Influence of the reduction of digestible lysine and crude protein and the supplementation of non-essential amino acids, and feed additives on the performance and intestinal health of weaned piglets

Abstract

Three experiments were conducted with weaned piglets. In Experiment I, the objective was to evaluate the effects of temporary dietary lysine restriction on performance and economic viability in nursery piglets. A total of 144 piglets were distributed in a randomized block design with two treatments and 12 replicates. The treatments were: control-lys, lysine levels recommended from 21 to 32 and 32 to 42 days of age, and low-lys, 90% of the lysine levels in the control-lys diet. From 42 to 62 days, all animals received the control diet. From 21 to 32 days, piglets fed the low- lys diet had poorer average daily gain (ADG), feed conversion (FC), and body weight at 32 days (P=0.05). From 32 to 42 days, piglets fed the low-lys diet showed lower average daily feed intake, ADG, and body weight at 42 days (P=0.05). From 21 to 62 days, piglets on the low-lys diet showed lower ADG and final body weight (P=0.05) compared to those on the control-lys diet. On days 27 and 29, piglets on the low-lys diet exhibited higher (P=0.05) diarrhea incidence. The lowest feed cost and highest economic efficiency index were recorded for the low-lys treatment. However, piglets on the control-lys diet achieved 3.9% higher profitability. In conclusion, temporary lysine restriction in piglet diets worsens performance and reduces economic viability. In Experiment II, the effects of crude protein (CP) and non-essential amino acids (NEAA) supplementation on performance, blood profile, intestinal morphology, relative mRNA abundance of inflammatory and antioxidant markers, and tight junction proteins were investigated in piglets during the first two weeks post-weaning. Ninety piglets aged 21 days (7.55 ± 0.72 kg) were assigned in a randomized block design to one of three dietary treatments: (1) high-CP, diet with 24% CP; (2) low-CP, diet with 18% CP; and (3) low-CP + NEAA, diet with 18% CP supplemented with 5 g/kg Arg (L-arginine; purity > 99%) and 10 g/kg Glu+Gln (minimum 10% L-glutamine and minimum 10% L-glutamate). The piglets were fed corn and soybean meal-based diets in a 14-day trial. Feed conversion improved (P<0.05) in piglets fed the high-CP diet compared to low-CP or low-CP + NEAA. Serum urea nitrogen was higher (P<0.05) in piglets on the high-CP diet compared to other treatments. In the duodenum, villus height in piglets fed the low-CP + NEAA diet was greater (P<0.05) than in those fed high-CP or low-CP. Goblet cell proportion was higher (P<0.05) in piglets fed the low-CP + NEAA or high-CP diet compared to low-CP. In the jejunum, crypt depth was greater (P<0.05) in piglets on the high-CP diet compared to low-CP + NEAA. Jejunal mRNA expression of IFN-? was higher (P<0.05) in piglets on the high-CP diet compared to other treatments. However, superoxide dismutase and occludin expression was higher (P<0.05) in piglets fed the low-CP + NEAA diet compared to the high-CP diet. In the ileum, the number of Peyer’s patches was greater (P<0.05) in piglets fed the high-CP diet compared to other treatments. In conclusion, the high-CP diet (24% CP) improves feed conversion in piglets during the first two weeks post-weaning compared to the low-CP diet (18% CP), with or without NEAA supplementation. However, the low-CP diet supplemented with NEAA (Arg, Gln, and Glu) enhances intestinal health by increasing villus height and goblet cell proportion in the duodenum, reducing jejunal crypt depth and Peyer’s patch number in the ileum. Additionally, piglets fed the low-CP + NEAA diet showed increased expression of superoxide dismutase and occludin and decreased mRNA expression of IFN-?. In Experiment III, the effects of nucleotide, autolyzed yeast (Saccharomyces cerevisiae), and sodium butyrate supplementation in