Fisiología y Bioquímica

Aspectos Bioquímicos y Fisiológicos
de la Nutrición Animal
Instituto de Ciencia Animal
Ministerio de Educación Superior
1
PROLOGO
Este libro ha sido preparado por los profesionales del departamento de Ciencias
Biofisiologicas de Instituto de Ciencia Animal a partir de las conferencias que se
imparten en la asignatura
Fisiología Digestiva y Bioquímica
Nutricional correspondiente a la maestría “Producción Animal
Tropical” que se imparte con carácter nacional e internacional a profesionales y
egresados de las carreras de corte agropecuario o disciplinas afines. Fue concebido para
actualizar las ediciones anteriores de los Tomos I y II de Bioquímica Nutricional y para
llevar a los educandos los conocimientos mas actualizados acerca de la fisiología
digestiva de rumiantes y monogástricos sometidos a las nuevas condiciones de
alimentación con dietas tradicionales y no convencionales.
El libro consta 20 conferencias distribuidas en tres capítulos que abarcan desde la
fisiología y anatomía del tracto digestivo de rumiantes y monogástricos hasta la
influencia de las practicas de manejo en el comportamiento de estos índices. En el se
tratan aspectos nuevos acerca del el estrés en el trópico el estrés oxidativo, los factores
antinutricionales, los minerales orgánicos, el uso de alimentos fibrosos en especie
monogástricas y métodos actuales para hallar el valor nutritivo de los alimentos entre
otros.
Consideramos que el libro puede servir como un valioso material de consulta tanto para
profesionales que deseen investigar en el campo de la agropecuaria como para recien
graduados que requieran profundizar en sus conocimientos acerca de la Fisiología
Digestiva y la Bioquímica Nutricional .
Odilia Gutiérrez y Lourdes Savón
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3
Índice
Contenido
Autores
Sección I: Fisiología y Anatomía del Tracto Digestivo
HI
II
III
IV
V
Fisiología digestiva del rumen
Anatomía comparada y digestiva de los animales monogástricos: aves,
cerdos y conejos
Los microorganismos del rumen y su actividad
La celulosas ruminal y los factores que la modifican
Micro ecología del Tracto Gastrointestinal en monogástricos
Denia delgado
L. E. Dihigo
Juana Galindo
Juana Galindo
R. Bocourt
Sección II: Digestión y absorción de nutrientes
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Digestión de los carbohidratos y absorción de los AGV en el rumen
Digestión y absorción de carbohidratos en monogástricos
Digestión y absorción de lípidos en rumiantes
Digestión y absorción de lípidos en monogástricos
Digestión y absorción de compuestos nitrogenados en rumiantes
Digestión y absorción de proteínas en monogástricos
Metabolismo mineral
XIII
Metabolismo de las vitaminas
Denia Delgado
Soraya Rodríguez
R. Stuart
Madeleidy Martínez
Bertha Chongo
R. Bocourt
Odilia Gutiérrez y
Lourdes Savón
Odilia Gutiérrez y R.
Bocourt
Sección III: Aspectos fisiológicos del manejo animal
XIV
XV
XVI
El estrés oxidativo: sus causas y consecuencias
Consideraciones acerca del estrés y su manejo en rumiantes
Aspectos fisiológicos del uso de los follajes tropicales en la
alimentación de rumiantes
XVII Efectos de los factores antinutricionales en la fisiología digestiva de
las especies monogástricas
XVIII Consumo voluntario y su mecanismo de control en monogástricos
XIX
XX
Alimentación no convencional de especies monogástricas. Utilización
de alimentos ricos en fibras
Metodología para determinación del valor nutritivo de pastos y
forrajes
R. Stuart
Denia Delgado
Bertha Chongo
María. F. Díaz
Lourdes Savón y
Madeleidy Martínez
Lourdes Savón
O. La O
4
Sección I
Fisiología y Anatomía del Tracto Digestivo
5
I Fisiología digestiva del rumiante
Dra. Denia C. Delgado
Contenido
Introducción .............................................................................................................................................................................6
El tracto digestivo del rumiante. ............................................................................................................................................7
El retículo rumen. Características generales.........................................................................................................................8
El canal reticular o gotera esofágica. ...................................................................................................................................9
El Omaso. ............................................................................................................................................................................10
El abomaso. .........................................................................................................................................................................10
Intestinos..............................................................................................................................................................................10
Desarrollo del estómago del rumiante..................................................................................................................................11
Microbiología del rumen.......................................................................................................................................................11
Motricidad ruminal y movimientos asociados del contenido de la digesta. ......................................................................12
Motricidad ruminal. Los dos ciclos motores. ......................................................................................................................12
Propulsión y mezclaje..........................................................................................................................................................13
Ingestión y Rumiación...........................................................................................................................................................13
Rumiación............................................................................................................................................................................14
El tamaño de las partículas del rumen. Factores que influyen en su degradación .............................................................14
Gravedad específica de las partículas ............................................................................................. 15
Relación entre la GEF y el tamaño de las partículas....................................................................... 15
El pasaje de las partículas sólidas ......................................................................................................................................16
Digestión ruminal ................................................................................................................................................................17
Digestión microbiana de los hidratos de carbono...............................................................................................................17
Digestión de los compuestos nitrogenados..........................................................................................................................18
Digestión ruminal de los lípidos..........................................................................................................................................18
Pasaje intestinal. ....................................................................................................................................................................18
Conclusiones...........................................................................................................................................................................19
Bibliografía a consultar.........................................................................................................................................................19
Introducción
La principal función del tracto gastrointestinal (TGI) de los animales es proporcionar los nutrientes
para la absorción y la excreción de ciertos productos de desecho. Aunque las funciones pueden ser
similares en muy diversas especies, existen marcadas diferencias en la naturaleza de su alimentación,
así como en la estructura de su TGI. La mayor parte de los carnívoros y omnívoros tienen un estómago
relativamente simple que se conoce como estómago monogástrico. En tales animales el estómago es
esencialmente una estructura en forma de bolsa que contiene glándulas secretoras de ácido clorhídrico
y pepsinógeno, el precursor de la pepsina y en los animales jóvenes también secreta renina y lipasa.
En contraste, los rumiantes presentan una serie de características en su tracto digestivo que difieren del
resto del los animales, gracias a lo cual pueden utilizar los carbohidratos celulósicos procedentes de las
plantas, que el hombre ni los animales monogástricos pueden aprovechar, por carecer de las enzimas
digestivas capaces de romper las uniones β1-4 de la glucosa en las cadenas de los polisacáridos
estructurales.
La utilización de estos alimentos fibrosos es posible, gracias a la existencia de un preestómago en los
rumiantes que constituye una cámara de fermentación continua donde una gran población microbiana,
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productora de enzimas celulasas, vive en simbiosis con el animal y le permite aprovechar de forma
indirecta la energía almacenada en las plantas y convertirlas en alimento (carne, leche, etc.).
Esta conferencia recoge algunos aspectos relevantes de la fisiología digestiva de los rumiantes con el
propósito de realizar una mejor explotación del potencial del rumen a favor de una mayor eficiencia
productiva y económica en la explotación de esta especie animal.
El tracto digestivo del rumiante.
Los rumiantes ocupan un lugar destacado dentro de la cadena alimenticia, puesto que ellos pueden
digerir las paredes celulares de las plantas, a través de la fermentación ruminal.
La fermentación tiene lugar en el estómago pluricavitario, una región especial de amplia capacidad
donde los alimentos permanecen un cierto tiempo y sufren la acción de una densa población
microbiana que fermenta los carbohidratos y otros materiales de las plantas para producir
principalmente ácidos grasos de cadena corta (AGV), metano, dióxido de carbono y energía (ATP).
El estómago pluricavitario se ubica en el lado izquierdo de la cavidad abdominal y ocupa casi las 3/4
partes. Está formado por cuatro partes netamente distinguibles: el retículo, el rumen, el omaso y el
abomaso (Fig. 1). Las tres primeras partes están cubiertas por papilas, que forman un epitelio
estratificado escamoso queratinizado y que es el sitio principal de absorción de nutrientes.
Figura 1. Diagrama esquemático del estómago de un rumiante.
En estos compartimentos no hay glándulas ni se segrega mucus y la digestión ocurre gracias a las
enzimas microbianas. La verdadera digestión ocurre en el abomaso que es el estómago glandular
propiamente dicho.
El tamaño, forma y capacidad de los distintos compartimentos gástricos de los rumiantes dependen de
la alimentación, la edad y la talla de los animales. Al año o año y medio de vida el estómago debe
alcanzar un desarrollo adecuado. En este momento el retículo rumen (RR) representará entre el 62-80
7
% de la capacidad total del complejo gástrico y al omaso y el abomaso corresponden el 5 y el 7 %,
respectivamente.
El retículo rumen. Características generales.
El retículo y el rumen, debido a su continuidad anatómica y a la no diferenciación fisiológica entre
ellos, son considerados usualmente como un órgano simple: el retículo rumen (RR).
El epitelio del retículo presenta pliegues que forman celdas poligonales. Una gran cantidad de pequeñas
papilas están presentes en la superficie de celdas. El contenido del retículo se mezcla con el del rumen
casi continuamente (una vez por minuto).
El RR es el órgano principal del sistema digestivo de los rumiantes. En el animal adulto se encuentra
situado en la región abdominal izquierda del animal, desde las costillas sexta y octava costillas hasta la
pelvis. Ocupa prácticamente toda el área, extendiéndose además sobre el plano medio ventral y en su
centro. En sentido dorso ventral se expande desde las vértebras sacro-lumbares hasta muy cerca de la
línea media del cuerpo. El límite superior constituye la llamada curvatura dorsal y el inferior la ventral.
Los laterales son la cara parietal (izquierda) y la visceral (derecha).
El rumen está dividido por medio de pilares o tabiques en cuatro sacos. Los sacos mayores, el dorsal y
el ventral, tienen comunicación entre sí y con el retículo, mientras que los sacos pequeños caudales no
tienen comunicación con el exterior y se les denominan sacos ciegos dorsal y ventral (Fig.2).
Figura 2. Diagrama del retículo-rumen por su parte interna
Por su parte interior, el RR tiene apariencia rugosa por la presencia de las papilas. Estas papilas son
mayores en los sacos dorsal y ventral lo que incrementa la superficie de absorción. Esto constituye una
forma de adaptación a las necesidades absortivas del órgano que como se dijo anteriormente, no posee
capacidad secretora (Van Soest, 1982).
El RR se puede considerar como un sistema de fermentación continua, cuya capacidad requiere que
todas las sustancias que entren con los alimentos o se produzcan por la fermentación salgan del órgano
8
y la entrada y la salida deben estar balanceadas. El rumen puede contener hasta 100-120 Kg. de materia
en digestión. Y las partículas de fibra permanecen en él, de 20 a 48 horas porque la fermentación
bacteriana es un proceso lento (Watiaux et al,. 2000). Con alimentos fibrosos de baja calidad este
tiempo suele ser aún mayor.
El ambiente ruminal está controlado por el tipo y la cantidad de alimentos consumidos, el mezclaje
periódico debido a las contracciones ruminales, la salivación, la rumia y la difusión o secreción hacia el
rumen (Preston y Leng, 1987). El ambiente sólo se perturba bajo condiciones anormales drásticas.
Los rumiantes producen grandes cantidades de saliva, en vacas adultas entre 100-150
litros/día y 8.5-12.5 litros/día en los ovinos; además de sus cualidades conocidas, la saliva
del rumiante posee funciones importantes:
Mantiene un pH constante. Debido a que es rica en fosfatos y bicarbonatos tiene la facultad
de actuar como amortiguador, controlando el efecto de los ácidos que se producen durante la
fermentación.
Es una fuente de nitrógeno no proteico (NNP). La urea sintetizada en el hígado se secreta en
la saliva para nutrir a la microbiota ruminal.
Ciertos hechos del rumen son comunes a casi todos los rumiantes y situaciones alimentarias. Por lo
general, se observa un ambiente anaeróbico con muy bajo potencial redox (250-450 MV) temperatura
entre 39-41°C y una presión osmótica de 260-340 mosm. El pH se mantiene casi constante entre 6-7,
gracias a la alta capacidad buferante de la saliva y a la absorción de los productos finales de la
fermentación a través de la pared celular. El rumen está densamente poblado por una gran variedad de
bacterias, hongos y protozoos (Hungate, 1966; Van Soest, 1994 y Jonany et al, 1995) que son
responsables de los procesos digestivos que tienen lugar en el órgano.
El contenido del RR es heterogéneo y comprende una fase gaseosa, una fase líquida y una sólida,
íntimamente ligadas con un alto por ciento de agua (85-90 %) y una densidad ligeramente inferior a 1.
El gas, en su mayor parte, proviene de la fermentación de los alimentos y se acumula en la
parte superior del saco dorsal. En un bovino adulto se producen cerca de 30-50 litros/hora de
diferentes gases y en un borrego, 5 litros/hora; estos se eliminan a través del eructo. Los
principales gases son: Bióxido de carbono (60-70%), Metano (30-40%), Nitrógeno (7%),
Oxígeno (0.6%), Hidrógeno (0.6%) y Ácido Sulfhídrico (0.01%).
La fase líquida está compuesta principalmente por el agua de bebida, la saliva y por sustancias solubles,
principalmente los AGV, el NH3, los glúcidos y las materias nitrogenadas solubles de los alimentos.
En la fase sólida presente en el rumen, las partículas de los alimentos y la biomasa microbiana forman
una suspensión de estructura compleja que será revisada en detalle posteriormente.
El canal reticular o gotera esofágica.
El rumen está conectado con el omaso, a través de un cuello corto y estrecho que termina en el llamado
orificio retículo omasal (ORO) que se extiende desde el cardias hasta el omaso. El ORO está formado
por dos pliegues musculares que se cierran para dirigir los alimentos líquidos desde el esófago hasta el
abomaso sin pasar por el rumen.
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El cierre se produce por un reflejo que inicialmente se atribuyó a algunas sustancias presentes en la
leche, sin embargo, en la actualidad existen evidencias de que el patrón de comportamiento, unido con
la estimulación táctil de la teta que proporciona la leche, son los responsables del cierre del canal
(Orskov, 1990).
Se ha demostrado que el estímulo es necesario para el cierre, ya que aunque los receptores presentes en
la boca se sobrepasen por introducción del líquido directamente en el esófago, si el animal se estimula
enseñándole el biberón o la vasija donde se alimenta normalmente, el fluido entra al abomaso. Por el
contrario, si el animal lactante se fuerza para que ingiera la leche, sin que haya un estímulo previo, ésta
entra al rumen y se produce fermentación láctica, lo que conduce a acidosis y parcial destrucción de la
proteína.
El cierre del canal reticular no es perfecto, lo que posibilita que una pequeña parte de los alimentos que
ingiere el ternero vaya cayendo directamente en el rumen. Esto sirve de inóculo inicial para que se
establezca la microflora en el órgano.
El canal reticular es más funcional en los animales lactantes que lo utilizan para pasar la leche
directamente desde el esófago hacia el abomaso. En el rumiante adulto sólo funciona si se ha
mantenido el estímulo para el cierre, suministrando los nutrientes con teteras o algunas soluciones
minerales de cobre y de sodio que provocan un efecto similar.
El Omaso.
El omaso tiene forma elipsoidal, presenta papilas longitudinales y anchas en forma de hojas o láminas
que emergen de las paredes del órgano y se disponen en orden de tamaño en varias hileras. La función
del omaso aún no se comprende totalmente, pero parece ser que atrapa las partículas pequeñas de la
ingesta, comprime los alimentos y extrae líquido. Además en este órgano se absorbe agua y otras
especies moleculares pequeñas (NH3, AGV, electrolitos inorgánicos, etc).
El omaso, contrarresta, por absorción, el exceso de carga ácida, osmótica, acuosa o amoniacal de dicho
contenido con lo que protege al abomaso y al duodeno de la llegada de un quimo anormal y asegura
una buena digestión (Asocras, 2000).
El abomaso.
El abomaso es un saco alargado que se encuentra en su mayor parte en el suelo del abdomen.
Constituye la región glandular del estómago de los rumiantes y es equivalente al estómago de los
monogástricos. En esta región ocurre la verdadera digestión ante la presencia de ácido clorhídrico y
enzimas.
Intestinos.
El abomaso y el intestino delgado (duodeno, yeyuno e íleon) parecen tener funciones similares en los
rumiantes y en los monogástricos. Es en estos órganos donde los residuos no fermentados de los
alimentos y los microorganismos ruminales se someten a la digestión enzimática y sus productos se
absorben (Preston y Leng, 1987 y Forbes y Frences, 1994).
Es muy importante saber que la velocidad de digestión de los alimentos en los rumiantes es más lenta
que en los monogástricos, pero también, los sustratos (alimentos) son modificados con mayor
intensidad).
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El intestino grueso (ciego y colon) se une al íleon, a través del orificio ileocecal. El ciego y el colon
son áreas de colonización microbiana y fermentación de aquellas fracciones alimentarias que
sobrepasan la fermentación ruminal y la digestión en el intestino delgado. Las bacterias presentes en el
intestino grueso difieren muy poco de las del rumen. La producción de AGV que se absorbe desde el
intestino grueso representa una fracción muy variable, de 4 a 26 % de la energía total digerida.
Desarrollo del estómago del rumiante.
El desarrollo del epitelio ruminal, depende de estímulos químicos (absorción de los ácidos orgánicos
liberados de las fermentaciones, principalmente) y mecánicos (masticación y rumiación) que se inician
con el consumo de alimentos sólidos (Fig. 3).
Figura 3. Estimulación fisicoquímica para el desarrollo ruminal
Estimulo
quimico
AGV, NH3
Estimulo
mecánico
Desarrollo Estructural
Actividad metabólica
NH3 y Ac.
Butírico
Flujo sanguíneo
Epitelio
Músculo
Motilidad
Ac. acético y propiónico
Habilidad absortiva
Ac. acético y
propiónico
Las proporciones de los AGVs que se producen durante la fermentación dependen de la dieta
consumida. El ácido butírico y, en menor grado, el ácido propiónico, derivados de la degradación de los
hidratos de carbono, son los responsables del crecimiento, desarrollo, mantenimiento, reposición y de
la correcta funcionalidad del epitelio de los preestómagos. Para que estos ácidos, sean efectivos, deben
mantener un ritmo de producción adecuado y, alcanzar una determinada concentración. Por último, las
concentraciones de AGV deben estar equilibradas entre sí.
El periodo crítico de formación del epitelio para adaptarse a la función de la rumia, se inicia a las 3-5
semanas, alcanzando su madurez funcional a los 3-4 meses de vida.
Microbiología del rumen.
Aunque los datos de los efectos de la dieta en la población bacteriana son limitados y hay una gran
variación entre animales. Murphy (1990) hizo algunas generalizaciones referentes a las principales
especies presentes en el rumen.
11
Las bacterias más importantes para la digestión de la fibra son el Ruminococcus albus, el
Ruminococcus flavefaciens, el Fibrobacter succinogenes y el Butyribibrio fibriosolvens. En dietas
basadas en granos predominan el Streptococcus bovis, particularmente a pH bajos y en dietas con
sustratos altamente degradables. Los lactobacilos bajo estas condiciones son también un grupo
importante.
Los microorganismos actúan una vez que el alimento llega al rumen. La colonización de la fibra por los
microorganismos ocurre muy rápidamente (<15 minutos). Las celulasas alcanzan y digieren la celulosa
del sustrato colonizado. La digestión del almidón ocurre en forma similar por la acción de las bacterias
amilolíticas. La invasión y el ataque de las bacterias ocurre primero donde las superficies han sido
fracturadas y hay discontinuidad en las cutículas y en las aberturas de los estomas. En el próximo
capítulo se estudiarán estos aspectos en detalle.
Motricidad ruminal y movimientos asociados del contenido de la digesta.
La ingestión y la digestión de los alimentos fibrosos por los rumiantes implican complejas
interacciones entre los componentes del forraje, los microorganismos ruminales y la actividad motriz
del rumen que implican la desintegración de las partículas alimentarias y al mezclaje y propulsión de
la digesta. Para que ocurra un buen proceso digestivo, se debe conseguir que en el rumen de nuestros
animales, la capacidad fermentativa y la movilidad de los preestómagos, actúen de forma coordinada.
Se sabe que una alteración, en cualquier de estas dos funciones del rumen influye negativamente en la
otra (Asocras, 2000).
Motricidad ruminal. Los dos ciclos motores.
La actividad contráctil de la pared ruminal consiste en contracciones cíclicas regulares con una
duración de 50-70 segundos mediante las cuales es posible poner en movimiento y mezclar la ingesta,
promover el recambio y hacer más accesible las partículas alimentarias a la fermentación microbiana.
A-Reposo
B
A
C
B-Contracción bifásica delRetículo
C-Paso de la contracción a la región
cefálica y al pliegue retículo- ruminal
D
D-Contracción de la porción del saco dorsal.
E
F
E-Contracción de la porción caudal del saco
ventral.
F-Reposo.
Ciclo de mezcla en el rumen
Figura 5. Esquema de los ciclos motores del rumen
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Se han descrito dos tipos de contracciones o frecuencias: la secuencia A o primaria, que afecta el RR
totalmente y la secuencia B o secundaria, que afecta sólo una parte del órgano
La secuencia A se inicia por una contracción bifásica del retículo que se propaga sucesivamente hacia
el saco cranial, el dorsal y el caudoventral; después se vierte hacia los sacos ventral y caudoventral.
Este movimiento primario se considera como peristáltico o de mezcla.
La secuencia B no ocurre siempre. Cuando se presenta, la contracción del saco caudoventral se
prolonga y gana el saco caudodorsal para su propagación hacia adelante y se termina nuevamente en el
saco ventral. Este movimiento se conoce como antiperistáltico o de eructo.
De estos eventos, resulta una onda gradual de contracción, seguida por una relajación. Puede ocurrir
que algunos sacos estén dilatados, mientras que otros estén contraídos. La repetición regular de las
diferentes fases de los ciclos de contracciones establece un régimen coherente de movimientos que
además de permitir el mezclaje de la digesta, constituye un mecanismo eficaz en el rumiante para
liberar las grandes cantidades de gases que se producen durante la fermentación.
La frecuencia y la amplitud de las contracciones ruminales se pueden afectar por la forma física del
forraje y el tamaño de las partículas. En dependencia de la dieta se pueden producir entre 1400 y
1600 contracciones reticulares diarias, con mayor velocidad durante la ingestión (Ruiz, 1987).
La contribución de la frecuencia, la duración y la amplitud de las contracciones en la regulación del
pasaje de la digesta ruminal, aún no está bien determinada y requiere de más estudio.
Propulsión y mezclaje.
Cuando un bolo de material sólido entra al rumen puede seguir dos caminos: si es lo suficiente denso
para sumergirse en la región del cardias, las partículas se detienen en el tabique cranial. Si flota, las
partículas se mantienen cercanas al cardias, hasta la próxima contracción reticular que las arrastra
hacia el saco dorsal del rumen (Wyburn, 1980). La dirección que el bolo toma, depende de su densidad.
Una vez que los alimentos ingeridos llegan al saco dorsal, las contracciones de los distintos sacos
tienden a mover una parte de la digesta de forma circular, particularmente las porciones más fluidas.
Cada contracción del rumen fuerza el paso de los fluidos hacia la parte superior del saco dorsal con lo
que la ingesta se baña periódicamente con éstos y aún, las partículas presentes en el saco ciego dorsal,
estarían en estrecho contacto con el fluido ruminal.
El tiempo requerido para que la digesta complete un circuito depende de su consistencia y ésta, a su
vez, del tipo de ración.
Ingestión y Rumiación.
El consumo de alimentos es un aspecto fundamental de la nutrición ya que este fija la entrada de
nutrientes y por tanto determina la respuesta animal y su función (Van Soest, 1982).
La naturaleza y la morfología del forraje influyen en el tiempo que el animal emplea en aprehender y
reducir el alimento para formar un bolo que pueda tragar. En los trópicos la calidad de los forrajes
declina con la edad y por lo general, en períodos secos, escasea la comida por lo que el ganado se ve
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obligado a invertir mucho tiempo en la selección y la ingestión. Si los forrajes necesitan ser picados
hoja por hoja, afectan la velocidad de consumo. Un aumento en el tiempo que se invierte en comer y
rumiar necesariamente limita el tiempo necesario para realizar otras actividades (Van Soest, 1994).
Rumiación.
El fenómeno de la rumia o nueva masticación del contenido ruminal es uno de los aspectos más
característicos de los rumiantes. Esta acción asegura que el alimento que se ingiere esté sometido a un
período prolongado de remasticación y rensalivación, lo que es muy necesario para la digestión de la
celulosa y otros componentes estructurales de las plantas. (Kolb, 1975).
La rumia comprende tres procesos principales: el reflujo del contenido del retículo rumen hacia la boca,
la rumia propiamente dicha y la deglución del bolo rumiado. La deglución del bolo se realiza de igual
forma que cuando se ingiere el alimento; se acompaña de una breve pausa respiratoria. El tamaño del
bolo regurgitado es del orden de los 54-74 g en las ovejas (Ulyatt et al 1986) y de 750-824 g en las
vacas (Kennedy, 1985).
Un objetivo obvio de la rumiación es reducir el tamaño de las partículas del contenido ruminal. Los
factores que determinan el inicio y el cese de la rumia no están bien determinados pero está
comprobado que la presencia de fibra larga en el rumen es esencial para el inicio de la actividad.
Trabajos recientes sugirieron que las partículas largas de las leguminosas y las gramíneas se reducen
por la actividad de rumiación en 13 %/hora en ovejas y 8 %/hora en vacas (Kennedy y Doyle, 1993 y
Wilson y Kennedy, 1996). El tiempo disponible para la rumiación es limitado, usualmente ocupa 10 a
12 horas diarias.
El tamaño de las partículas del rumen. Factores que influyen en su degradación
La ruptura física del alimento es importante tanto para la ingestión como para la digestión de los
rumiantes, ya que las partículas deben tener un tamaño lo suficientemente pequeño para salir del
retículo rumen.
Esta ruptura depende primeramente de la masticación ingestiva y de la rumiación, ya que ambos
procesos producen efectos similares (Pond et al, 1987). La actividad microbiana contribuye poco a la
rotura directa y su efecto es más bien el de incrementar la fragilidad y por tanto, mejora la eficiencia de
rotura durante la rumiación (Mc Leod y Minson, 1988).
La magnitud de la reducción de las partículas es variable y depende de varios factores,
fundamentalmente de las características anatomo-morfológicas de los forrajes, de su composición
química (Moseley y Jones, 1984 y Wilson, 1997) y de la especie animal.
Las partículas presentes en la digesta duodenal y fecal tienen un tamaño menor que 1.2 mm, lo que hizo
pensar que éstas no abandonaban el rumen hasta alcanzar un tamaño crítico óptimo para el pasaje
(Poppi et al, 1980). Aunque parece existir alguna variación entre especies, relacionado posiblemente
con el patrón de masticación, corresponde a las ovejas las partículas menores (≈1.0 mm) y a las vacas
las mayores (≈2.8 mm). El tamaño crítico de las partículas tiene un valor prácticamente estable que no
se afecta mucho por el nivel de ingestión, el tipo de alimento o su calidad. La tabla 1 muestra que el
99.6 % de las partículas que llegan al abomaso, tienen un tamaño igual o menor que 1.0 mm
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Tabla 1. Distribución de partículas según su tamaño en el estómago de ovejas alimentadas con heno
de alfalfa troceado (% MS).
Tamaño del tamiz, mm
Rumen
Retículo
Omaso
Abomaso
4.0
16.5a
10.7b
0c
a
b
2.0
8.6
8.6
0.6b
a
a
1.0
14.6
15.3
3.4b
a
a
0.5
17.4
18.6
15.7b
a
a
0.25
11.9
12.8
26.0b
<0.25
31.0a
34.0a
54.4b
Entre los órganos las medias con superíndices diferentes, difieren (P<0.001).
0c
0.6b
4.0b
19.4a
22.7c
53.3b
Gravedad específica de las partículas
Entre los factores que modifican la dinámica de las partículas en el RR, el más importante, parece ser la
flotación o gravedad específica funcional (GEF). La GEF se define como la densidad efectiva,
considerando las contribuciones de los componentes sólidos, líquidos y gaseosos de las partículas
(Sutherland, 1988). La GEF aumenta debido a la reducción de las partículas y a la absorción de agua y
cationes.
Estudios realizados en la década del 80 dejaron establecido que las partículas con una densidad entre
1.17 y 1.42 g/ml dejan el rumen mucho más rápido que el resto. Los forrajes que se consumen frescos
tienen generalmente una GEF de alrededor de 0.8 g/ml debido a sus espacios internos y al aire
empacado dentro.
La rumiación rompe la cubierta protectora de cutina de los alimentos fibrosos lo que facilita la
penetración de agua y microorganismos hacia el interior. Las partículas que se hidratan con mayor
rapidez, son más accesibles al ataque microbiano y su GEF aumenta más rápido que las que demoran
mayor tiempo en hidratarse (Nocek y Kohn, 1987).
Generalmente, las leguminosas aumentan su GEF más rápido que las gramíneas por poseer menor
contenido de pared celular y mucho más proteínas; además las diferencias en el tamaño y la forma en
que se rompen las partículas contribuyen a explicar diferencias en la GEF (Wilson, 1997).
Relación entre la GEF y el tamaño de las partículas.
Estudios con partículas plásticas demostraron que la GEF y el tamaño tienen una marcada influencia en
el tiempo de retención de las partículas en el rumen. Kaske y Engelgardth (1990) establecieron que las
partículas de 1.0 mm de largo con una densidad de 1.44 g/ml dejan el rumen 2.6 veces más rápido que
las de 0.92 y 1.03 g/ml (figura 6). Resultados similares se obtuvieron en vacas y en ovejas.
15
100
Partíc. largas (10 mm)
Partíc. cortas (1 mm)
TRM, horas
80
60
40
20
0
0.92
1.03
1.22
1.44
D e n s i d a d, g / m l
Figura 6. Tiempo de retención media (TRM) de partículas plásticas en el rumen de ovejas alimentadas con
heno ad libitum (Kaske y Engelgardt, 1990).
Las partículas difieren en tamaño y densidad según el sitio de muestreo en el rumen. Las del saco
dorsal resultan más largas y ligeras que las del saco ventral.
El pasaje de las partículas sólidas
Aunque hay pruebas de que las partículas deben ser lo suficientemente pequeñas para el pasaje, el
mecanismo exacto que determina cuales partículas salen del rumen no está bien dilucidado. Luginbuhl
et al (1990) encontraron que dos horas después de la alimentación 47.5 % de las partículas del
superestrato ruminal eran lo suficientemente pequeñas para pasar, a través de un tamiz de 1.0 mm y
datos de la literatura confirman que aunque el tamaño influye, otros factores deben incidir en que
muchas partículas se mantengan en el rumen, aún cuando su tamaño ya es óptimo para el pasaje.
La velocidad de rotura de las partículas largas no parece ser el factor limitante de la salida de la digesta
sólida del rumen. Más bien, es la velocidad de flujo de salida de las más pequeñas la que parece tener
mayor influencia
Entre el omaso, el abomaso y el recto las partículas se reducen sólo ligeramente independientemente de
la especie animal (chivas, ovejas, vacas), lo que reafirma que los factores que determinan el pasaje
actúan en el rumen y no fuera de éste. La complejidad del pasaje ruminal se recoge en la figura 8.
16
Planta entera
Reducción mecánica del tamaño
de las partículas
Masticación
Partículas de 1-2 mm
o menos
Rumiación de partículas > de 1.2 mm
Reguladores del pasaje
Fermentación ruminal
y digestión
Excreción fecal
Partículas < 1.2 mm
? Aspectos que no están
bien entendidos
1
1. Tamaño de las partículas
2. Densidad de las partículas ?
3. Contenido celular ?
4. Velocidad de reducción de las partículas
5. pH y presión osmótica ?
6. Distensión del rumen y el abomaso ?
7. Resistencia y frecuencia de las
contracciones ruminales ?
8. Consistencia de la ingesta
- Ideas seguidas de ? no están bien entendidas como las otras.
Figura 8. Esquema del pasaje en partículas de forraje en el rumiante (Martz y Belyea, 1986)
Digestión ruminal
La digestión microbiana que tiene lugar en el rumen es la piedra angular de la fisiología digestiva del
rumiante. En el rumen se modifica el alimento consumido, se degradan la celulosa y los carbohidratos
solubles, se altera la secuencia de aminoácidos de las proteínas y se sintetizan algunas vitaminas del
Complejo B.
El hecho más sobresaliente de la digestión en los rumiantes es su capacidad para utilizar todas las
formas de celulosa. La celulolisis falta en el reino animal, ningún mamífero segrega celulasa, que es la
enzima que degrada la celulosa, pero las bacterias y los hongos celulolíticos, que conviven
simbióticamente en el rumen, producen un complejo enzimático β-1-4 glucosidasas capaz la de
solubilizar entre 70 y 90 % de la celulosa.
Los productos universales de la fermentación microbiana ruminal son los ácidos grasos volátiles
(AGV), principalmente los ácidos acético, propiónico y butírico, que constituyen más del 90 % de los
ácidos que se producen en el rumen, el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4). En estos procesos
se pierde energía en forma de calor y de metano.
Digestión microbiana de los hidratos de carbono.
A partir de los hidratos de carbono se obtienen los compuestos de mayor importancia energética para
los rumiantes, los AGV. Estas sustancias se absorben desde el RR y producen entre el 50-80 % de la
energía metabolizable (EM) que ingiere el animal. Los carbohidratos a su vez, son los precursores más
importantes en la síntesis de grasa y azúcar (lactosa) para la leche.
17
Digestión de los compuestos nitrogenados.
El estudio de las particularidades del rumiante en la digestión de los compuestos nitrogenados reúne
aspectos de gran interés económico. La producción de proteína microbiana, a partir de los compuestos
químicos no proteicos, junto a la digestión de la fibra, ofrecen una forma de producir alimentos para el
hombre a partir del material no utilizable directamente para el consumo humano. De este modo el
rumiante se sitúa en el papel central del uso efectivo de los recursos nutritivos en el mundo (Ruiz y
Ayala, 1987).
Los rumiantes pueden utilizar el nitrógeno no proteico (NNP) porque los microorganismos que habitan
el rumen tienen la habilidad especial de sintetizar aminoácidos y de formar proteína a partir nitrógeno
no-proteico. Por otra parte, los compuestos nitrogenados de origen dietario que llegan al rumen
incluyen varios tipos de proteína que pueden diferir marcadamente en el contenido de aminoácidos y
solubilidad. Al rumen también llega N de origen endógeno que incluye fundamentalmente las
descamaciones de los tejidos epiteliales, la urea que aporta la saliva y la que difunde, a través de la
pared ruminal.
Los rumiantes poseen además, un mecanismo para ahorrar nitrógeno. Cuando el contenido de
nitrógeno en la dieta es bajo, la urea, un producto final del metabolismo de las proteínas en el cuerpo,
puede ser reciclada al rumen en grandes cantidades y los microorganismos la utilizan para sintetizar
proteína. En los no-rumiantes, la urea siempre se pierde en la orina.
Digestión ruminal de los lípidos.
Los lípidos de los pastos son la fuente principal de grasa para los rumiantes. Usualmente la dieta
consumida por los rumiantes contiene sólo 4 - 6% de lípidos, en base seca. Sin embargo, ellos son
parte importante de la ración de una vaca lechera porque contribuyen directamente a casi 50% de la
grasa en la leche y son la fuente más concentrada de energía en los alimentos (Wattiaux y Grummer,
2000).
El metabolismo de los lípidos se diferencia enormemente en los monogástricos y los poligástricos. Esta
diferencia radica, principalmente, en que en los rumiantes la flora microbiana ruminal modifica las
sustancias lipídicas, dando lugar a que las grasas que se depositan en los tejidos tengan una
composición relativamente constante y diferente de la que aportan los alimentos, mientras que en los
monogástricos las grasas de reservas son muy similares a las alimentarias.
La adición de grasa a la dieta de los rumiantes influye en el comportamiento de la fermentación
ruminal y en la secreción de la grasa láctea. Un exceso en la ración resulta negativo en la digestibilidad
de la fibra. Actualmente las grasas se saponifican para formar jabones de calcio u otros, lo que permite
su mayor utilización.
Pasaje intestinal.
El flujo y la composición de la digesta que pasa, a través del duodeno, tiene un interés considerable,
particularmente, con relación a los estudios de pasaje y a los problemas de la cuantificación de la
proteína microbiana y al escape de los residuos no fermentados que logran salir del rumen, sobre todo
18
en los rumiantes que consumen forraje y subproductos tropicales. Por lo general, estos alimentos son
bajos en proteína y dependen de la síntesis microbiana.
Por otra parte, los carbohidratos se fermentan casi totalmente en el rumen y los requerimientos de
glucosa dependen de la glucogénesis (formación de glucosa en el hígado), fundamentalmente a partir
de propionato. En estas condiciones sólo se cubren los requerimientos de mantenimiento (Preston y
Leng, 1987).
En estos casos la suplementación con proteína y almidón que sobrepasen el rumen y lleguen al
intestino, mejora el comportamiento productivo de los animales.
El uso de las cánulas duodenales y de sustancias marcadoras internas y externas ha permitido conocer y
cuantificar la digesta que llega al intestino y lo que se absorbe desde éste.
El consumo y la frecuencia de la alimentación, así como el tipo de alimento tienen un efecto importante
en las tasas de flujo hacia el duodeno. En ovejas estas oscilan entre 3-9 Kg./día con dietas de heno y
entre 4-10 Kg./día con concentrados.
Las más altas velocidades de flujo duodenal ocurren en animales que consumen forraje fresco y las más
bajas con dietas de concentrados. El orden en que tienden a disminuir el flujo es el siguiente: forraje
fresco > forraje seco > heno corto > heno molido y dietas mezcladas. La preñez y la adaptación se
asocian con aumentos del flujo y parece que es más alto en vacas que en ovejas (Faichney, 1993).
En general, se puede plantear que el contenido duodenal de los poligástricos tiene una composición
muy estable. Al intestino entran alrededor de 250 litros de digesta y de ellos 220 litros se absorben para
nutrir al animal hospedero. Este representa 3-4 veces el alimento junto con el agua ingerida.
En el intestino delgado se absorben 62-75 % de la digesta contra 17-25 % en el intestino grueso. La
cantidad de fósforo es el doble que el que se ingiere, la del sodio 7 veces y la del cloruro 10 veces,
debido fundamentalmente, al aporte endógeno de la secreción abomasal y la saliva.
Conclusiones
Son mucho los procesos y las interacciones que intervienen en la fisiología digestiva del rumiante y
resulta imposible abarcarlos todos en una conferencia con la profundidad que se requiere. En este
trabajo se recogen aquellos aspectos relevantes que diferencian esta especie de los monogástricos y
cuyo conocimiento puede contribuir a mejorar la eficiencia de los alimentos disponibles en el trópico y
evitar las alteraciones que se producen por las condiciones de manejo, lo cual implica una ganadería
más ecológica y sostenible.
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21
II Anatomía comparada y digestiva de los animales monogástricos: aves, cerdos y conejos
DMV Luis E. Digo Cutis
Contenido
Introducción.............................................................................................................................................................................22
I.
Clasificación de los animales domésticos según hábitos alimentarios ...........................................................................22
II - Características generales del TGI y su importancia..........................................................................................................22
III- Aparato digestivo del cerdo, comparación con las aves y el conejo.................................................................................23
Sistema digestivo................................................................................................................................................................23
El hígado.............................................................................................................................................................................29
El páncreas. ........................................................................................................................................................................29
Bibliografía a consultar............................................................................................................................................................31
Introducción
El estudio de la fisiología de los órganos del tracto gastrointestinal (TGI) de los animales tiene una gran
importancia si se toma en consideración que este interviene en la degradación de los alimentos
consumidos por el animal. Asimismo la utilización que de ello pudiera realizar el organismo depende
de la eficiencia de los procesos digestivos (digestión, absorción y excreción).
En los animales superiores el sistema digestivo presenta un esquema estructural semejante (boca,
faringe, esófago, estómago e intestinos). Sin embargo los hábitos alimentarios han modificado algunas
de estas estructuras adaptándolas al tipo de alimento preferido y como respuestas a las condiciones
impuestas por la naturaleza.
Los mamíferos conjuntamente con las aves son los vertebrados que más han evolucionado. Ambos
ofrecen importantes particularidades en el estudio de su fisiología digestiva. En la presente conferencia
se desarrollará un breve análisis anátomo-fisiológico de las analogías y diferencias entre las aves cerdos
y conejos.
I.
Clasificación de los animales domésticos según hábitos alimentarios
Herbívoros y No Herbívoros
Rumiantes y
No rumiantes
Vaca
Carnero
Carnívoros
Omnívoros
Granívoros
Conejo
Caballo
II - Características generales del TGI y su importancia.
22
El sistema o aparato digestivo está constituido por órganos a los que concierne directamente la
recepción, digestión y absorción de alimentos y la expulsión por el recto del material no utilizado. Este
conjunto de órganos se divide en dos grupos principales: el conducto alimentario y los órganos
accesorios.
El conducto alimentario se prolonga desde la boca hasta el ano. La longitud y tamaño de los órganos
digestivos varía con la edad, especie, tamaño del animal así como con la cantidad y tipo de alimento
suministrado.
El conducto se halla revestido interiormente por una membrana mucosa y cubierta externamente por
una capa muscular lisa.
La membrana mucosa que reviste el tracto digestivo forma pliegues temporales o permanentes y
rugosidades. Esta permanece humedecida por el mucos que se deriva de las glándulas o células
caliciformes del epitelio.
Esta membrana tiene una función secretora y protectora. La membrana mucosa tiene por fuera una
túnica muscular representada por una musculatura lisa y en la vecindad de los orificios una musculatura
estriada.
La porción abdominal del TGI esta cubierta en gran parte por una membrana serosa el peritoneo
visceral.
La mezcla de los alimentos con los jugos digestivos se obtiene por medio de movimientos u ondas
peristálticas. El transporte del contenido intestinal se realiza en dirección caudal y a su paso por el
intestino se produce la absorción de la mayoría de los nutrientes
La microflora presente en el TGI de los animales se caracteriza por su extensa actividad y desempeña
un papel importante en la digestión.
III- Aparato digestivo del cerdo, comparación con las aves y el conejo.
Sistema digestivo.
En el aparato digestivo del cerdo se destacan diferentes órganos cuyas características y funciones se
describen literalmente comparadas con las aves y los conejos.
En las tres especies la constitución de su aparato digestivo comienza a partir de la boca.
El aparato digestivo del cerdo concuerda perfectamente con el de un animal omnívoro con una
dentición completa. Esto permite una verdadera masticación de los alimentos que entran al estómago
completamente triturado por lo que el TGI es normal.
En las aves que nos ocupan que son en lo fundamental granívoras su pico ejerce sólo una función
recolectora, la que al tener un estómago glandular pequeño justifica la presencia del buche.
En el caso particular de los conejos (Fig. 1) vamos a encontrar que presentan un desarrollo
de los incisivos, los que crecen constantemente, de ahí la necesidad de roer para provocar
un desgaste continuo.
23
Figura 1. Esquema del tracto digestivo de los conejos.
La saliva en los mamíferos tanto en el cerdo como en el conejo provienen de la secreción de las
glándulas submaxilares, sublinguales y parótidas que se hallan en la mucosa bucal. La saliva de los
mamíferos contiene enzimas digestivas, la más importante es la amilasa salival que realiza la hidrólisis
parcial de los almidones. El cerdo contiene una saliva que contiene suficiente amilasa la que
desempeña un papel importante en la digestión.
Contrariamente en el ave como el alimento permanece poco tiempo en la cavidad del pico, las
glándulas salivares suministran saliva como secreción mucosa para lubricar los alimentos ingeridos y
por tanto el no haber una manifiesta actividad enzimática no tienen lugar todavía procesos digestivos.
La faringe se comunica con el esófago, que es el órgano que se conecta con el estómago. En las aves
se detecta un ensanchamiento a la entrada de la cavidad toráxica llamado buche. Se plantea que el
buche puede segregar enzimas y existe la duda si esas enzimas provienen de los mismos alimentos de
la regurgitación del contenido intestinal, molleja, proventrículo o de las bacterias existentes allí. En el
conejo adulto el tubo digestivo tiene una longitud total de 4.5-5m con un esófago corto.
El estómago es simple (Fig. 2) y presenta una diferenciación anatómica y fisiológica con las aves. En
el cerdo es monocavitario, voluminoso, su capacidad fluctúa entre 5 y 8 litros aproximadamente (Tabla
1). Esta situado en posición transversal con la curvatura mayor en posición ventral, posee una
disposición especial por dentro y tiene una bolsa ciega cónica y aplanada. La extremidad pilórica
se comunica con el intestino mediante el esfínter pilórico. La membrana mucosa se divide en 4
regiones: esofágica, cardíaca, glandular fúndica y pilórica.
24
Región de las glándulas
cardiaca
Región de las
glándulas fúndica
Región esofágica
Región de las glándulas
pilórica
Figura 2. Estómago del cerdo
Tabla 1. Volúmenes del tracto digestivo de varias especies de animales (% del PV).
Especies
Rumiantes
Vaca
Cabras
No rumiantes
Conejo
Caballo
Cerdo
Contenido
total
Estómago
Intestino
delgado
Ciego
Colon recto
13-18
12-19
10.6-16
9.8-14.9
0.9-2.3
1.0-1.6
0.8
0.9-1.6
0.8-1.5
0.5-0.7
7-19
16.4
10.4
2-7
1.3
3.6
0.6-1.8
2.6
1.9
2.5-7.8
2.4
1.6
0.7-1.3
8.8
3.4
La región esofágica es blanda y glandular, la cardíaca se caracteriza por secretar un mucus no
enzimático, cuya función es proteger físicamente y lubricar la mucosa gástrica.
La zona fúndica tiene tres tipos de células, pariétales u oxínticas que segregan ácido clorhídrico,
células principales que segregan pepsinógeno y células del cuello que segregan mucus.
La región pilórica se caracteriza por segregar pepsinógeno y mucina que actúa como antiséptico.
El estómago del cerdo se presenta como un reservorio de alimentos, los retiene mientras estos sufren
cambios mecánicos y químicos, además de controlar la salida de alimentos digeridos hacia el intestino
(duodeno)
El contacto de los alimentos con la mucosa gástrica sirve como estímulo directo de las funciones
iniciadas por el vago y la hormona gastrina especialmente para la producción del jugo gástrico.
En el caso de los rumiantes alimentados de forma tradicional entre s 36 y 56 días de edad desarrollan
los llamados preestómagos que son tres: omaso, retículo y rumen. Además también se encuentra el
abomaso o verdadero estómago. El rumen (Fig. 3) constituye el órgano fundamental desde el punto de
vista digestivo y anatómico, pudiendo alcanzar en el rumiante alrededor del 80 % del volumen del
estómago en tanto que el abomaso no pasa del 5-7 %. En el rumiante tienen lugar procesos digestivos y
fermentativos entre los que se puede mencionar la celulolisis ruminal que permite la solubilización del
70 al 90 % de todas las formas de celulosas.
25
Figura 3. Esquema del rumen de la vaca.
Las aves poseen un estómago de dos posiciones fácilmente distinguibles: el estómago glandular o
proventrículo y el estómago muscular o molleja. La mucosa del proventrículo contiene glándulas bien
desarrolladas que producen jugo gástrico y ácido clorhídrico, que a diferencia con los mamíferos estas
se producen por una misma célula, es por ello que el proventrículo se considera el verdadero estómago
de las aves. La molleja tiene como función fundamental triturar y moler la ingesta proveniente del
buche (realiza la función de la dentadura ausente en esta especie) ayudados por las piedrecitas grit.
