Les coûts des ingrédients utilisés dans l'alimentation destinés aux productions porcines sont en constante fluctuation au gré des événements qui peuvent affecter le marché. De plus, la disposition des effluents contenant des minéraux comme le phosphore (P), qui est essentiel chez le porc, peut entraîner des coûts supplémentaires pour les producteurs afin de respecter les règlements sur les exploitations agricoles. Le P provenant du phosphate de roche est une ressource non renouvelable donc le coût peut également fluctuer. Ainsi, afin de réduire les coûts de production, les ingrédients de l'alimentation peuvent être diversifiés et l'efficacité d'utilisation du P, et du calcium (Ca) étroitement lié à ce dernier, peuvent être optimisées. Pour améliorer l'efficacité d'utilisation du Ca et du P, il est possible d'utiliser différents facteurs de modulation du P et du Ca, dont des apports différentiels de Ca, de vitamine D et de phytase. La variation des apports en Ca et la supplémentation en vitamine D permettent la mise en place de régulations du métabolisme phosphocalcique qui impliquent notamment l'absorption intestinale et la réabsorption rénale de Ca et P et la minéralisation osseuse. Cependant, l'utilisation d'ingrédients alternatifs peut introduire des facteurs antinutritionnels, tels que des mycotoxines dans l'alimentation porcine. En effet, ayant une diète principalement à base de céréales, les porcelets sont plus à risque d'une exposition aux mycotoxines, dont le déoxynivalénol (DON), qui se retrouve dans plus de 75 % des grains tels que le maïs et le blé. Le DON influence la fonction de barrière de l'épithélium intestinal dû à une réponse immunitaire et un stress oxydatif, et peut influencer l'absorption des nutriments dont le Ca et le P. La première étude de cet essai visait à déterminer l'effet d'une supplémentation en vitamine D$_3$ ou 25-OH-D$_3$ sur la modulation des effets toxiques du DON, principalement sur les performances de croissance, la minéralisation osseuse et la régulation des gènes liés à l'absorption intestinale et rénale du Ca et du P. Une exposition pendant 21 jours au DON (4,9 mg/kg) chez les porcelets a entraîné une diminution de la prise alimentaire et donc de la croissance, une augmentation de la minéralisation osseuse et une diminution de l'expression des gènes liés à l'absorption intestinale et rénale du Ca et du P. La contamination au DON a également diminué indirectement le statut en vitamine D des porcelets, ce qui a modifié la régulation du métabolisme du Ca. Les supplémentations en vitamine D n'ont toutefois pas eu d'impact sur le statut en vitamine D ni sur la minéralisation osseuse. Après une stimulation immunitaire induite par les lipopolysaccharides (LPS), la supplémentation en 25-OH-D$_3$ montrait toutefois un effet antiinflammatoire. La seconde étude visait à évaluer le potentiel de l'ajout de vitamine 25-OH-D$_3$ et/ou de vitamine E et C à l'alimentation pour prévenir une réaction inflammatoire et un stress oxydatif induits par le DON chez les porcelets. La supplémentation en vitamine E et C chez les porcelets exposés au DON a diminué le stress oxydatif. La combinaison des vitamines E, C et 25-OH-D$_3$ étaient toutefois plus efficaces pour prévenir l'oxydation hépatique et améliorer le statut antioxydant et la réponse anti-inflammatoire lors d'une contamination au DON. Après une stimulation immunitaire par les LPS, l'ajout de vitamine E et C et 25-OH-D$_3$ à l'alimentation contaminée par le DON a amélioré le statut antioxydant. La troisième étude visait à évaluer l'effet des apports en Ca et de la contamination au DON sur l'utilisation du Ca et du P et sur la minéralisation osseuse de porcelets. La courte phase de carence en Ca de 13 jours, nommée déplétion, a amélioré l'efficacité d'utilisation du Ca et du P chez les porcelets en augmentant la rétention ainsi que la digestibilité de ces de minéraux pendant la phase de déplétion, ce qui a permis de récupérer le déficit de minéralisation osseuse survenu pendant la carence en Ca. Cependant, l'alimentation contaminée au DON n'a pas permis aux porcs de récupérer ce déficit en minéralisation osseuse, malgré une meilleure digestibilité du Ca et du P pendant les deux phases de déplétion et de réplétion. D'ailleurs, le DON à des niveaux de Ca normaux a réduit l'expression des gènes impliqués