nursery pig diets were evaluated on growth performance, diarrhea incidence, blood profile, intestinal morphology, mRNA expression of nutrient transporters, inflammatory markers, antioxidant profile, and tight junction proteins in the small intestine. One hundred eighty piglets aged 21 days (5.17 ± 0.57 kg) were assigned in a randomized block design to one of four dietary treatments: (1) CON, control, basal diet; (2) NUC, CON + nucleotides; (3) YSC, CON + autolyzed yeast S. cerevisiae; (4) ASB, CON + sodium butyrate acidifier. Piglets were fed for 24 days, divided into two phases: Phase 1 (21 to 32 days) and Phase 2 (32 to 45 days). During Phase 1, YSC and ASB improved average daily gain (ADG) and feed conversion (FC) compared to CON. Over the total period, ASB improved ADG, and YSC improved FC compared to CON. The NUC diet did not affect growth performance. ASB increased ileal villus height compared to CON. YSC and ASB reduced Peyer’s patch number in the ileum compared to CON. YSC increased mRNA expression of nutrient transporters (SMCT2, MCT1, and PepT1), tight junction proteins (OCL and ZO-1), antioxidants (GPX), and IL1-ß in the jejunum compared to CON. ASB increased mRNA expression of nutrient transporters (SGLT1 and MCT1), tight junction proteins (OCL and ZO-1), and antioxidants (GPX and SOD) compared to CON. In conclusion, autolyzed yeast and sodium butyrate improved growth performance by enhancing intestinal barrier integrity, nutrient transporter mRNA expression, and antioxidant enzymes in the jejunum of nursery pigs, whereas nucleotide supplementation did not show such effects.Keywords: non-essential amino acids; crude protein; intestinal health; pigs; feed additives.Foram realizados três experimentos com leitões desmamados. No experimento I, objetivou-se avaliar os efeitos da restrição temporária de lisina na dieta sobre o desempenho e viabilidade econômica de leitões em fase de creche. Foram utilizados 144 leitões, distribuídos em blocos ao acaso, com dois tratamentos e 12 repetições. Os tratamentos foram controle-lis, nível de lisina recomendado dos 21 aos 32 e 32 aos 42 dias de idade e baixa-lis, 90% do nível de lisina das dietas controle-lis. Dos 42 aos 62 dias, todos os animais receberam dieta controle. De 21 a 32 dias, leitões alimentados com baixa-lis tiveram pior ganho médio diário (GMD), conversão alimentar e peso corporal aos 32 dias (P=0,05). Dos 32 aos 42 dias, leitões alimentados com baixa-lis apresentaram menor consumo médio de ração diário, GMD e peso aos 42 dias (P=0,05). Dos 21 aos 62 dias, leitões alimentados com baixa-lis apresentaram GMD e peso corporal final menores (P=0,05) quando comparados aos alimentados com controle-lis. Aos 27 e 29 dias, leitões alimentados com baixa-lis apresentaram maior (P=0,05) indicência de diarreia. O menor custo de alimentação e o maior índice de eficiência econômica foram registrados para baixa- lis. No entanto, os suínos alimentados com controle-lis apresentaram rentabilidade 3,9% maior. Como conclusão, a restrição temporária de lisina nas dietas de leitões piora o desempenho e diminui a viabilidade econômica. No experimento II, investigou-se o efeito da suplementação de proteína bruta (PB) e aminoácidos não essenciais (ANE) sobre o desempenho, perfil sanguíneo, morfologia intestinal, abundância relativa de mRNA de marcadores inflamatórios e antioxidantes, e proteínas de junção apertada em leitões nas duas primeiras semanas após o desmame. Noventa leitões de 21 dias de idade (7,55 ± 0,72 kg) foram distribuídos em um delineamento em blocos ao acaso em um de três tratamentos dietéticos: (1) alta-PB, dieta com 24% de PB; (2) baixa-PB, dieta com 18% de PB; e (3) baixa-PB + ANE, dieta com 18% de PB suplementada com 5 g/kg de Arg (L-arginina; pureza > 99%) e 10 g/kg de Glu+Gln (mínimo 10% de L-glutamina e mínimo 10% de L- glutamato). Os leitões foram alimentados com dietas à base de milho e farelo de soja em um