El estómago del conejo tiene un peso aproximado de 20 g un contenido entre 90 -100g y un pH 1.52.0. El contenido de estómago se inyecta progresivamente en el intestino delgado mediante pequeñas
descargas merced a las poderosas contracciones del estómago.
Respecto a los intestinos el conducto intestinal del cerdo mide aproximadamente quince veces la
longitud de su cuerpo y posee gran cantidad de grasa. Se divide en intestino delgado y grueso los que
constituyen la parte digestiva donde terminan la transformación de los alimentos.
El intestino delgado mide de 15 a 20 m de largo los primeros 60 cm constituyen el duodeno el cual se
continúa con el yeyuno y el ileón sin que exista una línea de demarcación entre estos dos. En toda la
superficie del intestino la mucosa posee pliegues y presenta un aspecto a terciopelado debido a las
prolongaciones digestiformes llamadas vellosidades.
Entre las vellosidades se hallan numerosas glándulas intestinales llamadas de Lieverkuhn que
conjuntamente con las glándulas de Brunner segregan el jugo entérico. Los conductos biliares y
pancreáticos se abren en el duodeno a una distancia del píloro de 5 y 10 cm respectivamente.
En las aves el intestino delgado también consta de duodeno yeyuno e ileón pero el duodeno sale del
estómago muscular en su parte anterior derecha y se dirige hacia la parte posterior y luego hacia
delante formando el asa duodenal característico de a gallina (Fig.4).
26
Esófag
Buche
Proventrícu
Molle
Híga
Intestino
delgado
Páncre
Ciegos
Cloa
Figura 4. Esquema del tracto gastrointestinal de
la gallina doméstica.
El duodeno en las aves está considerado como el sitio de acción principal de la digestión gástrica. Esto
se hace posible debido a las características anatómicas que posibilitan que se mantenga bajo el pH
de los jugos gástricos.
En el duodeno se encuentran válvulas conniventes, y las vellosidades están muy desarrolladas y entre
ellas se encuentran criptas de Lieberkuhn manifiestas. No se encuentran glándulas de Brunner y
además el tejido linfoide no es abundante; al igual que el cerdo, no hay demarcación entre el yeyuno y
el ileón.
El yeyuno comienza en una de las ramas en U del duodeno y se aparta de la otra.
El ileón está estirado y se localiza en el centro de la cavidad abdominal donde desembocan los ciegos.
La motilidad del intestino delgado es variable y existen contracciones peristálticas, cambios tónicos y
movimientos pendulares de las vellosidades.
La importancia de estos diferentes tipos de movimientos no es la misma en todas las especies. En el
cerdo son más características los movimientos pendulares que mezclan los alimentos con los jugos
digestivos y los pone en contacto con la mucosa para su absorción y contribuye al movimiento del
contenido intestinal a través del tracto.
En el conejo el ID mide aproximadamente 3 m de longitud por un diámetro aproximado de 0.8-1cm.
El contenido del mismo es líquido, sobre todo en la primera parte. Además es normal encontrar
porciones de una decena de centímetros, vacíos de todo contenido.
27
El intestino grueso del cerdo tiene una longitud de 4 a 5m. Es más grueso y más ancho que el delgado.
Está constituido por el ciego, colon y el recto terminando en el esfínter anal.
Las secreciones de las glándulas mucosas no producen enzimas y las que se hallan a esté nivel
provienen del intestino delgado.
La secreción del intestino grueso es clara, viscosa con altos contenidos de mucus y de reacción
alcalina. No se encuentran vellosidades en el intestino grueso del cerdo.
La función del intestino grueso es continuar la digestión del material que escapa a la absorción en
el intestino delgado. La presencia de bacterias en aquellos tramos del TGI donde el vaciado es
incompleto (ileón, ciego y colon) brinda condiciones idóneas para el desarrollo y multiplicación de
estas y favorecen su acción química en el contenido intestinal completándose así la digestión en este
nivel.
Otra función fundamental del IG es devolver a la sangre el agua vertida por medio de las secreciones
de las glándulas digestivas, así como los electrolitos, vitaminas y aminoácidos.
En las aves el IG consta de dos ciegos y el colon. No existe una línea de demarcación entre el recto
y el colon como en los mamíferos. Es un órgano corto y su contenido digestivo es vertido a la
cloaca.
Con relación al ciego en los cerdos es un saco cilíndrico de 20 a 30 cm de largo localizado a la
izquierda del plano medio del ijar. Su extremidad dorsal se comunica con el colon. El ileón se une con
el ciego oblicuamente, así un pliegue muscular que pasa de uno a otro lado del orificio ileocecal actúa
como válvula. La función de esta válvula es no permitir el retroceso del material intestinal.
Normalmente permanece cerrada, pero cuando llega una onda peristáltica se abre brevemente dejando
pasas pequeñas cantidades de quimo al ciego.
Los ciegos en las aves son dos sacos e unos 7 cm de largo cuya superficie se encuentra cubierto por
pequeñas vellosidades similares a las del colon, aunque hay autores que opinan que no hay vellosidades
en los ciegos de las aves.
En los ciegos continúa la degradación de los principios nutritivos. La flora presente en el ciego de los
cerdos actúa en los almidones que han escapado a la digestión, teniendo acción limitada con materiales
fibrosos, como producto de la fermentación se producen ácidos grasos que son absorbidos por las
paredes del ciego, sin embargo estos órganos no ejercen papel importante durante los procesos
digestivos de las aves, sino que cumplen fines de absorción (agua) y de depósito bacteriano
principalmente. Se han encontrado síntesis de vitaminas del complejo B.
La siguientes porciones del IG, el colon se localiza en el cerdo a la derecha del plano medio detrás
del estómago. Esta dispuesto en su mayor parte en 3 asa espirales dobles sus capas musculares
presentan dos cintas longitudinales y dos series de saculaciones las que desaparecen gradualmente en la
porción centrífuga. Los nódulos son numerosos y desaparecen en forma de prominencias redondas.
El recto en los cerdos está ordinariamente circundado por gran cantidad de grasa. Ella constituye la
última porción del intestino grueso y se comunica con el exterior mediante el esfínter anal. En cambio
el segmento terminal del intestino grueso de las aves se caracteriza por terminar en una ampolla
llamada “cloaca” que es común para el sistema digestivo, urinario y reproductor: Coprodeum donde
se vacía el recto; Urodeum donde se abren los uréteres y Proctodeum porción final.
28
El ID del conejo desemboca en la base del ciego. Este segundo depósito mide aproximadamente 4050cm de longitud por un diámetro medio de 3-4 cm. Contiene 100-120 g de una pasta homogénea
que tiene un contenido en materia seca del 22 %. En su extremidad, el apéndice cecal (10-12 cm) tiene
un diámetro mas delgado. Su pared está constituido por un tejido linfoide. Muy cerca de su unión con
el ID, es decir de la entrada de ciego, se encuentra el inicio del colon, la salida del ciego. El colon
mide cerca de 1.5 m plisado y ondulado cerca de 50cm colon proximal y liso en su parte terminal
colon distal.
Hasta aquí el funcionamiento de tubo digestivo del conejo no difiere de los demás monogástricos. En
cambio su originalidad consiste en el funcionamiento dual del colon proximal. El cual es el encargado
de elaborar dos tipos de cagarrutas las duras y las blandas (cecotrófias) las que consume directamente
del ano. Respecto a los órganos accesorios del tracto digestivo como se señalo antes realmente son dos
“Hígado y Páncreas
El hígado.
Es relativamente voluminoso siendo su peso medio de 1.5 a 2 kg en el adulto la porción central es
gruesa, pero su circunferencia es delgada. Está dividida por tres cisuras ínterlobulares profundas en
cuatro lóbulos principales: lateral derecho, central derecho, central izquierdo y lateral izquierdo; este
último es más voluminoso.
El hígado en la gallina pesa de 30 a 50gr y su estructura no ofrece diferencias importantes con
respecto a la de los mamíferos, pero en el caso de las aves resulta más evidente el carácter lobuloso
de la glándula. Este órgano no produce enzimas es el encargado de elaborar la bilis y numerosas
sustancias orgánicas necesarias para la digestión.
El páncreas.
En el cerdo se extiende a través de la pared dorsal de la cavidad abdominal por detrás del estómago.
Es triangular la extremidad derecha se fija a la primera curvatura del duodeno y aquí su conducto
excretor pasa al intestino mientras que la extremidad izquierda se relaciona con el estómago.
En las aves el páncreas es un órgano alargado que se halla entre las dos ramas del asa duodenal
cubierta por la serosa y fijada al duodeno por dos ligamentos pancreáticos duodenales.
A diferencia del hígado produce una gran cantidad importante de enzimas digestivas que permiten la
degradación de las proteínas (tripsina y quimotripsina), del almidón (amilasa) y de las grasas (lipasas)
(Tabla 2).
Tanto el hígado como el páncreas son órganos que cumplen misiones importantes para el desarrollo de
los procesos vitales sobretodo el hígado considerado como el laboratorio central en el organismo por su
participación en el metabolismo de casi todos los nutrientes.
29
Tabla 2. Principales enzimas presentes en el TGI de los animales domésticos.
Boca
Estómago
Intestino
delgado
Amilasa salivar cerdos
Pepsina, CLH y jugo
gástrico
Tripsina, Quimotripsina
Carboxipeptidasa
Lipasa y Amilasa
Renina o fermento lab
Lipasa gástrica(lactantes)
Carboxiamino
Endopeptidasa
Sacarasa,maltasa, lactasa y
enterosinasa
lecitinasas,
Fosfatasas,
prolinasas,nucleosida-sas
Tabla 3. Enzimas de mayor importancia en la digestión de los carbohidratos en los monogástricos
(Álvarez, 1984).
Órgano de
secreción
Boca
(saliva)
Estómago
(jugo gástrico)
Intestino delgado
(jugo entérico)
Páncreas (jugo
pancreático)
Enzima
Sustrato
Especificidad
Productos
finales
Alfa-amilasa
Almidón
Glucógeno
Enlaces 1,4 alfaglucosídico
Oligosacáridos (6-7 moléc de
glucosa, maltosa y alfa-dextrina)
No
hay
Maltasa
Alfaglucosidasa
Sacarasa
secreción
de
Maltosa
Sacarosa
Lactosa
Lactasa
Dextrina
Betagalactosidasa
Alfa-dextrinasa
Amilasa
Almidón
pancreática
Glucógeno
carbohidrasas
Glucosa
Enlace 1,4 alfaglucosídico
Enlace 1,2 alfaglucosídico
Enlace 1,4 betaglucosídico
Enlace 1,6 alfaglucosídico
Enlace 1,4 alfaglucosídico
Glucosa
Fructosa
Glucosa
Galactosa
Glucosa
Maltosa, maltotriosa, glucosa
dextrina
Tabla 4. Localización y acción de las enzimas proteolíticas de mayor importancia.
Órgano y secreción
Sustrato
Especificidad
Pepsina
Proteínas
Mezcla de polipéptidos
Quimosina
Tripsina
Caseína
Proteínas y
polipéptidos
Proteínas y
polipéptidos
Péptidos y
proteínas
Péptidos
-Fen/x-Tir/x-Fen/x-Lis/x-Arg/x-Fen/x-Tir/x-COO-terminal
Péptidos
Estómago
Páncreas (jugo
Pancreático)
Intestino delgado (jugo
entérico o mucosa intestinal)
Productos del
desdoblamiento
Enzimas
Quimotripsina
Carboxipeptidasa
Aminopeptidasa
Dipeptidasa
Dipéptidos
-NH3+ terminaldeterminados
péptidos
p-caseína
Péptidos
Aminoácidos y péptidos
Aminoácidos y péptidos
Aminoácidos
30
Bibliografía a consultar.
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31
III Los microorganismos del rumen y su actividad
Dra. Juana Galindo
Contenido
Introducción.............................................................................................................................................................................32
Características generales del ambiente ruminal .......................................................................................................................33
El rumen como sistema de fermentación continua ..................................................................................................................33
Clases de microorganismos .................................................................................................................................................34
Características Generales de las bacterias del rumen ................................................................... 34
Grupos fisiológicos de bacterias del rumen ................................................................................... 35
Características Generales de los protozoos del rumen .................................................................. 38
Características Generales de los hongos del rumen ...................................................................... 40
Relación entre los microorganismos del rumen y el animal hospedero ...................................................................................41
Requerimientos nutricionales de los microorganismos del rumen...........................................................................................42
La dieta y su manipulación. .................................................................................................................................................43
Cantidad y frecuencia en el suministro de alimentos...........................................................................................................45
Cambios diurnos y estacionales...........................................................................................................................................46
Procesamiento de la dieta ....................................................................................................................................................46
Competencia entre protozoos y bacterias ............................................................................................................................47
Especie animal .....................................................................................................................................................................47
Edad.....................................................................................................................................................................................48
Fermentación microbiana de Nutrientes ..................................................................................................................................48
Fermentación microbiana de nutrientes en diferentes fuentes .................................................................................................48
Fermentación de fuentes energéticas ...................................................................................................................................48
Fermentación de compuestos nitrogenados .........................................................................................................................49
Fermentación de lípidos.......................................................................................................................................................50
Adaptación de bacterias a la dieta............................................................................................................................................51
Conclusiones............................................................................................................................................................................51
Introducción
Los rumiantes ocupan una posición estratégica con respecto al hombre. En el proceso de digestión de
los alimentos presentan particularidades en relación con el resto de los mamíferos, porque el rumen y el
retículo, dos de los compartimentos pre estomacales, se encuentran habitados por millones de
microorganismos, cuya acción enzimática hace posible la utilización de moléculas complejas. Estos
animales, como vertebrados, no poseen enzimas capaces de atacar las uniones β 1,4 y 1,6 glucosídicas
presentes en la celulosa y otros componentes que constituyen los carbohidratos estructurales de las
paredes celulares de los vegetales.
El conocimiento de las poblaciones de microorganismos del rumen, sus interacciones fundamentales y
los productos finales de la fermentación constituyen la piedra angular de la fisiología digestiva de los
rumiantes y posibilita su manipulación en función de obtener mejoras productivas.
La presente conferencia tiene como objetivos presentar y discutir los aspectos básicos de la
microbiología del rumen, las características de los microorganismos que habitan en ese reservorio, así
como sus principales interacciones en el proceso fermentativo de nutrientes. Se prevé dotar a los
estudiantes del tema de las herramientas necesarias para actuar y manipular, con conocimientos, los
procesos fermentativos que se producen en el rumen.
32
Características generales del ambiente ruminal
El rumen es una gran cámara de fermentación, el que garantiza las condiciones necesarias para la
existencia y reproducción de los microorganismos que lo habitan. Es el reservorio mas voluminoso del
aparato digestivo de los rumiantes y representa del 70-75% del contenido total del tubo digestivo y del
50-60% de su volumen.
En condiciones normales de manejo y alimentación, el contenido ruminal se mantiene relativamente
constante y se caracteriza por
• Concentración elevada de agua (85-90%)
• Temperatura constante (39-40 º C)
• Potencial de oxidación- reducción que varía entre –250 a –400mV. Este bajo potencial REDOX
garantiza las condiciones de anaerobiosis necesarias para el desarrollo de los microorganismos.
• PH generalmente comprendido entre 6-7, el que es regulado por varios factores, entre los que se
pueden mencionar el aporte de bicarbonatos y fosfatos procedentes de la saliva, la cual posee un pH
de 8.3.
•
Presión osmótica relativamente constante (290-320 mOsmol).
• Aporte regular de nutrientes para los microorganismos y el animal hospedero, procedente de la
ingestión de alimentos.
• Eliminación continua de productos finales del metabolismo por absorción directa a través de las
paredes del rumen o por pasaje hacia las partes bajas del tracto gastro intestinal y por la eructación.
• Atmósfera relativamente constante de gases situados al nivel del saco dorsal. La fase gaseosa del
rumen se compone principalmente de CO2, CH4, N2, H2S, e H2
Tabla 1. Composición de la mezcla de gases del rumen, %
Gas
% de la mezcla
CO2
CH4
N2
O2
H2
H2 S
65.53
26.76
7.00
0.56
0.18
0.01
El rumen como sistema de fermentación continua
El rumen es un sistema de fermentación continua en el cual están ingresando constantemente los
alimentos frescos, solución nutritiva y saliva los cuales se mezclan con la masa que se encuentra en
proceso de fermentación. Al mismo tiempo salen por el orificio retículo omasal líquidos, residuos de
alimentos, productos finales de la fermentación y células microbianas en cantidades similares a las que
ingresan. El volumen en fermentación se mantiene constante.
33
Figura 1. Esquema del rumen
Clases de microorganismos
El rumen normal de un rumiante adulto contiene una de las más variadas, densas y activas poblaciones
microbianas conocidas en la naturaleza, la cual es responsable de la degradación de los principios
nutritivos, al mismo tiempo que sintetizan proteínas, vitaminas y otros metabolitos útiles en la
nutrición del animal hospedero.
La población microbiana ruminal se encuentra integrada por bacterias, protozoos, hongos,
bacteriófagos y ocasionalmente, levaduras. Estos mantienen estrechas inter- relaciones entre sí, tanto
sinérgicas como mutualistas
Características Generales de las bacterias del rumen
1. Forma y Representación de las bacterias del rumen
Las bacterias constituyen la mayor y más diversa población microbiana que está presente en el rumen.
El número total de bacterias del contenido del rumen, bajo condiciones normales de alimentación, es
aproximadamente 109- 1010 ufc/ml. Se encuentran representadas por tipos morfológicamente variados:
cocos, bacilos, vibrios, espirilos, espiroquetas, rosetas ovales y tetracocos.
La forma y tamaño de las bacterias del rumen puede variar considerablemente en cultivos simples o en
grupo de cepas, incluso si se observa en condiciones estrictamente uniformes, como en los trabajos con
cultivos puros.
Las bacterias del rumen son pleomórficas. Su tamaño oscila entre 0.1- 1 µ de diámetro y 1-3 µ de largo
Las bacterias consiguen un ecosistema constante y permiten a los rumiantes el consumo de
nutrientes inasequibles para otros animales. Por otra parte, también se establecen relaciones
mutualistas entre los microorganismos del ecosistema ruminal. La mayoría de los
microorganismos del rumen, específicamente las bacterias tienen relaciones de sinergismo,
mutualismo o simbiosis.
34
Tabla 2. Relaciones ecológicas entre microorganismos del rumen
Nombre
Neutralismo
Comensalismo
Sinergismo
Mutualismo o simbiosis
Parasitismo
Depredación
Individuo 1º
Individuo 2º
0
+
+
+
+
+
0
0
+
+
-
Grupos fisiológicos de bacterias del rumen
En dependencia de los sustratos que las bacterias pueden utilizar o fermentar, estas se han agrupado en:
celulolíticas, hemicelulolíticas, amilolíticas, proteolíticas, fermentadoras de azúcares, bacterias que
utilizan los ácidos, metanogénicas, lipolíticas, pectinolíticas, bacterias que sintetizan vitaminas,
bacterias que utilizan aminoácidos como fuente de energía, y otras.
Bacterias celulolíticas: Son las bacterias que producen el complejo de enzimas celulasas, que hidroliza
la celulosa nativa u original. También pueden utilizar la celobiosa, disacárido que contiene el enlace
beta. Gran número de bacterias celulolíticas son, también, hemicelulolíticas. Entre ellas se pueden citar
Fibrobacter succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Clostridium lochheadii, Ruminococcus albus y
Ruminococcus Flavefaciens.
Bacterias hemicelulolíticas: Son capaces de hidrolizar la hemicelulosa. Este compuesto se diferencia de
la celulosa por contener pentosas, además de hexosas entre los azúcares que forman la molécula.
Existen bacterias hemicelulolíticas que no son capaces de utilizar la celulosa. Butyrivibrio fibrisolvens,
Bacteroides ruminicola y Lachnospira multiparus.
Bacterias amilolíticas: Son bacterias que hidrolizan y digieren el almidón. Algunas bacterias
amilolíticas son, también, celulolíticas, como por ejemplo Clostridium lockheadii, algunas cepas de
Fibrobacter succinógenes, y Butyrivibrio fibrisolvens. Algunas especies no celulolíticas que digieren
el almidón incluyen Streptococcus bovis, Bacteroides ruminicola, Succinomonas amylolytica y
Bacteroides amylophilus. Muchas cepas de Selenomonas ruminantium también digieren el almidón. La
población de bacterias amilolíticas se incrementa considerablemente cuando la dieta es a base de
almidones.
Bacterias proteolíticas: Son bacterias que hidrolizan las proteínas y las utilizan como fuente primaria de
energía. Bacteroides amylophilus, Clostridium sporogenes, Bacillus licheniformis
Bacterias sacarolíticas: Son las bacterias que utilizan los azúcares, mono y disacáridos. Muchas
especies de bacterias celulolíticas, hemicelulolíticas, amilolíticas, proteolíticas, y otras, también son
capaces de fermentar los azúcares.
Bacterias lipolíticas: Son las bacterias capaces de utilizar e hidrolizar el glicerol en la molécula de
grasa. También se encuentran en éste grupo los organismos que hidrogenan los ácidos grasos no
saturados y los que metabolizan los ácidos grasos de cadena larga a cuerpos cetónicos.
Bacterias metanogénicas: Son bacterias capaces de producir metano a partir de la reducción del
dióxido de carbono o el ácido fórmico. Methanobacterium ruminantium.
35
Bacterias que utilizan los ácidos: A este grupo pertenecen las bacterias que utilizan diferentes ácidos
orgánicos, como: láctico, succínico, málico, fumárico, oxálico. De forma general, estos ácidos no se
producen en grandes cantidades en el rumen, aunque su concentración se encuentra relacionada,
fundamentalmente con la dieta que reciben los animales.
Bacterias que utilizan aminoácidos como fuente de energía: Son bacterias que incapaces de utilizar otra
fuente de energía diferente a los aminoácidos. Generalmente se incluyen dentro de las bacterias
proteolíticas.
En las siguientes tablas se muestran las características morfológicas y fermentativas de
algunas de las más importantes especies de bacterias del rumen. Como se observa, una
misma bacteria es capaz de fermentar diferentes sustratos, aspecto éste que hace muy
complejo el rumen como sistema ecológico.
Tabla 3. Características morfológicas y fermentativas de algunas bacterias del rumen
Organismo
Morfología
Productos de fermentación
Sustrato
Fibrobacter succinogenes
Butyrivibrio fibrisolvens
Bacilo
Bacilo curvado
Celulosa
Celulosa
Ruminococcus albus
Clostridium lochheadii
Ruminococcus Flavefaciens
Clostridium
polysaccharolyticum
Bacteroides ruminicola
Ruminobacter amylophilus
Selenomonas ruminantium
Succinomas amylolytica
Streptococcus bovis
Selenomonas lactilytica
Megasphaera elsdenii
Coco
Bacilo
(espora)
Coco
Bacilo
(espora)
Bacilo
Bacilo
Bacilo curvado
Bacilo ovalado
Coco
Bacilo curvado
Coco
Succinato, acetato, formiato
Acetato, formiato, lactato,
butirato, H2 y CO2
Acetato, formiato, H2 y CO2
Acetato, formiato, butirato H2 y
CO2
Acetato, succinato y H2
Acetato, formiato, butirato y H2
Viellonella párvula
Lachnospira multiparus
Coco
Bacilo curvado
Anaerovibrio lipolytica
Eubacterium ruminantium
Bacilo
Bacilo
Lactobacillus ruminis
Lactobacillus vitulinus
Methanobrevibacter
ruminantium
Methanomicrobium mobile
Eubacterium oxidoreducens
Celulosa
Celulosa
Celulosa
Celulosa y
almidón
Almidón
Almidón
Almidón
Almidón
Almidón
Lactato
Lactato
Bacilo
Bacilo
Bacilo
Formiato, acetato y succinato
Formiato, acetato y succinato
Acetato, propionato y lactato
Acetato, propionato y succinato
Lactato
Acetato y succinato
Acetato, propionato, butirato,
valerato, coproato, H2 y CO2
Acetato, propionato y H2
Acetato, formiato, lactato, H2 y
CO2
Acetato, propionato y succinato
Formiato, butirato, lactosa y
CO2
Lactosa
Lactosa
CH4 (de H2 + CO2 o formiato)
Azucares
Azucares
Metanógenos
Bacilo
Bacilo
CH4 (de H2 + CO2 o formiato)
Lactosa y H2
Metanógenos
Aromáticos
Lactato
Pectina
Lipolitico
Xilano
36
Tabla 4. Algunas especies de bacterias que fermentan principios nutritivos en el rumen
Celulolíticos
Fibrobacter succinogenes
Ruminococcus flavefaciens
Ruminococcus albus
Butyrivibrio fibrisolvens
Utilizadores de azúcar
Treponema bryantii
Lactobacillus vitulinus
Lactobacillus ruminus
Pectinolíticos
Hemicelulolíticos
Butyrivibrio fibrisolvens
Bacteroides ruminicola
Ruminococcus sp.
Utilizadores de ácidos
Megasphaera elsdenii
Selenomonas ruminantium
Utilizadores de lípidos
Butyrivibrio fibrisolvens
Bacteroides ruminicola
Lachnospira multiparus
Succinivibrio dextrinosolvens
Treponema bryantii
Anaerovibrio lipolytica
Butyrivibrio fibrisolvens
Treponema bryantii
Eubacterium sp.
Fusocillus sp.
Streptococcus bovis
Amilolíticos
Micrococcus sp.
Proteolíticos
Bacteroides amylophilus
Bacteroides ruminicola
Streptococcus bovis
Succinimonas amylolytica
Bacteroides amyliphylus
Bacteroides ruminicola
Butyrivibrio fibrisolvens
Streptococcus bovis
Productores de amoniaco
Bacteroides ruminicola
Selenomonas ruminantium
Megasphaera elsdenii
Productores de metano
Methanobrevibacter ruminantium
Methanobacterium formicicum
Methanomicrobium mobile
Ureolíticos
Succinivibrio
dextrinosolvens
Bacteroides ruminicola
Selenomonas sp.
Ruminococcus bromii
Butyrivibrio sp.
Treponema sp.
Fotos de algunas de las bacterias del rumen (extraído de Kaufmann)
Rosetas
Rosetas y Selenomonas
37
Cocos
Sarcinas
Características Generales de los protozoos del rumen
Los protozoos fueron los primeros organismos que se descubrieron en el rumen, debido,
fundamentalmente a su tamaño relativamente grande. Su tamaño oscila entre 38-195 micras de largo
por 15-109 micras de ancho. De igual forma que las bacterias, requieren una temperatura de 39 a 40 0 C
para vivir, ausencia de oxigeno, pH comprendido entre 5.5-8.0, con un rango optimo de 6.5-7.3 y un
potencial de oxidación - reducción bajo.
La mayoría de los protozoos del rumen son ciliados (aproximadamente 104 - 106 / g de contenido
ruminal) y también se encuentran algunos flagelados (Ej.: Trichomonas spp, Monocercomonas. Sp y
Chilomastix. Sp) están presentes en bajo número (103 - 104 / g). Aunque la clasificación de los ciliados
no está determinada, es difícil refutar la existencia de dos grupos ciliados del rumen bien separados, los
cuales fueron primeramente denominados: Holotricha y Entodiniomorfos
El primer grupo incluye tres especies comunes: Dasytricha ruminantium, Isotricha prostoma, Isotricha
intestinalis y algunos otros menos frecuentes. El segundo grupo contiene numerosos géneros juntos,
todos incluidos en la familia Ophryoscolecidae (Entodinium, Diplodinium, Ostracodinium,
Eudiplodinium, Epidinium, Epiplastron, Opisthotrichum, Ophryoscolex, Elytroplastron, Polyplastron,
entre otros).
Las evidencias experimentales han sugerido que los protozoos pueden afectar la velocidad de
crecimiento del animal, la digestibilidad de la ración, la calidad y cantidad de la proteína microbiana
disponible en el intestino. Los mayores cambios observados en la ausencia de protozoos del rumen
parece ser un incremento en el número de bacterias ruminales y una ligera disminución en la
digestibilidad del rumen
38
Los estudios comparativos que se han efectuado entre animales faunados y defaunados han
demostrado que los ciliados no solamente contribuyen a los procesos metabólicos en el rumen sino
además sugiere que los protozoos son capaces de modular las características físicas químicas del
ecosistema. También se ha demostrado que la presencia de protozoos influye en el volumen del rumen,
la retención de la digesta, la composición y actividades de la población microbiana presente, las
concentraciones y proporciones de productos finales de la fermentación microbiana y en el pH ruminal.
Los cambios en uno de estos parámetros pueden influir en la función ruminal y como consecuencia, la
digestión ruminal de proteína dietética y la materia orgánica y fibra son mayores en animales
faunados. Por otro lado, la síntesis de proteína microbiana neta y el flujo de proteína a las partes bajas
del tracto gastrointestinal se reducen cuando los protozoos están presentes en el rumen. La defaunación
ofrece el potencial para mejorar la eficiencia de la ganancia de peso vivo y la producción de leche.
El impacto de la presencia o ausencia de los protozoos ciliados del rumen para el hospedero puede
depender de la dieta y del número y especie de ciliados presentes. En animales alimentados con dietas
bajas en proteína los protozoos ciliados aparentemente tienen un efecto negativo en el crecimiento y en
el desarrollo. Sin embargo, en animales alimentados con dietas ricas en granos, los protozoos ciliados
pueden tener un papel beneficioso, debido a su habilidad de influir en la degradación ruminal del
almidón y en el metabolismo del ácido láctico.
La presencia de protozoos ciliados en animales alimentados con dietas en granos está asociada con una
disminución de la acumulación y fermentación del ácido láctico. Debido a su influencia en la
acumulación de lactato ruminal, existe la hipótesis de que los protozoos ciliados juegan un papel
importante en la moderación de la fermentación ruminal en rumiantes alimentados con dietas ricas en
grano.
La defaunación frecuentemente resulta en una disminución en la producción de AGCC. Esto está de
acuerdo con resultados obtenidos en la digestión de materia orgánica en el rumen. La desaparición de
los protozoos está generalmente asociada con una disminución en la proporción de ácido butírico y la
disminución de la concentración de N - NH3 en el rumen.
Los Entodiniomorfos, por el contrario a Holotrichas, metabolizan el ácido láctico y limitan el riesgo de
acidosis causado por el consumo excesivo de carbohidratos de fácil fermentación (almidón, azúcar)
La baja actividad metanogénica que se observa después de la defaunación del rumen, disminuye las
pérdidas de energía y se puede considerar beneficiosa para los animales productores de leche o carne
que presentan un potencial de producción alto
Los protozoos pueden transformar las toxinas que están presentes en los alimentos. Los animales
defaunados son además sensibles a la toxicidad por cobre. Estos grupos microbianos mejoran la
formación de sulfito de cobre que no puede ser absorbido en el tracto digestivo.
Fotos de algunos integrantes de la población de protozoos del rumen (a Galindo, 2004)
Diplodinium spa
Dasytricha ruminantiuma
Isotricha prostoma
39
Características Generales de los hongos del rumen
Los hongos anaerobios son el grupo más recientemente reconocido de los microorganismos del rumen,
ya que primeramente eran incluidos como protozoos flagelados.
Con el desarrollo de las investigaciones en microbiología del rumen, así como la inclusión de las
técnicas de microscopia electrónica, se pudo demostrar que ciertas células flageladas que parecían ser
protozoos eran, en efecto, zoosporas de hongos.
Son organismos anaerobios estrictos que ataca, colonizan y crecen sobre fragmentos fibrosos de las
plantas, por lo que son activos microorganismos celulolíticos. La magnitud de la degradación de la
celulosa de los hongos del rumen sobre tiras de papel de filtro es de aproximadamente 60%. Las
celulasas extracelulares de los referidos hongos atacan rápidamente los fragmentos de las plantas en el
rumen y a las 2-3 horas ya tienen invadido el tejido vascular del vegetal. A las 3 horas se detectan en el
tejido mesófilo y posteriormente el crecimiento es mayor con producción de esporangio.
Debido a la forma de crecimiento de los hongos, penetran dentro de los tejidos vegetales hasta zonas
que normalmente resultan inaccesibles a las bacterias.
Inicialmente todos los hongos anaerobios aislados del rumen fueron de tipo monocéntrico. Existen tres
géneros de hongos anaerobios monocéntricos: Caecomyces (Sphaeromonas), Neocallimastix y
Piromyces (Piromonas), cada uno de estos géneros contienen numerosas especies.
Los hongos existen en el rumen como zoosporas y esporangios. La creencia de que los hongos
anaerobios son de importancia considerable para la nutrición de rumiantes está basada en la habilidad
demostrada para colonizar paredes celulares lignificadas y para debilitar los tejidos fibrosos de las
plantas en el rumen, así como en la degradación de los componentes estructurales de la pared celular de
las mismas y la fermentación de los monosacáridos resultantes (fructosa, glucosa, xilosa)
Estudios “in vitro” han demostrado que los hongos degradan extensivamente la fibra de las plantas en
cultivos puros. Ellos producen un amplio rango de enzimas que degradan la fibra, muchas de las cuales
son extracelulares. Los hongos anaerobios poseen endoglucanasas, exoglucanasas (incluyendo
celobiohidrolasas) y β - glucosidasas las cuales actúan para degradar la celulosa (el mayor componente
de la fibra) eficientemente.
La hemicelulosa, el segundo mayor componente de la fibra, se degrada por β - xilanasas y β xilosidasas. La lignina, el tercer componente mayor de la fibra, es atacada por enzimas tales como
40
feruloil y curamoil esterasas que actúan para separar carbohidratos fermentables de la lignina más que
para degradar la lignina extensivamente.
Los hongos también tienen el potencial de contribuir al suministro de proteína al animal hospedero. Las
células de los hongos están compuestas de proteínas con una combinación bien balanceada de
aminoácidos las cuales son altamente digestibles y disponibles al animal hospedero.
Relación entre los microorganismos del rumen y el animal hospedero
El animal rumiante y aquellos microorganismos que viven en su tracto digestivo, particularmente el
rumen, son un ejemplo excelente de mutualismo. El animal provee un nicho ambientalmente favorable,
con un suministro continuo de alimentos y remoción de productos finales. Por su parte los
microorganismos (bacterias, protozoos y hongos) proveen un servicio digestivo o función que
proporciona grandes cantidades de energía disponible al animal hospedero la cual no puede obtenerse a
través de sus propios procesos digestivos.
Si los protozoos del rumen fueran meramente comensales entonces ni el hospedero ni los protozoos
podrían ser beneficiados o dañados por la asociación. Sin embargo el hospedero se beneficia de la
habilidad degradativa de los protozoos y estos satisfacen a través del hospedero sus requerimientos
específicos para el crecimiento y multiplicación. Esto incluye un amplio rango de temperatura, pH,
alimento, bajo potencial Redox, bacterias vivas. Los protozoos del rumen pueden ser considerados
como simbiontes dependiendo del animal hospedero y otros microorganismos del rumen. El hecho de
que las bacterias del rumen y posiblemente los hongos puedan proveer actividades metabólicas
similares para el animal hospedero no afecta su clasificación.
La información sobre la interrelación entre hongos y protozoos en el rumen es limitada. Las zoosporas
individuales de hongos pueden ser ocasionalmente engolfadas por los protozoos ciliados del rumen. Es
conocido que la defaunación conduce a una mayor población de hongos, aunque este incremento no es
siempre significativo. El mecanismo por el cual la defaunación incrementa la población de hongos
podría ser una reducción en el recambio de las proteínas de los hongos en el rumen, pero esta actividad
predatoria es mucho menos aparente con hongos que con bacterias ruminales.
La quitina, un componente común en la pared celular de los hongos, es un polisacárido formado por N
– acetil – D – glucosamina y es extremadamente resistente a la degradación por microorganismos. La
hidrólisis completa de la quitina se produce por un sistema quitinolítico, que consiste en dos
hidrolasas, cuyas acciones se efectúan de manera consecutivas. La degradación de células de hongos.
Diferentes investigaciones han demostrado que los protozoos del rumen poseen un sistema quitinolítico
con actividad quitinasa y N – acetil - β - D- glucosaminidasa.
Por otra parte la proteína fúngica parece, en parte, ser usada por los protozoos para construir sus
propios componentes.
Los ciliados del rumen engolfan bacterias, algunas veces selectivamente, con velocidades de consumo
máximo de aproximadamente 105 bacterias / protozoos / hora. La velocidad de consumo bacteriano es
especie dependiente y está influenciada por la densidad de la población bacteriana, la forma física de la
bacteria, el estado nutricional de los protozoos y factores ambientales tales como el pH y
concentraciones de sal.
41
Los protozoos engolfan las bacterias mediante vesículas citoplasmáticas y la mayoría son matadas y
digeridas con alguna liberación de productos de la digestión en el medio. La actividad predatoria de los
protozoos reduce el tamaño de la población bacteriana ruminal y puede influir en las proporciones
relativas de los tipos de bacterias presentes. Por ejemplo, el número de bacterias celulolíticas
incrementa en animales faunados mientras que el número de bacterias amilolíticas desciende.
Requerimientos nutricionales de los microorganismos del rumen
Los microorganismos del rumen, como todo organismo vivo, tienen requerimientos energéticos,
proteicos y factores de crecimiento para la síntesis de protoplasma celular. Como fuente de energía,
puede ser capaz de utilizar una gran variedad de carbohidratos, desde azúcares simples como la glucosa
y la fructosa, hasta los más complejos como el almidón, la celulosa, pectina y hemicelulosa. Sin
embargo, esto no significa que todas las bacterias sean capaces de utilizar todos los carbohidratos, sino
que por lo general, cada bacteria tiene sus requerimientos específicos.
Como fuente de nitrógeno, las bacterias son capaces de utilizar desde el nitrógeno no proteico,
pequeños péptidos, aminoácidos y hasta proteínas. La posibilidad de utilizar fuentes de NNP para la
síntesis de proteína microbiana es uno de los aspectos más importantes del metabolismo nitrogenado de
los microorganismos del rumen.
Muchas bacterias del rumen, fundamentalmente celulolíticas, requieren preferentemente amoníaco en
relación a los aminoácidos o péptidos.
Tabla 5. Factores nutricionales de los microorganismos del rumen
ENERGIA
as las fuentes energéticas
en ser utilizadas por las
erias:
9 glucosa, fructosa, sacarosa,
xilosa, celobiosa, celulosa,
almidón, glicerol, dextrana,
lactato, pectina, etc.
NITRÓGENO
9 proteínas,
9 aminoácidos,
9 péptidos,
9 amoníaco
FACTORES DE CRECIMIENTO
9
9
9
9
AGCC: acetato, butirato, isovalérico, metilbutírico, caproico.
Minerales: Mg2+, Ca2+, K+, Na+, PO4, Mn2+, Co,
S, Hemina, etc.
Vitaminas: biotina, p- aminobenzoico, tiamina,
piridoxina, ácido pantoténico, etc.
Otros: Factores no identificados
Entre los aminoácidos requeridos por las bacterias del rumen se encuentran los aminoácidos
ramificados y los sulfurados, como la tirosina, metionina, y la cisteína. Esto se debe a la imposibilidad
de sintetizar la cadena ramificada o sulfurada para la síntesis de novo de los aminoácidos.
Otros compuestos requeridos por las bacterias del rumen, se agrupan bajo el nombre genérico de
factores de crecimiento. Entre estos se encuentran los ácidos grasos de cadena corta, AGCC, algunos
minerales, vitaminas del complejo B y otros factores no identificados y que se encuentran en el líquido
ruminal clarificado.
Los AGCC mas utilizados por las bacterias son el acético y los de cadena ramificada. Estos últimos son
el resultado de la fermentación de las propinas y su importancia en la nutrición microbiana se debe a
que las bacterias sintetizan sus aminoácidos a partir de estos y el amoniaco.
42
Los minerales y las vitaminas, principalmente del complejo B, participan como co- factores
enzimáticos en numerosas reacciones catabolizadas por las enzimas. Se ha demostrado que la inclusión
en la ración para rumiantes de productos microbianos que contengan estas vitaminas, activa el
crecimiento microbiano.
Factores que afectan la población de microorganismos del rumen.
Existen muchos estudios acerca del desarrollo de la mejor población microbiana ruminal y los factores
que controlan su balance. Algunos de estos factores están ligados a la fisiología de diferentes especies
(máxima velocidad de crecimiento, afinidad por el sustrato, energía metabólica, resistencia a pH ácidos
y compuestos tóxicos, habilidad para adherirse a las partículas de la planta, etc). Esto depende del
hospedero y su alimento (composición de la dieta, frecuencia de comidas, cantidades ingeridas, aditivos
del alimento, forma en la cual el alimento es presentado, etc.) y de la naturaleza de las relaciones
establecidas entre las diferentes poblaciones durante la evolución, como la competencia, el sinergismo,
la predación, el mutualismo, etc.).
Generalmente se acepta que los principales factores que modifican la población de microorganismos
del rumen son:
•
•
•
•
•
•
•
La dieta y su manipulación
Cantidad y frecuencia en el suministro de alimentos
Cambios diurnos y estacionales
Procesamiento de la dieta
Competencia entre protozoos y bacterias
Especie animal
Edad
Existen otras variables, que pudieran ser factores, las que también influyen en el número y
representación de especies microbianas, entre estas tenemos: El consumo y su velocidad, la
selectividad al pastar, la fertilidad del suelo, la situación geográfica, el clima. Estos influyen en la
cantidad y calidad de nutrimento que se ofrecerán a los microorganismos del rumen.
La dieta y su manipulación.
Uno de los principales factores que influyen en la población de microorganismos del rumen es la
variabilidad de los componentes de los alimentos. Por otro lado, el tipo de carbohidratos preponderante
en la dieta produce una fermentación característica, que a su vez influirá en la clase de
microorganismos que se desarrollaran. Por ejemplo, las dietas ricas en carbohidratos solubles como las
mieles presentaran una población mayor de protozoarios de los diferentes géneros y en total que las
dietas de concentrados ricas en almidón. Las bacterias se presentan en menor cantidad en aquellas
dietas que en las de concentrados.
La presencia de grandes cantidades de almidón produce una rápida fermentación, lo que provoca un
descenso rápido del pH. Este descenso ocasiona la muerte de los protozoarios. Esto afecta a las
bacterias celulolíticas, y aumentan las amilolíticas. Sin embargo, se ha encontrado que la inclusión de
43
almidón en dietas fibrosas mejora el desarrollo de la población microbiana hasta cierto límite. Mas
adelante, analizaremos esta respuesta cuando se estudie la celulolisis ruminal.
Otro aspecto importante a señalar es que no solamente cambia la relación protozoo / bacterias, sino que
también cambian las proporciones en que se encuentran los diferentes géneros protozoarios y especies
de bacterias que se involucran en el proceso. La suplementación con proteínas, en dietas bajas en este
nutrimento, también modifica la población microbiana ruminal.
Las dietas ricas en azúcares como la caña deprimen la población de bacterias celulolíticas ruminales. A
esto se une el hecho de que este alimento presenta un bajo contenido en proteína. Sin embargo, cuando
se utilizan diferentes estrategias de suplementación a partir de suplementos activadores de la
fermentación ruminal (SNA), en el cual se mantenga la relación NNP/PV adecuada, se incrementa la
población y actividad de las bacterias celulolíticas. Este efecto, se obtiene, igualmente, a partir de una
adecuada suplementación con leguminosas, entre ellas, Leucaena leucocephala
El efecto depresivo que producen los azúcares en la representación de bacterias celulolíticas
ruminales se demostró cuando se alimentaron a vacas Holstein con niveles de 20 y 30 l de guarapo.
Esto se debe a la alta tasa de fermentación que presenta esta dieta, donde predominan
microorganismos sacarolíticos, con una alta depresión de la flora celulolítica. Es evidente que niveles
bajos como 10 l de guarapo producen un efecto activador de la referida flora microbiana.
Tabla 6. Efecto de diferentes formas de suplementación
bacterias celulolíticas ruminales
nitrogenada en la población de
Alimento
Bacterias celulolíticas, 10 –5
(ufc/ml)
Caña sin suplementar
Caña + SNA-77
Caña + SNA-77 + Heno
Caña + SNA-77 + 2.5% Forraje verde
Caña + SNA-77 + 5% Forraje verde
Caña + SNA-100% (NNP/PV =100:0)
Caña + SNA- 85% (NNP/PV = 85:15)
Caña + SNA-70% (NNP/PV = 70:30)
Caña + King grass
Caña + King grass + Leucaena
leucocephala
Caña biofermentada, 50% en pienso
Caña biofermentada, 70% en pienso
Caña biofermentada, 90% en pienso
0.5
1.56
2.45
18.4
15.6
97.7
97.3
101.7
13.1
416.7
131.6
133.9
50.0
SNA. Suplemento nitrogenado activador de la fermentación ruminal
Tabla 7. Efecto del nivel de guarapo en los principales grupos de bacterias del rumen
Nivel de guarapo, %
Medida (ufc/ml)
Bacterias celulolíticas, 10-6
Hongos celulolíticos, 10-6
Bacterias totales viables, 10-11
0
0.62ab
0.19
1.43
10
0.83a
0.15
0.93
20
0.41b
0.37
0.84
30
0.20b
0.40
0.85
44
La suplementación con fuentes que aporten minerales propicia un mejor equilibrio microbiano en el
rumen, debido a que los microorganismos requieren de minerales tales como K, Mg, Mn, Cu, Na, P,
entre otros para su crecimiento y el desarrollo de los numerosos procesos fermentativos. Las zeolitas
naturales son minerales que pertenecen al grupo de los alúmino silicatos y en su micela presentan
iones minerales, que en el ambiente ruminal se intercambian tonel ión NH4. Este efecto incrementa la
población de bacterias celulolíticas y reduce las proteolíticas, amilolíticas y protozoos, lo cual mejora la
utilización digestiva de los nutrientes en los animales rumiantes.
Tabla 8. Efecto del complejo mineral Zeolita en la población de bacterias del rumen
Medida
Ensilaje
Ensilaje + 1% Zeolita
28.7
19.8
6
12.8
20.3
6
3.7
1.6
43.8
14.7
21.8
17.1
Bact. Viables totales, 1011 ufc/ml
Bact. celulolíticas, 10 ufc/ml
Bact. amilolíticas, 10 ufc/ml
6
Bact. proteolíticas, 10 ufc/ml
6
Protozoos totales, 10 cel/ml
El empleo de antibióticos como manipulador de la población de microorganismos en el rumen es otra
práctica que se ha empleado en diferentes paíse, aún cuando en la acualidad numerosos países prohíben
su uso debido a efectos residuales en los productos agropecuarios. Los antibióticos ionóforos en
general, y el monensín en particular es capaz de reducir la población de bacterias metanogénicas y la
producción de metano en el rumen. Con ello mejora el metabolismo energético de los rumiantes que lo
consumen al reducir las pérdidas dee neregía por concepto de emisión de metano al ambiente. Al
mismo tiempo se reduce la población de protozoos ruminales, pero peligrosamente también se deprime
la población de bacterias celulolíticas
Tabla 9. Efecto del Monensín en la población de bacterias viables totales, celulolíticas y
metanogénicas del rumen
Tratamientos
Saccharina + monensín
Forraje + monensín
Almidón + monensín
Saccharina
Forraje
Almidón
EE±
Bacterias totales
viables, 10-9ufc/ml
1.11bc
1.08c
1.51ab
1.34bc
1.37bc
1.77a
0.13**
Bacterias metanogénicas, Bacterias celulolíticas
10-6/ml
10-6/ml
0.73c
0.71c
0.83c
1.07b
1.50a
1.41ab
0.12***
0.13b
0.16b
0.05c
0.44a
0.18a
0.09c
0.15*
Cantidad y frecuencia en el suministro de alimentos
La cantidad y frecuencia en el suministro de alimentos se ha encontrado que afecta a la población
microbiana.
La alimentación una vez al día produce grandes disminuciones en el pH y en los conteos de protozoos y
bacterias. Por el contrario, un suministro de pequeñas cantidades varias veces al día, produce
45
variaciones mas pequeñas, puesto que el rumen se asemejara mas a al modelo de fermentación continua
que se presento a inicios de esta conferencia.
