25-hydroxyvitamin-D3 supplementation and calcium and phosphorus levels in broiler nutrition

Abstract

Resumo: O calcidiol (25-OH-D3) é um metabólito da vitamina D3 (VitD) cuja alta biodisponibilidade lhe confere um potencial de aumento do status de VitD quando incluso na dieta de frangos, resultando em otimização da digestibilidade e absorção de Ca e P e permitindo a redução dos níveis dietéticos destes minerais. Três experimentos foram conduzidos com o objetivo de avaliar a suplementação de 69 µg/kg de 25-OH-D3 em dietas para frangos de corte formuladas com níveis reduzidos de P (Capítulo 2), níveis reduzidos de Ca e P (Capítulo 3), e com diferentes doses de fitase exógena (Capítulo 4), avaliando-se o efeito dos tratamentos sobre o aproveitamento de Ca e P, desempenho e integridade óssea. No primeiro experimento, 560 frangos de 1 a 21 dias de idade foram distribuídos aleatoriamente em um delineamento fatorial 4x2, com 4 níveis de P disponível (0,45, 0,42, 0,39, e 0,36%), com ou sem 25-OH-D3, totalizando 8 tratamentos de 7 repetições com 10 aves cada. Todas as dietas continham níveis regulares de VitD (100 µg/kg) e fitase (1,500 unidades [FYT]/kg). Aves alimentadas com 25-OH-D3 apresentaram maior ganho de peso (GP) e melhor conversão alimentar (CA), maior digestibilidade ileal de Ca e P, e maior teor de cinzas na tíbia (P<0.05). Níveis decrescentes de P na dieta aumentaram linearmente a digestibilidade ileal de Ca e P, porém reduziram a concentração de P na tíbia (P<0.05). A inclusão de 25-OH-D3 em dietas de 0.36 a 0.42% de P resultou em maior nível circulante do metabólito (P<0.05). No segundo experimento, utilizou-se o mesmo número de aves, tratamentos e repetições, cujo delineamento fatorial distinguiu-se por uma redução mais acentuada e concomitante dos níveis dietéticos de Ca + P (0,9+0,45; 0,8+0,4; 0,7+0,35; e 0,6+0,3% de Ca total + P disponível), mantendo-se relação Ca:P em 2:1. Novamente, aves suplementadas com 25-OH-D3 obtiveram melhor CA no período e aumento da digestibilidade ileal de Ca e P e dos níveis séricos de 25-OH-D3, Ca, P, e fosfatase alcalina, resultando em maior resistência óssea e maior deposição de cinzas e minerais (P<0.05). A redução mais acentuada de Ca+P em comparação ao primeiro experimento comprometeu o desempenho, piorando a CA. Níveis decrescentes de Ca+P novamente aumentaram a digestibilidade ileal dos minerais, porém os níveis séricos de Ca, P e fosfatase alcalina foram reduzidos linearmente, levando a um menor teor de cinzas e Ca e menor resistência óssea (P<0.05). No terceiro experimento, 1200 frangos de 1 a 42 dias de idade foram distribuídos em um delineamento fatorial 2x2, com 2 doses de fitase exógena (600 e 2000 FYT/kg), com ou sem 25-OH-D3. A inclusão de 25-OH-D3 resultou em maior GP e melhor CA no período de 1 a 21 dias, e maior GP no período total de 1 a 42 dias, com aumento do nível sérico de 25-OH-D3 aos 21 e 42 dias. O aumento da dose de fitase de 600 para 2000 FYT levou a menor CA no período de crescimento (22 a 42 dias) e período total, além de melhorar a expressão gênica de mTOR quinase, indicativo de incremento no metabolismo amino ácidos e desenvolvimento muscular. Os resultados encontrados evidenciam que a suplementação de 25-OH-D3 em conjunto com VitD acentua o status de VitD do organismo e sugerem que o metabólito pode modificar a forma de transporte de Ca e P através das células epiteliais para um transporte predominantemente ativo mediado por VitD, de forma a impulsionar a absorção intestinal destes minerais independentemente de seus níveis dietéticos ou da inclusão de uma alta dosagem de fitase. Por conseguinte, o metabólito propiciou melhora no desempenho e fortalecimento ósseo.

Abstract: Calcidiol (25-OH-D3) is a metabolite of vitamin D3 (VitD) whose high bioavailability grants it a potential for increasing VitD status when included in the diet of chickens, resulting in the optimization of Ca and P digestibility and absorption and allowing for the reduction of dietary levels of these minerals. Three experiments were conducted to evaluate the supplementation of 69 µg/kg of 25-OH-D3 in diets for broiler chickens formulated with reduced levels of P (Chapter 2), reduced levels of Ca and P (Chapter 3), and with different doses of exogenous phytase (Chapter 4), assessing the effect of treatments on Ca and P utilization, performance, and bone integrity. In the first experiment, 560 chickens from 1 to 21 days old were randomly distributed in a 4x2 factorial design, with 4 levels of available P (0.45, 0.42, 0.39, and 0.36%), with or without 25-OH-D3, totaling 8 treatments with 7 replicates of 10 birds each. All diets contained regular levels of VitD (100 µg/kg) and phytase (1,500 units [FYT]/kg). Birds fed with 25-OH-D3 showed higher body weight gain (BWG) and lower feed conversion ratio (FCR), higher ileal digestibility of Ca and P, and higher ash content in the tibia (P<0.05). Reducing levels of P in the diet linearly increased the ileal digestibility of Ca and P but reduced P concentration in the tibia bone (P<0.05). The inclusion of 25-OHD3 in diets ranging from 0.36 to 0.42% of P resulted in a higher circulating level of the metabolite (P<0.05). In the second experiment, the same number of birds, treatments, and replicates were used, with a factorial design distinguished by a more pronounced and simultaneous reduction in dietary levels of both Ca + P (0.9+0.45; 0.8+0.4; 0.7+0.35; and 0.6+0.3% of total Ca + available P), while maintaining a Ca:P ratio of 2:1. Again, supplemented birds had lower FCR during the period and higher ileal digestibility of Ca and P, and serum levels of 25-OH-D3, Ca, P, and alkaline phosphatase, thus resulting in greater bone strength and higher bone ash and mineral deposition (P<0.05). The more pronounced reduction of Ca+P compared to the first experiment compromised performance, increasing FCR. Reducing levels of Ca+P again increased the ileal digestibility of minerals, but serum levels of Ca, P, and alkaline phosphatase were linearly reduced, leading to lower ash content and Ca and lower bone strength (P<0.05). In the third experiment, 1200 chickens from 1 to 42 days old were distributed in a 2x2 factorial design, with 2 doses of exogenous phytase (600 and 2000 FYT/kg), with or without 25-OH-D3. The inclusion of 25-OH-D3 resulted in higher BWG and lower FCR in the period from 1 to 21 days and higher BWG in the total period of 1 to 42 days, with an increase in serum levels of 25-OH-D3 at 21 and 42 days. Increasing the dose of phytase from 600 to 2000 FYT resulted in worse FCR in the growth period (22 to 42 days) and total period, as well as higher gene expression of mTOR kinase, indicating an increase in amino acid metabolism and muscle development. The results demonstrate that 25-OH-D3 supplementation together with VitD accentuates the broilers’ VitD status and suggest that the metabolite can shift the transport form of Ca and P through epithelial cells to a predominantly active transport mediated by VitD, therefore boosting the intestinal absorption of these minerals regardless of their dietary levels or the inclusion of a high dose of phytase. As a result, the metabolite led to improvements in performance and bone strength.