ensaio de 14 dias. Houve melhora (P<0,05) na conversão alimentar dos leitões alimentados com a dieta alta-PB em comparação com os tratamentos baixa- PB ou baixa-PB + ANE. A concentração sérica de nitrogênio ureico foi maior (P<0,05) nos leitões alimentados com alta-PB em comparação com outros tratamentos dietéticos. No duodeno, a altura das vilosidades dos animais alimentados com a dieta baixa-PB + ANE foi maior (P<0,05) do que naqueles alimentados com alta-PB e baixa-PB. A proporção de células caliciformes dos leitões alimentados com baixa-PB + ANE ou alta-PB foi maior (P<0,05) em comparação com a baixa-PB. No jejuno, a profundidade das criptas dos leitões com tratamento dietético alta-PB foi maior (P<0,05) em comparação com baixa-PB + ANE. No jejuno, a expressão de mRNA de IFN-? foi maior (P<0,05) nos animais alimentados com dietas alta-PB em comparação com outros tratamentos dietéticos. No entanto, a expressão de superóxido dismutase e occludina foi maior (P<0,05) nos animais alimentados com baixa-PB + ANE do que nos leitões com dietas alta-PB. No íleo, o número de placas de Peyer nos leitões alimentados com alta-PB foi maior (P<0,05) em comparação com outros tratamentos dietéticos. Em conclusão, a dieta alta-PB (24% PB) melhora a conversão alimentar dos leitões nas primeiras duas semanas após o desmame em comparação com a dieta baixa-PB (18% PB), suplementada ou não com ANE. No entanto, a dieta baixa-PB suplementada com ANE (Arg, Gln e Glu) melhora a saúde intestinal dos leitões, promovendo maior altura das vilosidades e proporção de células caliciformes no duodeno, reduzindo a profundidade das criptas jejunais e o número de placas de Peyer no íleo. Além disso, os leitões que receberam a dieta baixa-PB + ANE apresentaram aumento na expressão de superóxido dismutase e ocludina, e menor expressão de mRNA de IFN-?. No experimento III, foram avaliados os efeitos da suplementação de nucleotídeos, levedura autolisada (Saccharomyces cerevisiae) e butirato de sódio em dietas para leitões na fase de creche sobre o desempenho de crescimento, incidência de diarreia, perfil sanguíneo, morfologia intestinal, expressão de mRNA de transportadores de nutrientes, marcadores inflamatórios, perfil antioxidante e proteínas de junção apertada no intestino delgado. Cento e oitenta leitões de 21 dias de idade (5,17 ± 0,57 kg) foram distribuídos em um delineamento em blocos ao acaso em 1 de 4 tratamentos dietéticos: (1) CON: controle, dieta basal, (2) NUC: CON + nucleotídeos, (3) YSC: CON + levedura lisada *S. cerevisiae*, (4) ASB: CON + acidificante butirato de sódio. Os leitões foram alimentados por 24 dias, divididos em duas fases: fase 1 (21 a 32 dias) e fase 2 (32 a 45 dias). Durante a fase 1, YSC e ASB melhoraram o ganho médio diário (GMD) e a conversão alimentar (CA) em comparação com o CON. No período total, ASB melhorou o GMD e YSC melhorou a CA em comparação com o CON. A dieta NUC não afetou o desempenho de crescimento. O ASB aumentou a altura das vilosidades ileais em comparação com o CON. YSC e ASB reduziram o número de placas de Peyer no íleo em comparação com oCON. O YSC aumentou a expressão de mRNA de transportadores de nutrientes (SMCT2, MCT1 e PepT1), proteínas de junção apertada (OCL e ZO-1), antioxidantes (GPX) e IL1-ß no jejuno em comparação com o CON. O ASB aumentou a expressão de mRNA de transportadores de nutrientes (SGLT1 e MCT1), proteínas de junção apertada (OCL e ZO-1) e antioxidantes (GPX e SOD) em comparação com o CON. Em conclusão, a levedura autolisada e o butirato de sódio promoveram melhorias no desempenho de crescimento ao melhorar a integridade da barreira intestinal, a expressão de mRNA de transportadores de nutrientes e enzimas antioxidantes no jejuno de leitões na fase de creche, enquanto a suplementação de nucleotídeos não apresentou esses efeitos. Palavras-chave: aminoácidos não essenciais; proteína bruta ; saúde intestinal; leitões; aditivos alimentares.