Impacto de la alimentación sobre la biodisponibilidad de antibióticos en cerdos

• Autores: Decundo, Julieta María
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Soraci, Alejandro Luis; Dieguez, Susana N.
• Materia: Porcinos; Grandes animales; Antibióticos; Medicina veterinaria; Producción animal; Nutrición animal; Tesis de doctorado
• Institución: Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires

La administración oral de antibióticos a través del agua de bebida y del alimento es una práctica ampliamente difundida en Producción porcina. Para el tratamiento de infecciones sistémicas, las drogas deben encontrarse en solución al momento de alcanzar el lugar del tracto gastrointestinal donde serán absorbidas. Potenciales interacciones de los antibióticos con diferentes componentes del agua o del alimento pueden alterar su disolución y en consecuencia su biodisponibilidad y efecto terapéutico. La recría es una de las etapas del ciclo de producción de cerdos donde se realiza la mayor administración de antibióticos. La oxitetraciclina (OTC), fosfomicina (FOS) y amoxicilina (AMX) son algunas de las drogas que se utilizan con mayor frecuencia para tratar las infecciones sistémicas más relevantes en esta etapa. El objetivo general de la presente tesis fue evaluar el impacto de potenciales interacciones de agua de bebida y diferentes matrices nutricionales que componen el alimento destinado al lechón de recría sobre la biodisponibilidad de OTC, FOS y AMX. Para llevar a cabo este objetivo se realizaron ensayos in vitro e in vivo. Dentro de los ensayos in vitro se determinó la disolución y estabilidad de los antibióticos seleccionados en aguas con diferente dureza y pH, durante 24 h, simulando una situación de granja comercial donde se administran antibióticos en el agua de bebida. Se evaluaron los perfiles de disolución de formulaciones orales de OTC, FOS y AMX en agua ultra pura (referencia, pH=6), blanda (40,0 mg/L CaCO3, pH=7,0-7,5) y dura (400,0 mg/L CaCO3, pH=8,5-9,0). La dureza del agua y el pH impactaron negativamente sobre la disolución de OTC y AMX, mientras que FOS mostró disoluciones rápidas y completas en las tres aguas evaluadas. OTC y FOS demostraron ser estables por 24 h. AMX presentó reducción en los porcentajes de antibiótico disuelto en los tres tipos de agua durante el tiempo de muestreo. Adicionalmente, se evaluaron in vitro las cinéticas de disolución/liberación de los antibióticos en estudio a partir de una matriz de alimento comercial utilizado durante la etapa de recría en medio gástrico (pH 4) e intestinal (pH 6,8) simulados. Se obtuvieron los perfiles de disolución de cada antibiótico en presencia o ausencia de alimento, los cuales se ajustaron a cinco modelos matemáticos diferentes. El modelo que mejor se ajustó a las cinéticas de disolución/liberación fue el de Korsmeyer-Peppas, en todas las condiciones evaluadas. El pH (4 y 6,8) no afectó la disolución de AMX y OTC cuando se las incorporó al medio libre de alimento. Resultados similares se obtuvieron para FOS a pH 6,8 mientras que a pH 4 se observó una reducción en la disolución de este antibiótico. La presencia de alimento redujo significativamente los perfiles de disolución de OTC, FOS y AMX en medio intestinal simulado. Resultados similares fueron IV obtenidos en medio gástrico simulado para OTC y AMX. La disolución de FOS no fue afectada por la presencia de alimento en este medio. Posteriormente se analizaron in vitro las cinéticas de disolución/liberación de los antibióticos en ambos medios simulados a partir de cada macro componente (maíz, soja o concentrado) que conformó el alimento comercial. Cada macrocomponente fue agregado en la cantidad en que se encuentra en el alimento balanceado terminado. Los perfiles de disolución obtenidos, se compararon con los perfiles conseguidos para cada antibiótico incorporado al medio gástrico o intestinal en ausencia de macrocomponentes. El modelo que mejor se ajustó alas cinéticas de disolución/liberación fue el de Korsmeyer-Peppas, en todas las condiciones ensayadas. El maíz fue el macrocomponente que generó la mayor reducción en los perfiles de disolución de los antibióticos estudiados. La soja también mostró efecto negativo sobre los perfiles de disolución de los antibióticos en estudio y el concentrado afecto negativamente la disolución de OTC y AMX. Por otra parte, se realizaron estudios in vivo para evaluar el efecto de la dureza del agua, el alimento y el ayuno sobre la biodisponibilidad de los antibióticos en lechones de recría. Se utilizaron cuarenta cerdos de recría clínicamente sanos de 42-44 días de edad (14 ± 2 kg de peso vivo) y de la misma línea genética comercial. Previo a los tratamientos se colocó un catéter en la vena yugular para facilitar la