Cambios diurnos y estacionales
Los cambios diurnos y estacionales que se presentan en la población de microorganismos del rumen
están basados, principalmente, en la entrada y salida de alimento. Cuando los animales se someten a un
ayuno prolongado y se les suministra de nuevo alimentos, se observa, inicialmente, un incremento en el
número de protozoos y bacterias, las cuales se multiplican rápidamente. A las 2 horas del suministro de
alimento se observan los mayores conteos de protozoos y de las 4 a 6 horas el de las bacterias, cuando
la alimentación es una vez al día.
Los cambios estacionales que se presentan en nuestro clima afectan la población de microorganismos
debido a los cambios en la calidad del alimento, principalmente, por deficiencia en le aporte proteico de
las dietas. Si se suplementa en estos momentos con un nivel adecuado de nitrógeno, las variaciones
debidas a la estación disminuirán y pueden desaparecer.
Un ejemplo de efecto de las condiciones climáticas en la población de bacterias ruminales es el hecho
demostrado que, bajo las condiciones edafo climáticas de Cuba, los animales rumiantes presentan en el
rumen una flora microbiana capaz de degradar la mimosina, aminoácido tóxico presente en la
leguminosa Leucaena leucocephala y el dihidroxipiridona (DHP), metabolito igualmente tóxico que se
libera de la hidrólisis de la mimosina en el rumen. Esto posibilita que nuestros animales no corran
riesgo de intoxicación cuando consumen esta planta.
Tabla 10. Presencia de bacterias que degradan la mimosina y el DHP en diferentes especies de
rumiantes
Animal
Dieta
mimosina
3,4- DHP
2,3-DHP
Toro
Carnero
Vaca
Carnero
Carnero
Carnero
Carnero
Cabra
Forraje+ 30% Leucaena
Forraje+ Saccharina
Caña +50% Leucaena
Heno
Heno:Leucaena(80:20)
Heno:Leucaena(60:40)
Heno:Leucaena(40:60)
Pasto +50% Leucaena
24.0
1.67
7.0
1.67
12.0
2.0
4.0
2.1
24.0
1.67
40.0
2.0
0.67
1.30
3.30
1.8
3.6
1.5
17.0
3.0
Dilución
105
105
106
105
105
105
105
106
Los microorganismos ruminales tienen importancia como biodegradadores de compuestos
xenobióticos, contaminantes ambientales debido a su gran capacidad metabólica. Esta potencialidad
está siendo estudiada actualmente para su aplicación de forma controlada en procesos de
biodegradación de contaminantes industriales.
Procesamiento de la dieta
El procesamiento de la dieta, también influye en la población ruminal. El molido, peletización y
desecación de los forrajes produce una disminución de los protozoos y, en ciertos casos, pueden llegar
a su eliminación total.
Estas disminuciones se han planteado se deben a un aumento en el pasaje del contenido ruminal, un
incremento en la fermentación con aumento de la acidez que atenta contra el desarrollo de los
46
protozoos. Por lo regular, las bacterias se ven menos afectadas por estos procesamientos y en ocasiones
se ven incrementadas en numero. Sin embargo, se plantea que existen variaciones en los grupos
fisiológicos que se establecen en un momento dado.
En el caso de los almidones sucede algo parecido a lo que ocurre con los materiales fibrosos. El hacer
del grano hojuelas, molerlo, peletizarlo o cocerlo, provoca un aumento de la fermentación. Esto trae
consigo la desaparición de los protozoos y el aumento de bacterias.
Competencia entre protozoos y bacterias
El número de bacterias en los animales defaunados es mayor que en los que presentan fauna. Esta
diferencia puede ser debida a la competencia por los nutrientes o al consumo de bacterias por los
protozoos.
También se señala que los protozoos realizan una selección de las bacterias que ellos ingieren. Esto
hace disminuir y en algunos casos desaparecer las especies de las cuales se alimentan.
El empleo de árboles y arbustos de leguminosas para manipular la fermentación microbiana ruminal y
producir efecto defaunantes, es una práctica que ha tomado auge en los últimos años. Gliricidia sepium
es uno de los arbustos de mayor empleo con estos propósitos. Reduce la población de protozoos
ruminales e incrementa el número de bacterias y hongos celulolíticos ruminales. Las razones se
encuentran en la presencia de metabolitos secundarios, fundamentalmente taninos condensados.
Tabla 11. Efecto de Gliricidia sepium como defaunante su relación con otros grupos microbianos
ruminales
Medida
Niveles de
G. sepium
Bacterias viables totales, 1011ufc/ml
Bacterias celulolíticas, 106 ufc/ml
Hongos celulolíticos, 106uft/ml
Protozoos, 105 cel/ml
AGV, mmol/ml
Ácido acético, mmol/ml
Ácido propiónico, mmol/ml
Ácido butírico
0
15
30
EE±
70.791
6.31a
7.41a
45.71c
101.89
74.99
12.23
9.61
79.43
7.94a
8.34a
11.22b
103.64
78.08
16.36
9.20
26.92
13.90b
15.53b
2.57a
110.42
82.40
13.68
10.76
0.42
0.14*
0.29*
0.09***
5.04
3.86
2.11
0.72
Especie animal
El efecto de la especie y la raza de los rumiantes se ha encontrado que produce variaciones en la
cantidad y especies de microorganismos presentes en el rumen. Estas variaciones parecen deberse a la
cantidad y calidad del alimento que los diferentes rumiantes encuentran normalmente en su hábitat, lo
cual produce especies mas adecuadas a las condiciones que se encuentran en el rumen. También se han
señalado variaciones entre la población protozoaria del Cebú y su cruce con la Parda Suiza Brown
Swiss). Diferencias, principalmente en la población protozoaria, se han encontrado entre el camello, el
Suni el Antílope y otros rumiantes salvajes.
47
Edad
La edad es otro de los factores que afecta la población de microorganismos del rumen. Los terneros de
pocos días de nacidos tienen escaso desarrollo en el rumen y la población que aparece son organismos
capaces de utilizar la leche, único alimento que consumen. Entre los microorganismos más numerosos
en esta etapa se encuentran los Lactobacillus y Streptococcus, grandes productores de ácido láctico, el
que mantiene un pH muy bajo. En esta edad no están presentes los protozoos, los que se establecen mas
tarde, cuando el consumo de alimento fibroso se incrementa y por el contacto con otros animales
adultos o que tienen una fauna establecida.
Al transcurrir el tiempo y entrar en contacto con alimentos fibrosos se desarrolla el rumen, aumenta el
pH, comienza la aparición de los diferentes grupos fisiológicos de bacterias y se establecen los
protozoos.
20
bacterias
viables
totales(10
ufc/ml
15
10
5
0
7
28
56
84
Figura 2. Efecto de la edad en la población de
bacterias viables terneros, días
Fermentación microbiana de Nutrientes
Los microorganismo al actuar sobre los nutrientes producen como resultado, producen como resultado
de su metabolismo diferentes productos finales, los cuales son muy variados, según la naturaleza de los
sustratos y de las especies de bacterias y protozoarios presentes. En la tabla se muestran de una forma
esquemática las principales transformaciones que ocurren.
Tabla 12. Fermentación microbiana de nutrientes en diferentes fuentes
Fuentes
Sustratos
Energéticas
•
•
•
Carbohidratos de fácil fermentación
Carbohidratos estructurales
Lípidos
Proteicas
•
Proteínas, Péptidos y Aminoácidos
Productos Finales
AGCC, ácido láctico y gases
AGCC y gases
Saturación de los no saturados, lípidos para la
síntesis de membrana celular
AGCC, NH3 y gases
Fermentación de fuentes energéticas
De acuerdo con el sustrato prevaleciente en el alimento, los microorganismos producirán diferentes
cantidades de AGCC y además, variaran sus proporciones relativas.
En las dietas que presentan grandes cantidades de almidón, como son los concentrados energéticos, se
observa un pH mas bajo, el cual es consecuencia de un rápido ataque microbiano al almidón, que
produce ácido láctico, y AGCC. El ácido láctico, cuando los animales se adaptan previamente, se
48
presenta en pequeñas cantidades debido a que se desarrolla una microflora que es capaz de utilizar este
ácido en la misma magnitud que se produce.
Si los animales consumen dietas ricas en materiales fibrosos, que contienen grandes cantidades de
material estructural, el pH del rumen es mas elevado. Estos componentes son atacados por las bacterias
celulolíticas mas lentamente y la cantidad de ácidos formados, es también inferior. Las dietas ricas en
azucares como las mieles y el jugo de cana presentan valores intermedios de pH, así como a la
cantidad de ácidos formados. En esta dieta, los carbohidratos que abundan son los monos y disacáridos,
los cuales son también rápidamente fermentados, pero el pH no desciende rápidamente. esto tal vez sea
motivado por el hecho de que la formación de ácido láctico no es muy grande y o que la liberación de
amoniaco procedente de la urea neutralice además los ácidos formados, conjuntamente en un patrón de
consumo intermitente.
Consecuentemente, la cantidad de carbohidratos que entran al rumen no es grande por unidad de
tiempo.
Resultan también importantes las diferentes proporciones de ácidos grasos individuales que se forman
en las dietas. La dieta de concentrado presenta una proporción de ácido propicio alta, si se compara con
las otras, y bajos valores de ácido acético y butírico. Por esta razón, el patrón de fermentación de una
dieta rica en concentrado se acostumbra a decir que es alto en propiónico y bajo en acético.
El heno y los alimentos fibrosos presentan un pH alrededor de 7, una producción de AGCC baja con
altas proporciones de ácido acético, compensada con bajas proporciones de ácido propiónico y butírico.
Por otro lado, las mieles presentan un patrón de fermentación intermedio, con pH cercanos al neutro,
producción de AGCC intermedia entre los dos anteriores y se caracteriza porque es alta la proporción
de ácido butírico.
Tabla 13. Efecto de la dieta en el pH y patrón de fermentación ruminal
% molar
Dieta
Concentrado
Heno
Miel/urea
pH
6.16
7.10
6.66
AGCC,
acético propiónico butírico Isob.
meq/l
157
82.0
132
44.9
76.0
49.7
42.8
15.0
21.3
5.83
7.46
25.7
1.83
0.41
0.30
Val. Isov. Cap
2.24
0.29
2.81
2.03
0.39
0.26
0.73
0.00
0.79
Fermentación de compuestos nitrogenados
La fermentación de los compuestos nitrogenados en el rumen es muy complejo y en el intervienen gran
numero de especies microbiana.
La proteína y la urea u otra fuente de NNP que entra al rumen se degradan a NH3. La concentración
de aminoácidos libres en el rumen es relativamente baja debido a que los mismos son desanimados.
Las proteínas se degradan con una rapidez variable, en dependencia de su estructura y solubilidad y en
el proceso de proteolisis intervienen bacterias, protozoos y hongos. Alrededor del 38% de las bacterias
49
viables totales, aisladas del rumen de bovinos, son proteolíticas, lo cual puede variar en dependencia de
la fuente de energía y proteína dietética.
Bacteroides amylophilus, Selenomonas ruminantium y Bacteroides ruminicola son la bacterias de mas
alta actividad proteolítica en el rumen. Otras bacterias proteolíticas de interés son, Streptococcus bovis,
Sphaerophorus hypermegas y Peptostreptococcus sp.
La actividad proteolítica no es la acción aislada de una sola especie microbiana, sino que existe
sinergismo y relaciones estrechas entre las diferentes especies, lo cual se ha demostrado en los estudios
que se han efectuado en cultivos puros, donde la actividad proteolítica es menor.
La urea que se utiliza para suplir total o parcialmente la proteína verdadera, se hidroliza rápidamente a
amoniaco y agua., sin embargo, en el rumen se han encontrado relativamente pocas especies de
bacterias eminentemente ureolíticas, lo cual indica que la ureasa puede ser inducida en algunos grupos
microbianos cuando la urea esta presente en el medio de fermentación.
Tabla 14. Efecto de la urea en el pH y concentración de amoníaco ruminal
Dieta
pH ruminal
N-NH3 ruminal (ppm)
Heno Heno c/urea Heno-maíz
7,3
35,4
7,2
110,6
7,0
1,7
Heno-maíz
c/urea
Heno
alfalfa
6,2
2,1
6,7
26,8
Heno
alfalfa
c/urea
6,8
27,3
Fermentación de lípidos
Los lípidos, al entrar en el rumen sufren un proceso de hidrólisis debido al ataque microbiano a la
molécula de grasa. Una vez liberados los ácidos grasos, estos sufren un proceso de hidrogenación, si no
se encuentran saturados, que comienza siempre por los ácidos grasos que tienen un grado mayor de
instauración, del modo siguiente
Cx3 Cx2 Cx1 Cx0
En los forrajes se encuentran numerosos lípidos, los que se encuentran formando parte de las
membranas de los cloroplastos, con un alto contenido de lípidos no saturados.
En el proceso de hidrogenación de los ácidos grasos polinsaturados y monoinsaturados intervienen
algunas cepas de Butyrivibrios, una cepa de Ruminococcus albus, dos cepas de Eubacterium sp, dos
Fusocillus, un micrococo y Treponema sp
Ventajas de la hidrogenación de ácidos grasos
•
•
•
Aumenta el crecimiento bacteriano, ya que los ácidos grasos insaturados provocan cambios en
la permeabilidad de las membranas microbianas
Se reduce la producción de metano al haber menor cantidad de hidrógeno
Aumenta la energía disponible, ya que los ácidos grasos saturados liberan más energía al
oxidarse que los ácidos grasos insaturados.
50
Anaerovibrio lipolytica es responsable de la hidrólisis de los triglicéridos, aunque ataca los
galactolípidos directamente. Butyrivibrio fibrisolvens, bacteria eminentemente celulolítica, también
interviene en la hidrólisis de los fosfolípidos, en la hidrogenación de los ácidos grasos polinsaturados y
en la producción de butirato a partir de la interconverción del acetato en butirato.
Adaptación de bacterias a la dieta
Como se estableció anteriormente, los microorganismos que viven en el rumen son capaces de utilizar
diferentes fuentes de carbohidratos y muchos son capaces dos o tres de esas fuentes. Un cambio de
dieta, por ejemplo, de forraje o concentrado, es decir de una dieta de lenta fermentación ruminal a una
de carbohidratos fácilmente fermentables, produce una acción rápida por parte de los microorganismos.
Esos, atacaran rápidamente el concentrado y se desarrollaran mejor las bacterias amilolíticas. El gran
desarrollo de estas bacterias producirá suficiente ácido, capaz de descender el pH del ruminal.
Estos cambios pueden ser tan violentos que produzcan disturbios digestivos como la acidosis y
timpanismo, que pueden llegar a ocasionar la muerte del animal.
Si el cambio de dieta se hace lentamente y se aumentan las cantidades de alimento nuevo a introducir
diariamente, los cambios en la población microbiana ruminal no serán tan bruscos. De esta forma se
podrán desarrollar no solamente los microorganismos que utilizan las nuevas fuentes de energía, sino
que también la de los microorganismos que utilicen parte de los ácidos orgánicos. Estos no permitirán
que se acumule una cantidad que provoque intoxicación en el animal
Conclusiones
Como se ha podido apreciar, el rumen- retículo constituyen pre estómagos del aparato digestivo de los
rumiantes en los cuales se produce un proceso de fermentación anaeróbica como resultado de la variada
flora microbiana que lo habita. Los productos finales de la fermentación de estos microorganismos
contribuyen de manera importante a la nutrición del animal hospedero. Conocerlos reviste una gran
importancia debido a que se puede actuar sobre ellos y modificarlos para obtener mejoras productivas.
Bibliografía a consultar
•
•
•
•
The rumen and its microbes. Hungate, R.E. 1966. New York: Academic Press. Book
The roles of protozoa and fungi in ruminant digestion Editors. Armidale, NSW. 2351, Australia:
Penambui Books
The rumen bacteria of animal fed on a high molasses urea diet. Elías, A. 1971. Thesis Ph.D.
Aberdeen. UK.
Efecto de la Zeolita en la población de bacterias celulolíticas y su actividad en el rumen de
animales que consumen ensilaje. Galindo, J. 1988. Tesis Dr Ciencia Veterinarias. Instituto de
Ciencia Animal, La Habana, Cuba.
51
La celulolisis ruminal y los factores que la modifican
Dra. Juana Galindo
Contenido
Introducción.............................................................................................................................................................................52
Partes de la célula vegetal........................................................................................................................................................53
Polisacáridos estructurales de las paredes celulares ................................................................................................................53
La celulolisis ruminal. Concepto .............................................................................................................................................55
Enzimas que intervienen en la celulolisis ruminal y modo de acción.....................................................................................57
Interacciones de microorganismos en la degradación de la fibra.............................................................................................57
Factores que modifican la celulolisis ruminal..........................................................................................................................59
Nivel de lignificación de las plantas ........................................................................................................................................59
Nivel de carbohidratos solubles de la dieta..............................................................................................................................60
Nivel de nitrógeno de la dieta ..................................................................................................................................................61
Utilización del nitrógeno no proteico (NNP)...........................................................................................................................61
Conclusiones............................................................................................................................................................................63
Introducción
Uno de los materiales que más abundan en la naturaleza son los pastos y forrajes, naturales o
artificiales y estos constituyen una de las principales y mas económicas fuentes de alimentación para
los rumiantes. La alta variabilidad que existe entre especies y también dentro de una misma especie en
relación con la degradabilidad de la fracción fibrosa, hace que se estudien los fenómenos
responsabilizados con tales efectos.
Se conoce que los animales rumiantes presentan un complejo sistema digestivo en el cual el rumen, el
mayor de los cuatro compartimientos pre estomacales, es habitado por una densa población
microbiana y constituye el sitio principal de degradación de la celulosa en los rumiantes.
La conversión de la celulosa a glucosa en el rumen requiere de la acción cooperativa secuencial
llevada a cabo por una familia de enzimas celulolíticas constituida, al menos por tres complejos
enzimáticos básicos: endoglucanasas, exoglucanasas, nombradas celobiohidrolasas y glucosidasas. Este
complejo de enzimas se produce por los microorganismos que habitan en ese reservorio, entre los
cuales se incluyen las bacterias, protozoos y hongos.
Las celulasas, que pueden estar unidas a la superficie celular o ser segregadas al medio, son enzimas
inducidas cuya actividad se inhibe por varios factores como son: pH, fuerza iónica, temperatura,
concentración de sustrato entre otros, lo que implica una disminución de la utilización de los alimentos
fibrosos por el rumiante.
El objetivo de la presente conferencia es informar y debatir los aspectos básicos relacionados con la
fermentación microbiana ruminal de la celulosa, los principales factores que la modifican así como las
estrategias para incrementar su actividad con vistas a alcanzar una mayor degradación y,
consecuentemente, esperar mayor producción animal
52
Partes de la célula vegetal.
La célula vegetal se encuentra integrada por dos partes fundamentales: Contenido celular (núcleo y
citoplasma) y Membrana celular o Pared celular
El Contenido celular agrupa las fracciones de alta degradabilidad y disponibilidad nutritiva. Consiste
fundamentalmente en: Proteínas, 1-35, Carbohidratos solubles, 30%, Lípidos y ácidos orgánicos
>10%, Minerales 3-12%
La membrana celular, pared celular, membrana esquelética o membrana pectocelulósica distingue a la
célula de los vegetales. Es rígida o semirígida. Su espesor varía según la edad y tipo de célula. La
estructura es compleja independiente a su espesor.
La pared celular comprende del 30- 85% de la MS. del forraje. De forma breve se describen sus
componentes:
Polisacáridos estructurales de las paredes celulares
Celulosa: Es prácticamente un polímero lineal de unidades de glucosa unidas entre si por enlaces β-14.
Es el principal componente estructural de las paredes celulares de las plantas. Se considera
relativamente insoluble en agua. Algunos polímeros pueden contener 10.000 unidades de glucosa. Los
enlaces hidrógeno entre polímeros paralelos forman microfibrillas fuertes. Estas microfibrillas de
celulosa proveen la fuerza y rigidez requerida en paredes celulares de plantas primarias y secundarías.
Constituye el esqueleto de la pared celular.
La celulosa existe en dos formas, una cristalina y otra amorfa. La primera se encuentra formada por
cadenas lineares de celulosa orientada y en las cuales las moléculas se mantienen unidas lateralmente
por puentes de hidrogeno. En la segunda, este ordenamiento es menor o no existe. El ordenamiento de
las cadenas en la molécula produce una estructura conocida como micro fibrillas. Al formarse las micro
fibrillas de celulosas en la pared celular, las hemicelulosas, lignina y otros componentes de la pared,
como los minerales pueden concentrarse en los espacios entre las micro fibrillas y forman una matriz
que envuelve la celulosa y se forman enlaces covalentes entre la celulosa, la hemicelulosa y la lignina.
El porcentaje de celulosa en los pastos varía entre 15-50%.
Figura 1: Estructura química de la celulosa
53
Hemicelulosas: Son un heterogéneo grupo de sustancias que contienen un número de azúcares en su
columna vertebral y en los lados de la cadena xilosa. Mannosa y galactosa frecuentemente forman la
estructura vertebral, mientras la arabinosa galactosa y ácidos urónicos están presentes en los lados de la
cadena.
Las hemicelulosas por definición son solubles en álcalis diluidos, pero no en agua. El tamaño
molecular y el grado de ramificación son también altamente variables Una molécula típica de
hemicelulosa contiene entre 50 y 200 unidades de azúcar. Se plantea que son polisacáridos matrices
que se enlazan junto a las microfibrillas de celulosa y forman enlaces covalentes con la lignina. Su
contenido en los vegetales varía entre 6-40% de la MS. El peso molecular es mas bajo que el de la
celulosa.
Pectinas: Son ricas en ácidos urónicos, solubles en agua caliente y forman geles. La estructura
esqueletal consiste de cadenas no ramificadas de enlaces 1 ,4 de ácido galacturónico. Los lados de la
cadena pueden contener ramnosa arabinosa, xilosa y fucosa La solubilidad es reducida por metilación
de los grupos carboxilos libres y por formación de complejos de calcio y magnesio. Las pectinas
similares a la hemicelulosa son polisacáridos matrices en las paredes celulares.
β-Glucanos: Son polímeros de glucosa que contienen ambos enlaces (β1→3 y β1→4) en varias
proporciones, dependiendo de la fuente, la cual hace a la molécula menos lineal que la celulosa y más
soluble en agua.
Polisacáridos no estructurales (no celulósicos)
Son probablemente los que están en mayor proporción en la mayoría de los alimentos que la celulosa o
lignina. Las frutas y verduras tienden a tener niveles más altos de celulosa que los cereales. Algunas
frutas, en el cual la semilla es comestible tienen una proporción muy alta de lignina. La composición
fibrosa de las plantas varía con la especie, la parte (esto es: raíz, tallo, hoja) y madurez. El contenido de
celulosa y lignina por ejemplo, se incrementan significativamente con la madurez de la planta. De
acuerdo a como varían las funciones dentro de la planta varía la composición química de cada fracción.
Los polisacáridos no estructurales incluyen hidrocoloides tales como mucílago, gomas (asociadas con
el endospermo y el espacio intercelular) y polisacáridos de algas. Los hidrocoloides son polisacáridos
hidrofílicos que forman soluciones viscosas o dispersiones en agua fría o caliente. Las avenas y
cebadas contienen mucílagos. Las gomas exudadas de plantas incluyen gomas arábigas, caraya, y
tragacanto; mientras que los polisacáridos de algas incluyen agar, alginatos, y carragenina. Los
polisacáridos de las paredes no celulares contienen una gran cantidad de azúcares neutros y ácidos
uránicos.
No polisacáridos estructurales (Lignina)
La lignina es un polímero tridimensional, no-carbohidrato que consiste aproximadamente de 40
unidades de fenol con enlaces intramoleculares fuertes: La lignina es a menudo enlazada
covalentemente a hemicelulosa. Contiene unidades de fenil propano derivadas de sipanil, coniferil y
alcoholes p-coumarílicos. Son considerados muy inertes, insolubles y resistentes a la digestión. Su
porcentaje en los pastos varía con la edad entre 2-15%. Su función es dar rigidez y dureza a los
vegetales y su digestibilidad es escasa.
54
Figura 2. Diagrama de la composición química de la fibra: Forma de deposición de la celulosa, hemicelulosa y lignina
(Adaptado de Monje, 2004)
La celulolisis ruminal. Concepto
La celulolisis ruminal es el proceso de transformación bioquímica de la celulosa en carbohidratos
solubles Este proceso se lleva a cabo por algunos miembros de la microflora y microfauna ruminal que
tienen la capacidad de segregar enzimas celulasas.
Accesibilidad de las enzimas a la celulosa
La capacidad de los organismos celulolíticos para digerir la celulosa varia grandemente con las
diferentes especies de forraje o el grado de madurez en que se encuentren, aun cuando sus contenidos
en celulosa no sean tan diferentes. Para apreciar completamente la influencia de la estructura de la fibra
en la susceptibilidad o resistencia a la degradación enzimática, es necesario comprender la relación
entre microorganismo celulolítico, sus enzimas extracelulares y la fibra propiamente dicha.
Los organismos que degradan la fibra viven en la superficie o en el interior de la fibra. En estos lugares
segregan enzimas extracelulares o superficiales que catalizan la dilución de los constituyentes de la
fibra a productos que pueden ser asimilados y metabolizados por estos microorganismos.
55
La susceptibilidad de la celulosa a la hidrólisis enzimática esta determinada en grado considerable por
la accesibilidad de las enzimas producidas y el sustrato, celulosa, es pues un prerrequisito para la
hidrólisis, pues la celulosa es estructuralmente compleja y a la vez insoluble. Este contacto puede
ocurrir por difusión de las enzimas dentro de la compleja matriz de la celulosa. Debe esperarse, que la
velocidad de la reacción deba ser función del área superficial de la celulosa que esta accesible a la
enzima. Cualquier aspecto estructural que limite la accesibilidad de las enzimas del complejo celulasas
a la celulosa disminuirá su susceptibilidad de la degradación.
Aspectos estructurales que afectan el ataque enzimático
Los aspectos estructurales que determinan la susceptibilidad de los materiales celulósicos a la
degradación enzimática incluyen:
• Contenido de humedad de la fibra
• Tamaño de los poros microfibrilares
• Los enlaces establecidos entre los diferentes constituyentes de la pared celular
• Otros aspectos
La humedad desempeña un importante papel en la degradación de la celulosa ya que el agua es
necesaria para hinchar la fibra; prevé un medio adecuado para la difusión de las enzimas extracelulares
y de los productos de la degradación parcial de la fibra de los cuales obtienen los microorganismos sus
nutrimentos. Los elementos del agua se utilizan para producir el rompimiento de los enlaces entre las
unidades de glucosa que forman la molécula de celulosa.
La degradación enzimática de la celulosa requiere que las enzimas celulasas y otras enzimas
extracelulares de los microorganismos se difundan desde los organismos productores hasta la superficie
accesible, sobre o dentro de la fibra. Estas superficies accesibles se encuentran definidas por su tamaño,
forma y propiedades superficiales en capilares microscópicos y sub microscópicos dentro de la fibra.
Estos capilares se encuentran dentro de dos categorías: capilares gruesos, visibles al microscopio de luz
y que tienen un diámetro que varía desde 2000 Å a 10 micrones y los capilares o poros de la pared
celular, tales como los espacios entre las microfibrillas y las moléculas de celulosa en las regiones
amorfas.
La mayoría de los poros de la pared celular se encuentran cerrados cuando las paredes no contienen
humedad, pero se abren otra vez cuando se absorbe agua. Cuando la fibra se encuentra completamente
saturada de agua, los capilares de las paredes celulares alcanzan sus dimensiones máximas. Estos
pueden alcanzar alrededor de 200 Å de diámetro, aunque comúnmente poseen un diámetro menor.
En un cuerpo poroso el área superficial disponible para que el ataque de una enzima se realice
dependerá de los tamaños relativos de los poros y la enzima.
Los estudios realizados en este campo indican que la molécula del complejo celulasas posee un
diámetro entre 30-40 Å. Cuando el volumen accesible al poro es cero, la reacción de disolución de la
celulosa no ocurre; pero al incrementarse el volumen accesible del poro ocurre un incremento
correspondiente en la velocidad de reacción. También existe una correlación entre la reactividad y el
área superficial a una molécula con un tamaño dado. Esto se basa en que la velocidad de una reacción
química heterogénea entre moléculas en solución y un sólido es, usualmente, proporcional a la
superficie disponible.
56
Existen algunas evidencias de uniones covalentes entre la lignina y algunos de lo polisacáridos de la
pared celular. Estos enlaces posiblemente contribuyan a impedir el ataque enzimático de la fibra por
inhibición estereoquímica. Sin embargo, también se plantea que ocurre un enrejamiento físico de la
celulosa y la hemicelulosa.
Otros aspectos que se cree influyen en la susceptibilidad de la fibra al ataque enzimático son, el grado
de cristalinidad de la celulosa, su grado de polimerización, la asociación con minerales y otras
sustancias.
Figura 3. Microfibrillas de celulosa en la pared vegetal
Enzimas que intervienen en la celulolisis ruminal y modo de acción
El termino celulasas se utiliza para denominar las endoenzimas producidas por los microorganismos
celulolíticos, que hidrolizan los enlaces β-1-4 glucosídicos presentes entre las unidades de anhidro
glucosa y su nombre sistemático es β-1-4 glucan glucano hidrolasas.
Las enzimas celulasas no son una sola enzima, sino que constituyen un complejo enzimático, el cual
está formado por varias enzimas, entre ellas: endo ß-1-4 glucanasas (ß-1-4 glucan glucano hidrolasa,
carboximetil celulasa ó Cx celulasa); exo ß1-4- glucanasas (exo celobiohidrolasa, ß1-4- glucanglucanohidrolasa ó C1 celulasa); exo ß1-4- glucosidasas (1,4 ß glucan glucohidrolasa); celobiasas (ß
glucosidasas ó glucohidrolasa); celulodextrinasas; etc.
La mayoría de los microorganismos celulolíticos del rumen se encuentran dotados de todas las enzimas
y por esa razón, la celulolisis puede ser total cuando se estudia en suspensiones con cultivos puros. Sin
embargo, se ha indicado que algunos microorganismos atacan solamente la forma nativa de la celulosa,
mientras que otros, considerados de baja actividad o pseudo celulolíticos, intervienen en el proceso de
degradación cuando la molécula de celulosa ha sido atacada previamente.
Interacciones de microorganismos en la degradación de la fibra
Para degradar la celulosa, los microorganismos se adhieren a las partículas de alimentos y reducen la
celulosa en fragmentos con formación de productos intermediarios que son metabolizados por otros
grupos microbianos. Los productos intermediarios de la degradación de la celulosa son, succinato,
hidrógeno y formiato. Los productos finales son acetato y butirato.
La fermentación completa de la celulosa se efectúa mediante la acción de una población mixta, que
comprende los siguientes grupos fisiológicos
•
•
Microorganismos Celulolíticos
Especies microbianas que fermentan los glúcidos producidos por la hidrólisis de la celulosa
57
•
•
Especies que degradan los compuestos como ácido succínico y ácido fórmico
Bacterias metanogénicas, que utilizan el hidrógeno metabólico o el formato para la formación de
CH4.
Las bacterias celulolíticas mas comúnmente aisladas y estudiadas son: Fibrobacter succinógenes,
Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminococcus albus, Ruminococcus flavefaciens, Clostridium
cellobiosparum, Clostridium lockheadii, Micromonospora ruminantium.
Algunos protozoos Entodiniomorfos tienen actividad celulolítica y juegan un papel importante en la
fermentación de la lignocelulosa. Polyplastrom multivesiculatum es el protozoo mas activo en la
celulolisis y su presencia puede incrementar hasta en un 10% la digestibilidad de la lignocelulosa.
Otros protozoos, Entodinium, están dotados de una poliglucosidasa de tipo C
Otros protozoos con actividad celulolítica son, Eudiplodinium maggii, Epidinium ecaudatum. Los
protozoos Holotrichos Isotrichas y Dasytrichas, reducen la degradabilidad de la fibra.
Todos los hongos del rumen, aislados e identificados hasta el presente, son celulolíticos. Entre ellos
tenemos, Neocallimastix frontalis, Sphaeromonas comunis y Piromonas comunis
Entre las diferentes especies y cepas de microorganismos celulolíticas existen numerosas Inter.relaciones metabólicas y asociaciones. Cada especie se caracteriza por una forma particular de penetrar,
atacar y colonizar el vegetal. Así, por ejemplo, R. Flavefaciens penetra al vegetal por las zonas
dañadas, pero se adhiere a las células de la pared celular del vegetal para producir la degradación del
mismo.
Otros microorganismos se adhieren más rápidamente a la epidermis del vegetal, esclerénquima, floema
y mesófilo, pero no degrada la pared celular a través del esclerénquima. La presencia de grandes
concentraciones de lignina en la pared celular inhibe tanto la adhesión como la digestión.
En sentido general, se puede señalar que los primeros organismos que se adhieren a la fibra
proporcionan las condiciones para el ataque por los otros. La colonización de la fibra en el rumen es
rápida y ocurre en minutos.
58
Celulosa
Fibrobacter
Fragmentos de celulosa
Fibrobacter
Selenomonas
CO2
Propionato
+
Acetato
+
CO2
+
Acetato
+
Formato
Acetato
+
CO2
+
H2
+
succinato
CH4
CO2
CO2
Figura 4. Interacciones entre Fibrobacter succinógenes y Selenomonas ruminantium en el proceso de fermentación de
la fibra
Factores que modifican la celulolisis ruminal
La degradación de los componentes estructurales de la pared celular es extremadamente variable y
depende de varios factores, entre ellos.
•
•
•
•
•
•
•
Inherentes al vegetal.
Naturaleza de los carbohidratos estructurales, edad del vegetal, origen botánico de la planta,
contenido de lignina, tipo de tejido predominante, parénquima, esclerénquima, estado vegetativo,
aspectos estructurales del vegetal.
Referente a la ración
Naturaleza y cantidad de proteína en el alimento
Disponibilidad en minerales, los cuales condicionan directamente la actividad y el potencial
enzimático
Contenido de carbohidratos de fácil fermentación
Estado físico del alimento, tratamientos tecnológicos, acción de agentes químicos o biológicos, etc
Cualquier factor que modifique la temperatura y el pH de acción de las enzimas celulasas o interfiera
en la formación del complejo enzima- sustrato (ES)
Nivel de lignificación de las plantas
Cuando las plantas que ingieren los animales son jóvenes, los microorganismos pueden obtener todos
los nutrimentos necesarios para cubrir requerimientos, pero a medida que esta envejece aumenta la
necesidad de tejidos de sostén y con ellos aumenta el contenido de carbohidratos estructurales, y de
lignina., disminuye el contenido vegetal. No solamente ocurren cambios en la cantidad de los
componentes químicos, sino que también ocurren cambios en la disposición espacial de los
componentes y la formación de enlaces entre ellos.
59
La lignina y las hemicelulosas forman un enrejado que aísla a la celulosa. Esto disminuye la superficie
posible de ataque a la celulosa por parte del complejo enzimático celulasas.
Los materiales lignocelulósicos presentan grados de digestibilidad diferentes en dependencia con la
relación lignina/ celulosa que presente. Un ejemplo se muestra en la siguiente tabla. Las gramíneas
templadas, que presentan un menor contenido de lignina, tienen una mayor digestibilidad.
Tabla 1. Digestibilidad de la celulosa en diferentes materiales
Material
Digestibilidad, %
Proporción lignina/celulosa
Alfalfa
Gramíneas templadas
Gramíneas tropicales
Papa
Papel
Madera
Vegetales
40-60
48-90
30-60
40-60
20-99
0-40
90-100
0.18-0.30
0.08-0.20
0.11-0.24
0.10-0.26
0.20-0.50
0.30-0.60
0-0.05
Las diferentes especies microbianas del rumen actúan, preferentemente, sobre un sustrato con
especificidad relativa. Esta característica se encuentra estrechamente relacionada
con los
requerimientos nutricionales de cada especie, y con el grado de lignificación y contenido celular de los
vegetales. Por ejemplo, Ruminococcus albus y Fibrobacter succinógenes solubilizan en mayor
proporción el heno de Teff en relación a Butyrivibrio fibrisolvens, mientras que Fibrobacter
succinógenes hace una mayor degradación de la mezcla de gramíneas.
Tabla 2. Solubilización de paredes celulares de plantas por bacterias del rumen
Microorganismo
Sustrato
Butyrivibrio fibrisolvens
Heno de Teff
Mezcla de gramíneas
Paja de Barley
Heno de Teff
Mezcla de gramíneas
Paja de Barley
Heno de Teff
Mezcla de gramíneas
Paja de Barley
Heno de Teff
Mezcla de gramíneas
Paja de Barley
Ruminococcus albus
Ruminococcus flavefaciens
Fibrobacter succinógenes
Solubilización de paredes, %
25
31
20
74
42
26
63
30
35
80
61
42
Nivel de carbohidratos solubles de la dieta
Para asegurar una actividad normal de la microflora y para que exista una buena actividad celulolítica
en la dieta, deberá estar presente cierta cantidad de carbohidratos solubles o fácilmente fermentables.
Pequeñas cantidades de éstos carbohidratos producen un aumento en la digestibilidad de la celulosa,
pero cantidades muy grandes la deprimen. Se aduce que estas diferencias en digestibilidad se debe a un
aumento en la proliferación de los organismos que utilizan estos carbohidratos y producen un
incremento en la fermentación de los mismos, con un consecuente cambio en el pH (disminución) y en
el patrón de fermentación. Esto afecta el normal desarrollo de los microorganismos celulolíticos, y por
60
ende, la actividad de las enzimas también disminuye. Se debe señalar que generalmente, los pastos a la
edad en que aproximadamente se debe utilizar, alrededor de 6-7 semanas de edad, presentan cantidades
adecuadas de carbohidratos fácilmente fermentables.
Nivel de nitrógeno de la dieta
Uno de los Nutrientes más limitantes en la utilización de la fibra es el nitrógeno. La deficiencia de
nitrógeno disminuye la digestibilidad de la fibra, ya que las bacterias necesitan de este nutriente para
sintetizar las enzimas necesarias para su crecimiento y metabolismo. Además la formación del conjunto
de enzimas que constituyen el complejo celulasas requieren un gasto de energía y nitrógeno alto.
Utilización del nitrógeno no proteico (NNP)
Se conoce que para cubrir los requerimientos de nitrógeno los organismos celulolíticos necesitan que
parte del nitrógeno esté en forma de NNP, porque aunque ellos requieren de aminoácidos que le son
esenciales, pueden utilizar el amoníaco (NH3) para sintetizar sus aminoácidos. Asimismo se ha
encontrado que parte del nitrógeno total de la dieta debe encontrarse en forma de proteína verdadera, ya
que ésta produce un efecto beneficioso en la digestión de la celulosa.
Se han utilizado numerosos compuestos para suministrar el nitrógeno que se requiere en las dietas. En
los últimos años se ha incrementado la utilización de compuestos que liberan NH3 en el rumen, como
una forma de suministrar el nitrógeno en la dieta. Los más utilizados se presentan en la tabla.
Todos estos productos tienen en común la presencia del grupo amonio (NH+ 4) o el amino (NH2), los
que se hidrolizan a NH3.
Uno de los componentes mas utilizados es la urea, la que se ha encontrado que produce un aumento en
la digestibilidad de la celulosa cuando se suministra a los animales que consumen alimento fibrosos de
baja calidad.
Es importante señalar que con los materiales fibrosos de baja digestibilidad la adición simultánea de
pequeñas cantidades de carbohidratos de fácil fermentación, ayuda a un mejor desarrollo de los
microorganismos ruminales. Los AGCC que se forman de la fermentación de los carbohidratos, junto
al NH3 contribuyen a la síntesis de proteína microbiana
La inclusión de urea incrementa la digestibilidad de la celulosa en la paja de trigo y mazorca de maíz.
Como se aprecia, los valores de inclusión de 50mg Urea/100ml de líquido ruminal, bajo condiciones in
vitro, no se traducen en una mayor degradación de la celulosa en la paja de trigo, aunque sí en la
mazorca de maíz. Esto nos conduce a informar que la suplementación con urea con el propósito de
incrementar la digestibilidad de la celulosa, depende de la fuente de celulosa específica, además de
otros factores como son el nivel de carbohidratos solubles de la ración.
La suplementación nitrogenada, ya sea en forma de nitrógeno no proteico (NNP) o de proteína
verdadera incrementa la digestibilidad y la eficiencia de utilización de los forrajes de baja calidad,
como resultado de un efecto directo en la población de microorganismos del rumen. Esta afirmación se
fundamenta en que los microorganismos del rumen degradan la urea a amoníaco y como resultado,
prolifera una amplia gama de microorganismos cuyos requerimientos simples de nitrógeno se cubren
por la presencia de NH3. El amoníaco así formado y las cadenas carbonadas presentes en el líquido de
rumen, provenientes del resto de la dieta, se utilizan para la síntesis de proteína microbiana.
61
La máxima síntesis de proteína microbiana en el rumen se alcanza cuando la concentración de
amoníaco se encuentra entre 5-8 mg/100ml. A su vez, estos niveles de amoníaco se alcanzan cuando la
concentración de proteína bruta (PB) en la dieta es de aproximadamente 12 %. Sin embargo, resulta
evidente que los microorganismos del rumen requieren de fuentes de proteína verdadera, aminoácidos,
péptidos y otras formas nitrogenadas. Los aminoácidos aportan las cadenas carbonadas para la síntesis
de ácidos grasos volátiles en el rumen, fundamentalmente, de cadena ramificada o isoácidos conocidos
como ácido isobutírico, ácido isovalérico y ácido 2-metilbutirato Es bueno señalar que solo los tres
aminoácidos de cadena corta ramificada (valina, leucina e isoleucina), permiten la producción de estos
isoácidos.
Las vitaminas del complejo B también actúan como activadores en el proceso de degradación de la
celulosa en el rumen. Así en investigaciones que se realizaron bajo condiciones in vitro, se demostró
que la mezcla de ácido valérico, Biotina, ácido para amino benzoico (PABA) y vitamina B12,
producen incrementos en la digestibilidad de la celulosa. Igualmente, el uso de productos
biofermentados con base a levaduras también incrementa el número de microorganismos celulolíticos
y la actividad de las enzimas secretadas por los mismos.
Tabla 3. Efecto de la urea en la actividad celulolítica ruminal
% digestibilidad de la celulosa
Tratamiento
Paja de trigo
Mazorca de maíz
Control
Control + 5mg Urea/100ml
Control + 10mg Urea/100ml
Control + 25mg Urea/100ml
Control + 50mg Urea/100ml
30.3
31.6
32.5
36.6
36.6
19.9
21.2
24.7
25.7
29.9
*
* 2g de paja + líquido de rumen
Tabla 4. Efecto de la urea en la actividad celulolítica del rumen
Medida
Paja sola
Paja + Urea
Paja + Urea + Sacarosa
Consumo de MS, Kg/día
Digestibilidad de la MS, %
Digestibilidad de la celulosa, %
Proteína bacteriana, mg/100ml
Amoníaco ruminal, mg/100ml
2.06
31.1
50.0
11.3
1.8
2.54
45.4
59.5
17.8
18.2
2.35
40.9
56.3
18.8
10.5
Tabla 5. Efecto de las vitaminas en la digestibilidad de la celulosa
Adiciones al medio de cultivo
Biotina y PABA
Ácido Valérico
Ácido valérico + Biotina
Ácido valérico + PABA
Ácido valérico +Biotina + PABA
Ácido valérico +Biotina + PABA + B12
Líquido de rumen centrifugado
% digestibilidad de la celulosa
22.8
41.8
44.3
36.4
56.9
54.6
61.4
62
Los rumiantes pueden ser capaces de utilizar diferentes fuentes de NNP. A continuación se presentan
algunas de las fuentes.
Tabla 6. Fuentes de NNP para rumiantes
Fuentes
Acetato de amonio
Bicarbonato de amonio
Carbonato de amonio
Formiato de amonio
Lactato de amonio
Solución de poli fosfato de amonio
Sulfato de amonio
Biuret puro
Biuret comercial (alimento)
Fosfato di básico de amonio
Dicianodiamino
Glutamina
Glicina
Guanidina
Fosfato monobásico de amonio
Sarcosina
Urea pura
Urea comercial (alimento)
Fosfato de urea
Fórmula
NH4 CH3 CO
NH4 CO3
(NH4 )CO3
NH4 H CO3
NH4 CH3 CHOHCO2
(NH4 )2SO4
NH2 CONHCONH2 H2 O
(NH4)2HPO4
NH2CO(:NH)NHCN
NH2CO(NH2)2CHNH2CO2H
NH2CH2CO2H
NH:C(NH2)2
NH4H2PO4
CH3NHCH2COOH
(NH2)2CO
(NH2)2COH2PO4
Contenido de N, %
18
18
36
22
13
9-11
21
40.8
37
21
67
19
19
71
12
15
46.7
42-45
17.7
Conclusiones
Los animales rumiantes están preparados para degradar los materiales fibrosos debido a que presentan
una variada población microbiana en el rumen capaz de segregar enzimas celulasas. La importancia de
manipular esa población y liberar la energía que potencialmente se encuentra dentro de la molécula de
celulosa es una de las acciones que requiere mayor destreza dentro de la fisiología ruminal.
La acción de las enzimas celulasas se puede afectar por numerosos factores, tales como adsorción de la
enzima al sustrato, inactivación de la enzima con el tiempo, pH, temperatura, concentración de
nitrógeno, inhibición de la enzima con el tiempo de la reacción, presencia de proteasas producidas por
microorganismos, entre otros.
Bibliografía a consultar
•
•
•
•
The rumen and its microbes. Hungate, R.E. 1966. New York: Academic Press. Book
The roles of protozoa and fungi in ruminant digestion Editors. Armidale, NSW. 2351, Australia:
Penambui Books
The rumen bacteria of animal fed on a high molasses urea diet. Elías, A. 1971. Thesis Ph.D.
Aberdeen. UK.
Efecto de la Zeolita en la población de bacterias celulolíticas y su actividad en el rumen de
animales que consumen ensilaje. Galindo, J. 1988. Tesis Dr Ciencia Veterinarias. Instituto de
Ciencia Animal, La Habana, Cuba.
63
Microecología del tracto gastrointestinal de monogástricos.
Dr. Ramón Boucourt
Contenido
Introducción.............................................................................................................................................................................64
1. Principios ecológicos. ..........................................................................................................................................................65
2. Microecología del tracto gastrointestinal.............................................................................................................................66
2.1. Composición de la microflora del TGI. ........................................................................................................................67
2.2. Desarrollo de la microflora intestinal. .........................................................................................................................68
2.3. Papel de la microflora en el TGI. .................................................................................................................................68
2.4. Factores que afectan la correlación microbiana..........................................................................................................70
2.4.1. Factores alogénicos. .............................................................................................................. 70
2.4.2. Factores autogénicos. ............................................................................................................ 72
3. La microflora del TGI y desórdenes intestinales. ................................................................................................................73
4. Influencia de la microflora intestinal para el hospedero ......................................................................................................74
Conclusiones............................................................................................................................................................................75
Introducción
El tracto gastrointestinal (TGI) está habitado por una microflora diversa con más de 500 especies
diferentes, varias de las cuales ejercen efectos positivos sobre el hospedero y que hoy en día son
denominadas bacterias probióticas.
La flora bacteriana intestinal de los animales domésticos juega un importante papel en la absorción e
ingestión del alimento ingerido por el hospedero. Ellas intervienen en el metabolismo de los nutrientes
de la dieta tales como: carbohidratos, lípidos, minerales, así como en la síntesis de vitaminas. Además
de este efecto fisiológico en la nutrición, las bacterias brindan protección contra ciertas enfermedades e
infecciones mediante la supresión del crecimiento de microorganismos patógenos.