dans l'absorption intestinale et le transport rénal du Ca, l'expression des gènes liés à la production d'ostéoclastes et l'excrétion du P après 9 jours, en plus de réduire le Ca plasmatique. Cette réduction du Ca sanguin était associée à une diminution de l'apport alimentaire en Ca des porcs. Ainsi, ces résultats concordent avec une altération de la barrière intestinale par le DON qui altérerait la régulation du métabolisme phosphocalcique. La quatrième étude visait à évaluer l'impact de l'exposition au DON et de variations de la concentration en Ca sur l'expression des gènes liés à l'absorption intestinale et à l'inflammation, et la résistance électrique transépithéliale dans les cellules intestinales porcines, les IPEC-1. L'exposition au DON a augmenté la perméabilité de la barrière intestinale et l'expression des gènes inflammatoires comme précédemment observés. L'exposition au DON a augmenté l'expression des gènes d'absorption transcellulaire et paracellulaire du Ca, mais la combinaison de DON avec un faible niveau de Ca l'a davantage augmenté. La réduction du Ca disponible pour les cellules IPEC-1 a influencé la réponse inflammatoire et la viabilité cellulaire, ce qui explique partiellement l'augmentation du transport paracellulaire et transcellulaire observée avec de hautes concentrations de DON. Enfin, la cinquième étude visait à évaluer les facteurs qui modulent l'utilisation du P, tels que le Ca alimentaire et la supplémentation en phytase. Cette étude a montré qu'il était possible d'induire une modulation de la minéralisation osseuse et de l'utilisation du Ca par une déplétion en Ca de 13 jours. L'utilisation de phytase selon les équivalences en Ca et P du traitement témoin a toutefois apporté trop de Ca en phase de déplétion, ce qui a réduit la minéralisation osseuse et le statut en vitamine D en plus d'augmenter le ratio sanguin de Ca : P et la digestibilité du Ca et du P. En conclusion, les résultats de cette thèse montrent que le DON impacte la barrière intestinale et augmente sa perméabilité, ce qui induit une augmentation de l'utilisation du Ca. S'en suit une modification des régulations du métabolisme phosphocalcique et de la vitamine D qui impacte la minéralisation osseuse. Ainsi, les porcelets ne répondent pas de la même façon à une contamination au DON selon le niveau de Ca dans l'alimentation. De plus, l'effet toxique du DON dépend de la durée d'exposition et de sa concentration dans les aliments. Cette altération de la barrière épithéliale est liée à une augmentation de l'inflammation et du stress oxydatif. Toutefois, l'ajout d'une supplémentation en vitamine D, E et C peut avoir des effets positifs sur le statut antioxydant et la diminution de la réponse inflammatoire. / The feeding costs in pig production are constantly fluctuating based on events affecting the market, such as the war in Ukraine. Additionally, minerals like phosphorus (P), essential for pigs, can lead to additional costs for producers to comply with farm regulations concerning manure spreading. Phosphorite as the principal P source is also a non-renewable resource, another fluctuating cost. Therefore, to reduce production costs, feed ingredients can be diversified, and P and calcium (Ca) utilization efficiency, closely linked to P, can be optimized. However, the use of alternative feed ingredients may introduce mycotoxins into pig feed, such as deoxynivalenol (DON). Pigs are primarily on a cereal-based diet which highly expose them to DON, found in 75 to 100% of grain samples like corn, wheat, and barley. DON is known to influence the barrier function of the intestinal epithelium due to inflammation and oxidative stress, affecting nutrient absorption including Ca and P. To improve Ca and P utilization efficiency, various factors of modulation such as dietary Ca, vitamin D, and phytase are known. Recently, piglets fed a DON contaminated diet also showed an increased Ca utilization efficiency and a reduction of Ca urinary excretion. Thus, varying dietary Ca levels in feed, vitamin D supplementation, and DON contamination could induce regulations of the phosphocalcic metabolism, involving intestinal absorption and renal reabsorption of Ca and P, and bone mineralization. The first study of this thesis aimed to determine the effect of vitamin D$_3$ or 25-OH-D$_3$ supplementation on