toma de muestra de sangre durante los estudios fármaco cinéticos. Las dosis utilizadas fueron: OTC, 40 mg/kg; FOS, 30 mg/kg y AMX, 20 /kg. Los tratamientos evaluados fueron: antibiótico (OTC, FOS o AMX) disuelto en agua blanda a lechones ayunados(B1), y sin ayuno (B2), disuelto en agua dura a lechones ayunados (D1), y sin ayuno (D2) y antibiótico mezclado en alimento (AL). La dureza del agua impactó negativamente sobre la biodisponibilidad de OTC. La presencia de alimento en el tracto gastrointestinal disminuyó significativamente la biodisponibilidad de AMX. Para FOS, la dureza del agua y la condición de ayuno no afectaron su biodisponibilidad. La vehiculización de los antibióticos mezclados con el alimento impactó negativamente sobre la biodisponibilidad de AMX y FOS. Por último, en base a parámetros farmacocinéticos/farmacodinámicos se determinó si las dosis de los antibióticos seleccionados bajo las diferentes formas de administración se corresponden con los predictores de eficacia terapéutica para los patógenos más relevantes durante el periodo de recría. La administración oral de 40 mg/kg de OTC no fue adecuada para tratamientos sistémicos. La administración oral de 30 mg/kg de FOS en agua de bebida fue eficaz para tratamiento sistémico de infecciones producidas por E. coli, y Steptococcus spp. La dosificación de FOS mezclada con el alimento no fue eficaz para tratamientos sistémicos. La administración oral de 20 mg/kg de AMX en agua o en alimento fue eficaz para el tratamiento sistémico de S. suis. Las conclusiones extraídas de la presente tesis demuestran que cuando se va a realizar un tratamiento oral sistémico con antibióticos se debe tener en cuenta el vehículo de administración. El alimento es una matriz compleja que impacta negativamente sobre la biodisponibilidad de antibióticos y en consecuencia podría tener efecto en la eficacia clínica de tratamientossistémicos. La dureza y el pH del agua de bebida redujeron la biodisponibilidad de OTC. FOS y AMX expresan mejores biodisponibilidades cuando son administradas en agua de bebida con respecto a cuando son administradas mezcladas con el alimento. El ayuno puede modificar los parámetros farmacocinéticos. Esto debería ser tenido en cuenta al momento de diseñar un plan posológico para animales que nunca son ayunados en producción intensiva. Los estudios in vitro propuestos son adecuados para evaluar las formulaciones antibióticas orales utilizadas en producción porcina. Se observó una correspondencia entre los estudios in vitro e in vivo. Las matrices biológicas en las que se vehiculizan los antibióticos pueden modificar los valores de los predictores de eficacia clínica.
The oral use of antibiotics using drinking water or feed as vehicle of administration is a common practice in pig production. For systemic treatments, drugs must be disolved ingastrointestinal fluids in order to be absorbed. Potential interactions of antibiotics with feed or wáter components may alter drugs’ dissolutionand, consequently, their bioavailability andtherapeutic effect. Weaning is the stage of pig rearing in which antibiotics are mostly used. Oxytetracycline(OTC), Fosfomycin(FOS)andAmoxicillin(AMX)areamongthemosttypically selected drugs to treat common systemic infections during the weaning period. The aimof the present thesis was to evaluate the impact of potential interactions of drinking water andweaning-feed components on bioavailability of OTC, FOS and AMX. In order to meet this goal, invitroand in vivos tudies were carriedout. Dissolution and 24 hours stability of thes elected antibiotics inwater of differen thardness and pH values were analyzed in vitro. The assay was designed to mimic a typical comercial farm situation in which antibiotics are administer edth rough drinkin gwater. Dissolution profiles of oral formulations of OTC, FOS and AMX in pure (reference, pH= 6), soft (40.0mg/LCaCO3, pH=7.07.5) and hard (400.0mg/LCaCO3, pH=8.5-9.0) wáter were obtained. Water hard nessand pH negatively affected OTC and AMX dissolution. FOS immediately reached complete dissolution in all the evaluated conditions. OTC and FOS showedto be stable during 24 hours while AMX concentration in the three solutions decreased along thes ampling period. Additionally, the selected antibiotic formulations were homogenously mixed with analiquot of commercial feed as used during the weaning phase. Dissolution/liberation kinetics ofthe drugs from the feed matrix in gastric (pH 4) and intestinal (pH 6.8) simulated media were assessed in vitro. Dissolution profiles of the antibiotics, al one or incorporated into feed, in both simulated media were obtained and each curve was adjusted to five different mathematica models. The best-fitted model was Korsmeyer-Peppas for all the