Las infecciones gastrointestinales constituyen uno de los principales problemas de salud que afectan, a
nivel mundial, tanto a los animales como a los niños y adultos. De ahí que, el establecimiento de una
microflora intestinal completa es esencial para un buen estado y funcionamiento del TGI. Por lo tanto,
64
es sumamente necesario conocer todos los mecanismos y relaciones que se establecen en el ecosistema
del TGI para poder mejorar la calidad de vida del ser humano y de los animales.
La Ecología Microbiana es la ciencia que se dedica al estudio de este ecosistema altamente complejo, el
cual constituye el tema de análisis abordado en esta conferencia. Para ello, primeramente haremos un
breve recuento de los aspectos más importantes de la ecología moderna para posteriormente abundar en
la ecología del TGI.
1. Principios ecológicos.
La ecología microbiana abarca todo lo concerniente con las interrelaciones que se establecen entre los
microorganismos y el ambiente en que estos se desarrollan (Alexander, 1971).
El complejo de organismos en un ambiente específico y los factores abióticos con los cuales estos
organismos están asociados son conocidos como un ecosistema. El ecosistema incluye el ensamblaje de
especies y los constituyentes orgánicos e inorgánicos caracterizando el sitio en particular. Cada
ecosistema diferente tiene una colección de organismos y componentes abióticos únicos para él.
Los organismos que habitan un sitio dado constituyen una comunidad. Dentro de esta es posible
distinguir varias categorías de microorganismos. Los verdaderos habitantes, frecuentemente designados
como especies indígenas o autóctonas, son nativos del lugar y en una etapa u otra ellos crecen, se
multiplican y contribuyen al metabolismo de la comunidad. La mera presencia de una especie en
particular por sí misma no garantiza que esta sea un miembro permanente o funcional de la comunidad.
Muchos microorganismos son fácilmente diseminados y muchos invasores o alóctonos se originan en
cualquier parte y pueden ser transportados a un ambiente en estado vegetativo o resistente. Ciertas
especies no indígenas pueden crecer por cortos períodos de tiempo debido ha que son depositados en su
nuevo domicilio temporal con nutrientes o tejidos derivados de su viejo ambiente y algunos son capaces
de explotar una parte de los recursos del nuevo hábitat.
En la comunidad existe una especie dominante que es la que exhibe la mayor talla poblacional aunque
frecuentemente las comunidades contienen 2 o más codominantes. Cada microorganismo ocupa un
hábitat determinado, el cual está dado por el espacio físico que ocupa en el ecosistema. El papel que
65
juega cada microorganismo en su hábitat se denomina nicho. El nicho no es una connotación de la
posición de un organismo sino más bien de la función que este desempeña en la comunidad.
2. Microecología del tracto gastrointestinal.
Después del tracto respiratorio, el TGI constituye la mayor superficie del cuerpo (250-400m2) que
comunica a este con el mundo exterior y es habitado por una rica microflora con más de 500 especies
bacterianas diferentes, muchas de las cuales ejercen importantes funciones en el organismo. Estas
bacterias pueden ser clasificadas en dos tipos: aquellas nativas del lugar denominadas indígenas y otras
capaces de vivir por cortos períodos de tiempo denominadas microorganismos transientes. Por ejemplo,
nuestro cuerpo contiene 10 veces más bacterias indígenas protectoras que células eucariotas y se ha
sugerido que la misma pudiera ser considerada como parte del cuerpo humano.
La microflora que habita el tracto gastrointestinal forma un ecosistema altamente complejo que a pesar
de ser abierto es muy estable (Jonsson, 1985, Fuller, 1989). Existen interacciones entre el animal y su
microflora y entre los microorganismos que componen esta última. Aquí se cumplen los dos postulados
de la ecología bacteriana: la inoculación de especies exóticas no puede cambiar el número y la
composición de un ecosistema abierto; y la composición de número y la composición dentro de la
microflora pueden ser cambiados por variaciones en el ambiente (Hungate, 1984). Según el autor el
número de la microflora intestinal puede cambiar en el tiempo sin que ocurra una variación discernible
en el ambiente. Es decir, las condiciones no son estáticas sino que fluctúan. Las cepas mutantes
aparecen constantemente, algunas encuentran un nicho y reemplazan a otras, más tarde estas son
reemplazadas y así sucesivamente.
En el TGI las bacterias se encuentran provistas de un suplemento constante de nutrientes y mantenidas a
una temperatura estable por el hospedero. Ellas tienen que luchar contra el lavado que efectúa el flujo de
la digesta, contra los mecanismos de defensa del hospedero y competir con otros microorganismos por
nutrientes y espacio (Jonsson, 1985). Cuando el alimento es ingerido, el oxígeno también puede entrar al
sistema y ser consumido por la microbiota de la parte anterior del tracto. Aunque la anaerobiosis
incrementa hacia las secciones posteriores de este, aquellos microorganismos que están estrechamente
asociados con el epitelio pueden disponer del oxígeno, el cual difunde desde la sangre.
66
Las bacterias pueden ser encontradas viviendo libremente en el lumen, unidas a las partículas del
alimento o al epitelio. La unión al epitelio puede ser por asociación con el mucus o por la adhesión
verdadera a las células del epitelio escamoso estratificado o al epitelio columnar (Savage, 1980).
Aquellas bacterias que viven libremente en el intestino pueden permanecer aquí siempre y cuando su
velocidad de crecimiento sea mayor o igual a la velocidad de pasaje de la digesta, de lo contrario son
expulsadas al exterior. La unión al epitelio constituye un recurso que le permite al microorganismo
mantenerse en el intestino aún a una velocidad de multiplicación baja, así como, tener acceso a otros
nichos.
2.1. Composición de la microflora del TGI.
El número y la composición de la microflora varían considerablemente a lo largo del TGI (Salminen et
al., 1998). El conteo de bacterias totales en el contenido gástrico está por debajo de 103/g, debido al pH
ácido del lumen. En el intestino delgado el número oscila entre 104/g a 107/g en la región ileocecal, los
principales factores limitantes del crecimiento aquí son el rápido tránsito de la digesta y la secreción de
bilis y jugo pancreático. El intestino grueso constituye el sitio ideal para el crecimiento microbiano.
Varios cientos de especies se encuentran presentes con un número típico de alrededor de 1011-1012/g.
En los organismos saludables la microflora se encuentra en un estado de balance denominado eubiosis,
lo que le permite crecer en una simbiosis beneficiosa con el hospedero. Según Gedek (1989) existen tres
tipos de microflora que caracterizan el estado eubiósico de la flora gastrointestinal de los animales de
granja.
•
Flora principal: representa más del 90% de la flora total, principalmente anaerobios obligados,
predominan las bacterias formadoras de ácido láctico: Bifidobacterium y Lactobacillus y las
formadoras de ácidos grasos de cadena corta (AGCC): Bacteriodiceae y Eubacterium.
•
Flora satélite o secundaria: ocupa menos del 1%, son anaerobios facultativos, fundamentalmente
E. coli y Enteroccoci.
•
Flora residual o secundaria: representa menos del 0,01%. Se ubican aquí: Clostridium, Proteus,
Staphilococcus, Pseudomonas, levaduras del género Cándida, bacterias no patógenas y
facultativas
67
Cualquier cambio del balance a favor de la flora secundaria o remanente trae consigo un estado
desbalanceado denominado disbiósico el cual afecta el funcionamiento del organismo. La composición
de la flora gastrointestinal humana ya establecida en un individuo sano aparece en la tabla 1.
Tabla 1. Composición de la flora normal del tracto gastrointestinal (Salminen et al., 1995).
Microorganismos
Microorganismos (UFC/ml oUFC/g)
Estómago
Yeyuno
Ileon
Colon
Conteo total
Bacteroides
Bifidobacterium
Lactobacilos
Estreptococos (anaerob)
Clostridios
Eubacterias
0-103
0-103
-
0-105
0-103
0-104
0-103
0-103
-
103-109
0-103
103-109
102-105
102-106
102-104
-
1010-1012
103-107
108-1011
104-109
1010-1012
106-1011
109-1012
Enterobacterium
Estreptococos (aerobio)
Levaduras
0-102
0-103
0-102
0-103
0-104
0-102
102-107
102-105
102-104
104-109
104-109
104-106
- No detectados o muy raramente.
2.2. Desarrollo de la microflora intestinal.
La formación de la microflora intestinal normal comienza en el nacimiento cuando el recién nacido es
contaminado por los microorganismos del tracto urogenital de la madre. Las bacterias comienzan a
aparecer en las heces en los primeros días de vida. Los primeros microorganismos son usualmente
microaerofílicos y aerobios lactobacilos, estreptococos y otras bacterias productoras de ácido
(Mikelsaar y Mändar, 1993). Escherichia coli y enterococos son aislados frecuentemente en meconio.
Bacteroides y Bifidobacterium colonizan el intestino dentro de unos pocos días (Lejeune et al., 1984).
Después del nacimiento, el tracto gastrointestinal desarrolla una compleja y diversa microbiota con un
perfil de bacterias anaerobias dominantes el cual es alcanzado dentro de los primeros cuatro años de
vida (Mikelsaar y Mändar, 1993).
2.3. Papel de la microflora en el TGI.
El principal papel de la microflora intestinal es salvar la energía de los carbohidratos no digeridos en el
intestino superior, a través de la fermentación (Salminen et al., 1998). Los principales sustratos para la
68
fermentación son los carbohidratos de la dieta que escapan a la digestión por las enzimas del
hospedero, estos incluyen almidones resistentes, polisacáridos no almidonados (celulosa, hemicelulosa,
pectina y gomas), oligosacáridos no digestibles, varios azúcares y azúcares-alcoholes (Cummings et al.,
1997).
Los principales productos de esta fermentación son los ácidos grasos de cadena corta (AGCC)
fundamentalmente acetato, propionato y butirato los cuales constituyen los principales aniones en el
intestino. Otros productos finales de la fermentación de los carbohidratos incluyen lactato, etanol,
succinato, etc. Los AGCC son rápidamente absorbidos del intestino y estimulan la absorción de sales y
agua. Ellos son entonces metabolizados principalmente por el epitelio intestinal, hígado y músculo con
virtualmente ninguna aparición en la orina y pequeñas cantidades en las heces. Una de sus propiedades
más importantes la constituye su efecto trófico en el epitelio, siendo el butirato el más efectivo en este
sentido.
El acetato es el principal AGCC en el intestino. Este es tomado por el epitelio y aparece en la sangre
portal, posteriormente pasa a través del hígado a los tejidos periféricos donde es metabolizado por el
músculo. Esta constituye la principal ruta por la cual el cuerpo obtiene energía de los carbohidratos no
digeridos y absorbidos en el intestino delgado. En las especies rumiantes, el propionato es el principal
precursor de la glucosa pero este no es un papel importante en especies como el hombre. En
experimentos in vitro el propionato inhibe la entrada de acetato en la vía de síntesis de colesterol, y en
ratas y cerdos, la inclusión de propionato en la dieta disminuye los niveles de colesterol en sangre, pero
en humano existen muy pocos reportes de que esto ocurra (Stephen, 1994). El butirato es el más
interesante de loa AGCC, además de su efecto trófico en la mucosa, constituye la principal fuente de
energía para el epitelio del colon y regula el crecimiento y la diferenciación celular (Salminen et al.,
1998).
Las proteínas y aminoácidos también son efectivos como sustratos de crecimiento de las bacterias del
colon. Estos incluyen elastina, colágeno y albúmina, proteínas bacterianas liberadas luego de la lisis
celular, enzimas pancreáticas, células epiteliales descamadas y mucina, entre otros. Como productos
finales del metabolismo bacteriano de las proteínas se encuentran los ácidos grasos de cadena
ramificada como el isobutirato, isovalerato y otros productos como aminas, indoles, fenoles, amoníaco,
los cuales pueden tener propiedades tóxicas para el organismo (Macfarlane & Marcfarlane, 1995).
69
La microflora también influye sobre el metabolismo de los lípidos. Se conoce que las bacterias
sintetizan ácidos grasos de novo y modifican los ingeridos en la dieta. Por otra parte, desconjugan las
sales biliares, disminuyendo de esta forma su absorción, afectando por tanto, el metabolismo del
colesterol, lo que provoca la disminución de sus niveles en sangre, aspecto este ventajoso para el
hospedero. Sin embargo, otros autores plantean también que los ácidos desconjugados pueden ejercer
efectos nocivos como son: la inhibición de las funciones de las células mucosales incluido el transporte
activo de los azúcares y aminoácidos.
En adición a su papel fermentativo, los microorganismos intestinales pueden contribuir a la salud de
otras maneras. El desarrollo de esta microflora provee las bases para una barrera que previene la
invasión del tracto gastrointestinal por microorganismos patógenos, por otra parte, las bacterias
intestinales están involucradas en la síntesis de vitaminas (especialmente vitamina B y K) y en el
metabolismo de xenobióticos. En los últimos años ha tenido un gran impacto el hecho de que los
microorganismos indígenas promuevan la estimulación del sistema inmune en el TGI (Perdigón et al.,
1995).
2.4. Factores que afectan la correlación microbiana.
La microflora del TGI está sujeta a diversos factores los cuales influyen en su composición y número,
ya sea por restricción del crecimiento de unos microorganismos o por favorecer este en otros. Estos
factores pueden ser agrupados en dos grupos: alogénicos y autogénicos (Savage, 1984). Los primeros
son aquellos que están relacionados con el hospedero mientras los segundos están vinculados a la propia
microflora.
2.4.1. Factores alogénicos.
Entre los factores incluidos en este grupo se encuentran:
Estrés: Según Ito (1981) se entiende por estrés al conjunto de reacciones las cuales son causadas por
múltiples hormonas secretadas bajo la influencia de estresores,
los cuales pueden ser de origen
biológico (inanición, fatiga bacterias), físico (calor, frío), químicos entre otros. Estas hormonas
secretadas alteran las condiciones fisiológicas del organismo, afectando por lo tanto, la flora intestinal
del mismo. Susuki et al., (1989) sometieron pollos a un estrés calórico y demostraron que este ejercía
70
cambios en la composición de la flora del TGI
favoreciendo el desarrollo de microorganismos
patógenos.
pH: Cada microorganismo requiere de condiciones específicas para su óptimo desarrollo y crecimiento,
y una de ellas es el pH. Se conoce que a valores bajos de pH la mayoría de las bacterias entéricas
mueren, debido a la destrucción de las enzimas o a la pérdida de la función de las mismas, así como a
afectaciones en el transporte intracelular (Newman y Jackes, 1995). Las bacterias ácido lácticas son las
más resistentes. Si se obstruye la secreción de HCl, entonces el número de bacterias capaces de pasar
hacia el intestino delgado incrementa. En el intestino grueso donde los niveles de pH son mayores, se
favorece el desarrollo de los microorganismos.
Dieta: El tipo de dieta es uno de los factores que controla grandemente la composición de las especies
microbianas presentes en TGI (Salminen et al., 1995). Así por ejemplo, la flora fecal de los bebés
alimentados con pecho es dominada por bifidobacterias, en contraste con los bebés alimentados con
fórmulas que presentan una microbiota más compleja compuesta de bifidobacterias, bacteroides,
clostridios y estreptococos, todos dominantes. Muchos estudios se han realizado, en los cuales se
compara la composición de la flora intestinal entre individuos con diferentes hábitos alimentarios
encontrándose diferencias en cuanto al número de microorganismos
Edad: En dependencia de la edad del individuo varían las características fisiológicas del mismo y esto, a
su vez, repercute en la microflora. Cuando se explicaba como se desarrolla la flora gastrointestinal se
mencionaba como durante los primeros cuatro años de vida, la microflora intestinal se iba desarrollando
progresivamente hasta alcanzar un perfil típico del estado adulto. Bertazzoni-Minelli et al., (1993)
estudiaron la relación entre la composición fecal y la edad en la mujer. En las mujeres posmenopáusicas
las muestras fecales contenían más hongos, clostridios y lactobacilos cuando se comparaban con
muestras de mujeres fértiles, sugiriéndose que los patrones esteroides pueden influir en la flora fecal.
Sistema inmune: Este tiene probablemente como efecto más importante en el TGI la producción de IgA,
una inmunoglobulina que posee un componente secretorio, el cual le permite la asociación con el mucus
del epitelio y le confiere resistencia a la degradación enzimática. Esta IgA actúa cubriendo la superficie
de la bacteria, impidiendo de esta forma la adhesión de las mismas al epitelio y facilitando su
identificación por células fagocíticas.
71
Peristalsis: Es un factor importante que permite al hospedero mantener la microflora en un rango
determinado. Una detención de este movimiento provocaría un sobrecrecimiento de las bacterias en el
intestino, lo que conllevaría severos problemas para el hospedero como son: mala absorción de lípidos,
daños a la mucosa etc.
Antibióticos: La terapia antimicrobiana induce rápidos y profundos cambios en la microflora intestinal
(Salminen et al., 1995). Los antibióticos no son selectivos, por lo que el uso de los mismos daña la flora
protectora y predispone a enfermedades posteriores (Bengmark, 1998). Varios estudios indican que el
desarrollo de infecciones sépticas con especies gram-negativas aerobias está precedido por el uso de
antibióticos (Bennet et al., 1987). Se ha observado que la diarrea asociada a C. Difficile ocurre como una
secuela al tratamiento de antibióticos como metronidazol y vancomicina (Bennet et al., 1996).
2.4.2. Factores autogénicos.
Los factores autogénicos, los cuales permiten la autorregulación de la microbiota son menos entendidos.
Entre ellos se encuentran:
Competencia por nutrientes: La hipótesis que se refiere a la competencia por nutrientes como
responsable para la exclusión de microorganismos no indígenas está basada en una serie de
observaciones que indican que los mecanismos de control de las poblaciones bacterianas en el intestino,
concuerdan con la teoría del quimiostato, la cual plantea que en una mezcla de bacterias en un cultivo de
flujo continuo, las mismas compiten por los nutrientes esenciales para el crecimiento (Hentges, 1992).
En 1983, Freter et al., demostraron que la multiplicación de E. coli, Fusobacterium spp y Eubacterium
spp fue grandemente suprimida cuando los microorganismos fueron inoculados individualmente en un
filtrado de un cultivo continuo
de flora cecal de ratones. El principal factor limitante de la
multiplicación de estos microorganismos fue la escasez de una fuente de carbohidratos utilizable.
Producción de metabolitos inhibidores: Existen evidencias de que los metabolitos tóxicos tales como:
H2S, ácidos biliares libres, AGCC, H2O2, amonio, proteínas antimicrobianas impiden el desarrollo de las
bacterias patógenas ya sea por actuar directamente sobre los microorganismos o por crear condiciones
ambientales desfavorables a este como son la disminución del pH y del potencial redox. Se sabe que
los AGCC son tóxicos para las bacterias gram (-) (Newman et al., 1990).
72
Competencia por los sitios de asociación: Para sobrevivir en el ecosistema del tracto, muchos
microorganismos están obligados a asociarse con la mucosa intestinal. Según Fuller (1990), esta unión
permite a los microorganismos impedir que sean lavados del intestino por el flujo peristáltico. Se ha
planteado que dos o más cepas bacterianas que compiten por un mismo nutriente limitante pueden
coexistir si la cepa menos eficiente metabólicamente encuentra algún sitio de adhesión disponible en el
epitelio (Freter et al., 1983). Existen evidencias de que las bacterias ácido lácticas tienen la habilidad de
competir exitosamente por sitios de adhesión con patógenos como E. coli (Newman y Jacques, 1995).
No todas las relaciones que se producen son adversas, sino que también se desarrollan relaciones de
cooperación como por ejemplo: un microorganismo convierte un sustrato no disponible a otro
microorganismo, en un producto que si puede ser asimilado por este último. Tal es el caso de las
bacterias celulolíticas que descomponen la fibra hasta glucosa, la cual si puede ser degradada por las
demás bacterias del intestino. Además, muchos microorganismos sintetizan vitaminas que pueden ser
aprovechadas por otros que también la necesitan pero no son capaces de producirlas. Todas estas
interrelaciones hacen posible la regulación de la microflora intestinal de forma tal que esta se mantenga
en condiciones de equilibrio.
3. La microflora del TGI y desórdenes intestinales.
Una variedad de cambios en la flora intestinal normal han sido descritos durante los desórdenes
intestinales (Tabla 2). Los principales patógenos causantes de esta infecciones son virus y bacterias
tales como E. Coli, Campilobacter sp, Vibrio cholerae, S. aureus, Bacillus cereus, Clostridium
perfringens, Salmonella sp, Shigella sp entre otras. Estos microorganismos pueden secretar
enterotoxinas o invadir la pared intestinal.
Tabla 2. Ejemplos de diferentes desórdenes intestinales y cambios ocurridos en la microflora intestinal.
(Salminen et al., 1995).
Desorden
Colitis pseudomembranosa
Diarrea aguda
Diarrea crónica
Costipación
Gastritis
Cambio característico en la microflora fecal
Sobrecrecimiento de Clostridium difficile productor de toxinas.
Patógenos entéricos o virus en heces.
Decrecen los anaerobios totales e incrementan los anaerobios facultativos.
Decrecen las bacterias productoras de ácidos.
Helicobacter pylori en la mucosa gástrica.
73
Radioterapia pélvica/colitis
Invasión de bacterias intestinales a la mucosa.
Un interesante estudio fue realizado con niños de Kenya en el cual se compara la composición de la
microflora intestinal y otras características en niños aquejados de diarrea infecciosa y una vez
recuperados (Tabla 3). Los datos demuestran como se afecta la microflora intestinal durante el
transcurso de la infección, con una disminución de la flora protectora.
Tabla 3. Características físico-químicas y microorganismos de muestras fecales en niños de Kenya
durante la diarrea y después de recuperados (Salminen et al., 1995).
Característica
ph
Contenido de agua
AGCC
Acidos biliares
Conteo total de anaerobios
Conteo total de aerobios
Conteo de lactobacilos
Conteo de bacteroides
Recuperados
5.4
60%
Solamente pocos tipos
Conjugadas primarias
Alto
Bajo
Alto
Alto
Diarrea
6.8
85%
Varios tipos
Libres secundarias
Decrece
Incrementa
Decrece
Decrece
4. Influencia de la microflora intestinal para el hospedero
El uso de animales libres de gérmenes ha mostrado que la presencia de los microorganismos en el tracto
gastrointestinal provoca cambios en la morfología y función del tracto, así como cambios en la
fisiología del hospedero. En el TGI de los animales convencionales se ha observado un estado
inflamatorio benigno, con mayor cantidad de tejido conectivo en la lámina propia y mayor cantidad de
elementos retículos endoteliales en el intestino delgado que en los animales libres de gérmenes. La
estructura de las vellosidades es también modificada. Los animales libres de gérmenes tienen los vellos
más alargados (en forma de dedos) y más regulares. En estos animales además, las células mucosales
son más grandes y contienen mayores niveles de enzimas digestivas (Savage y Whitt, 1982). Estas
mismas células en los animales convencionales cambian su forma de columnar a más cuboides y el
borde de brocha está menos definido y con microvellosidades cortas. La velocidad de pasaje de la
digesta es mayor en este estado.
74
Por otra parte, la acidez y el potencial redox son más elevados en los animales libres de gérmenes, lo
cual afecta la absorción de minerales. El hierro se absorbe poco mientras el calcio es absorbido y
retenido a niveles superiores (Jonsson, 1985).
Conclusiones
•
La microflora del TGI forma un ecosistema abierto y de gran complejidad en el cual se cumplen los
principios de la ecología moderna.
•
El número de microorganismos incrementa a lo largo del TGI y la composición varía en las diferentes
partes. Las bacterias pueden ser encontradas en el lumen tanto de forma libre como adheridas a las
partículas del alimento o al epitelio.
•
Los microorganismos que habitan en el TGI realizan diversas funciones que pueden repercutir tanto
de forma negativa como positiva en el hospedero. Por lo que el estudio y comprensión de este ecosistema
es de gran valor para la salud y producción animal.
•
La microflora del TGI está regulada por dos tipos de factores: los que ocurren dentro de la propia
microflora y aquellos que son inherentes al hospedero.
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77
Sección II
Digestión y Asorción de Nutrientes
78
VI Metabolismo de los carbohidratos y absorción de los ácidos grasos volátiles
(AGV) en el rumen
Dra. Denia Delgado Fernández
Contenido
Introducción.............................................................................................................................................................................79
Los principales carbohidratos de las plantas............................................................................................................................80
Funciones de los carbohidratos................................................................................................................................................80
Carbohidratos no estructurales. ..........................................................................................................................................80
Carbohidratos estructurales ................................................................................................................................................81
Celulosa........................................................................................................................................... 82
Hemicelulosas ................................................................................................................................. 82
Sustancias pécticas.......................................................................................................................... 82
Lignina ............................................................................................................................................ 83
Digestión microbiana de los hidratos de carbono...............................................................................................................83
El metabolismo de los hidratos de carbono en los rumiantes. Formación de AGV.................................................................84
Formación de acetato. .........................................................................................................................................................85
Formación de propionato. ...................................................................................................................................................85
Formación de butirato.........................................................................................................................................................86
Metanogénesis .........................................................................................................................................................................86
Inhibidores de la metanogénesis ..............................................................................................................................................88
Metano.....................................................................................................................................................................................88
Interconversión de AGV en el rumen ......................................................................................................................................88
Succinato .............................................................................................................................................................................88
Patrón de fermentación ruminal...............................................................................................................................................89
Efecto del sustrato. ..............................................................................................................................................................90
Interrelación sustrato-PH-microorganismos.......................................................................................................................90
Utilización de los AGV ...........................................................................................................................................................91
Métodos para medir la producción de AGV en el rumen. .......................................................................................................92
Procesos fisiológicos que acompañan a la absorción..............................................................................................................92
Absorción de AGV ..................................................................................................................................................................93
Conclusiones............................................................................................................................................................................95
Bibliografía a consultar............................................................................................................................................................95
Introducción
Las partes aéreas de las plantas consisten en fracciones ricas en fibra que no pueden ser utilizadas por
el hombre porque no posee enzimas en su tracto digestivo capaces de romper los enlaces β que enlazan
los azúcares sencillos en grandes cadenas para formar los polisacáridos estructurales celulosa y
hemicelulosa.
Los herbívoros, especialmente los rumiantes, son los animales más efectivos en degradar los materiales
fibrosos debido a la estructura de su estómago donde habitan en su primera porción (rumen) una gran
variedad de microorganismos que producen las enzimas necesarias para digerir los compuestos fibrosos
y hacerlos aprovechables por el animal.
La fermentación de los carbohidratos en el rumen produce fundamentalmente ácidos orgánicos de
cadena corta (ácidos grasos volátiles, AGV) que son la principal fuente de energía de los rumiantes.
Además estos compuestos son precursores de la grasa y la lactosa de la leche.
79
Existen interacciones entre la dieta, el manejo, el PH ruminal y otros muchos factores que determinan
el patrón de fermentación que se establece en el rumen, lo cual influye grandemente en los indicadores
productivos de los animales.
El objetivo de esta conferencia está encaminado a profundizar en el conocimiento de la utilización de
los carbohidratos de las plantas por el rumiante, el metabolismo ruminal y la manipulación de los
patrones de fermentación con el fin de mejorar la eficiencia de los sistemas productivos tropicales.
Los principales carbohidratos de las plantas
Los carbohidratos son los compuestos más abundantes en las plantas. Ellos producen alrededor del 5080 % de la materia seca de los forrajes y son extremadamente importantes desde el punto de vista
nutricional, porque constituyen la fuente primaria de energía en las dietas de los rumiantes (Moore y
Hatfield, 1994).
La palabra “Carbohidrato” se deriva del francés “hidrate de carbone” y en un principio se aplicó a los
compuestos químicos neutros formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), en los que estos
últimos elementos se encontraban en proporciones iguales que en el agua. Esta definición todavía es
válida, pero en la actualidad se incluyen dentro del grupo cierto número de derivados de los azúcares y
sus polímeros.
Los carbohidratos según el número de moléculas que los componen se clasifican en:
Monosácaridos: Azúcares sencillos. La mayoría de los monosacáridos naturales se dividen pentosas (5
átomos de carbono) y hexosas (6 átomos de carbono). Se caracterizan por tener sabor dulce, son
solubles en agua y ópticamente activos. Los azúcares sencillos se pueden unir en grupos de dos
(disacáridos), de tres, (trisacáridos), etc.
Olisacáridos: (oligo = Poco). Son aquellas cadenas carbonadas formadas por la unión de un grupo de
monosacáridos. Pueden tener hasta alrededor de 20 residuos de azúcares.
Polisacáridos: Carbohidratos macromoleculares. Se clasifican de acuerdo con las clase de azúcar que
producen al ser hidrolisados. Por ejemplo, las glucosanas son polímeros formados por cadenas de
glucosa, las fructosanas, por cadenas de fructosa y así respectivamente. Entre los polisacáridos también
se encuentran las pectinas, gomas, mucílagos y sustancias similares
Heteropolisacáridos: Son polisacáridos mixtos que se producen por hidrólisis, son mezclas de
monosacáridos y productos derivados.
Funciones de los carbohidratos
Los carbohidratos en las plantas tienen las funciones primarias de servir como sustancias energéticas
de almacenamiento o como sostén en las estructuras rígidas de los vegetales, por lo que usualmente
se clasifican en carbohidratos estructurales y no estructurales.
Carbohidratos no estructurales.
80
La glucosa, fructosa y sacarosa y los polisacáridos de almacenamiento almidón y fructosanas son los
principales carbohidratos no estructurales presentes en los tejidos vegetales. Su concentración depende
de la especies de plantas y de factores ambientales que afectan el crecimiento de éstas (luz,
temperatura, estado nutricional). La sacarosa y otros azúcares solubles, generalmente, se encuentran en
concentraciones más altas en las leguminosas que en las gramíneas y en pastos templados que en pastos
tropicales
Estos carbohidratos son solubles en agua y representan una fuente de energía rápidamente disponible
para los microorganismos ruminales. El valor energético potencial de los carbohidratos es de 4 kcal de
energía/gramo aproximadamente. Los forrajes con altos niveles de CHO solubles usualmente son los
más digestibles.
El almidón es la principal sustancia de almacenamiento de energía en las plantas. Es un polisacárido
compuesto de unidades de α-D-glucosa y se presenta en dos formas: amilosa y amilopectina. La
amilosa es una cadena linear de unidades de α-D-glucosa unidas por enlace 1-4. Tiene un peso
molecular relativamente bajo, con menos de 2000 residuos de glucosa por molécula. La amilosa es
soluble en agua y toma una conformación helicoidal en solución. La amilopectina es una molécula
altamente ramificada con cadenas de α-D-glucosa unidas por enlaces 1-4 y 1-6. Es más pesada que la
amilosa y generalmente contiene entre 2,000 y 220,000 residuos de glucosa. La solubilidad del almidón
es variable en agua en dependencia de su contenido en amilopectina (Hacker, 1981).
Los carbohidratos de almacenamiento, según su naturaleza, permiten dividir las plantas por especies:
Las leguminosas tropicales y templadas (plantas C4) acumulan almidón y sacarosa. En las leguminosas
el almidón se almacena en hojas y tallos, pero en las gramíneas tropicales las altas concentraciones de
almidón se encuentran en las hojas. El almidón que se acumula en las hojas y tallos de las leguminosas
y gramíneas tropicales es poco soluble en agua y en el fluido ruminal. Las gramíneas templadas
(plantas C3) acumulan sacarosa y fructosanas más que almidón, fundamentalmente en los tallos.
La presencia de estos carbohidratos solubles incrementa la densidad de energética de la dieta, por lo
que mejora el suministro de energía en el rumen y determina la cantidad de proteína bacteriana
producida. Sin embargo, no estimulan la rumiación o la producción de saliva y cuando se encuentran en
exceso pueden inhibir la fermentación de fibra (Wattiaux y Armentano, 1996).
Carbohidratos estructurales
Los polisacáridos celulosa (β 1-4 D glucosa), hemicelulosas (β 1-4 D xilopiranosa, β 1-4 D- glucosa y
D- manosa) y las sustancias pécticas (α 1-4 D-ácidos galacturónico, galactanos y arabanos) son los
carbohidratos estructurales que forman las paredes celulares de las plantas. Ellos representan entre el
30-80 % de la materia seca del forraje y determinan su calidad.
Los carbohidratos fibrosos constituyen la principal fuente de energía para los rumiantes. Sin embargo,
para obtener esta energía, necesitan romper los enlaces β 1-4 que unen los azúcares en largas cadenas.
Los animales superiores no producen las enzimas necesarias para realizar esta función, por lo que el
proceso tiene lugar gracias a la gran población microbiana que habita en el rumen y que secreta estas
enzimas.
Las paredes celulares de las plantas también contienen en menores proporciones taninos, proteínas,
minerales y lignina, los que afectan la digestión de la celulosa y las hemicelulosas en el rumen.
81
Celulosa.
La celulosa es el carbohidrato más abundante en la naturaleza. Representa entre el 4-20 % de las
plantas superiores. Se forma por unidades de glucosa que se enlazan unas a otras por el carbono 1 de
una molécula y el carbono C4 de la otra, en posición β 1-4-glucósídicos muy estables. Los
polisácáridos celulósicos pueden llegar a tener hasta 15,000 unidades de glucosa. Las asociaciones
entre cadenas se estabilizan por puentes de hidrógeno.
La celulosa pura es una rareza biológica en la naturaleza y sólo está presente en . algunas fibras, como
por ejemplo el algodón. Las moléculas de glucosa están ordenadas en formas de microfibrillas y
pueden contener además de los β 1-4-glucanos, pentosanas, cutina y sílice.
El proceso de transformación bioquímica de la celulosa en COH solubles lo llevan a cabo los
microorganismos ruminales y se conoce por celulolisis ruminal. La celulolisis es el hecho más
sobresaliente de la digestión de los rumiantes. Las bacterias y los hongos celulolíticos producen un
complejo de β 1-4 glucosidasas que hidrolizan la celulosa a cadenas lineales de anhidroglucosa,
glucosa, oligosacáridos y celobiosa, la cual finalmente se degrada hasta glucosa 1-fosfato por un
mecanismo fosforolítico (fig. 1 ).
Los productos de la fermentación de la celulosa en el rumen varían en dependencia de los
microorganismos predominantes, pero en general se reconocen los ácidos grasos volátiles (fórmico,
acético, butírico, succínico, láctico ), etanol CO2 y H2.
Hemicelulosas
Las hemicelulosas son polisacáridos complejos. Su factor común es el enlace β 1-4 en el núcleo central
del polímero de xilano, aunque las ramificaciones ocurren otros tipos de enlaces glucosídicos. En los
forrajes de mala calidad, de la familia Grammineae, los xilanos son predominantes y también están
presentes galactosa, manosa, y glucosa en pequeñas cantidades.
Los microorganismos ruminales degradan las hemicelulosas. Su digestión transcurre de forma muy
similar a la de la celulosa. Las enzimas de la hidrólisis de las pentosas catalizan la ruptura de los
enlaces β 1-4 xilosídicos para producir xilosa, xilo-oligosacáridos y xilobiosa. La hidrólisis de la
xilobiosa también produce xilosa. La xilosa se degrada por la vía de las pentosas hasta formar fructosa
6-fosfato y triosa- fosfato, los cuales se convierten vía glicolítixca, en compuestos de tres carbonos
(Fig. 1).
Sustancias pécticas
Son macromoléculas polisácaridas filamentosas de alto peso molecular , formadas fundamentalmente
por arabanos, galactanos y mananos, enlzados con ácidos poliurónicos. Son más abundantes en las
plantas dicotiledóneas, fundamentalmente en los frutos y en los forrajes de leguminosas.
Son muy solubles. Se degradan fácilmente en el rumen y producen metanol, oligourónidos, ácidos
galacturónicos (Acidos péctico y pectínico) y azúcares simples. La poligalacturinasa cataliza la
82
hidrólisis de los enlaces β 1-4glucosídicos de las sustancias pécticas para formar los ácidos
galacturónicos. La posterior fermentación de estos involucra la formación de pentosas y su
fermentación es similar a lo descrito anteriormente para estos compuestos
Lignina
La lignina es una macromolécula tridimensional cuyos principales precursores son compuestos
fenólicos, principalmente los alcoholes p-coumaril, coniferil y sinapil. La lignina está enlazada a los
polisacáridos estructurales. Es prácticamente indigestible. Su digestión requiere de un proceso
oxidativo que no ocurre en el rumen, sin embargo, en la actualidad se reconoce que ella puede ser
alterada.
Su presencia en mayor o menor proporción en los materiales fibrosos, determina, en gran parte, su
digestibilidad. A medida que la planta madura, el contenido de lignina se incrementa y el grado de
fermentación de celulosa y hemicelulosa en el rumen se reduce.
Los carbohidratos estructurales tienen un papel importante en el mantenimiento de las condiciones
fisiológicas del rumen. La presencia de partículas fibrosas largas es necesaria para estimular la
rumiación. Por otra parte, el equilibrio entre carbohidratos fibrosos y no-fibrosos es importante en la
alimentación de los rumiantes para lograr altas producciones, fundamentalmente para la producción de
leche.
Digestión microbiana de los hidratos de carbono.
A partir de los hidratos de carbono se obtienen los compuestos de mayor importancia energética para
los rumiantes, los AGV. Estas sustancias se absorben desde el RR y producen entre el 50-80 % de la
energía metabolizable (EM) que ingiere el animal. Los carbohidratos a su vez, son los precursores más
importantes para la síntesis de grasa y azúcar (lactosa) de la leche en las vacas.
Las vías para la fermentación de los principales carbohidratos de las plantas se presentan en la figura 1.
83
En general los azúcares y los carbohidratos solubles se degradan rápidamente, mientras que los
polisacáridos estructurales son atacados con rapidez variable. Los materiales de más difícil degradación
son la celulosa y la hemicelulosa, cuya estrecha asociación con la lignina los hace menos asequible a la
acción microbiana.
Los mamíferos poseen enzimas en su tracto digestivo capaces de convertir el almidón y los azúcares
solubles en glucosa que desde el punto de vista energético es superior que los AGV. Sin embargo, estos
carbohidratos son fermentados en el rumen lo que constituye una pérdida energética inevitable para el
rumiante.
El metabolismo de los hidratos de carbono en los rumiantes. Formación de AGV.
Durante la fermentación ruminal, la población de microorganismos, principalmente las bacterias,
fermentan los carbohidratos para producir ácidos grasos volátiles AGV), gases (metano, CH4 y CO2) y
calor.
Las vías metabólicas de formación de los AGV y sus implicaciones para la producción de energía en
forma de ATP, están bien descritas en la literatura. Los carbohidratos utilizan vías diferentes hasta
convertirse en piruvato que es el intermediario universal en la síntesis de los AGV. La óxido reducción
de piruvato seguida por una descarboxilación conduce a la formación de acetil-CoA que a su vez, se
transforma en acetato. El butirato se forma por condensación de dos moléculas de acetil-CoA y el
propionato tiene dos vías de formación; a partir del succinato y del ácido láctico (figura 2). Los ácidos
acético, propiónico y butírico conforman la mayoría (>95%) de los ácidos producidos en el rumen.
84
Figura 2. Esquema de la formación de los principales AGV en el rumen a partir del piruvato
Formación de acetato.
El acetato se puede formar a partir del piruvato siguiendo más de un mecanismo. Sin embargo en el
rumen parecen predominar dos:
1. Tipo clostridium
Piruvato+ CoA + FD
Acetil CoA + P
Acetil-P + ADP
CO2 + acetil CoA + FDH2
Acetil-P + CoA
Acetato + ATP
2. Tipo coli-aerógenes
Piruvato + P
Acetil-P + ADP
Formiato + Acetil-P
Acetato + ATP + H2 + CO2
Formación de propionato.
Se conocen dos vías para la conversión de piruvato en propionato. La primera involucra la formación
de oxaloacetato y succinato y la segunda, la formación de lactato a acrilato. Ambas vías pueden ocurrir
en el rumen, pero al parecer la vía del succinato es la principal. Sin embargo, su importancia individual
depende del tipo de dieta. La vía del acrilato predomina en animales alimentados con dietas altas en
carbohidratos de fácil fermentación y en presencia de una deficiencia de azufre, probablemente, por un
cambio en la microflora ruminal.
85
Formación de butirato.
La síntesis de butirato puede ocurrir en el rumen a partir del acetato o de compuestos que dan actilCoA, tales como piruvato o glutamato. La síntesis de butirato a partir de acetato utiliza dos vías, pero la
que predomina más es la inversión de la beta- oxidación. La formación del acetil-CoA del acetato
involucra una reacción de dos pasos con la formación de acetil fosfato por la acetoquinasa, que requiere
1 mol de ATP por mol de acetato activado y la transferencia de la función acetil a la acetil-CoA.
En la segunda vía interviene el malonil-CoA que requiere 2 moles de acetato. Esta ruta es
energéticamente más costosa que la primera que sólo requiere 1 mol de ATP.
Metanogénesis
Durante los procesos de fermentación ruminal se producen grandes cantidades de dióxido de carbono,
metano y amoníaco, menores cantidades de nitrógeno sulfídrico y monóxido de carbono y
probablemente, trazas de otros gases.
De acuerdo con la estequiometría de la fermentación ruminal. (Tabla 1) es posible calcular las
producciones de AGV, metano y ATP que se obtienen con diferentes raciones. Por cada mol de hexosa
que se fermenta se producen 0,58 moles de metano (para el almidón y la celulosa pueden ser 162 g en
peso seco).
Tabla 1. Estequiometría de la fermentación ruminal
31 hexosa + 62 H2O
11 hexosa + 22 H2
16 hexosa
58 hexosa + 40 H2O
134 H2 + 33,5 CO2
58 hexosa + 40 H2O
38,956 cal
62 CH3COOH + 62 CO2 + 124 H2 CH2
22 CH3CH2COOH + 22 H2O
16 CH3 CH2CH2COOH + 32 CO2 + 32 H2
62 Hac + 22 HPr + 16 Hbut + 94 CO2 + 134 H2
35,4 CH4 + 67 H2O
62 Hac + 22 HPr + 16 Hbut + 60,5 CO2 + 33,5 CH4 +27 H2O
13 000 cal 8070 cal 8340 cal
7030 cal
El metano es un gas contaminante del ambiente. El metano constituye además, una pérdida energética
considerable, ya que representa entre 7 y 8 % de la energía bruta consumida. Las pérdidas que originan
la producción de metano pueden fluctuar entre 2,5-33 millones de t de alimento anuales (Ruiz y
Dearriba, 1987). Se ha estimado que la población de rumiantes del mundo produce 77, 000 000 t de
metano anualmente, lo cual constituye alrededor del 15 % de la emisión total del gas atmosférico (Mc
Allister et al. 1996, Asanuma, 1999).
Hasta la fecha la producción de metano por los rumiantes es una consecuencia inevitable de la
fermentación de los carbohidratos en el rumen. El metano se forma por la acción de las bacterias
metanogénicas que reducen el CO2 a CH4 a través de intermediarios reductores (formil, metenil,
metilenil y metil). Se considera el ácido fórmico como la fuente más probable de hidrógeno para que
ocurra esta reacción, aunque el formato, acetato, metanol y mono, di y tri- metilamina pueden servir
86
como sustratos para la metanogénesis. El ciclo propuesto para la reducción del CO2 a metano se
presenta en la figura 3.
Figura 3. Ciclo de la urea
La cantidad de metano producida varía dependiendo de factores tales como la digestibilidad, el nivel de
alimentación, y las características físicas y químicas de la dieta. La producción de metano se
incrementa rápidamente después de la alimentación y llega al máximo en dos horas; poco después
declina invariablemente. Asimismo, a medida que la digestibilidad de la ración es mayor, la producción
de metano disminuye.
La principal vía de excreción del metano producido en el rumen es la eructación, mientras que el
metano producido en las partes bajas del tracto digestivo se expulsa a través de los pulmones y del
recto.
Aunque los metanógenos no producen enzimas fibrolíticas ellos aumentan la eficiencia energética y la
magnitud de la digestión de la fibra de otros microorganismos ruminales porque previenen la
acumulación de nucleótidos reducidos (ej. NADH) a través de inter especies que transfieren H2 (Joblin
et al. 1989, Willians et al, 1994, Mc Allister et al. 1996). El clásico ejemplo de Interespecies en la
transferencia de H2 es el co-cultivo de R. Albus, R. flavefaciens y un metanógeno
87
Inhibidores de la metanogénesis
Debido a la sustancial pérdida de energía de los alimentos como metano en los rumiantes, existe un
marcado interés en reducir su producción. Varios compuestos, en particular, los ácidos grasos de
cadena larga (AGCL) (tabla 2) y los halógenos de CH4 son efectivos. Sin embargo, in vivo la
población microbiana se adapta o degrada muchos de estos compuestos y raramente se han encontrado
efectos favorables en el comportamiento animal (Jouany, 1994, Mc Allister et al. 1996). Algunos
metanógenos son sensibles por un corto tiempo a los ionóforos, pero se adaptan a ellos después de una
prolongada exposición.
Tabla 2. Inhibición de la metanogénesis por ácidos grasos de cadena larga
Productos
finales
Metano
Ác. Propiónico
Ác. Butírico
Total
Distribución del H marcado %)
Experimento 1
Experimento 2
Control
60 µ de C-18
Control
60 µ de C-18
56.4
37.9
5.7
100.0
21.6
76.5
1.9
100.0
47.9
45.6
6.5
100.0
37.8
60.9
1.3
100.0
Se puede lograr una depresión en la metanogénesis si se logran altos niveles de fermentación y pasaje a
través del rumen, lo que puede incrementar el porcentaje molar de propiónico y disminuir el acetato y
los AGV totales.
Interconversión de AGV en el rumen
Durante la fermentación activa en el rumen, tiene lugar una interconversión sustancial entre los AGV.
Esto refleja, sin dudas, el hecho de que un ácido, que es el producto final de un microorganismo pueda
ser un sustrato útil para otra especie. Un ejemplo de lo anterior aparece en la tabla 3 donde se muestra
el comportamiento de dos tipos de bacterias frente a la celulosa.
Tabla 3. Interrelación metabólica entre dos microorganismos del rumen
Ración
Succinato
Productos (mM)
Propionato
Acetato
Formato
0,2 % celulosa
S. ruminantum
B. succinógenes
Ambos
0.0
13.5
0.0
2.8
0.0
15.9
4.5
6.2
10.1
1.2
2.8
0.2
0.0
6.5
0.0
0.0
0.0
8.5
0.0
5.3
5.4
0.0
4.9
1.7
0,1 % celulosa
S. ruminantum
B. succinógenes
Ambos
Los datos que se presentan en la tabla 4 indican que del acético pueden producirse cantidades
considerables de butírico (40-80 %), probablemente por condensación de dos moles de acético para
formar un mol de butírico. Estos datos indican también que cantidades muy pequeñas de acético
proviene del propiónico (0-5 %) y propiónico del butírico (2-5 %). En cambio considerables
88
cantidades de acético proceden del butírico, lo que parece ser ventajosa, puesto que hay una ganancia
neta de energía en forma de ATP.
Sin embargo, parece haber una pérdida de energía cuando se sintetiza butirato a partir del acetato. Se ha
calculado en dietas de forraje que el 14 % del acético que se produce en el rumen se convierte en ácido
butírico y el 3 % del butírico en acético.
Tabla 4. Interconversión de los AGV en el rumen
Ración
Heno de trigo
Heno
de
Graminea
Barcia de alfalfa
Alfalfa y paja de
trigo
Maíz y Alfalfa
% acet. a partir del
But.
Prop.
%prop. a partir del
Acet.
But.
% butir.a partir del
Acet.
Prop.