mitigating DON's toxic effects, primarily on growth performance, mineralization, and regulation of genes related to intestinal and renal absorption of Ca and P, knowing the role of vitamin D on Ca regulation. Repeated exposure to DON (4.9 mg/kg) for 21 days in piglets resulted in decreased feed intake and growth, increased bone mineralization, and decreased expression of genes related to intestinal and renal Ca and P absorption. DON contamination indirectly reduced piglet vitamin D status by altering the intestinal barrier, affecting the Ca metabolism. Vitamin D supplements had no impact on vitamin D status or bone mineralization. The second study aimed to assess the potential of adding vitamin 25-OH-D$_3$ or vitamin E and C to pig feed to prevent DON-induced inflammatory reactions and oxidative stress. Vitamin E and C supplementation reduced oxidative stress, and the combination of vitamin E, C, and 25-OH-D$_3$ was more effective in preventing hepatic oxidation and improving antioxidant status and anti-inflammatory response during DON contamination. The third study evaluated the effect of Ca intake and DON contamination on Ca and P utilization and bone mineralization in piglets. A short-term Ca deficiency (depletion) for 13 days improved Ca and P utilization efficiency, allowing recovery of bone mineralization deficits. However, DON-contaminated feed (2,7 mg/kg) prevented pigs from recovering bone mineralization deficits despite better Ca and P absorption and digestibility during both depletion and repletion phases. Moreover, DON at normal Ca levels reduced the expression of genes involved in intestinal absorption and renal transport of Ca and P excretion, and the expression of genes involved in osteoclast production after 9 days, in addition to reducing plasma Ca. This reduction in blood Ca was associated with a decrease in the dietary Ca intake of the pigs. Thus, these results confirm an alteration of the intestinal barrier by DON, disrupting the phosphocalcic metabolism. The fourth study assessed the impact of DON exposure and Ca concentration variations on gene expression related to intestinal absorption and inflammation, and transepithelial electrical resistance in pig intestinal cells IPEC-1. Exposure to DON increased the intestinal barrier permeability and the expression of inflammatory genes, as previously observed. DON exposure also upregulated the expression of transcellular and paracellular Ca absorption genes, but the combination of DON with low levels of Ca further increased the transcellular and paracellular Ca absorption. The Ca available for IPEC-1 cells influenced the inflammatory response and cell viability, partially explaining this increase in paracellular and transcellular transport with high concentrations of DON. The fifth study aimed to evaluate factors modulating P utilization, such as dietary Ca and phytase supplementation. The study showed that a 13-day Ca depletion could modulate bone mineralization and Ca utilization. However, phytase use, based on Ca and P equivalences from the control treatment, provided excessive Ca during the depletion phase, reducing bone mineralization and vitamin D status while increasing the blood Ca: P ratio and Ca and P digestibility. In conclusion, the results presented in this thesis demonstrate that DON impacts the intestinal barrier, increasing permeability and thus Ca utilization. This leads to modifications in phosphocalcic metabolism and vitamin D regulations, affecting bone mineralization. Piglets do not respond the same way to DON contamination depending on Ca levels in the diet. Additionally, the toxic effect of DON depends on exposure duration and concentration in the feed. The epithelial barrier alteration is associated with increased inflammation and oxidative stress. However, supplementing with vitamin D, E, and C can have positive effects on antioxidant status and reduce inflammatory responses, especially during an acute inflammatory state induced by LPS.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/147763 |
| Date | 05 August 2024 |
| Creators | Sauvé, Béatrice |
| Contributors | Létourneau Montminy, Marie-Pierre, Guay, Frédéric |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxiii, 203 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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