evaluated conditions. Media atpH 4 showed to exert no effect on dissolution profiles of OTC and AMX, while decreased that of FOS. Media at pH 6.8 showed to decrease AMX dissolution profile while exerting no effect onthat of OTC and FOS. For antibiotic formulations mixed with feed, pH 4 showed to decrease the dissolution profile of OTC and AMX while exerting no effect on that of FOS and pH 6.8 showed to decrease the dissolution profilesof the three antibiotics. Furthermore, in vitro dissolution/liberation kinetics of the selected antibiotics from each macro ingredient that make up the feed (corn,soy,premix),in both simulated media were analyzed. The same mass of individual macro ingredients present in complete feed was used for the assays. The resulting dissolution profiles were compared with those of each antibiotic formulation alone in the corresponding simulated medium. Korsmeyer-Peppaswasthe model that best fitted experimental data under all the analyzed conditions. Corn and soy showed to decrease dissolution profiles of the three antibiotics, cornbe ingres ponsible of the greates treductions observed in all cases. OTC and AMX dissolution were negatively affected by thepremix. In vivo studies were performed in order to evaluate the effect of drinking water hardness, feed components and fed/fasted state of the animals on pharmaco kinetic parameters of the selected antibiotics in weaned piglets. Forty healthy piglets of the same commercial genetic line, with an age of 42-44 days old (14 ± 2 Kg B W) were used. A catheter was placed in the jugular vein before the beginning of the treatments in order to allow serial blood sampling during pharmacokinetic studies. Antibiotic doses were: OTC, 40 mg/kg B W.; FOS, 30 mg/kg B W. and AMX, 20/kg B W. The treatments consisted on the administration of the different drugs’ formulations under the following conditions: B1, dissolved in soft water to fasted animals; B2,dissolved in soft water to fed animals; D1, dissolvedin hard water to fasted animals; D2, dissolved in hard water to fed animals; AL, homogenously mixed into feed. Water hardness negatively affected OTC bioavailability. Feed present in the gastrointestinal tract at the momentof receiving medicated water decreased AMX bioavailability. Bioavailability of FOS was not influenced by water hardness or fed/fasted condition of the piglets. The use of feed as vehicle of administration negatively affected AMX and FOS bioavailability. Finally, we evaluated the correspondence between the doses of each selected antibioti deliverd under the previously named situations (B1,B2,D1,D2,AL) with the value of predictors of therapeutic efficacy based on pharmaco kinetic/pharmaco dynamic parameters. Minimum inhibitory concentrations for the most relevant pathogens that affect pigs during the weaning period were considered. Oral administration of OTC at a dose of 40 mg/kg B W was not suitable for the treatment of systemic infections regardless the vehicle of administration. FOS at a dose of 30 mg/kg B W using drinking water as vehicle of administration showed to be effective against systemic infections of E. coli, y Streptococcus spp. The administration of FOS blendedinto feed was not suitable to treat systemic infections. Oral administration of AMX at adose of 20 mg/kg B W showed to be effective against systemic infections ofS. suis regard less thevehicleof administration. From the results obtained in the present thesis we can conclude that, to carry out systemic treatments, the vehicle for oral administration of antibiotics must beconsidered. Feed is a complex matrix that showed a deleterious effect on the bioavailability of the blended antibiotics. As a consequence, the clinical efficacy may be jeopardized. Water hardness and pH negatively affect OTC bioavailability. FOS and AMX render the high estbioavailability values when administered through drinking water. Pharmacokinetic parameters may be influenced by thefed/fastedstate of the animals. Our conclusions must be taken into consideration when an oral dosing regime is to be implemented in animals that are never fasted in an intensive production system. In vitro studies designed for the current thesis demonstrated to be suitable for the evaluation of oral antibiotic formulations used for pigs in correspondence with in vivo observations. The vehicle of administration of oral antibiotics may modify the values of the predictors of the rapeutic efficacy.
Fil: Decundo, Julieta María. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Veterinarias; Argentina.
Fil: Soraci, Alejandro Luis. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Veterinarias; Argentina.
Fil: Dieguez, Susana N. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Veterinarias; Argentina.