6
3
27
4
80
13
20
11
4-5
0
14
4
4-5
3
61
47
4-5
0
6
12
0.2
0.2
3
6
2
3
40
44
0.3
0.2
Como se aprecia la S. ruminantum sola no produce succinato mientras que la B, succinógenes sí. Ahora
bien, cuando ambos microorganismos se encuentran en el mismo medio con 0,2 % de celulosa no
aparece succinato. En la misma tabla observamos que la S. ruminantum produce 2,8 moles de
propionato y que el B. succinógenes no lo forma. Sin embargo, cuando aparecen juntos se producen
15,9 mM de propionato. Este resultado De esto indica que el succinato formado por el B. succinógenes
es utilizado como fuente de energía por la S. Ruminantum y resulta en un incremento de la proporción
de succinato en el sistema.
Patrón de fermentación ruminal
La concentración total de AGV en el rumen y las cantidades de cada uno de ellos dependen de la dieta
y de las condiciones de manejo en que esta se consume. En dependencia de la fuente de carbohidratos
variará la cantidad y la relación de AGV producidos. Esta proporción es característica para cada
situación dada y recibe la denominación genérica de “Patrón de fermentación ruminal”.
La concentración de AGV en el rumen oscila entre 60 y 120 Meq/litro. Los cambios en la dieta y la
digestibilidad de los alimentos pueden modificar el patrón de fermentación, aunque el producto más
abundante es siempre el acetato.
El incremento de la digestibilidad ejerce un efecto positivo en la producción de AGV en el rumen.
Cuando la digestibilidad aumenta hasta un 60 % se observa un incremento en los niveles de acetato. A
mayores digestibilidades el acetato comienza a declinar a medida que el propionato y el butirato se
elevan.
Otros factores que influyen en la concentración de AGV en el rumen son : la absorción ruminal, la
interconversión , la degradación y el pasaje a las regiones inferiores del tracto digestivo.
89
Efecto del sustrato.
La concentración de AGV en el rumen y las cantidades de cada uno de ellos dependen en gran medida
del sustrato que se ofrece la dieta. Con alimentos fibrosos el patrón de fermentación es
predominantemente acético, con una proporción aproximada de 65 % de acético, 20 % de propiónico y
15 % de butírico. Raciones muy ricas en almidones (concentrados), incrementan la proporción de
propiónico hasta alrededor de 40 %. En dietas altas en miel es característico encontrar mayores
proporciones de ácido butírico. En la tabla 5 se presentan los patrones de fermentación que se obtienen
con diferentes dietas.
Tabla 5. Proporciones molares de AGV en diferentes dietas
AGV, % MOLAR
Dietas
Caña de azúcar
Miel/urea
Granos de cereales
Heno de alfalfa
Pasto de gramíneas
Saccharina pienso
Heno molido/Concentrado (50/50)
Acético
Propiónico
Butírico
Otros
62.5
31.0
39.0
74.0
66.0
64.0
51.0
23.9
19.0
40.0
18.5
18.5
19.0
31.0
13.5
41.0
21.0
7.5
11.5
11.0
12.0
9
6.0
Por lo general, los carbohidratos no-fibrosos rinden más AGV. Sin embargo hay que tener en cuenta
que dietas muy ricas en almidones provocan que el porcentaje de ácido acético disminuya por debajo
de 40%, mientras el porcentaje de propionato aumenta en más de 40%. En estos casos, es posible
aumentar la producción de leche porque el suministro de glucosa proveniente de propionato se
incrementa, pero cuando la producción de propionato es demasiado alta produce un efecto negativo en
la salud de las vacas porque tiende a producir hígado graso, distocia y cetosis ruminal, pero el aporte
de ácido acético para el síntesis de grasa puede comenzar a ser limitante. Además, la reducción en
disponibilidad de ácido acético se asocia con una reducción de producción de grasa y una bajo
porcentaje de grasa en la leche.
Por el contrario, cuando predomina en la dieta un forraje de muy baja calidad, se limita la energía y la
producción de leche. (Wattiaux y Armentano, 2000).
En resumen, un cambio en la proporción de forrajes y concentrado en una dieta provoca cambios
importantes en las características de los carbohidratos que tienen un efecto profundo en la cantidad y
porcentaje de cada AGV producido en el rumen y a su vez influyen en la producción.
Interrelación sustrato-PH-microorganismos.
En el establecimiento del patrón ruminal intervienen una serie de procesos que ocurren en ecosistema
ruminal y que se interrelacionan entre sí. Se sabe que el pH que la actividad de los microorganismos
ruminales se realiza óptimamente cuando el pH del medio se corresponde con sus características
culturales. Así, las bacterias celulolíticas desarrollan su actividad en un rango de pH de 6.5 a 7.0
mientras las bacterias que atacan al almidón y los azúcares lo hacen a pH inferiores.
90
La digestión de los alimentos por la flora microbiana conforma el patrón de fermentación, el que a su
vez modifica el ambiente ruminal, principalmente el pH. Esta modificación del pH puede afectar a
grupos específicos de microorganismos e inclusive hacer desaparecer algunas especies a favor del
predominio de otros que al utilizar vías metabólicas distintas para degradar el sustrato originarán
productos metabólicos en cantidades cuantitativamente diferentes.
En la figura 3 se presenta de forma resumida las interacciones entre diferentes factores que intervienen
en el establecimiento del patrón de fermentación ruminal
DIETA
Velocidad de recambio
Microflora
específica
Ambiente ruminal
PH
Equilibrio
microbiano
Manejo del
Sustrato
para los
Catabolismo
Patrón de fermentación
Producción Animal
Figura 3 . Representación esquemática de la interrelación entre diferentes aspectos del ecosistema ruminal en
el establecimiento de los patrones de fermentación
Utilización de los AGV
Hasta hace poco tiempo y sobre la base de la teoría de Blaxter (1962) se consideraba que en rumiantes
alimentados con dietas normales, el ácido acético se utilizaba ineficientemente y que como en dietas
fibrosas, este ácido estaba en altas proporciones en el rumen, esto podía explicar por qué los forrajes se
utilizaban menos eficientemente que los concentrados.
Recientes estudios de Orskov y McLeod (1990) demostraron (con el uso de la técnica intragástrica) que
para objetivos prácticos los 3 principales AGV se utilizan por los rumiantes con igual eficiencia
energética. Las diferencias en la utilización de la energía metabolizable entre dietas de forrajes y
concentrados se asocia hoy al costo de energía en el consumo y la rumiación y a las actividades que
91
realiza el rumiante, tales como estar de pie muchas horas. El trabajo muscular que se asocia con la
ingestión y la digestión es mayor para dietas de forraje (Orskov, 1997).
Métodos para medir la producción de AGV en el rumen.
La producción de AGV in vivo se puede medir por diferentes métodos. El más simple se basa en el
cálculo de esta producción a partir de la cantidad de materia orgánica digerida en el rumen y que no se
recobra en la materia orgánica microbiana, usando las relaciones estequiométricas y las proporciones
de AGV.
Este método requiere un simple requerimiento quirúrgico (cánula ruminal), pero se basa en la
asunción de que las proporciones molares de los AGV en el fluido ruminal representan las
proporciones producidas. En la mayoría de las situaciones este criterio no resulta válido.
Durante muchos años se han utilizado las técnicas de dilución isotópica para medir el metabolismo y la
producción de AGV. Las mediciones de las velocidades de producción de estos ácidos grasos con estas
técnicas demuestran una amplia variabilidad y errores (Sutton, 1985). En particular, el método usado
para la estimación de los AGV totales en el rumen, en el cual la velocidad de dilución de un ácido
marcado infundido de forma continua, no da aproximaciones exactas de las velocidades de producción
de los AGV (France et al. 1987). Por el contrario, los resultados de este método dependen de la
velocidad de absorción de cada ácido siendo proporcionales a sus concentraciones el fluido ruminal.
El aporte de AGV también se puede medir a partir de la absorción neta de AGV en el sistema portal.
Debido al metabolismo de los AGV por la mucosas del tracto, especialmente del ácido butírico y en
menor extensión del ácido propiónico, las medidas de formación de productos dentro del rumen
proporcionan los estimados más altos del aporte de los AGV que los realmente presentados para la
producción de tejidos.
También como resultado de su metabolismo preferencial hay poca concordancia entre las proporciones
molares en el líquido ruminal y en la sangre periferal. Por tanto los estimados de producción de AGV
por cualquiera de estos métodos deberán ser tratados cuidadosamente (Dijkstra (1994).
En sentido general, aún en la actualidad resulta bastante difícil determinar las producciones exactas de
AGV en el rumen. Las variadas y complejas interacciones que se producen en el rumen y la falta de
técnicas apropiadas son la causa fundamental de que así sea. No obstante en la actualidad las técnica
de infusión intragástrica desarrollada por Ǿrskov y sus colaboradores han permitido avanzar en este
campo.
Procesos fisiológicos que acompañan a la absorción.
La absorción de los AGV, así como de otras moléculas pequeñas como el agua, el NH3, y algunos
minerales en el rumen se debe a la presencia de las papilas, que varían en número y longitud en
relación con la región en que se encuentren. Son más numerosas en las zonas craneales y ventrales
donde existen altas concentraciones de nutrientes solubles. Se ha demostrado que, donde las papilas son
más numerosas, existe mayor absorción de AGV.
92
Las papilas consisten en una masa central de fibras colágenas densamente empaquetadas, rodeadas por
un epitelio estratificado plano cornificado. Existe una gran red de vasos capilares sanguíneos y
linfáticos que se encuentran en la región central y que son los encargados de llevar los AGV por vía
sanguínea hasta la vena porta que los conduce al hígado. La presencia misma de los AGV estimula su
absorción por el incremento concomitante del flujo sanguíneo.
Absorción de AGV
Debido a las características lipofílicas del epitelio ruminal, solamente los AGV no disociados son los
que se difunden a través de la membrana. Una vez dentro, el AGV se disocia rápidamente debido a su
bajo PK (4.8), comparado con el valor normal de pH normal en la célula (7.0), de ahí que se trasladen
iones H+ hacia el interior de la célula. Estos iones H+ se reciclan vía intercambio Na+/H+ y conducen
al aumento de la utilización de Na+ en la célula. Paralelamente con el intercambio de Na+/H+ trabaja
el intercambio Cl-/CO3Gabel y Martens (1991) propusieron un modelo para explicar la posible interacción entre el transporte
de AGV y los iones en el epitelio ruminal. En este modelo es de particular importancia un aporte
intracelular de protones (fig. 4)
Fluido
Mucosal
+
-
Epitelio
-
+ Fluido
seroso
Na+
AGV–
H+
H+
AGV-
AGV
AGV
HCO3Cl -
HCO3–
?
H2O
+
CO2
Figura 4. Modelo propuesto por Gäbel y Martens (1991) para explicar la absorción de Acidos Grasos Volátiles
(AGV) a través del epitelio ruminal.
Los resultados de estudios realizados por Djikstra (1994) ayudaron a soportar este modelo. Las
velocidades de absorción fraccional se redujeron con el incremento en el pH del rumen. A valores de
pH por encima de 7.0, se observaron absorciones significativas de los AGV, aún cuando de acuerdo
con la ecuación de Henderson-Hasselbach, más del 99 % de cada ácido debería estar en la forma no
disociada y no podría difundirse hacia la célula.
93
Por tanto, estas altas velocidades de absorción se obtienen probablemente, a través del aporte de iones
H+ en el rumen, por intercambio Na+/H+ con incrementos en la velocidad a medida que como el pH
cae.
El metabolismo de los AGV en el epitelio ruminal incrementa su velocidad de desaparición desde el
contenido ruminal, pero disminuye su velocidad de transporte a la sangre (absorción). De esta forma su
velocidad de desaparición desde el rumen es proporcional al largo de la cadena carbonada (butírico>
propiónico>acético) y su aparición en sangre es a la inversa (acético>propiónico>butítico), a lo que
contribuye la mayor concentración de acético en el contenido ruminal
En la tabla 6 se observa que la absorción de AGV no es directamente proporcional a su concentración
en el fluido ruminal (Djikstra et al. 1993), lo que en contrasta con los resultados obtenidos en otros
experimentos (Hogan, 1961, Oshio y Tahata, 1984). Sin embargo, se debe notar que en los casos donde
se redujo la absorción, las concentraciones estaban por encima de los rangos fisiológicos normales. Los
autores sugirieron que la baja absorción del acético a bajas concentraciones, pudo deberse a su
metabolismo, mucho menor que el de los otros AGV y a las relativamente altas concentraciones en
sangre, lo que resulta en una baja difusión contra gradiente.
Las reducciones en la absorción fraccional a altas concentraciones, pueden estar relacionadas con la
acumulación de AGV dentro de las células o a la limitadas disponibilidades de iones para su transporte
(Bergman,1990, Thornley y Johnson, 1990, Dijskstra, 1994).
Tabla 6. Efecto del PH inicial y la concentración de AGV individuales de soluciones experimentales
introducidas en el rumen de vacas lecheras en la velocidad de absorción de los AGV (adaptado de
Dijkstra et al. 1993)
PH
4.5
5.4
Concentración (mM)
6.3
7.2
100
Velocidad de absorción fraccional (/h)
50
20
Acido acético
0.35
0.35
0.33
0.21
0.32ab
0.43a
0.18b
Acido propiónico
0.67a
0.54ab
0.51ab
0.35bc
0.44
0.51
0.60
a
b
b
0.54
0.45
0.60
Acido butírico
0.85
0.53
0.28
En la actualidad se reconoce que los ácidos grasos de cadena corta se metabolizan extensivamente en
el epitelio ruminal durante la absorción (Bergman, 1990; Rémond et al. 1995), pero los resultados
parecen indicar que las proporciones relativas de los AGV que se encuentran en el rumen puede que no
representen las velocidades de producción relativas, particularmente a bajos PH o a muy bajas o muy
altas concentraciones de AGV individuales y que para la estimación de las velocidades de producción
de los AGV se den tomar en cuenta las velocidades de absorción diferenciales y por tanto el aporte al
metabolismo intermendiario.
Sutton (1985) indicó que la relación entre las relaciones de AGV producidos y la relativa concentración
en el rumen parece ser más cerradas cuando las dietas son altas en forrajes que en concentrados y
también en ovejas que en vacas.
94
Conclusiones
La fermentación de los carbohidratos en el rumen produce ácidos grasos volátiles (AGV),
principalmente acético, propiónico y butírico. La importancia nutricional de los AGV está dada
fundamentalmente por el aporte energético que hacen al animal. Producto del metabolismo de los
carbohidratos en el rumen también se produce metano, que es un gas contaminante del ambiente y que
representa una pérdida importante de energía en el proceso.
Las proporciones en que se encuentran los AGV en el rumen conforman un patrón de fermentación
característico, que depende de la composición de la dieta, la disponibilidad de los nutrientes, el PH
ruminal, las especies microbianas que se establecen, el manejo animal, etc. Los AGV se absorben a
través de la pared ruminal hacia el flujo sanguíneo. El PH y las concentraciones en que se encuentran
influyen en su desaparición desde el rumen hacia el interior de las células.
Hasta hace poco tiempo se asumía que las proporciones de AGV presentes en el rumen representaban
las proporciones a las cuales ellos se producían, pero en la actualidad existen dudas acerca de si la
producción real y la que se estima por diferentes métodos, (todavía insatisfactorios), son las mismas.
Estudios de los últimos años del pasado siglo años parecen poner en duda la validez de estos criterios.
Las futuras investigaciones deberán estar dirigidas a mejorar el conocimiento de los factores
involucrados en la producción y estimación de los AGV, unido con el conocimiento en la utilización de
Nutrientes y las variaciones entre los animales para poder mejorar las predicciones en el
comportamiento productivo.
Bibliografía a consultar.
Hacker, 1981.
Moore y Hatfield, 1994.
Wattiaux y Armentano, 1996.
Ruiz, R. y Dearriba, 1987.
Mc Allister et al. 1996, Asanuma, 1999.
Joblin et al. 1989,
Willians et al, 1994
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Blaxter. 1962.
Orskov y McLeod. 1990.
Orskov, 1997.
Sutton, J.D. 1985. Digestion and absorption of energy substrates in the lactating cow. J.Dairy Sci.
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Science. 39:61-69
Dijkstra, J., Boer, H.van Bruchem, J., Bruining, M. & Taminga, S. 1993. Absorption of volatile fatty
acids from the rumen of lactating dairy cows as influenced by volatile fatty acids concentrations,
PH, and rumen liquid volume. BR. J. Nutr. 69:385-396.
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Mechanism and interactions whit short- chain fatty acids. In Tsuda, Y. sasaki and Kawashima, R.
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Hogan, J.P. 1961. The absorption of ammonia through the rumen of sheep. Aust. J.Biol. Sci.
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95
Oshio, S. & Tahata, I. 1984. Absorption of dissociates volatile fatty acids through therumen wallof
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Bergman, E.N. 1990. Energy contributions of volatile fatty acids from the gastrointestinal tract in
various species. Physiology Rev. 70: 567-590
96
IX Digestión y absorción de lípidos en especies monogástricas.
MSc Madeleidy Martínez
Contenido
Los lípidos. Características generales. .................................................................................................................................97
Digestión de lípidos. ...............................................................................................................................................................99
Fosfolípidos...........................................................................................................................................................................101
Colesterol..............................................................................................................................................................................101
Absorción y transporte........................................................................................................................................................102
Metabolismo de las lipoproteínas del plasma (resumen)..................................................................................................102
Metabolismo .........................................................................................................................................................................104
Síntesis ..................................................................................................................................................................................105
Degradación .........................................................................................................................................................................106
Regulación del metabolismo lipídico..................................................................................................................................108
Metabolismo del colesterol..................................................................................................................................................108
Empleo del colesterol...........................................................................................................................................................109
Los probióticos en el metabolismo lipídico........................................................................................................................109
Inclusión de grasas y aceites en las dietas para animales monogástricos........................................................................110
Conclusiones.........................................................................................................................................................................112
Bibliografía a consultar.......................................................................................................................................................113
Los lípidos. Características generales.
Los lípidos son biomoléculas orgánicas insolubles en agua, que pueden extraerse de las células y de los
tejidos mediante disolventes no polares, por ejemplo, el cloroformo, el éter o el benceno. Desempeñan
diversas funciones biológicas importantes dentro de las cuales podemos señalar:
1. Como componentes estructurales de las membranas;
2. como formas de transporte y almacenamiento del combustible catabólico;
3. como cubierta protectora sobre la superficie celular relacionados con el reconocimiento célulacélula, la especificidad de especie y la inmunidad de los tejidos;
4. Poseen una intensa actividad biológica ya que se encuentran entre ellas algunas vitaminas (A,
B, K) y hormonas.
Los lípidos están representados principalmente por los triacilgliceroles (grasas y aceites) y en menor
proporción por los fosfolípidos, ácidos grasos, esteroles (colesterol), ceras, pigmentos y otros
compuestos.
La molécula de triacilglicerol consiste de un alcohol: el glicerol, al cual se han esterificado tres
moléculas de ácidos grasos, formando un lípido neutro. Así las grasas neutras contienen muy baja
concentración de ácidos grasos libres. Su función en el organismo es principalmente como
almacenamiento de energía (Fig. 1).
97
Figura 1. Estructura de un triacilglicerol.
Los ácidos grasos son la unidad estructural básica de los lípidos y están compuestos de una cadena
carbonada que varía en longitud. Presentan un grupo terminal metilo y un grupo carboxilo (fig. 2).
Figura 2. Dos ácidos grasos corrientes (a) ácido esteárico, (b) ácido oleico.
La cadena hidrocarbonada puede ser saturada o puede tener uno o más dobles enlaces. Los ácidos
grasos difieren entre sí, en primer lugar, por la longitud de su cadena, y también por el número y la
posición de sus dobles enlaces lo que determina sus propiedades físicas y funcionales. Los más
abundantes poseen un número par de átomos de carbono, con cadenas de longitudes comprendidas
entre los 14 y 22 átomos de carbono, aunque predominan los de 16 a 18. Los ácidos grasos insaturados
98
predominan sobre los saturados. En la tabla 1 se presenta una lista de los ácidos grasos más
comúnmente encontrados en las grasas y aceites utilizadas en la alimentación animal.
Tabla 1. Ácidos grasos frecuentemente encontrados en las fuentes de grasas/aceites utilizados en la
alimentación animal (Castaldo, 1998).
Nombre
Laurico
Mirístico
Miristoleico
Palmítico
Palmitoleico
Esteárico
Oleico
Linoleico
Linolénico
Átomos De C: Dobles Enlaces
12:0
14:0
14:1
16:0
16:1
18:0
18:1
18:2
18:3
Las plantas, a diferencia de los animales, pueden insertar dobles enlaces adicionales entre el doble
enlace n9 y el metil terminus de la molécula. Debido a que estos ácidos grasos (linoleico y linolénico)
no pueden ser sintetizados a partir de otras familias, ellos son definidos como ácidos grasos esenciales.
Los ácidos grasos esenciales o sus derivados metabólicos pueden definirse entonces como ácidos
grasos requeridos para el crecimiento normal y la integridad fisiológica y no pueden ser sintetizados
endógenamente, por lo que se requiere un aporte exógeno.
Los síntomas de deficiencia de ácidos grasos esenciales en aves son retardo del crecimiento, aumento
del consumo de agua, reducida resistencia a enfermedades, entre otros. En las gallinas ponedoras
disminuye la talla del huevo así como el peso y cambia la composición en ácidos grasos de la yema del
huevo.
Estos ácidos grasos influyen en la fluidez, actividad receptora y función enzimática de las
biomembranas. Además, son metabolizados in vivo a moléculas de mayor peso molecular como los
eicosanoides. Estos son un grupo de compuestos de 20 átomos de carbono con alta actividad biológica
y corta vida media (hormonas locales) producidos por las células para actuar en el micromedio
inmediato más cercano. Incluyen a los prostanoides que mantienen una función vascular normal y
leucotrienos que además son agentes quimiotácticos para células del sistema inmune.
Digestión de lípidos.
El paso inicial para la digestión de los lípidos lo constituye la hidrólisis efectuada por las lipasas. Se
han aislado lipasa:
¾ Lingual;
¾ Gástrica:
¾ Pancreática;
¾ Sensible a hormonas;
¾ Lipoproteica.
Las dos primeras tienen un papel fundamental en los cerdos y conejos recién nacidos donde no existe
todavía una madurez del páncreas. Una vez que se alcanza, entonces el páncreas libera a nivel de
intestino delgado la lipasa. La lipasa lipoproteica actúa sobre los lípidos que atraviesan la linfa y llegan
a la zona cercana del tejido adiposo o muscular a través de las lipoproteínas.
99
Las lipasas hidrolizan los triacilglicéridos. Dentro de sus características fundamentales tenemos:
¾ Son biomoléculas solubles en agua;
¾ Actúan sobre la superficie de los glóbulos grasos;
¾ Son catalizadores interfaciales, es decir, su actividad catalítica se manifiesta porque exhibe su
sitio catalítico cuando se encuentra en la interfase líquido-ácido graso;
¾ Requieren de Ca, Mg, Cl, K;
¾ Requieren de la colipasa que garantiza el anclaje a la interfase;
¾ pH entre 7 y 8;
¾ Su acción aumenta bajo la influencia emulsionante de la bilis.
Se ha estudiado la influencia del grado de emulsificación en la hidrólisis. Los resultados han mostrado
que la función de la bilis es de promover, estimular la emulsificación y solubilización de los lípidos y
esta función es debido a las sales de los ácidos biliares.
La velocidad de la digestión del triacilglicerol depende, por tanto, del área superficial de la interfase,
una cantidad que aumenta mucho por los movimientos peristálticos de agitación del intestino
combinados con la acción emulsionante de los ácidos biliares. Estos últimos son detergentes digestivos
potentes que se sintetizan por el hígado y son segregados por la vesícula biliar al intestino delgado en el
que tienen lugar principalmente la digestión y la absorción de los lípidos.
El mayor sitio de la digestión de los lípidos es el intestino delgado. En el duodeno el bolo alimenticio
se encuentra con la bilis y el jugo pancreático. Ellos son alcalinos y funcionan en parte como
neutralizantes del quimo gástrico. La emulsificación de los lípidos por las sales biliares es esencial para
la digestión.
Figura 3. Estructura de los ácidos biliares principales y sus conjugados glicina y taurina.
El flujo del jugo pancreático igual que las sales biliares se regulan hormonalmente antes de la entrada
del quimo gástrico dentro del duodeno. Cuando se elevan las concentraciones de HCl en el mismo,
existe una liberación de secretina lo que trae como resultado que aumente la secreción pancreática y
bicarbonato. Estos al emulsionarse con los lípidos forman jabones que estimulan la secreción de
colecistoquinina. Este péptido estimula la secreción de bilis y enzimas pancreáticas (lipasa,
fosfolipasas, colesterol esterasa).
100
Fosfolípidos.
Se encuentra establecido que los fosfolípidos pueden ser formados en cantidades apreciables durante la
absorción de grasa. Las lecitinas y las cefalinas son los más importantes fosfolípidos que se forman.
Con respecto a la hidrólisis se piensa que se comportan de manera bastante semejante a las grasas
neutras. Los ácidos grasos constituyentes de los fosfolípidos de la dieta pueden ser encontradas en un
80% esterificando las grasas neutras de la linfa.
Si los fosfolípidos son hidrolizados hasta incluir la preparación de la base nitrogenada del grupo
fosfato, la molécula resultante α-glicerofosfato es un punto de partida en la síntesis de triglicéridos y un
punto de contacto con el metabolismo endógeno de los carbohidratos a nivel de la mucosa intestinal.
La fosfolipasa en el tejido animal efectúa la hidrólisis como sigue:
Lecitina
1234-
1
lisolecitina
+ ácido graso
2
glicerol fosforil
colina
+ ácido graso
3
glicerol fosfato
+ colina
4
glicerol + fosfato
Fosfolipasa A. Aislado en el páncreas u otros tejidos animales.
Fosfolipasa B. Aislado en el páncreas y el hígado.
Glicerol fosforil colina diesterasa.
Fosfomonoesterasa.
La hidrólisis en el intestino se supone transcurre por la misma vía.
Colesterol.
El colesterol es un esteroide que está presente en todas las células del organismo y es necesario para la
propia vida. En el cuerpo realiza funciones importantes:
ª Forma parte de las membranas celulares;
ª Interviene en la formación de ácidos biliares, necesarios para la digestión de las grasas;
ª A partir del colesterol se forman ciertas hormonas, como las sexuales y las esteroideas;
ª En la piel, el colesterol se transforma en vitamina D por la acción de los rayos solares. Además,
protege a la piel de la acción de muchos agentes químicos y evita la deshidratación por la
evaporación.
Es por tanto, una sustancia importante y natural que sólo resulta peligrosa para la salud cuando se
encuentra en concentraciones elevadas en sangre.
La hidrólisis de los ésteres del colesterol es sencilla por tener un solo enlace éster en esta molécula.
Existen evidencias de una hidrólisis completa del éster de colesterol antes de ser absorbidos. El
colesterol absorbido aparece esterificado en la linfa.
Como las sales biliares son productos finales del colesterol, son de gran importancia ya que no
solamente tienen función emulsificante de los lípidos de la dieta sino que una pequeña fracción escapa
a la absorción y se excreta vía heces fecales.
101
Absorción y transporte.
La mezcla de ácidos grasos, mono y diacilgliceroles producidas por la digestión de los lípidos es
absorbida por las células que recubren el intestino delgado (parte superior del duodeno, yeyuno e íleon)
en un proceso que facilitan los ácidos biliares y dependiendo la relación absorción/ lugar de absorción
de la especie.
La mezcla de grasa y sus productos de hidrólisis una vez en contacto con la pared intestinal son
absorbidos, metabolizados y transportados por dos vías diferentes a la circulación. La vía principal de
transporte es vasos linfáticos- conducto torácico y la otra vía es el sistema portal. En este último son
transportados los ácidos de cadena corta principalmente en forma libre.
El sistema linfático intestinal del pollo está menos desarrollado y difiere en su estructura con respecto a
los mamíferos. Se plantea que por lo menos el 90% de la grasa absorbida entra en el sistema portal
como lipoproteínas de muy baja densidad y no se han detectado quilomicrones (Bell y Freeman, 1983).
La composición de la linfa del conducto torácico es la siguiente:
Tabla 2. Composición de la linfa.
Componentes
Glicéridos
Fosfolípidos
Éster de colesterol
Acidos grasos libres no esterificados
%
82
10
2
6
Dentro de la fracción de glicéridos el 90% esta constituido por triglicéridos.
El problema de transportar lípidos una vez absorbidos por el intestino al vehículo acuoso de la sangre
se resuelve estabilizando las partículas de lípidos con una cubierta de compuestos anfifílicos:
fosfolípidos y proteínas. Las partículas resultantes son las lipoproteínas que son consideradas como
agregados o microemulsiones de lípidos y proteínas con un grado de organización estructural.
Existen varios tipos de partículas con diferente composición química, propiedades físicas y funciones
metabólicas, pero su papel común es transportar lípidos de un tejido a otro para abastecer las
necesidades de lípidos de los tejidos. Por métodos de ultracentrifugación se han clasificado de menor a
mayor densidad en: quilomicrones; lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL), lipoproteínas de baja
densidad (LDL) y lipoproteínas de alta densidad (HDL). A medida que la densidad disminuye el
tamaño de la partícula se incrementa.
En las aves aparecen las lipoproteínas de muy baja, baja y alta densidad. La grasa dietética es absorbida
como lipoproteínas de baja densidad y no en forma de quilomicrón.
Metabolismo de las lipoproteínas del plasma (resumen)
Después de la digestión y absorción de una dieta que contiene lípidos, los lípidos resintetizados por el
intestino son transportados a la sangre en los quilomicrones, cuya función es precisamente transportar
102
lípidos de intestino a sangre. Los quilomicrones en sangre se enlazan en la enzima lipasa de
lipoproteínas. Esta enzima cataliza la hidrólisis de los triglicéridos del núcleo de los quilomicrones,
reduciendo su tamaño y contenido en triglicéridos. Componentes de superficie de los quilomicrones
son recuperados en la fracción HDL y la partícula remanente denominada resto de quilomicrón es
captada por el hígado mediante un proceso mediado por receptor de membrana. Este sendero descrito
es conocido como la vía de transporte de lípidos exógenos (provenientes de la dieta).
La vía de transporte de lípidos endógenos se inicia con la secreción de VLDL por el hígado. De igual
modo a los quilomicrones estas partículas son degradadas por la lipasa de lipoproteínas endotelial hasta
convertirlas en otro tipo de lipoproteínas, ricas en colesterol, cuyo producto final son las LDL. Restos
de apolipoproteínas y fosfolípidos de la superficie de VLDL son transferidos a HDL durante este
proceso.
Las LDL son captadas por receptores hepáticos. Una vez enlazada la partícula el complejo receptorLDL es endocitado y sus componentes degradados por enzimas lisosomales. Los esteres de colesterol
transportados por las LDL son hidrolizados por la colesterol ester hidrolasa y cualquier exceso de
colesterol libre desencadena eventos regulatorios encaminados a prevenir su acumulación ulterior.
Las LDL también pueden transportar lípidos a los tejidos extrahepáticos para su almacenamiento o para
su utilización como combustible energético.
La función principal de las HDL es captar colesterol no esterificado de las membranas biológicas y
transportarlo al hígado que es el único órgano capaz de promover la excreción de colesterol. Este
proceso se denomina transporte reverso del colesterol. Una vez que el colesterol es captado por HDL,
es esterificado seguido de la transferencia potencial del colesterol esterificado a lipoproteínas de menor
densidad y finalmente es captado por el hígado (Fig. 4).
103
Figura 4. Metabolismo de las lipoproteínas.
Metabolismo
Todos los mamíferos pueden sintetizar ácidos grasos saturados (síntesis de novo) a partir de
precursores simples como la glucosa y aminoácidos (fig. 5). El hígado y el tejido adiposo son los
órganos más importantes. En las aves, el hígado es el asiento principal de la síntesis de los ácidos
grasos, en contraste con el papel dominante del tejido adiposo en la lipogénesis de novo en los
mamíferos. El bajo nivel de algunas enzimas activas en la lipogénesis, a saber, la acetilCoa carboxilasa,
ATP citrato liasa, la enzima malato y hexosa monofosfato deshidrogenasa, explican la limitada
capacidad del tejido adiposo para sintetizar los ácidos grasos. El papel dominante del hígado en la
lipogénesis se mantiene durante toda la vida del ave, aunque influida por el contenido de grasa de la
dieta y por algunos factores hormonales.
104
Glucosa
Algunos aminoácidos
Ácidos grasos
Piruvato
Acetil CoA
Malonil
C A
Citrato
Acetoacetil CoA
CO2
Acetona
Acidos grasos
β-hidroxi-β-metilglutarilC A
Colesterol
Triglicérido
Fosfolípidos
Acetoacetat
Ester de
l t l
Esteroides
D-β-hidroxibutirato
Acidos
bili
Figura 5. Biosíntesis de lípidos, cuerpos cetónicos y esteroles a partir de precursores sencillos.
Síntesis
El precursor común es el acetil CoA que es activado por la acetil CoA carboxilasa en presencia de CO2
para rendir malonil CoA. A continuación se suceden ciclos de adición de dos unidades de carbono por
la acción concertada de un conjunto de enzimas en el complejo multienzimático ácido graso sintetasa.
El ácido graso final usualmente es el ácido palmítico (16:0) o el esteárico (18:0).
La introducción de dobles enlaces es catalizada por enzimas desaturasas. Como la posición inicial para
introducir el doble enlace es entre los carbonos 9 y 10, esta enzima es llamada 9- desaturasa. El sustrato
para esta enzima es el ácido palmítico que es desaturado a palmitoleico o el esteárico que es desaturado
a oleico. Los animales, no pueden insertar dobles enlaces adicionales entre el doble enlace n9 y el metil
terminus de la molécula. La síntesis de ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga ocurre a través de
elongaciones y desaturaciones sucesivas y alternas.
105
Degradación
Los ácidos grasos se degradan a través de la β- oxidación, proceso que transcurre mediante cinco
reacciones básicas:
¾ Formación del CoA tioester;
¾ α-β deshidrogenación del acil CoA
¾ Hidratación del enlace doble para formar 3-L- hidroxiacil CoA;
¾ Deshidrogenación del β- hidroxiacil CoA con formación del β- cetoacil CoA;
¾ Ruptura del enlace tiolítico del β- cetoacil CoA a fin de formar acetilCoA y un acil-CoA nuevo
que contiene dos átomos de C menos que el original.
La oxidación de los ácidos grasos no saturados y de los ácidos grasos de cadena con número impar de
átomos de carbono también ocurre por la vía de la β oxidación, pero necesita de la participación de
enzimas adicionales. La oxidación de los ácidos grasos de cadena impar generan propionil CoA que se
convierte en succinil CoA para incorporarse al ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
Este proceso ocurre tanto en mitocondrias como en peroxisomas. Este último se plantea que participa
por la composición enzimática en el acortamiento de las cadenas de los ácidos grasos de cadena larga.
Una fracción significativa del acetil CoA producido por la oxidación del ácido graso en el hígado se
convierte en acetoacetato y D-β-hidroxibutirato que, junto con la acetona, se designan como cuerpos
cetónicos. Los primeros dos compuestos se comportan como combustibles importantes para los tejidos
periféricos.
La biosíntesis del ácido graso se diferencia de la oxidación del mismo en varios aspectos. Mientras que
la oxidación del ácido graso ocurre en la mitocondria empleando los ésteres acil graso CoA, la
biosíntesis del ácido graso ocurre en el citosol, con la cadena en crecimiento del ácido graso
esterificada a una proteína portadora de acilos (ACP). Las coenzimas redox son diferentes (FAD y
NAD+ en la oxidación y NADPH en la biosíntesis) así como en la estereoquímica de las etapas
intermedias de la ruta. La oxidación produce acetil CoA, mientras que el malonil CoA es el precursor
inmediato en la biosíntesis. Se necesita HCO-3 en la biosíntesis pero no en la oxidación (Fig. 6).
106
Figura 6. Biosíntesis y degradación de los ácidos grasos. Diferencias.
107
Regulación del metabolismo lipídico.
Existen dos mecanismos de regulación del metabolismo lipídico:
• A corto plazo;
• A largo plazo.
La primera ocurre cuando la respuesta se produce en unos minutos o menos y está relacionada con el
control de las actividades de los enzimas reguladores.
La regulación a largo plazo se basa en la alteración de la cantidad de enzima presente por variaciones
en las velocidades de síntesis y/o degradación de las proteínas. Este proceso requiere que transcurran
horas o días.
Las células pancreáticas α y β perciben los estados de dieta y energéticos del organismo a través de la
concentración de glucosa en la sangre. Las células α responde a la concentración de glucosa baja de los
estados de ayuno y de demanda de energía segregando glucagón. Las células β responden a la
concentración de glucosa elevada en la sangre, de los estados alimentado y en reposo, segregando
insulina. Estas hormonas regulan también, las velocidades de las rutas opuestas del metabolismo de los
lípidos y controlan, por tanto, si se han de oxidar o sintetizar los ácidos grasos.
Así, la acetil CoA carboxilasa, que cataliza el primer paso determinante en la síntesis de ácido graso es
inhibida por la fosforilación dependiente de AMPc estimulada por glucagón y es activada por la
fosforilación estimulada por la insulina. La relación glucagón – insulina es, por tanto, de importancia
primordial en la determinación de la velocidad y de la dirección del metabolismo del ácido graso.
Metabolismo del colesterol.
Todos los átomos de C del colesterol derivan del acetato. Este se convierte primero en unidades C5
llamadas isopreno. Las unidades de isopreno se condensan a fin de formar un precursor lineal del
colesterol (escualeno) y después se ciclan.
Figura 7. Todos los átomos de carbono del colesterol derivan del acetato.
El acetil CoA se convierte en isopreno por una serie de reacciones que comienza con la formación de
hidroximetilglutaril CoA. Una de las etapas esta catalizada por la HMG-CoA reductasa que es
mediadora de la etapa determinante de la velocidad de la biosíntesis del colesterol y el enzima regulado
de modo más elaborado de esta ruta.
Figura 8. Estructura del isopreno.
Empleo del colesterol.
El colesterol es el precursor de las hormonas esteroides y de los ácidos biliares. Las hormonas
esteroides se agrupan en cinco categorías: progestinas, glucocorticoides, corticoides minerales,
andrógenos y estrógenos.
La ruta más importante para la excreción del colesterol en los mamíferos es la formación de ácidos
biliares (también llamadas sales biliares).
Los probióticos en el metabolismo lipídico.
La microflora intestinal influye en el metabolismo de los lípidos. Se conoce que las bacterias sintetizan
ácidos grasos de novo y modifican los ingeridos con la dieta. Por otra parte, estas bacterias pueden
inhibir la formación de micelas biliares y disminuye de esta forma la absorción del colesterol, lo que
provoca la reducción de sus niveles en sangre. Asimismo, se ha demostrado que los ácidos grasos de
cadena corta (AGCC) pueden inhibir la síntesis de colesterol en el hígado. Se considera que el uso
continuo de probióticos puede favorecer la producción de cantidades apreciables de estos ácidos, esta
pudiera ser una de las causas por las que su empleo reduce los niveles de este metabolito (Ouwehand y
col., 1999).
Sanders y Huis in´t Veld (1999) plantean que los probióticos bacteriales presentan beneficios en la
salud en cuanto a los lípidos sanguíneos y las enfermedades coronarias a través de tres mecanismos:
• Asimilación del colesterol por las células bacteriales;
• Alteración de la actividad de la enzima BSH;
• Efecto antioxidativo.
La utilización de probióticos en la dieta permite la eubiosis de la microflora intestinal y se obtienen
mayores niveles de ácido láctico y AGCC totales (acético, propiónico y butírico) que son productos de
la fermentación de los microorganismos del tracto. Los AGCC influyen en la disminución de los
niveles de colesterol porque provocan inhibición de la enzima HMG-CoA reductasa (Endo y col.,
1999). Sin embargo, Pérez (2000) obtuvo mayores niveles de ácido láctico y AGCC en el ileon y ciego
de los grupos tratados con un hidrolizado de levadura con respecto al control en pollos de ceba y no se
logró diferencias significativas en la concentración de colesterol entre los grupos estudiados.
Ha sido demostrado que los Lactobacillus contribuyen a la eliminación de ácidos biliares y colesterol
en las haces por su acción enlazante o unificadora y por la inhibición de la formación de micela. De
109
esta forma, disminuye la absorción de ácidos biliares y causan un efecto inhibitorio en la absorción
intestinal de micelas de colesterol (Susuki y col., 1991).
La pérdida fecal de las sales biliares resulta, en un mayor requerimiento de colesterol como precursor
para la síntesis de nuevas sales biliares y por tanto pueden reducirse los niveles de colesterol. Klaver y
van der Meer (1993) sugirieron que la reducción de colesterol “in vitro” por algunos Lactobacillus sp.
resulta de su coprecipitación con sales biliares desconjugadas. De Smet y col. (1994) sugirieron que
especies de Lactobacillus que poseían la BSH altamente activas, reducen los niveles de colesterol del
suero. La BSH activa de los Lactobacillus posee la ventaja de sobrevivir y colonizar el ID bajo donde
el ciclo enterohepático tiene lugar (Du Toit y col., 1998).
Jin y col. (1998), determinaron el efecto de los cultivos de Lactobacillus en varios parámetros
productivos y en el colesterol en suero de broilers bajo condiciones tropicales. El nivel de colesterol en
suero fue significativamente menor (P<0.01) en los broilers alimentados con tres dietas que contenían
Lactobacillus a los 30 días de edad. Una reducción similar de los niveles de colesterol en suero se
encontró en ponedoras (Abdulrahim y col., 1996).
Inclusión de grasas y aceites en las dietas para animales monogástricos.
Las especies animales en cuyas dietas se adiciona grasa son ganado de carne y leche, cerdos, aves,
peces y animales de compañía (perros y gatos). Dentro de cada especie, el porcentaje de la población
total que recibe raciones con grasa suplementada, varía desde un 10% para gallinas ponedoras hasta el
90% en el caso de pollos y gansos (Bisplinghoff, 1998).
En la mayoría de las dietas, la grasa es adicionada en un rango desde 0.5 a un 6.5%. Una dieta típica
para pollos contiene entre 2 y 5% de grasa añadida, mientras que en los pavos la dieta puede contener
5-10%. Entre un 4-6% es adicionado a dietas para ganado de carne y leche y en los cerdos
aproximadamente el 5%. El crecimiento de la acuacultura ha contribuido también al uso de las grasas.
Un típico alimento para trucha puede contener 10-15% de grasa adicionada, usualmente como aceite de
pescado. Muchos alimentos para animales de compañía también contienen altas cantidades de grasa
(Coromoto, 1999).
La grasa juega, cada vez más, un papel importante en la nutrición animal, pero, es quizás también, uno
de los ingredientes que enfrenta los mayores problemas es términos de calidad ya que es muy sensible a
degradarse y perder calidad. Esto es debido a la naturaleza química de la molécula de ácido graso y al
hecho, de que las fuentes de grasa para la alimentación animal son subproductos de otras industrias.
En Cuba, se ha estudiado el efecto de inclusión, en las aves, de diferentes fuentes energéticas en varios
indicadores con la utilización de subproductos de diferentes industrias (Lon Wo, 1988). Los resultados
aparecen en las tablas 3 y 4.
Tabla 3. Comparación de diferentes fuentes de grasa en dietas de maíz para la ceba de pollos.
Medidas
(2-8 Semanas)
Consumo (g/ ave)
Ganancia (g/ ave)
Conversión
Peso vivo final (g/ ave)
Sin Grasa
Sebo
Manteca Enraciada
Aceite Cachaza
4078
1590
2.51
1786
4115
1667
2.33
1863
4024
1636
2.35
1831
3959
1586
2.37
1766
110
Tabla 4. Efecto de diferentes fuentes energéticas en las gallinas ponedoras durante 10 semanas de
puesta.
Consumo acumulado (Kg/ ave)
Consumo diario (g/ ave)
Huevos totales
Huevos para consumo
Conversión
Peso vivo inicial (Kg/ ave)
Peso vivo final (Kg/ ave)
Peso hígado (g)
Peso grasa abdominal (g)
Contenido grasa hepática (%BS)
Control
6% Jaboncillo Acidulado
6% Aceite Crudo
7.65
109
57
56
1.34
1.35
1.58
27
52
43
7.14
102
50
48
1.43
1.38
1.46
25
41
42
7.17
102
57
57
1.25
1.39
1.55
26
41.5
40
1 Kg de alimento/ 10 huevos
El empleo de grasas en la alimentación de las gallinas ponedoras se fundamenta no sólo en el hecho de
poder ahorrar cereales de importación, pues su requerimiento energético es menor que el del pollo
energético, sino en factores tales como la eficiencia de utilización de los nutrientes con menor
producción de calor y menor gasto energético y la mayor capacidad adaptativa que le infiere ante los
cambios ambientales.
La variabilidad en la composición química de los lípidos, es de importancia durante el proceso
digestivo como un todo, ya que su digestibilidad dependerá finalmente de la habilidad del cerdo para
emulsificarlos, digerirlos y absorberlos eficientemente. En general, altos contenidos de ácidos grasos
insaturados en la molécula de triglicérido conduce a una mayor absorción, lo que se traduce finalmente,
en mejoras del valor de energía digestible. La longitud de la cadena carbonada tiene también influencia
en la digestibilidad (fig. 9), así como la edad del cerdo (fig. 10).
Figura 9. Influencia de la relación ácidos grasos insaturado-saturado de las mezclas de grasa dietética sobre
la digestibilidad en cerdos.
111
Figura. 10. Influencia de la edad de los cerdos sobre la digestibilidad aparente de la grasa dietética.
Conclusiones.
En este capítulo se presenta la digestión y el metabolismo de los lípidos con el fin de conocer el destino
de los ácidos grasos por el animal después de ingerir alimentos.
Los triglicéridos constituyentes de las grasas dietéticas son hidrolizados en el intestino delgado
mediante la acción de la lipasa pancreática y las sales biliares a monoglicéridos y ácidos grasos. Los
ácidos grasos son metabolizados en el hígado y el tejido adiposo. En las aves, el hígado es el principal
lugar donde ocurre este proceso. Las lipoproteínas son de gran importancia en el metabolismo lipídico.
Ellas son las encargadas de transportarlos en el torrente sanguíneo.
El colesterol tiene gran importancia en los organismos vivos de ahí que su estudio sea objeto de
atención.
Las grasas y aceites se utilizan en la alimentación animal por su gran valor energético y porque
representan un ahorro por la inclusión de subproductos. Además, mejora la eficiencia de utilización de
los nutrientes con menor producción de calor y menor gasto energético y una mayor capacidad
adaptativa que le infiere ante los cambios ambientales.
112
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113
XIV Digestión y absorción de los lípidos en rumiantes
Dr. René Stuart
Contenido
Introducción. ......................................................................................................................................... 114
Digestión de Lípidos ............................................................................................................................. 114
Aspecto general de la digestión......................................................................................................... 114
Digestión de triglicéridos .................................................................................................................. 115
Digestión de fosfolípidos. .................................................................................................................. 116
Digestión de colesterol ...................................................................................................................... 117
Absorción y Transporte......................................................................................................................... 117
Transporte linfático ........................................................................................................................... 117
Lipoproteínas..................................................................................................................................... 118
Transporte de fosfolípidos y colesterol ............................................................................................. 118
Sistema portal. ................................................................................................................................... 119
Conclusiones ......................................................................................................................................... 119
Bibliografía a consultar......................................................................................................................... 119
Introducción.
El metabolismo de los lípidos en el rumiante adulto difiere notablemente del de los monogástricos y
esta diferencia radica en la composición de los ácidos grasos de la grasa de depósito. La composición
en ácidos grasos de las grasas de depósitos permanece más o menos inalterables cuando los animales se
alimentan con grasas no saturadas tales como los aceites de maíz y soya, mientras que la grasa de
depósito de los animales monogástricos reflejan la composición en ácidos grasos de los lípidos de la
dieta.
