butanoato y la tirosina está relacionado principalmente con metabolitos como el semialdehído del ácido succínico, el ácido acetoacético, el ácido succínico y el ácido maleico.

5 Conclusión

En condiciones experimentales a corto plazo, NSe aumentó significativamente la producción de leche, el contenido de selenio de la leche y la tasa de conversión alimenticia (p < 0,05). Sin embargo, no se observó un impacto significativo para otros componentes de la leche (p > 0,05). La NSe aumentó significativamente los niveles de BUN y ALP en sangre (p < 0,05), pero no tuvo un impacto significativo en los niveles sanguíneos de T-AOC, GSH-Px, SOD o MDA ni en el contenido de selenio en sangre (p > 0,05). En general, la eficiencia de la conversión de nanoselenio de selenio alimentario a selenio de leche es mayor que la del selenito de sodio, y el nanoselenio tiene ciertos efectos reguladores sobre los índices bioquímicos de la sangre, los metabolitos de la leche y las vías metabólicas relacionadas. Tiene potencial de aplicación en la producción de vacas.

Declaración de disponibilidad de datos

Las contribuciones originales presentadas en el estudio se incluyen en el artículo/material complementario, las consultas adicionales pueden dirigirse al autor correspondiente.

Declaración ética

El estudio en animales fue aprobado por todos los animales utilizados en este estudio fueron revisados y aprobados por el Comité de Ética de la Universidad Minzu de Mongolia Interior. (Número de Revisión de Ética: 2022092016001). El estudio se llevó a cabo de acuerdo con la legislación local y los requisitos institucionales.

Contribuciones de los autores

MX: Escritura – borrador original. YaW: Escritura – borrador original, Escritura – revisión y edición. MW: Redacción – borrador original, Redacción – revisión y edición. WP: Redacción – borrador original. YuW: Escritura – borrador original. RZ: Redacción – borrador original. YZ: Escritura – borrador original. JJ: Escritura – borrador original. CD: Escritura – borrador original. LD: Escritura – borrador original. MB: Escritura – borrador original.

Financiación

El/los autor/es declaran/n que se recibió apoyo financiero para la investigación, autoría y/o publicación de este artículo. Este estudio obtuvo el «Proyecto Integrado de Demostración de Tecnologías Clave de Cría y Cría de Bovinos y Ovinos en la Zona de Transición de la Agricultura y Ganadería» (Nos. 16190050, 16200158 y 16210096); Apoyo al Proyecto de Apoyo a la Ciencia y la Tecnología de Mongolia Interior (Nº 2022YFXZ0015). Gracias por el apoyo financiero del proyecto «Desarrollo y demostración de tecnología de apoyo integral para la utilización eficiente y segura del forraje para vacas lecheras y saludables y de alto rendimiento».

Reconocimientos

En primer lugar, me gustaría agradecer al personal de la granja lechera experimental en Horqin Right Wing Front Banner, condado de Xing’an, Región Autónoma de Mongolia Interior, China, por su ayuda en el proceso de alimentación y recolección de muestras. Gracias a YW de la Universidad Agrícola de China por proporcionar condiciones experimentales y apoyo, gracias a MW de la Universidad Minzu de Mongolia Interior por su orientación en el experimento y el proceso de escritura. También me gustaría agradecer a los estudiantes del laboratorio por su ayuda en la recolección de muestras y la determinación del índice.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un posible conflicto de intereses.

Nota del editor

Todas las afirmaciones expresadas en este artículo son únicamente las de los autores y no representan necesariamente las de sus organizaciones afiliadas, ni las del editor, los editores y los revisores. Cualquier producto que pueda ser evaluado en este artículo, o afirmación que pueda ser hecha por su fabricante, no está garantizado ni respaldado por el editor.

Notas

Referencias