En el presente capítulo serán reseñados la digestión y absorción de los lípidos o grasas de las dietas de
los monogástricos y de los rumiantes.
Digestión de Lípidos
En los rumiantes la existencia de grasa de depósito "rica en ácido esteárico" es independiente de la
dieta, la cual implica una hidrogenación, que se ha podido comprobar la realizan los microorganismos
del rumen, y efectúa importantes modificaciones de los lípidos de las dietas. Estas son: 1)
hidrogenación de los ácidos grasos; 2) hidrólisis de los glicéridos y fosfolípidos y 3) fermentación del
glicerol procedente de los glicéridos y fosfolípidos.
Aspecto general de la digestión.
El paso inicial para la digestión de los lípidos lo constituye la hidrólisis efectuada por las lipasas. Estas
enzimas han sido aisladas del páncreas, glándulas de la base de la lengua y la pared intestinal; también
han sido halladas lipasas en casi todos los tejidos asociados al metabolismo intermediario.
Pruebas "in vitro" han dado respuesta del papel de las enzimas en la digestión tales como la lipasa
pancreática, la cual tiene acción específica en los enlaces ésteres de las posiciones alfa.
114
Se ha estudiado la influencia del grado de emulsificación en la hidrólisis. Los resultados han mostrado
que la función de las bilis es de promover, estimular la emulsificación y solubilización de los lípidos y
esta función es debido a las sales de los ácidos biliares.
El mayor sitio de la digestión de los lípidos es el intestino delgado. En el duodeno el bolo alimenticio
se encuentra con la bilis y el jugo pancreático. Ellos son alcalinos y funcionan en parte como
neutralizantes del quimo gástrico. La emulsificación de los lípidos por las sales biliares es
aparentemente esencial para la digestión. Considerables cantidades de ácidos grasos pueden ser
absorbidos en ausencias de bilis lo cual tal vez indica poca diferencia con el modo de absorción y que
su papel principal es la de emulsificación.
El flujo de jugo pancreático igual que las sales biliares es regulado hormonalmente antes de la entrada
del quimo gástrico dentro del duodeno.
Un precursor de la lipasa en el jugo pancreático activas el lumen intestinal. Este mecanismo de
activación de la lipasa pancreática utiliza cofactores para la activación.
El papel de las sales biliares se extiende también a la absorción donde los ácidos hidrolizados y
emulsificados con las sales biliares penetran a las células de la mucosa intestinal. Aquí se rompe la
emulsión y las sales biliares van al hígado por vía portal para ser posteriormente reincorporados al
intestino vía vesícula conducto biliar, esto es la llamada circulación etero-hepática.
Digestión de triglicéridos
Los glicéridos o grasas neutras son ésteres resultantes de la reacción de los diversos ácidos grasos con
la gliricidia o alcohol trivalente. Se encuentran n el reino animal
C17H35-COOH
HO-CH2
C17H35-COO-CH2
HO-CH
C17H35-CO-O-CH + 3H2O
C17H35-COOH
HO-CH2
C17H35-CO-O-CH2
3 moléculas de ácido
esteárico
Glicerina
Triestearina
C17H35-COOH
+
Debido a la especialidad de la lipasa pancreática, sólo las posiciones alfa de los glicéridos son
hidrolizadas y dejan como producto final el beta monoglicérido.
Este grupo acilo de la posición beta en el monoglicérido puede emigrar a la posición alfa por la vía
enzimática y después ser hidrolizado por la lipasa para dejar como producto glicerina y ácidos grasos.
El mecanismo de hidrólisis de los triglicéridos se muestra a continuación.
115
2
CH2O-COR1
CH2OH
CH2O-COR1
CHO-COR2
CHO-COR2
CH2O-COR3
CH2O-COR3
CH2OH
Triglicérido
αβ diglicérido
α-β diglicérido ác. graso 1 + ác. graso 3
+
CHO-COR2 + R1COOH +R3COOH
CH2OH
2
CHO-COR2
+ R1COOH + R3 COOH
CH2OH
β monoglicérido ác. graso 1 + ác. graso 3
Actualmente se acepta que el 25-45% de la hidrólisis es completa (glicerina y ácidos grasos) y los
restantes 55-75% son absorbidos como monoglicéridos. Se ha encontrado que los triglicéridos se
absorben en el orden de un 3%.
Digestión de fosfolípidos.
Se encuentra establecido que los fosfolípidos pueden ser formados en cantidades apreciables durante la
absorción de grasa. Las lecitinas y las cefalinas son los más importantes fosfolípidos que se forman.
Con respecto a la hidrólisis se piensa que se comportan de manera bastantes semejante a las grasas
neutras. Los ácidos grasos constituyentes de los fosfolípidos de la dieta pueden ser encontradas en un
80% esterificando las grasas neutras de la linfa.
Si los fosfolípidos son hidrolizados hasta incluir la preparación de la base nitrogenada del grupo de
fosfato, la molécula resultante α glicerofosfato es un punto de partida en la síntesis de triglicéridos y un
punto de contacto con el metabolismo endógeno de los carbohidratos a nivel de la mucosa intestinal.
La fosfolipasa en el tejido animal efectúa la hidrólisis como sigue:
116
1
Lecitina
2
lisolecitina
glicerol fosforil
3
+ ác. graso
colina
glicerol fosfato
+ ác. graso
+ colina
4
glicerol + fosfato
1.
2.
3.
4.
Fosfolipasa A. Aislado en el páncreas u otros tejidos animales.
Fosfolipasa B. Aislado en el páncreas y el hígado
Glicerol fosforil colina diesterasa
Fosfomonoestearasa
La hidrólisis en el intestino se supone transcurre por la misma vía.
Digestión de colesterol
La hidrólisis de los ésteres del colesterol es sencilla por tener un solo enlace éster en esta molécula.
Existen evidencias de una hidrólisis completa del éster de colesterol antes de ser absorbidos. El
colesterol absorbido aparece esterificado en la linfa.
Absorción y Transporte
Las grasas son absorbidas en el intestino delgado (parte superior del duodeno, yeyuno e ileón)
dependiendo la relación absorción/lugar de absorción, de la especie.
La mezcla se grasa y sus productos de hidrólisis una vez en contacto con la pared intestinal son
absorbidos, metabolizados y transportados por dos vías diferentes a la circulación. La vía principal de
transporte es vasos linfáticos-conducto torácico y la otra vía es el sistema portal.
Transporte linfático
La composición de la linfa del conducto torácico (%) es la siguiente:
Glicéridos
Fosfolípidos
Ester de colesterol
Ac. Grasos libres
82
10
2
6
117
Dentro de la fracción de glicéridos el 90% está constituido por triglicéridos y como se vio en la parte de
la digestión, los triglicéridos son hidrolizados por la acción de la lipasa pancreática, por lo que se
desprende debe existir una reesterificación de las grasas en las células de la mucosa intestinal. Estas
grasas se transportan en forma de quilomicrones (gotas de grasa de tamaño microscópico) que contiene
alrededor de un 2% de proteína; también se transporta en cantidades mayores, como lipoproteínas,
medio de transporte de los lípidos endógenos en la circulación sistemática.
Lipoproteínas
La insolubilidad de los lípidos en medio acuoso es tradicional y para que puedan ser transportados
satisfactoriamente se asocian con las proteínas sanguíneas formando las llamadas lipoproteínas. Estas
lipoproteínas se clasifican en: 1) quilomicrones, 2) lipoproteínas de baja densidad (LPBD) y 3)
lipoproteínas de alta densidad (LPAD).
Estas lipoproteínas se mueven asociadas a diferentes fracciones proteicas y de acuerdo con esta se
puede clasificar en alfa y beta lipoproteínas. La correlación entre estas va a ser:
Alfa – LP con la LPAD (> 1,063)
Beta – LP con la LPBD (<1,963)
Las cuales han sido obtenidas por el método de centrifugación.
El transporte de las lipoproteínas va a estar dado primeramente por la aparición de quilocrones y
después las lipoproteínas de baja densidad. Los quilomicrones son destruidos en el hígado y
posteriormente las grasas salen asociadas a las lipoproteínas de baja densidad sintetizadas en este
órgano, de donde se pueden suponer que las LPBD van pasando a LPAD al ir perdiendo su contenido
de lípidos.
Los ácidos grasos no esterificados son transportados por las albúminas no tomando parte, por tanto, de
la integración de las lipoproteínas.
Tabla 1. Composición de las lipoproteínas de plasma humano.
Concentració
n mg/100 ml
100-250
130-200
210-400
290-400
Péptidos
Fosfolípidos
2
7
(quilomicrones)
9
18
(LPBD)
21
22
(LPAD)
57
21
Colesterol
libre
éster
Triglicérido AGNE*
2
6
83
-
7
15
50
1
8
38
10
1
3
14
5
-
* Ácidos grasos no esterificados
Transporte de fosfolípidos y colesterol
Los fosfolípidos son en su mayor parte transportados por la lipoproteína y desempeñan un papel
importante en el mantenimiento de la estructura de éstas. El colesterol es transportado en las LPAD.
118
Sistema portal.
En el sistema portal son transportados los ácidos de cadena corta principalmente en forma libre.
La glicerina libre aunque no ha sido vista en este capítulo es de esperar que sea transportada al hígado
vía la sangre portal.
Conclusiones
Los triglicéridos constituyentes de las grasas dietéticas son hidrolizados en el intestino delgado
mediante la acción de la lipasa pancreática y las sales biliares a monoglicéridos y ácidos grasos.
Durante la absorción los monoglicéridos son reesterificados a triglicéridos y los ácidos grasos también
son reesterificados con el glicerolfosfato a triglicéridos.
Estos ácidos grasos esterificados son absorbidos en la linfa como triglicéridos y constituyen los
quilomicrones. En el hígado los quilomicrones son destruidos y forman la LPBD la cual es liberada a la
circulación para suministrar los ácidos grasos que son depositados en el tejido adiposo.
En el caso de los rumiantes llegan al duodeno ácidos grasos libres principalmente esteáricos, por lo que
la composición, del tejido adiposo de estos animales no depende de la dieta. A nivel de intestino los
procesos de resíntesis transcurren sólo por vía del glicerolfosfato, aunque la composición lipídica de la
linfa es similar en rumiantes y monogástricos.
Bibliografía a consultar.
Ballard, F. J., Hanson, R.W. y Kronfeld, D. S. 1969. Gluconeogenesis and lipogenesis in rumiants and
non ruminants tissnes Fed.. Proc. Fed. Am. Soc. Exp. Biol. 28:218.
Phillipson, A. T. 1970. Physiology of digestion and metabolism in the ruminant. Ed. E. Lewis.
White, A. Handler, P. y Smith, E. L. 1968. Principles of Biochemstry. Mc. Graw-Hill.
Wilson, T. H. 1962. Intestinal Absorption W. B. Sauders, Co. Philadelphia.
119
XV Digestión y absorción de compuestos nitrogenados
Dra. Bertha Chongo García
Contenido
Introducción...........................................................................................................................................................................120
Degradación ruminal del nitrógeno .......................................................................................................................................121
Constituyentes no proteicos...............................................................................................................................................122
Proteína alimentaria..........................................................................................................................................................124
Síntesis de la proteína microbiana ruminal (PMR)................................................................................................................124
Contribución al animal......................................................................................................................................................125
Origen de la proteína que llega al duodeno ...........................................................................................................................125
Digestión intestinal de proteínas............................................................................................................................................126
Aportes al animal...............................................................................................................................................................126
Reciclaje de la urea. Importancia Fisiológica .......................................................................................................................127
Conclusiones..........................................................................................................................................................................128
Bibliografía a consultar..........................................................................................................................................................128
Introducción
La alimentación del ganado en el área tropical experimenta grandes afectaciones por la carencia y
explotación eficiente de sus recursos alimentarios. A esto se une que los pastos en estas regiones
presentan una baja calidad nutritiva que se afecta grandemente en los períodos de sequía. Además de
un incremento en la lignificación, su contenido en proteína es bajo, disminuye con la época del año
sobretodo cuando son altas las temperaturas y los pastos no son fertilizados ni irrigados
adecuadamente.
Unido a esto, se debe considerar el hecho de que las tecnologías que a menudo se explotan en la región,
son deficitarias en suplementos proteicos o se utilizan mas como sustitutos del pasto, por lo que
encarecen el sistema. Al ser los pastos deficitarios en este nutriente, la relación energía proteína tiende
a ser con frecuencia el factor que limita la producción animal.
Uno de los problemas a los que se enfrentan los nutricionistas en el mundo es la carencia de fuentes de
proteína de buena calidad con posibilidades de uso en la alimentación de los rumiantes. En el área, la
situación se agrava al no disponer de suficientes fuentes convencionales de nitrógeno y poco
conocimientos para hacer un uso adecuado de las que sufren ruptura en el rumen como resultado de la
degradación y las que lo atraviesan sin ser degradadas, correspondiendo las leguminosas a estos
grupos.
Por lo que el nitrógeno constituye la mayor limitación para tener un uso eficiente de los residuos de
cosecha, pastos y forrajes. Es aún mas importante en el trópico, en los pastos durante el período seco
y en el subtrópico en el invierno.
El objetivo de esta conferencia es trasmitir de forma sintética la importancia del metabolismo del
nitrógeno en el tracto gastrointestinal de rumiantes, de las diferentes rutas metabólicas que involucran
al nitrógeno en el rumiante el que está estrechamente relacionado con el mrtabolismo de la energía que
deciden la producción animal.
120
Degradación ruminal del nitrógeno
Una vez que el alimento ingerido alcanza el rumen, los compuestos nitrogenados de acuerdo a sus
características son atacados por la flora ruminal según la naturaleza de la proteína y solubilidad. En
general, en el caso de los pastos donde gran parte de la proteína se solubiliza es degrada en el rumen
gracias a su extensa y variada microflora.
Como resultado de de la degradación de las proteinas en el rumen se producen péptidos, aminoácidos
y por último y no menos importante NH3. Se plantea que la presencia de los péptidos y aminoácidos en
el rumen es baja, por lo que se pueden considerar como intermediarios, no obstante tienen dos origenes
aminoácidos libres que forman parte de la dieta y aminoácidos producto de la hidrólisis de las
proteínas. En el rumen estos aminoácidos pueden ser:
•
•
•
Absorbidos por la pared ruminal,
metabolizados por los microorganismos ruminales,
pasar al tracto digestivo inferior.
Además se producen ácidos grasos volátiles (AGV) ramificados fuente de energía en rumiantes entre
otros compuestos. También, se sintetizan cantidades variables de biomasa microbiana, estos nutrientes
son utilizados por el rumiante para cubrir sus requerimientos de energía y proteína.
SANGRE
PROT NO DEGRADABLE
PROTEINA
NH 4
NH 4
DIGERID
PROTEINA
BACTERIANA
HIGADO
PROTEINA
DIETARIA
N
ENERGIA
FERMENTABLE
HECES
Figura 1. Metabolismo del nitrógeno en el rumen
Al proceso de degradación ruminal de las protéina se le denomina proteolisis ruminal, de manera que
la proteína que conforma la dieta que pasa sin ser degradada y la proteína microbiana, serán digeridas
y absorbidas en las partes mas bajas del tracto gastrointestinal. Algunos de los factores que influyen en
la magnitud de la degradación ruminal de la proteína son:
121
•
•
•
El grado de solubilidad de la proteína
El pH del medio ruminal
La concentración ruminal de amoníaco (NH3 )
La solubilidad es una característica inherente y determinada por el tipo de proteína presente en el
alimento. Las albuminas y globulinas son las más solubles, mientras que prolaminas y glutelinas son
las fracciones más insolubles del alimento (Coto et al. 1990). La tabla 1 cita ejemplos de proteínas de
origen animal, y vegetal poco degradables en rumen y muy degradables.
Tabla 1. Niveles de degradabilidad ruminal de diferentes fuentes de proteína
Baja degradabilidad
Harina de pescado
H. gluten de maiz
Harina de sangre
Follaje de E. ciclocarpum
Alta degradabilidad
Harina de soya
Harina de colza
Follaje de G. sepium
Follaje de M. alba
La proteólisis que ocurre durante la fermentación ruminal puede beneficiar al animal hospedero si la
proteína microbiana sintetizada a partir de los productos de la fermentación de la proteína es de mayor
valor biológico que la proteína del alimento, aunque se considera que la proteina sintetizada en el
proceso “de novo” en el rumen es de muy alta calidad.
Varias especies de bacteroides, Butyrivibrio sp. y Selenomonas sp. parecen ser las bacterias mas
potencialmente proteolíticas. Sin embargo, ninguna especie es en particular se considera como activa y
la mayoría de las evidencias sugieren que una variedad de bacterias ruminales poseen proteasas activas
y es colectivamente responsable de la intensa actividad proteolítica en el rumen. Las proteasas de las
bacterias del rumen compuestas por endo y exopeptidasas están unidas a la célula pero localizadas
sobre la superficie celular para ofrecer acceso libre a los sustratos. Hoy se conoce que estas proteasas
de las bacterias ruminales son enzimas constitutivas que no parecen estar sujetas a control metabólico,
por tanto, la maquinaria enzimática necesaria para la degradación ruminal, debe mantener su actividad
una mayor versatilidad de condiciones.
Constituyentes no proteicos
El NH3 es el intermediario central en la degradación y asimilación del nitrógeno en el rumen y es
también el nutriente nitrogenado preferido requerido por muchas especies de bacterias. Los niveles de
NH3 en el rumen varían desde 0 a 130 mg/ml dependiendo fundamentalmente de la fuente de nitrógeno
y del momento postpandreal. El incremento del NH3 en el medio trae como resultado un aumento de
este en sangre por absorción a través de la pared ruminal. El NH3 que se metaboliza en el rumen puede
tener sus orígenes en la desaminación de los aminoácidos, hidrólisis de la urea y otros compuestos
nitrogenados, etc.
Las vías metabólicas fundamentales del metabolismo amoniacal son:
•
•
•
Pasaje a las partes más bajas del tracto digestivo.
Conversión a proteína microbiana.
Absorción a través de la pared ruminal.
122
Los factores que influyen en la utilización de NH3 por los microorganismos están asociados con el
suplemento de esqueletos carbonados y otros compuestos necesarios para la síntesis de una nueva
proteína. El nivel con que este compuesto es utilizado para este proceso dependerá principalmente de
la energía disponible que se produce por la fermentación de los carbohidratos, ambas de forma
sincronizada optimizan el proceso. Se conoce que bajo estas condiciones se producen como promedio
20 g de proteína microbiana por 100 g de matería orgánica que es fermente en el rumen. Entonces la
cantidad de proteína bacteriana puede variar entre 400 hasta aproximadamente 1500 g/d en
dependencia de la digestibilidad de la dieta. Así el porciento de proteína en las bacterias está en un
rango entre 38 y 55 % en dependencia del tipo de alimento que consuma el animal y del pasaje de
bacterias adheridas a la fibra hacía las partes bajas.
Las características digestivas del rumiante permite el uso en su dieta de fuentes de nitrógeno no
proteico un ejemplo de ello y que ha sido grandemente utilizado en los sistemas ganaderos en el trópico
lo constituye la urea. Cuando esta llega al rumen es totalmente soluble y rápidamente hidrolizada con
un alto nivel de producción de NH3 por lo que debe ser empleada con cuidado para evitar
intoxicaciones.
En la práctica la urea es mas utilizada cuando se emplean alimentos altos en energía y pobres en
proteína ejemplo de esto lo constituye la miel final en los sistemas de ceba bovina en el trópico,
también ha sido empleada con granos de cereales, pulpa de remolacha azucarera, subproductos de la
caña de azúcar mejoras en la ganancia de peso vivo (toros de ceba estabulados). Sin embargo puede
ser empleada con éxitos cuando se requiere balancear en el rumen la disponibilidad del nitrógeno
degradable en rumen, siempre que la fuente de energía disponible así lo requiera.
Por supuesto que la urea no es el suplemento indicado cuando se desea suplementar a alimentos con
niveles elevados de nitrógeno disponible (Soya, forrajes de algunas leguminosas, gramíneas jóvenes),
ya que pueden provocar una explosión en la producción de amoníaco en rumen, con malos resultados
en el comportamiento animal.
En la vaca lechera los niveles de amoniaco reportados como apropiados oscilan entre 150 – 200
g/vaca/d si se desean mejorar indicadores de consumo, palatabilidad etc., en cualquier caso se requiere
de una adaptación previa para lograr buenos resultados. Mientras que su suministro en la ceba de
animales posibilita el uso de niveles superiores cuando se trata de dietas de miel. Bajo estas
condiciones se reportan ganancias de peso vivo adecuadas en diferentes sistemas de alimentación.
Cabe señalar que la urea no es la única fuente de nitrógeno utilizada en los rumiantes se reporta el
posible uso de sales amoniacales su rápida hidrólisis en rumen ofrece nitrógeno disponible para la
síntesis de proteína aunque existe el riesgo de toxicidad y muerte rápida cuando no está controlado.
En Cuba la miel amonificada ha permitido incrementos en la ganancia de peso vivo de toros
estabulados por encima de 950 g/animal/d.
El biuret es un producto del calentamiento de la urea a temperaturas elevadas y ha sido empleado en
los rumiantes, su hidrólisis en rumen es a amoniaco y ocurre a menor velocidad que la de la urea lo que
pudiera representar ventajas siempre que los animales estén bien adaptados ya que de lo contrario el
producto no se hidroliza completamente en el rumen pasa por metabolismo animal sin ser degradado
y se excreta pro la orina de forma intacta encareciendo el sistema. La conveniencia de utilización esta
relacionada con su costo que generalmente supera al de la urea.
123
Proteína alimentaria
La cantidad de nutrientes de un forraje y su calidad nutritiva son factores que determinan el nivel de
producción de cualquier explotación ganadera. En tal sentido, los forrajes tropicales por lo general,
son de baja calidad y deficitarios en proteína (niveles inferiores a 10 %) y de gran solubilidad. Por lo
que precisan de una complementación en la alimentación de los rumiantes con proteína de buena
calidad.
Desde luego que el uso de proteína de buena calidad dependerá de la calidad de la fuente proteica y de
las necesidades nutritivas según propósito lo que dará la eficiencia económica del sistema atendiendo
al costo de la proteína, una opción sostenible la constituye el uso de follaje de arbóreas o los sistemas
silvopastoriles ya que estas fuentes son apreciadas por su buen contenido de proteínas así como por
disponibilidad de otros nutrientes como vitaminas y minerales.
Según sea la fuente de proteína alimentaria una parte de la proteína de la dieta se degradará en el
rumen y otra parte escapará a esta degradación al pasar en forma intacta al resto del tracto donde será
digerida lo que contribuirá a la nutrición del animal (Tabla 2).
Tabla 2. Efecto del nivel de proteína sobrepasante en dietas de melaza en la ganancia diaria y la
conversión alimenticia
Proteína sobrepasante %
2.6
3.8
5.0
Ganancia diaria kg/d
1.10
1.17
1.27
Conversión alimenticia
8.06
7.10
6.87
Sin embargo la no Degradabilidad en rumen de la proteína varía entre fuentes proteicas, se puede
resumir que en los forrajes las proteínas son mas degradadas en rumen (60 - 87 %) que en alimentos
concentrados (30 – 70 %) o en leguminosas (45 - 80 %). En esta última depende de que la proteína
en la planta se encuentre libre o acomplejada entre otros factores, en todo caso pueden hacer un aporte
de nitrógeno importante con beneficios en el comportamiento animal.
Síntesis de la proteína microbiana ruminal (PMR)
Un aspecto importante del retículo rumen es su capacidad de digerir lentamente la fibra por los
microorganismos del órgano con la consecuente producción de una nueva proteína de origen
microbiano capaz de aportar al animal aminoácidos para su metabolismo. Este hecho es
particularmente eficiente cuando la condición nutricional de la dieta es baja por tratarse de materiales
con alto contenido de celulosa y pobres en proteína.
La síntesis microbiana a partir del NNP del animal, produce una proteína adecuada para el animal
cuando las producciones son relativamente bajas. De manera similar sucede al utilizar la urea que
recicla del cuerpo animal. Se ha indicado a partir de estudios con isótopos marcados que entre un 2640 % de la proteína microbiana puede ser sintetizada a partir de la urea de la dieta. Esta condición
124
indica que para mejorar el comportamiento productivo entonces se requiere de otras fuentes proteicas
provenientes del alimento.
Parte de la proteína microbiana sintetizada se degrada en el rumen, aunque su mayoría escapa sin
degradarse y llega al abomaso adherida a las partículas del alimento. Es allí donde comienza entonces
su digestión.
Sin embargo, se necesita precisar las insuficiencias en la síntesis de proteína en el rumen que se
originan en casos de desbalance de algún nutriente o el uso inadecuado del alimento. Así, cuando se
utiliza en la dieta proteína de buena calidad y el amoniaco producido no puede ser utilizado para la
síntesis por insuficiencias en la cantidad de energía fermentable, el proceso de síntesis es poco
eficiente. Este caso con frecuencia es típico en la mal nutrición energético proteica en el trópico,
donde se comprometa la salud de los rebaños.
A tal efecto, el empleo de leguminosas en los sistemas contribuye a mejorar el balance de energía
proteína y permite mejorar los resultados productivos como se indica en borregos en crecimiento
(Tabla 3).
Tabla 3. Consumo y ganancia de peso en borregos en crecimiento suplementados con forraje de poró
(Erytrina) con diferentes fuentes energéticas.
Suplementos
Erythrina sola
Erythrina + melaza
Erythrina + melaza + plátano verde
Erythrina + plátano verde
Erythrina + ñame
Consumo total Ganancias de peso,
(% PV)
g/d
3.5
4.0
4.2
4.4
4.3
74
92
91
112
128
Contribución al animal
La eficiencia con la cual el rumen sea explotado permitirá contribuir en mayor cuantía con su
proteína microbiana a la nutrición del animal. No obstante, se indica que alrededor de un 60 % de los
aminoácidos absorbidos en el intestino delgado son provenientes de la proteína de las bacterias,
mientras que el 40% que resta se corresponde con la proteína no degradada en el rumen.
Un hecho curioso lo constituye la composición de aminoácidos de la proteína microbiana que es
relativamente constante respecto a la proteína dietaria. Además, se plantea que la proteína microbiana
ruminal contiene todos los aminoácidos incluyendo los esenciales, sus niveles permiten una
aproximación a las proporciones de aminoácidos necesarios para la síntesis de la leche por la glándula
mamaria.
Origen de la proteína que llega al duodeno
En los rumiantes la proteína que llega al duodeno tiene dos orígenes uno, es la contribución de la
proteína de la dieta que escapó a la degradación ruminal y la otra la que se sintetizó en el rumen de los
animales. Ambas son proteínas que serán digeridas y absorbidas en esta sección del tracto
gastrointestinal.
125
Digestión intestinal de proteínas
Aportes al animal
La digestión en las partes bajas del tracto gastrointestinal depende en gran medida de lo que el rumen
sea capaz de aportar. Al abomaso e intestino delgado llega una mezcla constituida por proteínas,
péptidos y aminoácidos de origen dietético que escapan a la digestión ruminal, proteína microbiana
producida por los microorganismos del rumen y fuentes de nitrógeno endógeno (compuestas
fundamentalmente por material secretado en el tracto digestivo y tejido de los epitelios).
Los mecanismos de digestión en esta sección del tracto son propios del animal y llavados a cabo por un
equipo de enzimas del páncreas denominadas proteasas (tripsina , Quimotripsina) que hidrolizan a la
proteína hasta sus aminoácidos los que una vez absorbidos por mecanismos complejos luego pasan a la
sangre, higado y tejidos y contributyen directamente al metabolismo animal.
Los resultados de investigación muestran que la digestibilidad intestinal de la proteína no degradada
en rumen difiere entre fuentes de naturaleza diferentes con rangos que pueden variar entre 50 y 95 %
en la tabla 4 se ilustra una recopilación de la literatura.
Tabla 4. Digestibilidad intestinal de la proteína no degradada en rumen (PNDR g/kg) estimada y
medida en el laboratorio.
Alimento
Harina de pescado
Harina de soya*
Harina de colza
Harina de gluten de maíz
Harina de semillas de lupino
Chicharos
Cebada
Avena
Leucaena l.
Harina de sangre
Harina de algodón
Harina de Girasol
TPDNDR (calculada)
TPDNDR (medida)
AAT
952
962
742
907
537
613
756
626
74.68
77.60
92.24
939
939
779
925
860
834
884
785
318
211
116
459
68
89
103
66
-
76.57
52.66
83.13
-
El nitrógeno que aún resistió la hidrólisis postruminal (residuos microbianos, células descamadas del
TGL, urea que difunde de la sangre) pasa al intestino grueso. La flora cecal predominante son los
bacilos Gram (Bacteroides, Butirivibrios y Fusobacterium) los cuales producen AGV, NH3 y proteína
microbiana. La intensa actividad proteolítica, desaminativa y ureolítica producen altos niveles de NH3
isobutirato e isovalerato en el contenido cecal.
El NH3 es el principal componente que se absorbe en el intestino grueso cuya mayoría es utilizada en
procesos anabólicos para síntesis de aminoácidos no esenciales en el hígado.
126
Reciclaje de la urea. Importancia Fisiológica
En el rumiante al igual que en las especies monogástricas, la urea constituye el producto final del
metabolismo del nitrógeno resulta la más abundante y es la forma en que principalmente se elimina el
nitrógeno. La fuente principal de nitrógeno para la síntesis de urea en el hígado proviene del proceso
absortivo. La síntesis de urea en los rumiantes tiene gran importancia por contribuir a la nutrición
nitrogenada del rumen.
Esta urea sintetizada en el hígado, puede regresar al rumen por dos rutas diferentes.
-
a través de la saliva.
a través de la pared ruminal.
La urea puede ser reciclada y utilizada como fuente de nitrógeno por los microorganismos ruminales.
El grado de reciclaje de la urea por vía salival al rumen puede ser directamente proporcional a su
concentración en sangre y a la cantidad de saliva segregada. Aunque se ha encontrado que si bien la
concentración de urea salival se puede correlacionar con la concentración en sangre, la primera puede
ser más baja.
La concentración de urea en sangre está influenciada por el grado de oxidación de los aminoácidos
absorbidos y por el nivel de absorción de amoniaco ruminal, por tanto, la concentración de urea
sanguínea refleja en gran medida un balance de nitrógeno dietario.Tanto en cuanto al grado en que los
requerimientos de nitrógeno para los microorganismos del rumen han sido cubiertos a partir de los del
propio animal hospedero, es decir, el nivel en que tanto la cantidad como la composición de los
aminoácidos llenan las necesidades del animal hospedero.
Se indica que la urea presente en la saliva de borregos puede representar la mayor parte de la urea que
entre en el rumen, además se ha demostrado que hasta un nivel de 7.3 g de nitrógeno diario pueden
entrar al rumen de borregos en forma de urea y que únicamente 15 % de este nitrógeno puede ser
atribuído a la urea presente en la saliva, lo que indica que la de origen sanguíneo es la fuente más
importante. Otra vía mediante la cual llega urea al rumen es la dieta.
Una vez en el rumen, la principal vía metabólica de la urea es su hidrólisis por la ureasa de los
microorganismos ruminales. La velocidad de hidrólisis es muy alta La actividad de la ureasa tiene un
pH óptimo entre 6.4-6.9 .
Es difícil encontrar intoxicación con urea debido a las posibilidades de reciclaje señaladas
anteriormente. La toxicidad se puede producir cuando el hígado no puede convertir todo el NH3 en
urea. Cabe notar que el NH3 es el responsable de los síntomas de intoxicación que caracterizan el
coma hepático.
La urea introducida en el rumen se hidroliza más rapidamente que lo que puede ser utilizada en el sitio.
Se calcula que solo 1/5 del NH3 liberado se utiliza para la síntesis proteica de los microorganismos
ruminales, el resto se absorbe y pasa al hígado. La actividad de la enzima ureasa ruminal es tan grande
que nunca se acumula urea en el contenido normal del rumen, por degradarse completamente. La
excreción de la urea se regula en los túbulos renales por reabsorción en forma pasiva, aún cuando
puede efectuarse en forma activa .
127
La formación de urea en el hígado, su movimiento al rumen (donde se utiliza en la síntesis proteica
microbiana), así como subsecuente digestión y absorción en el tracto digestivo, constituye un ciclo de
regeneración de proteínas. Se considera que la proteína producida por el reciclaje de la urea, puede ser
una valiosa adición a la dieta de aminoácidos.
El beneficio que la urea endógena proporciona al animal es estimular el crecimiento bacteriano
aumentar el apetito y permitir un mayor consumo de energía.
Conclusiones
Se precisaron en forma resumida los complejos aspectos del metabolismo del nitrógeno en los
rumiantes. Se particularizó en el NNP como parte importante del nitrógeno de la dieta sufre
degradación microbiana en el rumen y su contribución al metabolismo.
El NH3 es la principal fuente de nitrógeno utilizada por los microorganismos para su crecimiento. Se
indica la importancia de la proeina de la dieta y la proteolisis en el rumen con aportes de aminoácidos
y el NH3 resultados de esta y de su utilización para la síntesis de proteína microbiana
La importancia del metabolismo del nitrógeno en rumen radica en la capacidad de sus microorganismos
de sintetizar a partir de los compuestos nitrogenados sus propias proteínas, las cuales serán luego
utilizadas por el hospedero. A partir de los productos de catabolismo proteico ruminal ocurre una
regeneración de este nutriente esta vez en forma de células microbianas.
Por último se describe la importancia metabólica del nitrogeno y su contribución a la producción
animal
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129
XVIII METABOLISMO MINERAL
Dra. Odilia Gutiérrez y Dra. Lourdes Savón
Contenido
Introducción ...................................................................................................................................................................................... 130
Metabolismo y funciones de los elementos minerales .................................................................................................................... 131
Calcio ............................................................................................................................................................................................. 131
Fósforo ........................................................................................................................................................................................... 133
Magnesio ........................................................................................................................................................................................ 135
Sodio, cloro y potasio ..................................................................................................................................................................... 137
Azufre ............................................................................................................................................................................................. 139
Manganeso..................................................................................................................................................................................... 140
Zinc................................................................................................................................................................................................. 141
Hierro ............................................................................................................................................................................................. 142
Cobre .............................................................................................................................................................................................. 143
Selenio............................................................................................................................................................................................ 144
Cobalto ........................................................................................................................................................................................... 144
Yodo................................................................................................................................................................................................ 145
Minerales Orgánicos......................................................................................................................................................................... 146
Selenio orgánico ............................................................................................................................................................................. 147
Cromo orgánico.............................................................................................................................................................................. 147
Microelementos nuevos y elementos tóxicos................................................................................................................................... 148
Conclusiones...................................................................................................................................................................................... 149
Introducción
Los elementos minerales son nutrientes esenciales para todos los animales e influyen en su eficiencia
de producción. Constituyen cerca del 5 % del peso total del organismo y están implicados en la
mayoría de las reacciones metabólicas que ocurren a nivel intra y extra celular. La clasificación más
generalizada los divide en dos grandes grupos: macrominerales y microminerales o elementos traza.
Tabla 1: Clasificación de los minerales
Microminerales
Calcio (Ca)
Fósforo (P)
Potasio (K)
Magnesio (Mg)
Sodio (Na)
Azufre (S)
Cloro (Cl)
Microminerales, o Minerales Traza
Arsénico (As)
Boro (B)
Cadmio (Cd)
Cromo (Cr)
Cobalto (Co)
Cobre (Cu)
Flúor (F)
Yodo (I)
Hierro (Fe)
Plomo (Pb)
Litio (Li)
Manganeso (Mn)
Molibdeno (Mo)
Níquel (Ni)
Selenio (Se)
Silicio (Si)
Estaño (Sn)
Vanadio (V)
Zinc (Zn)
La clasificación con relación a su función biológica es variable debido a que constantemente aparecen
elementos considerados como esenciales con funciones conocidas.
Gran parte de las enfermedades carenciales y metabólicas de los animales domésticos se debe a la
ingestión continuada de dietas deficientes, desequilibradas o muy ricas en minerales. Esto da lugar a
cambios en el funcionamiento en las concentraciones de los minerales presentes en los fluidos
orgánicos. Estas circunstancias pueden conducir a lesiones bioquímicas o alteraciones en las funciones
fisiológicas.
130
Metabolismo y funciones de los elementos minerales
Calcio y Fósforo
El calcio y el fósforo tienen funciones vitales en casi todos los tejidos del cuerpo y deben estar
disponibles para los animales en las cantidades y relaciones adecuadas. Estos elementos representan
más del 70% del total de los minerales del cuerpo y generalmente se estudian juntos debido a la
interrelación que existen entre ellos.
Aproximadamente el 99 % del calcio y el 80 % del fósforo del cuerpo están presentes en los huesos y
los dientes.
Se ha establecido que la relación Ca:P y el nivel de la vitamina D pueden afectar la utilización tanto de
uno como del otro.
Calcio
El calcio constituye alrededor del 2% del total del peso del animal. La concentración de suelo varía en
los diferentes mamíferos de 9 a 15 mg/dl. Este mineral se encuentra en estado dinámico y es
constantemente depositado y movilizado de los órganos de reserva. El calcio existe en 3 estados en de
la sangre y fluidos del cuerpo.
Como calcio soluble ionizado (ión libre)
Como calcio ácido orgánicos no ionizado como el citrato
Calcio ligado a la proteína cuya fijación aumenta con el pH.
Solo el calcio soluble ionizado es fisiológicamente activo
Absorción.
El calcio se absorbe por mecanismo del transporte activo a lo largo del intestino aunque el sitio
preferencial de absorción es el duodeno la cantidad de calcio absorbido depende de varios factores
entre los que se encuentran:
• La forma de nivel de ingestión del calcio
• Niveles absorbidos de calcio y fósforo
• El estado de la vitamina D en el animal
• La presencia de lactosa
• Sales biliares y grasas
• Ácido fítico, hierro y oxalato
El calcio en los alimentos usualmente está presente como sales de ácido fítico, fosfórico, oxálico,
carbónico o tartárico. Estas sales son solubles a un pH bajo y aceleran la absorción de los ácidos de la
dieta.
La razón calcio fósforo tienen gran repercusión en el grado de absorción de los niveles sanguíneos de
ambos elementos. Un exceso de cualquiera de los dos provoca un aumento en la excreción fecal por
formación de calcio insoluble que no está disponible para la absorción.
Se ha comprobado que la vitamina D aumenta la absorción de calcio a nivel de intestino solo cuando
las sales son solubles. Las principales hipótesis plantean que:
131
La vitamina D o sus derivados intensifican la difusión de los iones calcio a través de la pared intestinal
al contrarrestar los factores que reducen la concentración de calcio (Ca+2) o por aumento de la
permeabilidad de la membrana del epitelio intestinal.
Es esencial para la formación o iniciación del mecanismo especial del transporte de calcio en la pared
intestinal. Se ha comprobado que los azúcares que se absorben relativamente despacio, como la lactosa,
ribosa, sorbosa, xilosa, y fructosa pueden incrementar la producción del calcio al favorecer su unión
con la proteína que le sirve de transportador.
Bajo condiciones normales de alimentación las grasas tienen un efecto mínimo en la absorción del
calcio intestinal. Cuando las grasas se hidrolizan en los alimentos, dando lugar a ácidos grasos y estos
no son absorbidos, ocurrirá una unión para la formación de sal de calcio insoluble que se pierde por las
heces.
Algunos compuestos orgánicos e inorgánicos como el hierro, el oxalato y el ácido fítico pueden formar
sales insolubles con el calcio y de esta forma afectan su absorción.
Otro factor que regula la absorción del calcio es la hormona paratiroidea (PTH) que eleva los niveles
bajos de calcio en sangre y mantienen los niveles normales mediante la movilización del calcio en el
hueso. Una alta dosis de hormona paratiroidea puede desmineralizar el hueso y dar lugar a la
hipercalcemia.
Funciones del calcio
La principal función del calcio es la formación del hueso. Se ha demostrado que el contenido de este
mineral en el cuerpo está en función del peso vivo del animal.
La intensidad de la calcificación posnatal depende de la madures fisiológica del nacimiento.
Está involucrado en la acción de las enzimas que intervienen en la coagulación sanguínea.
Disminuye la permeabilidad de la célula y mantiene la permeabilidad fisiológica y sus poros al
contrarrestar el efecto del sodio y el potasio.
Se requiere para la contracción muscular. En su ausencia todos los tipos de músculos pierden su
habilidad para contraerse. El exceso de calcio detiene la contracción muscular.
Para el mantenimiento del grado correcto de excitabilidad neuromuscular y el tono.
Se requiere para la actividad rítmica del corazón.
Vías de excreción
Las vías fundamentales de la excreción del calcio son el intestino y los riñones
La cantidad de calcio excretada en la orina es mayor en el caso de los cerdos, conejos y gallinas
ponedoras.
La concentración de calcio en la orina de los terneros está por enzima de 100 mg/dl debido a que
durante las primeras semanas de vida en los rumiantes el calcio se excreta principalmente a través de
los riñones y no a través de los intestinos.
Existe una relación entre la excreción del calcio y del magnesio. El magnesio aumenta la excreción de
calcio y viceversa, ambos compiten por un mecanismo de la absorción común
132
Regulación hormonal
Varias hormonas como la paratiroidea (PTH), la calcitonina, y la 1,25-dihydroxivitamin D2 y D3 Están
implicadas en la homeostasis de calcio durante la gestación y la lactación.
La hormona paratiroidea regula el mecanismo de calcio y mantiene un nivel constante de este elemento
en la sangre en combinación con la calcitonina. El proceso activo responsable de la regulación
homeostática del nivel de calcio en la sangre puede ser de dos tipos.
a) Mantener la calcemia o sea la actividad de calcio realizado dentro de los límites requeridos para las
funciones fisiológicas normales
b) Mantener el producto de la actividades de calcio y fósforo (ACa2+ . AHPO4-2) en el fluido
extracelular a un nivel que posibilite el crecimiento espontáneo de los cristales de hidroxiapatita en
el hueso.
Así la primera línea de defensa contra la disminución de la actividad Ca2* es cuando la cantidad de
fosfato en el suero disminuye. Esto es debido al aumento de la excreción por los riñones a través del
efecto de la parathormona. Este mecanismo es muy rápido y sensible pero su potencialidades son
limitadas. La segunda línea de defensa contra la disminución de la actividad del Ca+2 , que es menos
sensible pero prácticamente inagotable es la movilización de los iones calcio a partir de los huesos por
el efecto directo de la parathormona.
Al mismo tiempo tiene lugar la eliminación del exceso de fosfato a través de los riñones (Fig 1)
Vías para la actividad de la hormona paratiroidea
Aumenta la concentración del calcio y se reduce la concentración de iones fosfato en el plasma. Así
compensa el efecto de la liberación de los iones fosfatos durante la eliminación del calcio a través de
los huesos. De acuerdo con esto el aumento en la concentración del calcio en el plasma procede de
acuerdo con la formula P x Ca = K.
Exceso de calcio.
La alimentación con niveles altos de calcio reduce el consumo de pienso, el aumento de peso y retarda
la madures sexual también el exceso de calcio puede provocar el desequilibrio minerales por quelación
de otros elementos como el Zinc que reduce el calcio y provoca paraqueratosis en los cerdos. En las
vacas lecheras puede aumentar la incidencia de la paresia al parto y las dietas ricas en este elemento
dificultan la absorción del fósforo, cobre y manganeso.
Fósforo
El fósforo constituye alrededor del 1% del peso total del cuerpo del animal del cual 80% está presente
en los huesos y dientes. Alrededor del 10% se combina con proteínas, lípidos carbohidratos y otros
compuestos. En la sangre los niveles de fósforo, oscilan entre 4 o 5 mg/dl.
El fosfato en la sangre es inorgánico, existen como una razón definida HPO2-4 /H2PO4 –dependiendo del
pH. El fósforo existe en los tejidos de animales y plantas como uno de los radicales fosfatos y nunca
como fósforo elemental u otra forma.
133
Absorción.
El fósforo se absorbe rápidamente y su sitio preferencial es el duodeno. La absorción a este nivel se
eleva ante concentraciones bajas de berilio, calcio, magnesio y estroncio. También por deficiencias de
factores dietéticos que incluyen la forma en que se ingieren, el pH de los fluidos intestinales, la razón
calcio, fósforo y la vitamina D presente.
Excreción.
El fósforo se excreta a través de las heces y en cantidades casi insignificantes a través de la orina en
los rumiantes. En los cerdos se eliminan en cantidades por los riñones y el intestino.
La determinación de las pérdidas endógenas son importantes en los rumiantes ya que estos animales
excretan el fósforo endógeno casi exclusivamente a través del tracto digestivo y la cantidad puede
exceder a la que está presente como no digerida en el alimento.
Disponibilidad de fósforo.
Los fosfatos se encuentran en la naturaleza en forma de compuestos orgánicos y son utilizados en
dependencia de la especie y la edad del animal.
Las sales del ácido fitico (fitatos) especialmente los de calcio y magnesio no son digeridas por algunos
animales particularmente en las especies monogástricas y la asimilación es baja. En los cerdos una
pequeña parte de los fitatos se hidroliza en el estómago por las fitasas vegetales, mientras que los
rumiantes la hidrólisis de los fitatos tienen lugar en los preestómagos por acción de las fitasas
bacterianas. Esto se explica porque el pH optimo para la fitasas de los cereales es aproximadamente 5.1
y muestra alguna actividad a un pH inferior a 3.
Por lo tanto, existe un rompimiento considerable de el fitato de la dieta en el buche de los pollos y en el
estómago de los no rumiantes, antes de que la secreción gástrica reduzca el pH de la ingesta a nivel
demasiado bajo para la actividad de la enzimática. Esto no ocurre así en los rumiantes, porque el pH de
los preestómagos es superior a 5.1.
El fósforo de los suplementos inorgánicos y de los alimentos de origen animal se puede utilizar hasta
en un 100%, mientras que el de las plantas puede oscilar entre 30 y 60%.
La digestibilidad y por tanto la disponibilidad del fósforo se reduce cuando se suministra dietas bajas
en energía, por lo que se considera que esta es indispensable para garantizar una buena utilización de
fósforo.
Función en fósforo.
En el metabolismo de las grasas aparece el metabolismo intermediario de formación de cefalina y
lecitinas (los fosfátidos)
Es un componente esencial de los nucleoproteínas y ácidos nucleicos como RNA y DNA.
Desempeña un papel vital en el metabolismo de los carbohidratos en la formación de hexosas y triosas
así como compuestos energéticos como el ácido adenilico y el fosfato de creatinina.
134
Intervienen en el metabolismo de las proteínas (formación de fosfoproteínas), y en el metabolismo del
músculo.
El fosfato como constituyente de los fosfatos ricos en energías tiene una importancia clave en el
metabolismo energético de las células (como ATP) gran cantidad de coenzimas son compuestos
fosforados.
Deficiencia.
La deficiencia de fósforo es la más extendida en los animales domésticos alimentados con pastos y es
más frecuente en el ganado vacuno que en el lanar, ya que este último al tener unas necesidades
energéticas por unidad de peso superior a las del vacuno por su tamaño más reducido consume mayor
cantidad de alimento.
Las ovejas satisfacen las necesidades fisiológicas de fósforos con dietas cuyas concentraciones son
inferiores a las del ganado vacuno. La deficiencia de calcio se presenta pocas veces en el ganado
vacuno y lanar, excepto en las vacas de alta producción que requiere grandes cantidades de este
elemento.
En los cerdos y las aves se observan deficiencias de calcio debido a que sus raciones suelen
fundamentarse en cereales y otras semillas que son generalmente pobres en calcio. Actualmente, la
utilización del pienso líquido, miel final y levadura torula en la alimentación del cerdo atenúan las
deficiencias.
En las aves se observan una enfermedad producida por las deficiencias de calcio denominada “fatiga de
las ponedoras” que no es más que un tipo de osteoporosis caracterizada por la pérdida del fosfato
dicalcico no solo del hueso modular sino de los huesos largos de las patas.
Una deficiencia de calcio y fósforo puede conducir a: osteoporosis, pérdida de apetito, descenso en la
fertilidad y la producción de leche y huevo, raquitismo y trastorno en el tamaño de la glándula
paratiroidea, hemorragia dispersa, lesiones en el tubo digestivo y otras.
La primera respuesta fisiológica ante una deficiencia alimenticia del fósforo consiste en el descenso de
la fracción del fósforo inorgánico del plasma (de 4.5 – 6.5 mg/dl desciende a 2 – 3 mg/dl).
Según disminuye el fósforo aumenta el calcio sérico hasta niveles de 13 o 14 mg/dl e incluso superiores
(fig. 2 y 3). El valor normal para la mayoría de las especies mg/dl.
Los mecanismos fisiológicos que regulan el contenido de calcio de suero son más eficaces de los
reguladores del fósforo inorgánicos. Es por ello que los niveles de estos minerales en el suero no
constituyen índices precoses de la deficiencia nutritiva.
Magnesio
El 60% del magnesio se encuentra con el calcio de fósforo como sales complejas en los huesos y
dientes. El resto del magnesio se encuentra en tejidos y en los fluidos del cuerpo. El contenido de
magnesio a diferencia del calcio y el fósforo se mantiene casi constante en los tejidos cuando el animal
es adulto. Los niveles en los suelos oscilan entre 1.3 – 3,3 mg/dl y se relacionan directamente con su
contenido de la dieta
135
Absorción.
Se absorben hasta el 30% del magnesio ingerido especialmente en el intestino delgado en forma de
sales solubles de magnesio. Si la dieta es rica en amonio y fosfato puede formarse un compuesto
insoluble de amonio- fosfato – magnesio. Que no se absorben o lo hacen en baja proporción .
Asimilación del magnesio.
La asimilación del magnesio en los animales depende del grado de pérdida endógena de este elemento
por las heces.
El magnesio endógeno se segrega en el tracto gastrointestinal con la saliva y otros tubos digestivos y
puede pasar a través de la pared intestinal. La concentración de Mg+2 en la saliva de los rumiantes es de
0.4 – 0.6 meq/l y varía inversamente por la velocidad de desagregación.
La pérdida endógena en el ganado mayor es de 3 – 4 mg/kg PV/día, en cerdos, ovejas y caballos es de
2,5 , 2 y 2,3 mg respectivamente.
En todas las especies la asimilación de magnesio es baja y depende del tipo de alimento. La asimilación
de magnesio de rumiantes adultos es de 25 – 30 % en el heno, de 16 – 20% en los concentrados, de 20
– 25% en las dietas mixtas y de 50 – 55 % en otras dietas.
Excreción.
El magnesio se elimina principalmente por las heces. La mayor parte se filtra a través de los alimentos
vuelve a ser reabsorbida en los túbulos renales. Bajo condiciones normales el magnesio endógeno y no
absorbido se elimina del organismo principalmente a través del tracto gastrointestinal. La cantidad de
magnesio excretado por la orina es relativamente pequeño, aunque esta vía desempeña un papel
definido en el mantenimiento de su homeostasis. Así si la concentración de magnesio en la dieta
aumenta, su excreción relativa en la orina aumente pero hasta cierto límite.
Funciones bioquímicas.
Los iones metálicos se encuentran en 2 formas en las enzimas.
1. Metaloenzimas en los cuales el magnesio está ligado a la proteína
2. Complejos metaloenzimáticos no ligados a las proteínas.
En muchas reacciones catalizadas se puede sustituir el magnesio por el manganeso. Otra función del
magnesio consiste en influir en la irritabilidad del sistema nervioso central al activar la colinesterasa
que descompone a acetilcolina.
Interrelación calcio magnesio.
Los niveles de calcio y fósforo en la dieta tienen un efecto notable en las necesidades de magnesio. Al
elevar el calcio y el fósforo se elevan las necesidades de magnesio.
136
Deficiencias de magnesio.
Una deficiencia de magnesio en la dieta de ponedoras produce una rápida disminución de la puesta,
hipomagnesemia en sangre y merma el magnesio en los huesos.
La alteración del metabolismo de magnesio produce en los herbívoros la tetania de los prados esta
enfermedad se presenta al inicio de la primavera cuando se saca el ganado a pastar en pasto que han
sido abonado con potasio o nitrógeno. El incremento de la producción de amoniaco en el rumen causa
la deducción de la absorción de magnesio. La alteración bioquímica más importante es la existencia de
niveles subnormales de magnesio y calcio en la sangre de 1 – 7 mg/dl de magnesio y 6,6 mg/dl de
calcio) también la hipomagnesemia se puede presentar en terneros alimentados con dietas lácteas.
Otra enfermedad asociada con la deficiencia de magnesio es la parecia puerperal o fiebre de la leche
que, aunque lo característico es una hipocalcemia aguda también se observa que los niveles de fósforos
inorgánicos en el suero disminuyen a la mitad del normal. La deficiencia de magnesio no suele
apreciarse, a menos que aparezca una diuresis grave natural o inducida.
Sodio, cloro y potasio
El sodio, potasio y cloruro son los principales determinantes del balance ácido básico y del balance de
agua (sodio, potasio alcalino, cloruro ácido). El balance ácido base y el desbalance puede afectar
muchas funciones corporales, incluyendo la velocidad de crecimiento, consumo de alimento,
metabolismo proteico, metabolismo óseo y respuesta al estrés.
El sodio y el cloruro son iones extracelulares. El potasio es intracelular y constituye la base de las
células corporales.
Los animales carnívoros pueden recibir suficiente cantidad de sodio en su dieta. Los herbívoros, sin
embargo, deben suplementar su dieta con sodio, ya que los vegetales, por lo general, poseen cantidades
reducidas de este elemento y son ricos en potasio. Esto provoca una mayor excreción de sodio. Las
sales potásicas aumentan de forma notable el contenido de potasio en las plantas. Por lo tanto, a
menudo hay en la alimentación de los bovinos una relación potasio-sodio desfavorable de 10:1 y aun
superior.
Absorción.
El sitio de absorción del sodio potasio y cloro es el intestino delgado.
Excreción.
La vía de eliminación del cloruro, sodio y potasio es a través del riñón.
El mecanismo homeostático que regula el metabolismo del sodio y potasio se halla lo suficientemente
desarrollado de manera que los animales pueden sobrevivir durante largos períodos con consumos
bajos de sodio y conservan el potasio, excepto en condiciones patológicas.
El potasio es prácticamente 100% asimilable. Casi todo el potasio que se elimina del organismo es de
origen endógeno. El porcentaje de K excretado con la orina es de 75-86% en las vacas, 85-88% en la
137
oveja y 90% en los puercos; ni la cantidad de potasio ingerido ni el nivel de alimentación afecta la
razón entre la cantidad de potasio eliminado por los riñones y por el intestino.
Un esquema acercas del metabolismo del sodio y potasio en el organismo animal se presenta en la
figura 4
Funciones bioquímicas.
El cloruro y el sodio facilitan la regulación de la presión osmótica.
El sodio regula el equilibrio ácido básico y el volumen fluido.
El sodio y el potasio aumentan la irritabilidad nerviosa. En esta función se oponen a los efectos del
calcio y magnesio.
Na+ + K+ + OHCa++ + Mg++ + H+
El cloruro interviene en el transporte de CO2 mediante el desplazamiento de ClEl K facilita la captación de aminoácidos neutros.
El sodio interviene en las células musculares durante la contracción.
El sodio es necesario para el transporte de aminoácidos y de glucosa a través de las mucosas y
membranas celulares.
La glándula adrenal es importante para la regulación de la retención de sodio y su insuficiencia
conduce a la reducción del nivel de sodio en la sangre.
El metabolismo del sodio en el organismo se controla por el sistema endocrino (los
mineralocorticoides-aldosterona y oxicorticosterona). La aldosterona controla el proceso de reabsorción
y Na+ en los túbulos del riñón. La retención de Na+ (y de agua) se acompaña usualmente por una
secreción intensa de potasio en la orina. Los H+ que se segregan en la orina compiten con K+. La
reabsorción de Na se puede acompañar por una secreción preferencial de los K+ (en rumiantes) y de H+.
Por otra parte, la secreción de aldosterona puede regular, por si misma, los niveles de Na+ y K+ en la
sangre. Se ha encontrado que la aldosterona suprime la absorción d magnesio por la pared intestinal in
vitro y produce hipomagnesemia in vivo. El efecto de la aldosterona en el metabolismo del magnesio
puede ser secundario y se relaciona con el metabolismo del magnesio del sodio y potasio
En los rumiantes a los que se les suministra dietas basadas en paja de caña tratados con hidróxido de
sodio se observaron bajos niveles de magnesio en suero.
Deficiencias.
Las deficiencias dietéticas de sodio se pueden producir durante la lactación. Esto puede ser ocasionado
por la pérdida de este elemento en la leche en animales que crecen con rapidez y consumen cereales
pobres en sodio en zonas cálidas donde hay amplias pérdidas de sodio con el sudor. También ocurre en
animales sometidos a trabajos intensos y en animales que consumen pastos deficientes de este mineral.
En los cerdos y ganado lanar la deficiencia de sodio provoca inapetencia, disminución del crecimiento,
mala conversión del alimento del consumo de agua. Las gallinas ponedoras con raciones pobres de sal
pierden peso y son propensas al canibalismo.
138
Las dietas de los animales de granja son a menudo deficientes en sodio y por esta razón el nivel del
elemento en la ración se debe controlar constantemente.
Las deficiencias y excesos de potasio son poco frecuente en la alimentación animal
Azufre
El azufre representa 0,15% del peso del organismo. Este elemento está presente en todas las células del
cuerpo, principalmente en los tejidos orgánicos ricos en proteína. El metabolismo del azufre y del
nitrógeno están asociados, ya que dos aminoácidos importantes la cistina y la metionina contienen
azufre.
Hay evidencias de que el azufre puede ser limitante en ciertas dietas. Con el incremento del uso de la
urea en la ración se sugiere un incremento de la suplementación con sulfato inorgánico. El
requerimiento de azufre del animal se cubre con el contenido de aminoácidos azufrados y,
parcialmente, con compuestos heterocílicos como la biotina y tiamina.
Absorción.
La absorción de azufre tiene lugar principalmente en el intestino delgado. Entre las distintas fuentes el
azufre inorgánico se absorbe menos que el azufre orgánico en algunas especies, aunque no en todas.
Excreción.
El azufre se elimina en las heces y en la orina, según sea la forma en que administre la cantidad
recibida.
Funciones bioquímicas.
Posible utilización, por los microorganismos en el tracto digestivo, del azufre elemental o del sulfato
que se le añade a las dietas para cubrir la deficiencia.
El azufre es indispensable para la síntesis de ciertos compuestos (mucopolisacáridos) en el organismo.
El azufre es esencial para los microorganismos, para la digestión de la celulosa, utilización del NNP
(nitrógeno no proteico) y para la síntesis de las vitaminas del complejo B.
Deficiencias.
En los rumiantes puede presentarse una deficiencia del azufre si la proteína es sustituida por NNP.
En los corderos es más fácil que aparezca una deficiencia de azufre, ya que lo necesitan para las
funciones corporales y para el crecimiento de la lana.
Exceso de azufre.
El exceso de azufre mineral como sulfato tiene un efecto adverso en los pollos y cerditos (inhibición
del crecimiento, gastroenteritis). Se debe tener precaución al usar sal de Clauber como fuente de azufre
y sodio en dietas de terneros y vacas.
139
Manganeso
Aparece distribuido por todo el cuerpo en cantidades mínimas, aunque tiende a concentrarse en las
mitocondrias. También se halla en el hueso, hígado, páncreas, riñón, cerebro y corazón.
El hueso es la fuente principal de manganeso y puede servir como depósito de este elemento.
También se halla en el hígado, músculos y riñones. La concentración de manganeso en el pelo o
plumas se puede correlacionar con el nivel en la dieta y se ha recomendado que el contenido en los
pelos del cuerpo de los cerdos se tome como criterio de un suministro adecuado de la dieta.
Absorción.
El manganeso se absorbe principalmente en el intestino delgado, específicamente, en el duodeno en
animales poligástricos y monogástricos, y su absorción disminuye cuando existe cantidades excesivas
de calcio, fósforo o hierro. El MN absorbido se elimina rápidamente de la sangre al hígado, huesos y
pelos.
Excreción.
El manganeso se elimina a través de las bilis y hacia el tubo intestinal y es excretado en las heces. Se
absorbe como Mn ligado a la bilis. Cada átomo tritura varias veces antes de su excreción final. La
excreción de Mn en la orina es despreciable.
Funciones bioquímicas.
Como parte o activador de numerosas enzimas como la enzima arginasa.
En la función del esqueleto, los músculos y el desarrollo de los genitales.
Es esencial para el desarrollo de la matriz orgánica del hueso que está compuesto por
mucopolisacáridos.
Se requiere en la síntesis de ácidos grasos como quelato de manganeso.
Interviene en el metabolismo de los aminoácidos con el fosfato de piridoxal.
Deficiencias.
Aunque las deficiencias de manganeso se han producido experimentalmente en muchos animales, solo
se ha presentado como problema, práctico en la alimentación de las aves cuyas necesidades dietéticas
son más elevadas que los mamíferos.
Las deficiencias se manifiestan como retraso en el crecimiento, anormalidades en el esqueleto,
alteración de las funciones de reproducción y ataxia de los recién nacidos. En los bovinos una
alimentación deficiente en MN retrasa la madures sexual y disminuye la fecundidad. La producción
Láctea disminuye. El síntoma principal en los cerdos es el retraso en el desarrollo de los huesos largos.
En las cerdas reproductoras los periodos de celos son irregulares y poco marcados, y se presenta alta
mortalidad prenatal. Por ultimo, en las aves se observan trastornos óseos conocidos como pirosis.
Afecta la producción de huevos y la incubabilidad.
140
Zinc
El organismo animal normal contiene una concentración de zinc de aproximadamente 30 partes por
millón .Las mayores concentraciones de zinc en el cuerpo se encuentran en el tejido epidémico tales
como la piel y el pelo, aunque no tienen preferencias por ningún tejido en particular
Absorción.
En la mayoría de las especies el zinc se absorbe principalmente en el segmento superior del intestino
delgado (menos del 10% de la cantidad ingerida). La absorción varia de acuerdo con la forma en se
ingiere el elemento. El carbonato, sulfato y oxido de zinc así como el zinc metálico se absorben igual
En el rumen de los rumiantes que reciben dietas de pasto solo hay 5-10%
de zinc en la forma soluble (pasto tiene 50%) . Parece ser que el zinc se fija en la microflora de los
preestómagos. En el abomaso y duodeno la solubilidad aumenta y puede ser de más del 80%. El
exceso de ácido fitico reduce la absorción de zinc. Los tejidos blancos disponen de un amplio depósito
de zinc intercambiable que mantienen un equilibrio con el zinc del plasma. Los órganos como el hígado
y la corteza renal son ricos en mitocondrias y poseen una cantidad máxima de zinc.
Excreción.
El zinc se elimina principalmente por las haces y menos del 5% del ingerido se elimina por la orina hay
un mecanismo homeostático efectivo para el zinc a nivel del intestino. La homeostasis se mantienen
por variaciones en las cantidades de zinc absorbido y de su excreción endógena con las haces.
Funciones bioquímicas.
Es componente esencial de la anhidrasa carbónica, enzima que desempeña un papel importante en el
equilibrio así básico en el organismo y en el desprendimiento de CO2 en la mucosa gástrica.
En aves tiene un papel importante en la calcificación del hueso y formación de la cáscara del huevo. El
zinc es componente de la carboxipeptidasa pancreática y de varias hidrogenazos.
Deficiencias.
En los cerdos el aporte deficiente de zinc produce paraqueratosis caracterizada por lesiones cutáneas,
disminución del crecimiento y del índice de conversión de alimentos
En las cerdas reproductoras disminuye la fecundidad y mortalidad postnatal de lechones. En pollos,
ocasiona retraso del crecimiento, acortamiento y espesamiento de los huesos de las patas y
engrosamiento de la articulación del tarso, pérdida del apetito y otros. En los terneros se manifiestan
por crecimiento subnormal, alopecia, paraqueratosis en algunas regiones del cuerpo. Los corderos
manifiestan alteraciones del apetito, comen lana y reducen el crecimiento.
Las alteraciones bioquímicas de la sangre y los tejidos no son constantes, pero a medida que avanza la
deficiencia se presenta una ligera disminución de zinc en los tejidos hepáticos, renales, cardiacos y
musculares y un descenso mas intenso en el páncreas.
141
También las deficiencias de zinc hacen descender el nivel de sangre conjuntamente con la fosfatasa
alcalina.
Interrelación del zinc con otros minerales. El consumo elevado de zinc disminuye la retención de Cu y
de Fe . La interacción entre el Cu y el zinc se vio forzada al ver que el zinc proporciona una buena
protección en los contra la intoxicación por cobre.
Hay una interrelación entre la ingestión de zinc y el calcio, ya que se a observado la paraqueratosis
principal y en cerdos que reciben dietas altas en calcio
Hierro
En los animales adultos se encuentra en cantidades que oscilan desde 60 a 90 ppm en tejidos exentos
de grasa. Aproximadamente 57% del hierro total esta en la hemoglobina de la sangre y el 7% en la
mioqlobina. El hierro se almacena en su mayor parte en forma de ferritina y hemosiderina.
La medula ósea es una de las ultimas reserva que queda agotada de hierro y también unas de las
últimas en recuperarse.
En la figura 5 se representa el esquema del metabolismo del hierro en el organismo animal.
Absorción y excreción.
El duodeno es el principal sitio de absorción de hierro en el tracto digestivo, aunque se produce alguna
absorción en el estomago. Este se absorbe en forma de ion ferroso y se reduce a ferrico en el
estomago. Se cree que el mecanismo de absorción es el siguiente, el hierro ferroso entra en la célula de
la mucosa y se oxida a forma férrica. Este se combina con la proteína apoferritina para formar
ferritina, lo que precisa energía de los enlaces fosfato. En el otro extremo de la célula se reduce el
hierro al estado ferroso ,separándose de la ferritina , pasa a la sangre y después de la autoxidación y en
presencia del CO2 se une a la siderofilina para transportarse como hierro férrico.
Funciones bioquímicas.
Una de las principales funciones del hierro es la de ser componente del hemo que se combina con la
qlobina para formar la hemoglobina. Actúa como componente de la citocromoxidasa y xantinoxidasa.
Los músculos contienen un compuesto portador de oxigeno la mioglobina que contienen hierro.
Deficiencias.
El primer signo de deficiencias es la anemia hipo crónica microcitica causada por insuficiencia de
hierro para la formación normal de hemoglobina.
No existen pruebas convincentes de que los animales que pastan en condiciones naturales sufran
deficiencias de hierro. Los animales jóvenes de cualquier especie doméstica pueden presentar
deficiencias de hierro si consumen dieta láctea y carecen de otras fuentes exteriores de hierro.
142
Exceso de hierro.
Muchas veces el sobrante de sales de hierro de origen alimenticio pueden ocasionar trastornos
nutritivos, formar fosfato insoluble que reducen la absorción del fósforo, lo que produce el raquitismo,
el fosfato de hierro insoluble absorbe vitaminas o elementos trazas inorgánicos que impiden su
absorción .
Cobre
El cobre es un elemento esencial para la alimentación. En la mayoría de los organismos adultos de las
especies se hallan en concentración de 1,5 a 2 ppm. La mayor concentración de cobres se haya en el
hígado al elevar los niveles alimentarios el contenido hepático.
Absorción.
Tiene lugar en la porción superior del intestino delgado y se incrementan con el CIH y disminuye con
el calcio. Alrededor del 28% del cobre ingerido es absorbido.
El cobre absorbido unido a la albúmina plasmática se transporta rápidamente al hígado y otros órganos
donde se almacena en forma de proteína que contienen cobre. El hígado es el sitio principal de
almacenamiento de cobre y status de balance de cobre en el animal se pude evaluar mejor al determinar
el contenido de cobre en el hígado. Un número de factores como en la edad, hormona del crecimiento,
y el embarazo influyen en el balance de cobre en el animal.
Excreción.
La mayor parte del cobre se excreta por la bilis. La excreción urinaria de cobre se asocia con la
concentración de cobre que no está unida ala proteína plasmática.
Funciones bioquímicas.
El cobre esta involucrado en la formación de los eritrocitos jóvenes, pero no en la concentración de
hemoglobina. Tiene un papel funcional en la absorción de hierro.
El cobre participa en el proceso de osteogénesis; en funciones protectoras, en la pigmentación y
queratinizacion del pelo y plumas. Es componente de la citocromo oxidasa, ceruloplasmina, galactosa
oxidasa y uricasa.
Enfermedades carenciales. La anemia es un síntoma general para todas las especies. En el ganado la
deficiencia de cobre presenta altos niveles de hierro y bajos de cobre en el hígado. Cuando los pastos
son pobres en cobre, el crecimiento de los corderos se retrasa, la lana pierde su rizo y se hace
quebradiza.
Se han detectado problemas reproductivos en las vacas que consumen dietas carentes de cobre.
Aunque los animales no son muy sensibles al exceso de cobre, el problema de la toxicidad se hace se
ha señalado en los últimos años, especialmente en los rumiantes debido a:
143
Dosis excesivas de cobre (incluyendo cobre en los sustitutos lecheros) y el uso indiscriminado de
cobre.
Introducción de cobre como aditivo alimenticio, sin tener en cuenta los microfertilizantes del suelo o el
contenido en los alimentos.
Uso de sulfato de cobre para la desperacitacion de los animales.
Uso de mezclas Bordeaux en el ensilaje de ciertas cosechas
Presencia de excretas de cerdos y aves (de animales alimentados con altas dosis de cobre) en las dietas
de los rumiantes)
Selenio
Se considera un elemento esencial en la nutrición y esta asociado con el azufre en compuestos
orgánicos e inorgánicos.
En los rumiantes un gran porcentaje del selenio ingerido se puede incorporar por los microorganismos
del rumen junto con la cistina y la metionina. Se absorben y se depositan en los tejidos como seleno
aminoácidos. En los no rumiantes la mayoría del selenio del organismo esta presente como producto
de adición de selenio con los compuestos azufrados (cistina y metionina).
Absorción.
La selenometionina se absorbe en el tracto gastrointestinal por un mecanismo de transporte activo
aparentemente muy similar al que esta implicado en la conducción de la metionina a través de la
mucosa intestinal.
Excreción.
Se excreta por varias vías, siendo las mayores perdidas por la orina, por las heces y por el aire expirado.
Funciones metabólicas.
Se ha comprobado que pequeñas cantidades de selenio estimulan los procesos vitales y contrarrestan
algunos efectos desfavorables de la carencia de vit.E
Deficiencia.
En el cerdo la falta de vit.E , de aminoácidos con grupos SH(metionina cistina) o de selenio ocasiona
hepatodistrofia toxica.
En los terneros y corderos la carencia de selenio, unida a la vit.E , fósforo y otros factores puede ser la
causa de la enfermedad del músculo blanco (distrofia muscular).
Exceso. La digestión prolongada de cantidades relativamente pequeñas produce síntomas tóxicos,
especial mente en los animales jóvenes donde se inhibe el crecimiento.
Cobalto
El cobalto es un elemento esencial en la nutrición, debido al papel que desempeña en la formación del
núcleo central de la cianocobalamina o vitamina B12.
144
Absorción.
Se absorbe en la porción proximal del tracto digestivo de los rumiantes.
En los monogástricos se sintetiza y se absorbe en la región distal.
Excreción.
Su principal vía de excreción es la orina, aunque cantidades menores se eliminan por las heces.
Función bioquímica.
La primera o quizás la única función del cobalto es la síntesis de vit B12 y representa el 4% de la
molécula.
Deficiencia.
La deficiencia se ha observado solo en rumiantes y se puede producir por bajo contenido de cobalto en
los suelos o por escasa disponibilidad de este elemento para las plantas.
Los rumiantes sintetizan la vitamina B12 utilizando el cobalto. Cuando escasea este elemento, la
síntesis de vitamina B12 disminuye originando anemia.
Yodo
Se encuentra en gran proporción en la glándula del tiroides.
Absorción.
Se absorbe a través de todo el tracto digestivo y por la piel. Esta presente en pocas cantidades en las
heces, lo que indica que casi todo el yodo administrado oralmente se absorbe.
Excreción.
Se excreta casi totalmente por la orina. El yodo urinario es lo suficientemente constante para servir
como indicador de la función tiroidea del animal.
Función bioquímica.
Se usa conjuntamente con la tirosina en la regulación de la velocidad metabólica del organismo.
Deficiencia.
La deficiencia de yodo en los animales domésticos trae como consecuencia crías muertas. Los que
sobreviven tienen las tiroides agrandadas.
145
Minerales Orgánicos
Este nuevo concepto desarrollado durante la última década ha constituido una revolución entre los
estudiosos que se dedican al complejo mundo del metabolismo mineral. De acuerdo con lo señalado
por Gutiérrez (2000) un mineral orgánico no seria más que una forma molecular donde el mineral esta
ligado por algún tipo de enlace (covalente o iónico) a una o varias moléculas orgánicas ya sean
aminoácidos, proteínas o carbohidratos. Las bondades de los minerales orgánicos se basan en la
hipótesis de que utilizan rutas de absorción distintas a las fuentes inorgánicas lo que evita los
problemas de interacciones entre distintos minerales. También se señalan las ventajas de que no
producen reacciones de oxidación cuando son mezclados con las vitaminas.
Son compuestos estables y eléctricamente neutros donde el mineral se encuentra protegido de las
reacciones químicas que se producen durante la digestión y se mantiene su solubilidad hasta su lugar de
absorción en el tracto digestivo.
Los minerales orgánicos hasta el presente se encuentran divididos en dos grandes grupos y dos
compuestos específicos:
• Quelatos
• Complejos iónicos con carbohidratos
• Selenio orgánico
• Cromo orgánico
Los quelatos se definen como el producto resultante de la reacción de un ion metálico con un
aminoácido donde los mas comunes son la lisina y la meteonina (tabla 10). También se puede enlazar
un metal soluble, con una proteína hidrolizada. Los trabajos de Rojas et.al (1995), Swinkels et.al
(1996), Olson et.al (1999), Eckert et.al (1999) y Polen et.al (1999) describen los resultados obtenidos al
utilizar diferentes quelatos de minerales orgánico conformados por aminoácidos o proteínas. Las
ventajas del uso de fuentes de origen orgánico se han encontrado en los incrementos de la
concentración de metalotionina a nivel de órganos y tejidos, los incrementos en la actividad de la
ceruloplasmina y la mayor biodisponibilidad del elemento acomplejado.
Tabla 2: Biodisponibilidad relativa de fuentes suplementales de cobre y Zinc . (Adaptado de
Ammerman 1995)
Fuente
Sulfato cúprico
Cobre-lisina
Cobre-metionina
Cobre-proteinato
Sulfato de Zn
Zn, quelato
Zn, lisina
Zn, metionina
Aves
Cerdos Ganado Oveja
100
100
100
100
105 (2)
90 (2)
100
125
110 (1)
100
100
100
100 (1)
100
-
130 (1)
100
110
100
146
En los complejos iónicos con carbohidratos, el mineral es rodeado por estos últimos que al poseer
cargas contrarias forman enlaces estables. Las amilasas pancreáticas secretadas a nivel de intestino
delgado pueden catalizar al carbohidrato liberando al mineral que es posteriormente absorbido. Esto
representa una desventaja con relación a los quelatos pues el mineral libre va a competir por el sitio de
absorción con otros compuestos inorgánicos. Hasta el presente se conocen pocos trabajos donde se
utilicen los microelementos enlazados a carbohidratos.
Selenio orgánico
La suplementación con selenio es una práctica de rutina en la alimentación animal. Para ello el
suplemento más utilizado es el selenito de sodio. Sin embargo, en los últimos años se ha descubierto
que el ion selenito tiene propiedades pro-oxidativas (Khaled, 1999). Como alternativa para la
suplementación con selenio se están utilizando con resultados satisfactorio los compuestos de selenio
orgánico. Este se obtiene cultivando levaduras en medios pobres en azufre y ricos en selenio. Debido a
la similitud atómica entre el azufre y el selenio este último sustituye al azufre en los aminoácidos de las
levaduras. De esta forma se obtiene un producto rico en selenio-cisteina y selenio-metionina. Un
resumen de los resultados obtenidos por Khaled et al (1999) cuando utilizó levaduras enriquecidas con
selenio en cabras lactantes se muestra en la tabla 3.
Tabla 3: Efecto de la suplementación dietética de Se enriquecido en levadura sobre concentraciones
selenio en sangre y leche y la actividad de la GSH-Px en cabras lecheras.(Tomado de Khaled et al
1999).
Variables
Selenio Sanguíneo
Selenio plasmático
Selenio de la leche
GSH-PX sanguínea
-1
µg.I
µg.I-1
µg.I-1
µkat.I-1
Grupo I
Grupo II
49.27 ± 3.74
39.27 ±3.48
5.74 ± 1.77
303.07 ± 24.94
187.79 ± 29.83c
113.31 ± 7.74c
19.58 ± 4.37c
1038.86 ± 131.18c
Cromo orgánico
En los últimos años han aparecido suplementos de cromo orgánico que se han utilizado más en las
especies monogástricas y en el vacuno de carne y que actualmente se extiende al vacuno de leche sobre
todo en la primera lactación (Torrent, 1995). Los suplementos orgánicos de cromo son los picolinatos
y las levaduras ricas en cromo quelado en forma de factor de tolerancia a la glucosa. El cromo en estos
compuestos se presenta en forma trivalente que no es tóxica y se conoce que interviene en el
metabolismo de la glucosa a través del factor de tolerancia lo que propicia una mejor utilización de la
energía Las fuentes de cromo orgánico no deben degradarse en el rumen. Numerosos resultados avalan
las ventajas del uso del cromo orgánico en el metabolismo energético como lo señalan los trabajos de
Linderman et al (1995) Liam et al (1993) y Lukosky et (1996)
De todo lo anterior podemos resumir:
¾ Los minerales orgánicos no oxidan a las vitaminas en los compuestos minero- vitamínicos.
¾ Utilizan rutas de absorción distintas a las inorgánicas lo que evita la competencia por la
absorción.
¾ Poseen mayor biodisponibilidad lo que incrementa la eficiencia de utilización del mineral por la
especie.
¾ Pueden actuar eficientemente en el metabolismo energético como es el caso del cromo y la
glucosa.
147
Microelementos nuevos y elementos tóxicos
De acuerdo a lo descrito por Mc Dowell et al (1998) los microelementos adicionales para los cuales
hay evidencia de su esencialidad incluyen al As, B, Cd, Cr, F, Li, Ni, Pb, Si, Sn y V. A estos minerales
se le denomina microelementos nuevos debido a que la evidencia de su esencialidad ha sido obtenida
en años recientes. Sin embargo, en contraste, se ha conocido por muchos años el efecto beneficioso de
agregar flúor al agua de bebida en las dientes de los humanos. También desde 1959 se conoce la
importancia nutricional del cromo como parte del factor de tolerancia a la glucosa en los humanos.
Recientemente se ha demostrado que la suplementación con cromo mejora la ganancia y la eficiencia
alimentaría en terneros bajo estrés. También el cromo puede mejorar la inmunidad en los terneros lo
que resulta en menor mortalidad y necesidad de antibiótico.
Los trabajos realizados por Gutiérrez et al (1995) muestran el carácter esencial del flúor en estudios
realizados con pollos de engorde que consumen dietas convencionales y suplementos hasta 80 ppm en
forma de FNa
Tabla 4: Pollos de ceba suplementados con niveles de flúor por debajo de 80 ppm.(tomado de
Gutiérrez 1995)
Niveles de flúor, ppm
0
10
20
PV, g/ave a los 14 días
PV, g/ave a los 56 días
Consumo de alimento, g/ave
PV ganancia g/ave
Conversión alimenticia
Mortalidad, %
236
2.256a
5002
2015a
2.50
0
244.4
2.472b
4892
2248
2.21
5
229.5
2.531b
4875
2301b
2.13
0
40
80
ES ±
233
2.466b
4836
2233b
2.16
0
213
2.522b
4899
2313b
2.12
5
7.5
47***
47***
0.04
-
ab
Medias con letras en común difieren significativamente a P<0.05 (Duncan,1955)
*** P<0.001
De importancia también resulta el empleo de los elementos nominados como tierras raras en la
producción animal. Esto lo confirman los trabajos de Chang et al (1999) quienes encontraron
incrementos en la ganancia de peso y mejoras en la conversión en cerdos suplementados con
praseodimio, lantano y cesio (Tabla 5)
Tabla 5: Ganancia corporal diaria y conversión alimenticia en diferentes grupos experimentales en
cerdos suplementados con tierras raras*
Grupo
n
Peso Corporal (kg.)
Comienzo
Final
Durante el
Experimento
Control
REE-A-L
REE-AH
REE-B-L
REE-BH
24
12
12
12
12
7.33 ± 1.54
7.32 ± 1.18
7.33 ± 1.22
7.33 ± 1.29
7.33 ± 1.16
285.1± 70.3
291.7 ± 52.0
284.0 ± 55.7
291.7 ± 66.3
299.4 ± 60.0
cd
17.27 ± 3.83
17.53 ± 2.53
17.27 ± 2.90
17.54 ± 3.18
17.80 ± 3.08
Ganancia Diaria (g)
Mejora en (%)
+2
0
+2
+5
Conversión Alimenticia
Durante el
experimento
2.02± 0.21
1.93± 0.11
1.97± 0.14
1.95± 0.16
1.89± 0.16
Mejora en (%)
+5
+3
+4
+7
Cifras con letras no comunes difieren por fila y por columna (P< 0.001).
REEA (97%LaCl3 6H2O) ; REEB(35%LaCl3, 52%CeCl3, 3.02%PrCl36H2O).
148
Conclusiones
Los iones minerales son imprescindibles para el crecimiento y funcionamiento normal del organismo.
Se puede considerar cuatro clases generales de iones inorgánicos, voluminosos, trazas esenciales y no
esenciales.
Los elementos minerales constituyen una cantidad relativamente pequeña del total de la composición y
se hallan presentes en una variedad de formas químicas y en proporciones variables. Son constituyentes
de las proteínas y lípidos que forman parte de los músculos, órganos, sangre, células y otros tejidos del
cuerpo. No aportan energía al organismo, aunque desempeñan papeles importantes en el metabolismo y
nutrición.
El calcio y el fósforo son necesarios para la formación de huesos y dientes, por lo que se establecen que
la razón Ca: P y el nivel de vitamina D en la dieta, señalará la utilización de ambos por los animales.
Otros minerales como el sodio, potasio y cloro están relacionados con el mantenimiento y regulación
de la presión osmótica y el equilibrio ácido básico de los fluidos orgánicos.
También hay elementos trazas como el zinc y manganeso que forman parte integral del sistema
enzimático u otros como el hierro y el cobre necesario para la acción de la hemoglobina y hemocianina,
cito cromos y otros pigmentos respiratorios o portadores de electrones, el cobalto en la vitamina B12
Hay elementos que se conocen como tóxicos cuando se consumen en cantidades excesivas que a bajas
concentraciones son efectivos en la prevención de enfermedades. Se pueden citar el selenio y el
molibdeno.
Las interrelaciones entre los elementos minerales son de gran interés en la nutrición práctica, así se
puede señalar la interrelación zinc-calcio. Se ha observado que las necesidades de zinc para prevenir la
paraqueratosis dependen del calcio de dieta. También hay interrelación cobre, molibdeno y sulfato y la
que existe entre sodio, cloro y potasio.
Por último, la mayoría de las enfermedades carenciales y metabólicas de los animales domésticos se
deben a una ingestión continuada de dietas diferentes, desequilibradas o muy ricas en minerales que
determinan cambios en el funcionamiento en las concentraciones de los minerales de los tejidos fluidos
orgánicos, lo que desarrolla lesiones bioquímicas que afectan las funciones fisiológicas y producen
trastornos estructurales. De ahí la necesidad de suministrar al animal una dieta que contenga minerales,
al igual que otros nutrientes en los niveles adecuados y en la forma en que puedan sintetizarse. El
descubrimiento de los llamados minerales orgánicos y los nuevos elementos representan un reto para la
nutrición mineral actual.
PRINCIPALES REFERENCIAS
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Spurenelement-Symposium. New Trace Elements. Karl Marx – Universität Leipzig, Friedrich –Schiller
–Universität Jena., p762
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piensos comerciales. Rev. cubana Cienc. agric. 32:. 287.
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150
Metabolismo de las Vitaminas
Dra. Odilia Gutierrez y Dr. Ramon Boucourt
Contenido
Introducción...........................................................................................................................................................................151
Vitaminas...............................................................................................................................................................................151
Vitaminas hidrosolubles..................................................................................................................................................152
Vitaminas del complejo B............................................................................................................. 152
Ácido Pantoténico ......................................................................................................................... 154
Biotina........................................................................................................................................... 155
Colina:........................................................................................................................................... 155
Ácido fólico (Ácido pteroilglutámico).......................................................................................... 156
Vitamina C .................................................................................................................................... 157
Vitaminas liposolubles.....................................................................................................................................................158
Vitamina A.................................................................................................................................... 158
Vitamina D.................................................................................................................................... 159
Vitamina E .................................................................................................................................... 159
Vitamina K.................................................................................................................................... 160
Principales fuentes de utilización de las vitaminas................................................................................................................161
Conclusiones..........................................................................................................................................................................161
Introducción
El conocimiento inicial de las vitaminas fue consecuencia de la identificación de algunas avitaminosis.
Desde el siglo XVIII se comenzó a identificar la relación de enfermedades como la pelagra, el beriberi,
el raquitismo , la ceguera nocturna y el escorbuto con , deficiencia de componentes alimenticios cuyas
correcciones a través de la alimentación constituían la vía terapéutica mas exitosa. A partir del 1739,
investigaciones controladas demostraron que los alimentos naturales debían contener pequeñas
cantidades de sustancias desconocidas que resultaban imprescindibles para la vida: las aminas
esenciales.
En 1911 se aisló la sustancia activa de la cascarilla de arroz que curaba el beriberi y se le nombro
vitamina por considerar que era un compuesto vital y aminado. En estudios posteriores se fueron
aislando e identificando el resto de las vitaminas cuyas funciones bioquímicas son altamente conocidas
en la actualidad.
Vitaminas
Bajo el nombre de vitaminas se agrupan compuestos orgánicos no relacionados químicamente que se
encuentran en los alimentos naturales en cantidades mínimas.
Las vitaminas son necesarias para el crecimiento, reproducción y mantenimiento. La deficiencia de una
vitamina determinada altera el desarrollo normal de los procesos y se asocia con una enfermedad
debido a su carencia.
Los descubrimientos de las vitaminas se iniciaron en la década de 1890-1900 cuando Eijkman
descubrió que la cáscara de arroz curaba una enfermedad en las aves (polineuritis) y la relacionó con el
151
beri-beri en el hombre; el descubrimiento fue casual, al observar que los síntomas nerviosos de la
enfermedad no aparecían en pollos que comían arroz sin descascarillar.
Los trabajos de Steep, Osborne, Mendel, McCallum y col, realizados entre 1909 y 1916 demostraron
que existe una serie de factores alimenticios necesarios para que la vida se desarrolle normalmente.
En 1912 Funk propone el nombre de "vitaminas" a las sustancias que en cantidades mínimas tienen
tanta importancia vital. En 1926 se aisló ya la primera vitamina cristalizada.
Las aves, en general, han desempeñado un papel importante en el descubrimiento de las vitaminas, ya
que son particularmente susceptibles a las carencias de vitaminas. Ellas obtienen muy poco beneficio
de la síntesis microbiana de vitaminas en el tracto gastrointestinal.
Los rumiantes son capaces, gracias a su flora, de sintetizar todas las vitaminas del complejo y la
vitamina K y no dependen del suministro de estas sustancias con el alimento. Los tejidos de los
rumiantes sintetizan también la vitamina C, como todos los demás animales domésticos. Para estas
especies animales ocupa el primer lugar el aporte de las vitaminas liposolubles A, D y E.
Las vitaminas se clasifican en dos grandes grupos:
Las liposolubles, que se disuelven en solventes orgánicos (lípidos) y son relativamente estables a
temperaturas normales de cocción, pero se inactivan por la luz y la oxidación. Se digieren con las
grasas y para su absorción intestinal requieren de los lípidos de los alimentos y de la bilis. Pasan a la
linfa asociadas a las grasas. Son transportadas por los quilomicrones remanentes o por proteínas
especificas. Las vitaminas A, D y K se almacenan asociadas a las grasas fundamentalmente en hígado y
la vitamina E en el tejido adiposo. Si se ingieren en exceso resultan tóxicas en particular la A y D. Se
excretan por las bilis y no por la orina y se reabsorben a través de la circulación entero hepática. Su
eliminación tiene lugar por las heces fecales.
Las hidrosolubles, como su nombre lo indica, son las que se disuelven en agua y son relativamente
insolubles en compuestos orgánicos. La tiamina, el ácido fólico, el ácido ascórbico y la cobalamina se
absorben mediante un transportador y las restantes por difusión pasiva a través de la mucosa intestinal,
las que una vez absorbidas pasan a la circulación general. Cualquier excedente se excreta por la orina;
la vitamina libre solo se almacena en pequeña cantidad y en las especies monogástricas en la mayor
parte de los casos es necesario su suministro continuo aunque puede existir almacenamiento de ácido
fólico y vitamina B12 en el hígado. Las vitaminas hidrosolubles prácticamente no se acumulan en el
organismo, por lo que pueden generar manifestaciones carenciales con mayor facilidad si los si la
alimentación resulta deficiente en estos nutrientes, dando lugar de forma rápida a trastornos
metabólicos específicos.
Vitaminas hidrosolubles
Vitaminas del complejo B.
Las vitaminas del complejo B son solubles en agua y forman parte de una sola serie de coenzimas
importantes, por lo que solo son esenciales para los seres vivos.
152
Los requerimientos de las vitaminas del complejo B varían con la especie, ya que existen un gran
número de microorganismos en el tracto gastrointestinal capaces de sintetizarlas y gran parte de ellas
son absorbidas. En los rumiantes la síntesis de vitaminas B en el rumen es suficiente para cubrir los
requerimientos.
Las vitaminas del complejo son sintetizadas y absorbidas en pocas cantidades por el gato, el cerdo y las
aves, de manera que una alimentación carencial podría causarles una avitaminosis.
Vitamina B1 (tiamina, aneurina)
La tiamina es una base nitrogenada compleja, contiene un anillo perimídico unido a un anillo tiazol. Es
un compuesto incoloro cristalino soluble en agua, establecen soluciones ácidos débiles, pero se
descompone en medio neutro. Por la presencia de un grupo hidroxil al final de la cadena lateral, la
tiamina puede formar ésteres. El principal ester es el pirofosfato de tiamina, también conocido como
cocarboxilasa.
Fuente: La tiamina es ampliamente distribuida en los alimentos; se encuentra en los cereales, las
levaduras, hígado y riñones. El salvado de los diferentes granos de cereales es rico en tiamina.
En el rumen hay una síntesis intensa de vitamina B1. También la microflora del intestino grueso realiza
una síntesis considerable que es utilizada por el animal.
Función: El pirofosfato de tiamina es una coenzima la cual está involucrada en la descarboxilación
oxidativa del ácido pirúvico y en el metabolismo del ácido cetoglutárico.
Cuando la vitamina es deficiente hay una acumulación del ácido pirúvico y de sus productos de
reducción, ácido láctico, en los tejidos actúa en los procesos de transacetilación y transaldolación en la
conversión de citrácidos a sulfosfato y en el funcionamiento normal del sistema nervioso.
Deficiencias:
La carencia de vitamina B1 produce:
a) Trastornos funcionales del sistema nervioso central y periférico, ataxia, parálisis y se observan
lesiones histológicas en muchos puntos del sistema nervioso central (SNC).
b) Trastornos cardiacos y circulatorios que se manifiestan en forma de palpitaciones.
c) Trastornos gastrointestinales (disminución del apetito y diarrea)
En los rumiantes no se presentan síntomas primarios carenciales, debido a la amplia síntesis en el
tracto-digestivo, sin embargo, la ingestión de determinadas plantas pueden inactivar la vitamina B1 o
tienen antagonismo como la Pteris aquilina y Equisetum.
Vitamina B2 (lactoflavina, riboflavina). La riboflavina está compuesta de un núcleo dimetilisoalloxazina unido a un alcohol derivado de la ribosa compuesto amarillo cristalino, el cual tiene un
color verde amarillento fluorescente. En solución acuosa, es estable al calor, pero inestable a la luz en
presencia de álcalis.
Fuente: Es ampliamente distribuida en los alimentos aunque en los gramos de cereales no es abundante.
Fuentes ricas son la levadura, hígado, leche y plantas verdes, los organismos simbólicos que habitan en
153
el tracto gastrointestinal (numerosas bacterias del rumen y del intestino) constituyen una fuente de
riboflavina.
Función: La riboflavina es un constituyente importante de las flavoproteínas, es el grupo prostético de
una docena de enzimas tales como la citocromo reductasa, la lipramida dehidrogenasa, xantino oxidasa,
la L y D aminoácido oxidasa, etc. Actúan como riboflavin en forma flavin mononuleótido (FMN) o en
una forma más compleja el flavin adenin dinucleótido (FAD)
Estos flavin nucleótidos actúan como grupos prostéticos de las enzimas de oxidación reducción, que
intervienen en la degradación oxidativa del piruvato, los ácidos grasos y los aminoácidos, así como en
el transporte electrónico de la cadena respiratoria.
Deficiencias:
La falta de vitamina B2 produce una menor síntesis y actividad de algunos flavoproteínas, alteración del
metabolismo celular. En los animales jóvenes hay una disminución del crecimiento y de la resistencia
de los epitelios aparecen:
a)
b)
c)
d)
Grietas en la comisura de los labios (queratosis)
Vascularización anormal de los ojos.
La piel presenta manchas rojas, pérdida del pelo, dermatitis
Trastornos locomotores
Vitamina B6 . (Piridoxina)
La vitamina B6 se presenta en tres formas que son interconvertibles en los tejidos del organismo.
Los tres compuestos son: el alcohol (piridoxol) a su aldehído (piridoxal) y a su amina (piridoxamina)
Es un producto cristalino blanco muy soluble en agua estable al calor y álcalis muy sensible a la luz.
Fuente: Es ampliamente distribuido en el músculo, hígado, hojas verdes, cereales y leche. En los
productos animales se encuentra casi siempre en forma de piridoxal y de fosfato de piridoxamina, en
las plantas y semillas la forma frecuente es el piridoxol.
Función: En forma de fosfato de piridoxal actúa como grupo prostético de los sistemas de
descarboxilación de los aminoácidos, deshidratación de la serina y desulfidración de los aminoácidos
sulfurados. Es también un grupo proteico de las transaminasas, por lo que desempeña un papel
importante en el metabolismo proteico.
Ácido Pantoténico
El ácido pantoténico es un compuesto formado por B alanina y el ácido dihidroxi B-B dimetilbutírico.
Es un aceite inestable, altamente higroscópico, soluble en agua insoluble en benceno, fácilmente
destruido por ácidos, bases y por el calor.
154
Fuente: Como su nombre lo indica se trata de una sustancia de amplia distribución en la naturaleza. Las
fuentes más abundantes son las levaduras, en el hígado, riñón, la yema del huevo y granos de cereales.
Función: El ácido pantoténico es un constituyente del coenzima A, que tiene gran importancia en la
transferencia de grupos ácidos dentro del metabolismo de los carbohidratos y los lípidos. El coenzima
A, es necesario en el organismo para la síntesis de numerosas sustancias (ácidos grasos, esteroides, cetil
coenzimas A, etc.
Deficiencia: Los síntomas más frecuentes son: lesiones inflamatorias de las mucosas, disminución de la
resistencia a las infecciones y parásitos, daños en la piel y caída del pelo. Trastornos de las funciones
de la corteza suprarrenal y en la reproducción.
En la práctica son raras las deficiencias de ácido pantoténico, debido a su amplia distribución, sin
embargo, se han presentado casos en las crías de cerdos de raza landrace.
Biotina.
La biotina se le llamó en un principio factor epitelial o vitamina H. Se cristaliza en forma de agujas
blancas, es bastante estable a las condiciones normales, es destruida por agentes oxidantes ácidos y
bases fuertes y su estructura es: 2 ceto-3, 4 - imidazilo 2 tetrahidratofenolvalérico.
Fuentes: Se encuentra en cantidades muy pequeñas en todos los alimentos de origen vegetal y animal,
fundamentalmente, en el hígado, huevo, levadura, leche, cereales y verduras.
La biotina se encuentra en la naturaleza en forma ligada y libre, gran parte de la biotina ligada es
disponible al animal.
Función: La biotina en forma de carboxibiotina es componente de enzimas que participan en los
procesos de carboxilación y descarboxilación tales como la transformación de piruvato a oxalacetato,
del propionato en metilmolanato. La biotina participa en la síntesis de citrulina y purinas.
Deficiencias: Las necesidades de biotina para los animales son muy pequeñas, debido a esto no se
presenta carencias en condiciones normales de alimentación.
En la carencia de biotina provocada en animales de experimentación se han observado alteraciones
cutáneas características como dermatitis, pérdida del pelo y de peso. La carencia de biotina puede
producirse en animales que se alimentan con gran cantidad de albúminas cruda, ya que contienen una
proteína de avidina que se combina con la biotina e impide su absorción en el intestino.
Colina:
La colina es la colamina completamente metilada, es un líquido viscoso fuertemente alcalino. El
cloruro de colina es el compuesto que se emplea normalmente en los piensos, existe en forma de
cristales. B-hidroxietil trimetil amino hidróxido.
Fuente: La colina está muy repartida en los alimentos animales y vegetales. Son fuentes abundantes de
colina la harina de pescado, residuo de extracción de levaduras y yemas de huevos.
155
Función: La colina forma parte de los colinfosfatos, los cuales tienen mucha importancia en el
metabolismo proteico. Por acetilación de la colina se obtiene la acetilcolina que interviene en la
transmisión del impulso nervioso. La colina proporciona grupos hábiles metilo para la formación de
metionina, a partir de la hemocisteína y de creatina a partir del ácido guando acético.
Deficiencias. Las necesidades de colina dependen de diferentes factores. Cuando la metionita, el ácido
fólico y la vitamina B12 están en abundancia en la dieta, el organismo animal es capaz de sintetizar la
colina. Las necesidades del organismo animal de esta vitamina son bastante grandes. Los síntomas
deficitarios en pollos y cerdos incluyen retraso del crecimiento e infiltración grasa del hígado y
disminución de la capacidad reproductora.
En la enfermedad conocida como tendón distendido (pirosis), debida principalmente a la falta de
manganeso interviene también la carencia de colina y de vitamina E.
Ácido fólico (Ácido pteroilglutámico)
Está formado por un núcleo pteridino del ácido p-animo benzoico y el ácido glutámico (figura 5). Su
nombre químico es pteroilglutámico, cristaliza en delgadas placas de color amarillo naranja, es muy
soluble en alcohol e insoluble en grasa y sus disolventes.
El ácido tetrahidrofólico es la forma activa de la vitamina que se forma por hidrogenación en la
posición 7 y 8 del anillo pterdínico.
Fuente: Los compuestos del ácido fólico están ampliamente distribuidos en la naturaleza, están
presentes en los animales, plantas y microorganismos.
Función: El ácido fólico está íntimamente relacionado con el metabolismo del carbono, actuando como
transportador de grupos monocarbonados (formilo, metilo) que se separan o arriman a los metabolitos
en las reacciones tales como interconversión de serina o glicina, La degradación de la histidina, síntesis
de purina, síntesis de grupos metidos para compuestos como la metionita, colina y timina.
El ácido tetrahidrofólico en unión a la vitamina B12 activa la eritropoyesis y la leucopoyesis, así como
la síntesis de ácidos nucleicos.
Deficiencias: Debido a la notable cantidad de ácido fólico que sintetizan los microorganismos
intestinales y de su absorción, es raro que los animales presenten deficiencias.
La administración de inhibidores del ácido fólico o sulfamidas que inhiben la flora intestinal, puede
provocar síntomas deficitarios que se caracterizan por: disminución de la eritropoyesis por
entorpecimiento de los procesos de maduración ulceraciones de la mucosa intestinal, diarrea, caída del
pelo, inflamación cutánea, anemia y trastornos en crecimiento
Vitamina B12 (cobalamina)
A este grupo pertenecen varios compuestos químicos de estructura semejante que se diferencian por su
actitud. La vitamina B12 un quelato que contienen cobalto en su estructuras. El cobalto puede estar
unido a un grupo hidróxido cianuro, nitrilo o cloruro, denominándose a la vitamina hidroxi-ciano,
nitrito o clorocabalamina, respectivamente .
La forma activa de la vitamina como coenzima es la hidroxicobalamina.
156
La vitamina B12 existe en formas de cristales rojos oscuros solubles en agua y alcohol, se destruye por
agentes oxidantes y reductores.
Fuente. El origen natural de la vitamina B12 es la síntesis microbiana Es sintetizada por muchas
bacterias y actinomicetos, pero no por levaduras. Los alimentos de origen animal son ricos en vitamina
B12 tales como: carne, huevo, pescado y leche. Su presencia en los tejidos de los animales es debido a
la ingestión de vitamina B12 con los alimentos animales o de síntesis intestinal o del rumen. De aquí
que los órganos de los rumiantes son las más ricos en vitamina B12 en comparación con los no
rumiantes.
Función: La vitamina B12 interviene en muchas funciones importantes, está relacionada con el
funcionamiento de otros nutrientes tales como: ácido fólico, ácido pantoténico, colina, metionina y
otros. Actúan en la síntesis de grupos metilos y el metabolismo de los grupos monocarbonados, en el
metabolismo de la metionina, en la síntesis de desoxinucleótidos y DNA. En los rumiantes interviene
en la transformación del metil malonilcoenzima A, en succinil coenzina A en el metabolismo del ácido
propiónico.
Existe una elevada necesidad de vitamina B12 en los tejidos en constante multiplicación celular el cual
ocurre en la médula ósea, órganos linfáticos y en la cepa basal de los epitelios.
Diferencias: Las necesidades de vitamina B12 dependen de los niveles de colina, metionina y ácido
fólico en la dieta y están interrelacionados con el metabolismo del ácido en el organismo.
La manifestación carencial más conocida es la anemia perniciosa, hay atrofia de la mucosa de la
porción superior del canal gastrointestinal y lesiones degenerativas de la médula ósea, hay detención en
el crecimiento, diarrea y vómitos.
Vitamina C
Esta vitamina es un compuesto cristalino incoloro, soluble en agua de carácter ácido y fuertemente
reductor. En medio ácido es estable al calor, pero en presencia de álcalis se descompone fácilmente. La
luz acelera su destrucción.
Fuente: Existe en abundancia en plantas y animales, en el citoplasma y las mitocondrias de las células.
Fuentes ricas en vitamina C son las naranjas, los limones y las verduras.
Función: La vitamina C actúa como sistema REDOX e interviene en las oxidaciones biológicas como
aceptor de diversas hormonas y en el metabolismo de tejido conjuntivo.
Hasta ahora solamente el hombre, y otros “primates”, cobayo y el zorro volador dependen de una
fuente alimenticia de vitamina C. Dichas especies tienen una deficiencia genética del enzima Lgluconolacro naoxidasa.
Deficiencia. Las deficiencias de vitamina C se determinan por hemorragias, especialmente en las
encías, en la piel y los músculos, disminuye la formación de estructura fibrilares del tejido conjuntivo,
desciende el funcionamiento de la médula ósea y aparece anemia como consecuencia de disminución
en la eritropoyesis, también se observa una disminución en la actividad de algunas glándulas
endocrinas, en especial, de la hipófisis y de las suprarrenales.
157
Vitaminas liposolubles
Se encuentran en los alimentos asociados con los lípidos, se absorben con las grasas alimentarias,
aparentemente por mecanismos similares a los de la absorción de la grasa y se almacenan en cantidades
apreciables en el organismo.
A este grupo pertenecen: el retinol (vitamina A), el ergocalciferol (vitamina D2), el colecolciferol
(vitamina D3), las menoquinonas (vitamina K2 y el tocoferol (vitamina E).
Vitamina A
La vitamina A (retinol 1) y la vitamina A2 (retinol 2) son alcoholes que contienen unidades isoprenos
con alcances alternos, comenzando con un anillo básico de B-ionona.
La vitamina A2 tiene un doble enlace más que la vitamina A1, ésta última tiene una potencia dos veces
mayor cuando se suministra a ratas.
La vitamina A es susceptible a perder actividad vitamínica por oxidación o acción enzimática y
fotoquímica.
Es un sólido cristalino de color amarillo pálido insoluble en agua, soluble en solventes orgánicos.
Fuente: El hígado constituye una buena fuente de vitamina A, ya que la misma se aumenta en dicho
órgano en los animales que le consumen. El aceite de hígado de bacalao, la yema de huevo y de grasa
de la leche contienen cantidades considerables de esta vitamina.
La vitamina A no existe como tal en las plantas, sino en forma de provitaminas como son los caratenos
y los criptoxantínas que se convierten en vitamina A en la mucosa del intestino delgado, en el hígado y
en las mamas de los bóvidos y otros organismos.
Función: Interviene en el mantenimiento e integridad normal de las mucosas, en la reproducción en el
crecimiento, en el metabolismo de los lípidos y los carbohidratos, en la síntesis de mucopolisacáridos.
El único papel bioquímico establecido con exactitud es su acción sobre la visión.
En el ojo el retinol (vitamina A) interviene en la transmisión de los estímulos luminosos hasta el
cerebro. La vitamina se combina con un tipo específico de proteína llamado opsina, para formar el
pigmento visual (rodopsina). En este proceso es necesario que la vitamina se convierta en el aldehído
correspondiente antes de combinarse con la proteína.
Con la acción de la luz la rodopsina se enciende en sus dos componentes pasando por numerosas
sustancias intermediarias y en la oscuridad vuelve a regenerarse.
Deficiencias: La falta de vitamina A puede producir ceguera en animales jóvenes, mala formación del
feto con alteraciones oculares y deformación de las extremidades. Cuando hay avitaminosis A en la
gestación.
158
En el período de alimentación verte los rumiantes ingieren grandes cantidades de carotenos que
almacenan en el hígado en forma de vitamina en cantidades suficientes para cubrir las necesidades de
3-4 meses de alimentación pobre en carotenos.
En condiciones prácticas raramente se observan síntomas clínicos de avitaminosis A en los rumiantes,
los primeros síntomas de carencia de vitamina A no aparecen hasta pasado 2-4 meses como mínimo.
Vitamina D
Existe un gran número de derivados esteroides que poseen actividad antirraquítica. Desde el punto de
vista de la nutrición animal son de gran importancia las vitaminas D2 (ergocalciferol) y la vitamina D3
(colicalciferol)
El colicalciferol es insoluble en agua, soluble en grasas solventes orgánicos. Cristaliza en forma de
agujas finas blancas en la acetona diluida. Se destruye por sobretratamiento con luz ultravioleta y por
oxidantes fuertes.
Fuentes: Se encuentra en abundancia en los aceites de hígado de pescado y la yema de huevo.
Las placas verdes frescas poseen cantidades muy escasas o nulas de vitamina D2. Solamente después
que han sido desecadas bajo la luz del sol aparecen cantidades abundantes.
La vitamina D se sintetiza en el organismo animal bajo la acción de la luz solar a partir del 7
dehidracolesterol que se encuentra en la piel.
La vitamina D deriva de su precursor, el ergosterol muy conocido en el reino vegetal, que expuesto a la
luz solar abre su anillo B y se convierte en calciferol.
Funciones. La acción bioquímica de la vitamina D en el animal no se conoce con exactitud, pero se
sabe que interviene en la absorción del calcio en el intestino, en el crecimiento, en la deposición de
mineral en el hueso y en los dientes, en la reabsorción de fosfato en el túbulo renal, en el
funcionamiento de las glándulas paratiroides. También interviene en la síntesis de ARN.
Diferencias: Durante el período de crecimiento, los requerimientos de vitamina D son especialmente
altos, ya que en esta época el organismo ha de disponer de grandes cantidades de Ca y de fosfato para
la mineralización del hueso, debido a esto los síntomas carenciales de vitamina D se observaron
fundamentalmente en animales jóvenes y se caracterizan por alteraciones en la formación del hueso,
conocido como raquitismo, parálisis musculares y trastornos nerviosos.
Estos signos carenciales se manifiestan en animales que reciben poca luz solar y que por tanto no son
capaces de sintetizar la vitamina D.
Vitamina E
La vitamina E contiene un sistema de anillos aromáticos con un grupo hidroxil y una cadena lateral de
isoprenos. Los más abundantes son los α β tocoferoles el α tocoferol es el más activo fisiológicamente
para los animales.
159
Existe como un aceite viscoso a temperatura ambiente, es soluble en grasa y estable en presencia de
ácidos fuertes.
Fuente: Los cereales, aceites, vegetales y plantas verdes son fuentes ricas en vitamina E. A medida que
aumenta la edad de los vegetales disminuye la tasa de tocoferol.
Función. La vitamina E actúa como antioxidante fisiológico, facilita la absorción y almacenaje de
vitamina A y carotenos. Actúa en la respiración normal de los tejidos y ayuda en el funcionamiento del
citocromo reductasa, al proteger la destrucción oxidativa de la estructura lipídica de las mitocondrias;
interviene en las reacciones normales de fosforilación, especialmente de fosfatos tales como fosfato de
creatina y citrifosfato de adenosina; así como en el metabolismo de los ácidos nucleicos, síntesis de
ácido ascórbico y el metabolismo de los aminoácidos sulfurados.
Diferencias: Las necesidades de vitamina E dependen del aporte de antioxidantes, ácidos grasos no
saturados, de aminoácidos sulfurados y selenio.
Los casos más frecuentes de avitaminosis E ocurren en animales de 3-10 semanas de edad, aparecen
lesiones degenerativas del músculo esquelético que se observan por rigidez de las extremidades. En la
mayoría de los casos aparecen lesiones cardiacas.
La aparición de la distrofia muscular enzoótica del ternero se debe no solamente a la falta de vitamina
E, sino también de fosfato y selenio, así como la abundante ingestión de ácidos grasos no saturados.
Vitamina K
La vitamina K ampliamente difundida en las planta (en las hojas verdes) es la única vitamina
liposoluble que se sintetiza en el tracto digestivo por los microorganismos.
Se requiere mucho en las dietas de los animales superiores y en aves. Se presentan dos formas de esta
vitamina en la naturaleza: la K1 (fitoquinona) y la K2 (menaquinona). Son biológicamente activas,
poseen un núcleo 2-metil-1-4 naftoquinona y una cadena lateral compuesta de unidades isoprenas,
solubles en lípidos, estable al calor y lábil a la oxidación, álcalis ácidos fuertes, luz e irradiación.
Fuente: La vitamina K1 está presente en las plantas, particularmente en las hojas verdes. La vitamina
K2 es producida por la flora bacteriana de los animales. La yema de huevo y el hígado contienen
cantidades significativas. La vitamina está ampliamente repartida en la naturaleza.
Función: La vitamina K desempeña un papel esencial en la coagulación normal de la sangre. En el
hígado se efectúan la síntesis de tres proteínas protrombina, proconvertina y tromboplastina, para lo
cual se necesita la vitamina K.
Estas proteínas son transportadas por el plasma sanguíneo e intervienen todas en la coagulación de la
sangre. Las investigaciones efectuadas con microorganismos señalan que la vitamina K participa en un
sistema enzimático respiratorio al intervenir en el transporte de electrones y en la fosforilación.
Deficiencias: Cuando hay una carencia de vitamina K se observa tendencia a las hemorragias,
ocasionadas por la síntesis insuficiente de protombina y de otros factores de la coagulación.
160
Principales fuentes de utilización de las vitaminas.
La llamada fuente común. Diversas concentraciones de vitamina que aparecen en los distintos
alimentos que forman una dieta.
La síntesis microbiana en el tracto digestivo. La síntesis microbiana en el rumen es una fuente
importante de dicho nutriente. Sin embargo, en los animales monogástricos como aves y cerdos reciben
un aporte limitado de vitamina procedente de la síntesis intestinal.
La transferencia materna bien a través del útero a los fetos de la mamífera o con la yema y la albúmina
de los embriones de las aves.
La síntesis de algunas vitaminas no precisa de un aporte de oxígeno.
Esto depende de la especie y de una serie de condiciones propias en el animal
Conclusiones.
Las diferencias de vitaminas provocan enfermedades específicas con características propias para cada
vitamina. Algunos tejidos se ven afectados de una manera particular por dichas deficiencias. Los
cambios en la piel se observan en las deficiencias de la vitamina A, B6, riboflavina, niacina, biotina, B12
y ácido pantoténico.
El tejido nervioso se afecta por deficiencia de vitamina A, E, B6, B12, tiamina, niacina, biotina y ácido
pantoténico. Las deficiencias de ácido fólico, B12, B6, (E) y niacina provocan anemia en diferentes
especies de animales. Las alteraciones cardiacas se aprecian con la deficiencia de tocoferol y tiamina,
mientras aparecen hemorragias por la deficiencia de vitaminas E, K y C y defectos oculares en la
deficiencia de vitamina A.
La mayoría de los síntomas de deficiencias de vitaminas que aparecen en los animales son reversibles
al administrar vitaminas en algunos casos se observa una respuesta más rápida y en otros más lenta.
PRINCIPALES REFERENCIAS
Alwicck, D. 1993 “Micronutrientes”, La prescripción ,(8), UNICEF, dicimbre /93
Boucourt R. y Tillan J. 1987. Metabolismo de las Vitaminas EDICA, Habana,Cuba
Cabrera, A. 1995 “Niacina” Revista Cubana de Alimentación y Nutrición No
1-2: 46
Cáceres A., Hernández M.,Muñoz J. , Rodríguez R. 1999. Las Vitaminas en la Nutrición Humana.
Litográfica A. Romero, S.A. Tenerife España.
161
Sección III
Aspectos Fisiológicos del Manejo Animal
162
El estrés oxidativo: Sus causas y consecuencias
Dr. Rene Stuart
Contenido
Introducción………………………………………………………………………………………………………163
¿Qué es un radical libre? ¿Qué son las ERO?.........................................................................................................163
Las vías de formación de las ERO…………………………………………………………………………………164
Vías que dispone el organismo para la destrucción de las ERO…………………………………………………. 167
Sistemas enzimaticos……………………………………………………………………………………………...167
Agentes antioxidantes no enzimáticos…………………………………………………………………………….168
El ordenamiento espacial en el interior de las células y su efecto protector………………………………………169
Las frutas y vegetales y su aporte de agentes destructores de las ERO..................................................................169
Algo más sobre el glutatión......................................................................................................................................169
El Estrés Oxidativo. Definición...............................................................................................................................170
Una forma de detectar el estrés oxidativo en el laboratorio.....................................................................................170
La acción de las ERO sobre las membranas lipoproteicas.......................................................................................170
Algunas enfermedades atribuibles a las ERO..........................................................................................................171
El mecanismo de la isquemia...................................................................................................................................171
El papel de la dieta en las características de los ácidos de la membrana………………………………………….172
Las ERO y el daño al sistema nervioso……………………………………………………………………………173
Otras enfermedades relacionadas con las ERO……………………………………………………………………173
El proceso de la fagocitosis………………………………………………………………………………………..174
La generación del ácido hipocloroso por el leucocito……………………………………………………………..175
Algunas medidas a tomar, para prevenir la acción de las ERO …………………………………………………...175
Introducción.
El paso de los organismos vivientes desde la anaerobiosis a la utilización del oxígeno significó un
evento importante en la en la eficiencia del uso de los sustratos energéticos Así, mientras que los
anaeróbios más eficientes pueden obtener entre 4 y 5 ATP por mol de glucosa utilizada y eliminan
sustratos con elevado valor energético como los alcoholes y los ácidos grasos de cadena corta, los
organismos aeróbios obtienen hasta 36 moles de ATP por mol de glucosa y los productos finales,
como el agua y el dióxido de carbono carecen de valor energético.
El uso del oxígeno como aceptor de electrones por los organismos aerobios los obligó a desarrollar
paralelamente un conjunto de mecanismos eficientes, aunque no perfectos, para su autoprotección
contra los productos intermediarios que se forman durante dicho proceso, e incluso, a utilizarlo para
su propia defensa contra organismos extraños.
La relativa vulnerabilidad de los mecanismos de protección contra los productos intermediarios de la
transferencia de electrones, al oxígeno y el descubrimiento de un número cada vez mayor de
enfermedades y trastornos de animales y plantas vinculadas a esos fallos, ha hecho crecer el interés
por el estudio de esos procesos, los que en conjunto constituyen el tema del estrés oxidativo. Como
un preámbulo al estudio de dicho proceso, es necesario definir primero lo que se define como un
radical libre y la relación de este tipo de ente químico con las especies reactivas del oxígeno (ERO)
¿Qué es un radical libre? ¿Qué son las ERO?
163
Un radical libre es un átomo, molécula o parte de una de ellas que tiene uno o más electrones
desapareados. De acuerdo con la anterior definición, un átomo de hidrógeno libre posee un solo
electrón y será por tanto, un radical. La molécula de oxígeno es en realidad, un di- radical, pues tiene
dos de sus dos electrones desapareados. Por otra parte, el peróxido de hidrógeno no tiene electrones
desapareados y, correspondientemente, no es un radical. Sin embargo, reacciona fácilmente con otros
compuestos para dar lugar a radicales.
Se utiliza la expresión “Especies Reactivas del Oxígeno” (ERO), para designar al oxígeno molecular y
a otros productos intermediarios que dan como producto final radicales libres.
Los radicales libres formados en el organismo pueden iniciar una serie de reacciones en cadena, que
continúan hasta que éstos son eliminados tras diversas reacciones con otros radicales libres o por la
acción del sistema antioxidante, el cual protege a los tejidos de los efectos que ellos producen.
Algunas sustancias previenen la formación de nuevos radicales libres, convirtiéndolos en moléculas
menos perjudiciales antes de que puedan reaccionar o evitando la formación de radicales libres a
partir de otras moléculas
En la tabla No. 1 se recogen las principales compuestos que caen en la categoría de ERO, así
como su vida media
Tabla 1. Principales compuestos químicos clasificados como “Especies Reactivas del Oxígeno”
Radical o molécula relacionada
Fórmula química
Vida media
Oxígeno
O
Depende de enzimas
Superóxido
·O2
O2H2
·OH
Peróxido de hidrógeno
Radical hidroxilo
Radical peroxilo
2
ROO·
Depende de enzimas
Depende de enzimas
10 a la menos 9 segundos
7 segundos
Las vías de formación de las ERO.
Una de las principales fuentes de EROs es la cadena respiratoria, donde pueden ocurrir las
siguientes reacciones de transferencia de electrones:
O2
e-
·O2
e-
O2H2
e-
·OH e
H 2O
Esa reacción da cuenta de aproximadamente un 3 % de los electrones provenientes de NADH, por la
incompleta reducción del Oxígeno Veamos con más detenimiento el proceso anteriormente esbozado.
El primer paso consiste en la formación de radical superóxido, mediante la reacción con una de las
quinonas asociadas a la citocromo-oxidasa. Dos radicales superóxido reaccionan entre sí, en presencia
de la enzima Superóxido-dismutasa, dando lugar al peróxido de hidrógeno y agua. A continuación,
pueden ocurrir dos reacciones distintas. En la primera que describiremos, conocida como reacción de
Fenton:
164
O2.- + Fe3+____________ Fe2+ + O2
Fe2+ + H2O2 ____________ Fe3+ + OH- + OH.
O2 + H2O ____________ OH- + OH.
El ión férrico se regenera en el proceso, por lo que actúa como un catalizador neto.
La otra reacción es la conocida como la reacción de Haber Weis:
Como puede verse, en ambas reacciones participa el ión férrico. Afortunadamente, el mismo se
encuentra en forma libre en muy pequeñas concentraciones, ya que se halla unido a alguna de las
ferroproteínas que a tal efecto existen. Como resultado de ambas reacciones, se ha formado el radical
hidroxilo. En el siguiente cuadro se muestra la estructura electrónica de las principales ERO
165
Figura 1. La columna A muestra los distintos estados por los que atraviesa el oxígeno a medida que sufre
sucesivas reducciones. La columna B muestra la distribución de los electrones en los orbitales moleculares del
oxígeno para cada especie formada. Las flechas verticales indican la dirección del momento magnético del
espín de los electrones. Nótese que el oxígeno en su estado más estable es un birradical, presenta dos
electrones con el mismo espín ubicados en distintas orbitales; esta característica actúa como una restricción
para las reacciones químicas en las que participa y contribuye al hecho de que reaccione en forma
relativamente lenta con moléculas que no son radicales
El radical hidroxilo, HO. puede reaccionar con distintas macromoléculas (proteínas, lípidos y ácidos
nucleicos, principalmente), en las que por captación de un electrón produce otras especies reactivas, a
través de mecanismos y de intermediarios aun desconocidos. En este tipo de reacciones la
hidroxilación y la abstracción de Hidrógeno son las modificaciones más comunes que sufre el sustrato
orgánico involucrado y se generan otros radicales libres orgánicos tales como: los radicales
alcohoxilos (RO.), peroxilos (ROO.) y sulfoderivados. Son particularmente importantes las reacciones
de dicho radical con las bases púricas de los ácidos nucleicos, en las que induce transformaciones
químicas que en la práctica equivalen a un cambio en el código genético. Esos cambios pueden ser
letales, o conducir a trastornos como el cáncer.
166
Otra fuente de EROs está relacionada a la cupla xantino/xantino oxidasa (oxidasas catabólicas,
presentes en los peroxisomas) (10). La acumulación de hipoxantina y xantina, bajo condiciones
anaeróbicas, de la isquémia/reperfusión (deficiencia en la irrigación sanguínea -que empobrece la
llegada de sangre y, por consiguiente, de Oxígeno a un tejido- con posterior reflujo sanguíneo y
consecuente afluencia de Oxígeno) o de bajo contenido energético, puede desembocar en la
producción de ERO, según la siguiente cascada de reacciones (Fig. 2):
Figura 2. Mecanismo de degradación de la xantina por la xantina-oxidasa.
Existen otras vías para la formación del radical OH, las cuales se pueden encontrar en textos
especializados.
Vías que dispone el organismo para la destrucción de las ERO.
Para evitar que las ERO alcancen niveles incompatibles con el normal funcionamiento de las células,
estas han desarrollado en el curso de la evolución sistemas de defensa antioxidante que se pueden
dividir en tres grupos. Estos son los siguientes:
1)
2)
3)
4)
Sistemas enzimáticos, como la catalasa, la superoxidodismutasa y la glutatión- peroxidasa
Sustancias eliminadoras o atrapadoras, que son pequeñas moléculas que limpian el plasma de
oxi-radicales. Un ejemplo de esto son el alfa tocoferol, el ácido ascórbico, los carotenos y el
glutatión.
Sustancias proteicas, que son capaces de secuestrar metales de transición, sobre todo el hierro,
como la lactoferrina, la ceruloplasmina y la transferrina .
Las barreras fisiológicas, relacionadas con la organización celular y la separación espacial
Sistemas enzimaticos
La súper oxido dismutasa (SOD), representa la primera línea de defensa del organismo, ya
que acelera la transformación del anión súper oxido en peroxido de hidrógeno. Es una
reacción que metabólicamente es poco costosa, ya que no requiere el consumo de energía.
167
La superóxido-dismutasa se encuentra tanto dentro de las mitocondrias, como en el espacio
extramitocondrial. La primera es activada por el manganeso, mientras que la segunda lo es
por el cobre. Últimamente se han encontrado otras formas enzimáticas que tienen actividad
semejante a la SOD. La concentración de esta enzima en los mamíferos es directamente
proporcional a la longevidad y es la quinta proteína más importante del cuerpo humano
La catalasa (CAT), es la responsable de la destrucción del peróxido de hidrógeno en agua
y oxígeno Esta enzima se caracteriza por su alta reactividad. Tiene un grupo hemo,
compuesto por hierro y una porfirina, así como una molécula de NADPH, aunque ésta no
participa como donador de equivalentes de reducción.
Un estudio efectuado en el gusano C. elegans demostró que la administración de
sustancias similares a la superóxido dismutasa y catalasa es capaz de alargar la esperanza
de vida del mismo. Es la primera vez que se observa que se puede intervenir en el proceso
de envejecimiento, aunque aún hay que corroborar estos resultados en animales de
experimentación superiores.
La glutatión peroxidasa (GP-X), está también en la segunda línea de defensa del ataque
oxidativo, con la reducción del peroxido y en general, de todos los hidroperóxidos
organicos tipo R-OOH. Esta última enzima requiere un donante de hidrógeno para actuar
que es el glutatión reducidoç. Este se oxida y debe ser regenerado, con el consumo de un
NADPH en dicho proceso. La glutatión-peroxidasa es una enzima que utiliza el selenio
como cofactor. Así, ese metaloide, que hace algún tiempo se consideraba como tóxico, ha
pasado a ser un elemento esencial en la dieta del hombre y los animales.
Agentes antioxidantes no enzimáticos
Son elementos principalmente exógenos, responsables de la capacidad antioxidante de los
fluidos biológicos. Estos compuestos a diferencia de las enzimas se consumen durante su
acción antioxidante, por lo que deben ser reemplazados. Provienen principalmente de la
dieta a través de los aportes. Son la vitamina E, la vitamina C, los betacarotenos, los
polifenoles, flavonoides y los oligoelementos. Además, existen algunos componentes de
origen endógeno tales como el glutatión, el urato, el ubiquinol y las proteínas plasmáticas,
que también ejercen un rol protector.
El glutatión, presente en todas las células elimina en éstas los radicales, el peróxido de
hidrogeno y el hidroxilo. Este tripéptido tiene un doble papel, pues además actúa como
donador de equivalentes de reducción para las reacciones catalizadas por la glutatiónperoxidasa.
El alfa tocoferol o vitamina E está presente sobre todo en las membranas celulares y juega
un papel importante, al proteger a los lípidos de la oxidación mediante la unión con los
radicales hidroxilos formando un compuesto sin ninguna actividad metabólica toxica.
Reviste particular importancia la acción complementaria de la GPX y la vitamina E. Aunque
los mecanismos de reacción son distintos, ambas actúan de conjunto y, en ciertos casos
pueden sustituirse mutuamente.
168
El ácido ascórbico o vitamina C, presente de forma intra y extracelular, limpia los radicales
hidroxilos y los aniones superóxido, con lo que forma ácido dehidroascórbico, el que es
luego regenerado por el glutatión.
El ácido úrico, la glucosa y el manitol tienen capacidad para neutralizar algunos agentes
oxidantes.
La ferritina, la transferrina y la ceruloplasmina son capaces de ejercer efecto antioxidante
por secuestro de metales transición, como por ejemplo, el hierro e impidiendo la formación
de radicales hidroxilos.
El ordenamiento espacial en el interior de las células y su efecto protector.
En el interior de las células existe un riguroso ordenamiento espacial, lo que trae como consecuencia
que las ERO y sus fuentes de generación no siempre estén cerca de sus blancos sobre los cuales
ejercerán su acción.
Las frutas y vegetales y su aporte de agentes destructores de las ERO.
Estudios epidemiológicos indican que la ingestión de frutas y vegetales confiere protección contra el
desarrollo de cáncer, frecuentemente asociado a estrés oxidativo. Si bien se ha propuesto que el efecto
benéfico de este tipo de alimentos radica en las propiedades antioxidantes de las vitaminas que
contienen, cuando se administran vitaminas C y E y carotenoides puros no se obtienen resultados tan
concluyentes. A partir de este estudio se ha concluido que frutas y vegetales actuarían como una
“polifarmacia” contra el desarrollo de enfermedades crónicas, conteniendo no sólo vitaminas sino
también otros agentes antioxidantes, tales como los polifenoles (con propiedades de atrapantes de
radicales libres y quelantes de metales), formando una compleja trama antioxidante. Los flavonoides
son polifenoles antioxidantes, presentes en plantas y posiblemente los beneficios de la ingestión de
frutas, vegetales y vino tinto, pregonado por los nutricionistas, radique en su alto contenido en estos
antioxidantes polifenólicos. Los polioles (ej: sorbol) también activan fuertemente los caminos de
señales sensibles a estrés
Algo más sobre el glutatión.
Entre las defensas antioxidantes no enzimáticas, tiene un lugar predominante el glutatión (GSH). Esta
pequeña molécula protege a la célula contra diferentes especies oxidantes y se ha comprobado su
participación clave en numerosos desórdenes neurodegenerativos (28). Tanto el GSH como otras
moléculas conteniendo tioles, tienen alto poder reductor y, por consiguiente, poseen propiedades
antioxidantes, ya que pueden cederle un electrón a las ERO
El estado de óxido - reducción de la célula está determinado por el equilibrio entre las contrapartes
oxidadas y reducidas de los distintos compuestos biológicos presentes en ella, principalmente de
aquellos que se encuentran en mayor proporción. El tripéptido glutatión (GSH, -L-glutamil-Lcisteinil-glicina), debido a su alta concentración intracelular (5-10 mM), se considera un regulador
homeostático del estado de óxido- reducción celular. Este metabolito se encuentra presente en su
forma oxidada en sólo un 1 % del total, es decir que predomina ampliamente su forma reducida (GSH)
sobre la oxidada (GSSG). Esto trae como consecuencia que un ligero desplazamiento del equilibrio
hacia la forma oxidada afecta drásticamente el estado de óxido-reducción general, debido a su
participación en muchos equilibrios de óxido reducción acoplados. En particular esto es crítico para la
regulación (prendido o apagado) de algunos factores de transcripción, cuya actividad depende del
169
estado de óxido-reducción en el que se encuentren. De esta forma, la acción de las ERO puede
reflejarse en la modulación de procesos celulares, aparentemente no relacionados.
El Estrés Oxidativo. Definición.
Una vez caracterizados los radicales libres, las ERO y las vías para su neutralización, estamos en
condiciones de entrar a definir lo que se considera como el estrés oxidativo. Este no es más que el
estado de la célula en la cual se encuentra alterada la homeostasis de oxido-reducción intracelular. El
mismo se produce por una producción excesiva de ERO y una deficiencia de los mecanismos
antioxidantes conduciendo al daño celular.
Cuando el equilibrio entre los oxidantes y antioxidantes se pierde a favor de los primeros, se
desencadenan procesos dañinos que se asocian al desarrollo de numerosas enfermedades. En la
siguiente figura se refleja de forma gráfica el balance, a favor de las ERO en el estrés oxidativo.
Una forma de detectar el estrés oxidativo en el laboratorio.
Recientemente, se descubrió que la molécula de salicilato, bombardeada por radicales hidroxilo,
puede atraparlos a través de un proceso de hidroxilación que lleva a la producción de diferentes
formas del ácido di-hidroxi-benzoico (DHBA)
En adición al anterior método, el estrés oxidativo se determina mediante la reacción del
malondialdehido con el ácido tiobarbitúrico y su cuantificación colorimétrica. La forma de generación
del malondialdehido en relación con las ERO se describirá brevemente más adelante.
La acción de las ERO sobre las membranas lipoproteicas.
La peroxidación de los ácidos grasos insaturados de las membranas lipoproteicas, da lugar a la
destrucción de éstas. Los ácidos dañados, son retirados por los sistemas enzimáticos de la célula y en
los lugares que éstos ocupaban se forman canales, por donde pueden escapar o penetrar libremente en
la célula determinados componentes de bajo peso molecular, como los iones. Mediante ese
mecanismo se elimina la diferencia de potencial a través de la membrana, lo cual la hace desde ese
punto de vistas, inservible. En otros casos, la membrana pierde elasticidad, por lo que deja de ser
funcional.
Uno de los compuestos que se forman durante la degradación de los ácidos poli-insaturados, es el
malondialdehido:
170
H –C-CH2-C- H
O
O
Este di aldehído es capaz de reaccionar simultáneamente con dos grupos amino, por lo que puede
formar un puente entre dos cadenas polipeptídicas. Al ocurrir esto, dichas cadenas pierden elasticidad
y si ello ocurre con las proteínas que forman la membrana celular, o algún sistema enzimático, éste
pierde sus propiedades.
Algunas enfermedades atribuibles a las ERO
Se han descrito diferentes enfermedades de carácter degenerativo que se atribuyen a la acción
destructora de las ERO sobre distintos órganos, tejidos y componentes celulares. Entre éstas se
encuentran algunas formas de cáncer, la artritis reumatoide, ciertas cardiopatías y enfermedades de las
coronarias, disfunciones neuronales, como la demencia senil, así como la reducción de la respuesta
inmune.
Se ha demostrado que la hipoproteinemia da lugar a trastornos vinculados a las ERO que incrementan
la permeabilidad de las paredes del intestino al agua y a los cloruros, lo que da lugar a diarreas.
En el bovino, la reducción de la respuesta inmune incrementa la susceptibilidad a las enfermedades
infecciosas, como la mastitis
En estudios con el cerdo o la rata, se ha encontrado que la falta de vitamina E, el selenio (cofactor de
la glutatión-peroxidasa) o los carotenoides, da lugar a fenómenos que confluyen en una reducción de
la calidad del semen.
La estabilidad de las grasas y la coloración de la carne, son vulnerables a la acción de los radicales
libres, por lo que la presencia de cantidades suficientes de vitamina E en la dieta de los animales que
serán sacrificados contribuye a mantener una alta calidad de los productos cárnicos.
El mecanismo de la isquemia.
Uno de los trastornos de mayor importancia causados por las ERO son los relacionados con la
isquemia y en particular, con el infarto al miocardio, por lo que conviene hacer una breve descripción
de dicho proceso. Para ello consideraremos dos etapas en el desarrollo del mismo.
Primera etapa: El estrés es la causa desencadenante. Ante una situación de estrés psíquico, como
puede ser el miedo, la ira etc, se produce, como es conocido, una liberación de las catecolaminas, en
particular, la epinefrina por la médula de las glándulas suprarrenales. La epinefrina, a su vez, activa
una enzima que libera el ácido araquidónico de las membranas celulares. Este proceso tiene
relevancia cuando ocurre en las plaquetas de la sangre.
El ácido araquidónico liberado es transformado en diferentes pasos en un compuesto llamado
tromboxano. Este paso es bloqueado por diferentes fármacos, entre ellos, por la aspirina.
El tromboxano estimula la agregación de las plaquetas (se forma un trombo, de aquí, el nombre de
“trombosis”), lo cual puede ocluir los capilares e impedir la circulación de la sangre. El trombo se
desliza a través de los vasos como un émbolo, (de aquí el término “embolia” utilizado de vez en
cuando). Ante la falta de irrigación sanguínea, se paraliza la cadena respiratoria y hay un déficit de
ATP a nivel del tejido afectado. Se forma entonces ATP, mediante dos moléculas de ADP, con la
producción de un AMP. Este último se destruye y libera la xantina. La cual es su base púrica
constituyente.
171
Cuando se restablece la normalidad, la xantina se oxida, según un mecanismo visto en párrafos
anteriores, lo que da lugar a la formación de ERO.
En particular, las ERO formadas atacan a las membranas lipoproteicas de los lisosomas, los cuales
dejan escapar sus enzimas hidrolíticas al espacio intracelular. Se produce entonces, una autodigestión
y muerte de la célula (necrosis) . Eventualmente, la membrana celular también se rompe y salen al
espacio extracelular las enzimas hidrolíticas, las que atacan entonces a las células vecinas.
El resultado final es la muerte de un cierto número de células, lo que hace que el órgano cardiaco deje
de funcionar, es decir, se produce el infarto.
Es conveniente insistir en el hecho de que, aunque el factor desencadenante de todo ese proceso
ocurre durante la situación estresante (como puede ser el miedo, o la tensión nerviosa, o una emoción
fuerte), el infarto se produce al volver el individuo a la normalidad.
Existe un conjunto de factores que predisponen hacia la ocurrencia de este tipo de fenómeno. Estos
son los llamados factores de riesgo, entre los que se encuentran, la aterosclerosis, la hipertensión
arterial, diabetes mellitus, dislipidemias, envejecimiento, obesidad y el estrés. Otro punto que es
importante es evitar el consumo de cigarros ya que el ser fumador es un factor de riesgo para padecer
enfermedades cardiovasculares y cáncer, el humo del cigarro contiene un gran número de oxidantes
los cuales pueden dar origen a un daño oxidativo a las LDL (partículas de lipoproteína de baja
densidad) fenómeno que contribuye a la aterosclerosis, lo que provocará un alto riesgo de desarrollar
esta peligrosa enfermedad cardiovascular, caracterizada por un endurecimiento de las arterias
teniéndose con esto una mala circulación y predisponiéndose a un infarto.
El papel de la dieta en las características de los ácidos de la membrana.
Los ácidos insaturados de las membranas lipoproteicas son fundamentalmente los que el individuo
consume, directamente o como precursores. El ácido araquidónico, el cual se deriva del ácido
linoleico, un ácido esencial, pertenece al grupo de los llamados “omega 6”,. Estos, bajo la acción de
las enzimas correspondientes, dan lugar, en las plaquetas, básicamente a los tromboxanos, mientras
que en otros tejidos constituyen materia prima para la producción de las prostaglandinas. Estas tienen
efectos variados, entre ellos, la hinchazón de los tejidos. La acción analgésica, anti-inflamatoria y
antitrombótica de la aspirina y de otros fármacos, como el paracetamol, el ibuprofeno y otros, se debe
a su capacidad para inhibir alguno de los pasos en el metabolismo del araquidónico. Una dosis diaria
de 100 miligramos de aspirina aumenta la capacidad antioxidante del organismo y reduce las
posibilidades de envejecimiento de las arterias, previene la severidad de las migrañas, mejora la
circulación de las encías en la enfermedad periodontal, previene ciertos tipos de cataratas, baja el
riesgo de cáncer colon- rectal y controla la presión arterial, peligrosamente alta que ocurre en un 5 a
15% de los embarazos (preeclampsias).
En cambio, los ácidos de la serie “omega 3”, cuando son metabolizados, no dan lugar a los
tromboxanos y producen otro tipo de prostaglandinas, menos perjudiciales .Por otra parte, dan lugar a
los leucotrienos, que estimulan el sistema inmunológico. Los ácidos saturados y monoinsaturados no
participan en ese tipo de reacciones.
172
El aceite de pescado es rico en ácidos de la serie “omega 3”, mientras que ciertos aceites vegetales
son ricos en los “omega 6”. De aquí, la recomendación que se hace respecto al consumo sistemático
de pescado y a la reducción del consumo de grasas en general.
Las ERO y el daño al sistema nervioso
El tejido nervioso y en particular, el cerebro es rico en ácido insaturados y además, tiene un intenso
proceso respiratorio, por lo que dicho tejido es vulnerable en grado sumo a las ERO. La ruptura de un
vaso sanguíneo, el cual ha adquirido rigidez, a causa de la deposición del colesterol (ateroesclerosis),
da lugar también a procesos de isquemia que pueden resultar en la formación de zonas necróticas en
dicho órgano.
Aunque no existen pruebas directas de que el estrés oxidativo sea el responsable de la muerte de
células dopaminérgicas (estas son células claves para impedir la presentación de la enfermedad de
Parkinson), distintos hallazgos en humanos y animales de experimentación apoyan esta hipótesis (ver
cuadro a continuación). Tanto en la enfermedad de Parkinson como en la de Alzheimer se han
encontrado alteraciones neuroquímicas que sugieren claramente la existencia de estrés oxidativo (Fig.
4)
•
(disminuye) Glutatión reducido en la SN
•
(aumenta) Hierro en la sustancia negra
•
(disminuye) Glutatión peroxidasa
•
(aumenta) Actividad de la superóxido dismutasa
(SOD)
•
(aumenta) Productos derivados de la peroxidación
lipídica (p. ej., malonildialdehído)
•
(disminuye) Ácidos grasos polinsaturados en la
sustancia negra
•
Alteración del complejo I mitocondrial
•
Alteración de la a-cetoglutarato dehidrogenasa
mitocondrial
Figura 4. Hallazgos indicativos de estrés oxidativo en la enfermedad de Parkinson.
La tiamina una vitamina que participa como cofactor en la descarboxilación del piruvato, como paso
previo a la entrada del acetil-CoA al ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Cuando se produce un déficit
de dicha vitamina en el tejido muscular, el piruvato se reduce a lactato, pero eso no es posible en el
tejido nervioso, el cual carece de esa vía metabólica. Como consecuencia, se produce un déficit de
ATP, en ese caso, por carencia de metabolitos energéticos, lo que da lugar al desencadenamiento del
mecanismo de la xantina- oxidasa ya explicado.
Otras enfermedades relacionadas con las ERO
En el pollo, la tiamina se encuentra débilmente fijada en el tejido nervioso, por lo cual, ante un déficit
nutricional, desaparece de dichos tejidos más rápidamente que en otros animales. La consecuencia de
173
ello, es la producción de la enfermedad conocida como encefalomalacia: los animales pierden el
apetito y desarrollan finalmente una polineuritis, como paso previo a la muerte. Como un síntoma
característico de esta enfermedad, el animal tuerce la cabeza hacia atrás y padece de convulsiones.
En la sangre de los animales que padecen de poliencefalomalacia el ácido pirúvico está en niveles
superiores a lo normal. Además, se encuentran en dicho medio enzimas citoplasmáticas y lisosomales,
lo cual indica que ha ocurrido ruptura de las correspondientes membranas lipoproteicas.
La diatesis exudativa es otra enfermedad que padece el pollo, la cual está ligada a las ERO. Se
caracteriza por un severo edema, causado por la acumulación de un fluido viscoso subcutáneo, de
color azul-verdoso.
La enfermedad se produce por la destrucción de la estructura de las membranas de las células
capilares, lo que da lugar a la salida del plasma. Se previene con la suplementación de selenio,
vitamina E y una dieta no muy rica en ácidos poli-insaturados.
Cuando el músculo esquelético es sometido a una carga de trabajo prolongada, se agotan sus reservas
de creatinina y glucógeno, en situaciones en las que el abasto de oxígeno es insuficiente para cubrir la
demanda. Se forma entonces el ATP a partir del ADP y todo ello da lugar a la liberación de la
xantina. Al restaurarse el basto de oxígeno, se desencadena el mecanismo de la xantina- oxidasa.
En el caso del músculo, las consecuencias de todo ello son las siguientes:
Se destruye la membrana de los lisosomas, se produce la necrosis y destrucción del tejido, así como la
salida a la sangre de las correspondientes enzimas. Como un síntoma de lo anterior, el individuo
siente calambres. Además, se vierte al torrente circulatorio una gran cantidad de potasio. Cuando éste
se incrementa grandemente, el corazón no puede funcionar normalmente y se produce el fallo
cardiaco, detectable mediante el electrocardiograma.
El aparato digestivo es un gran consumidor de energía. Así, luego de las comidas, la demanda de
oxígeno por esas vísceras se incrementa grandemente y en consecuencia, la concentración de oxígeno
en la sangre disminuye. Si en esas condiciones, el organismo se ve obligado a realizar un gran
esfuerzo físico, muy probablemente existirá anoxia a nivel muscular, con las consecuencias ya
conocidas.
No se recomienda por tanto, realizar ejercicios fuertes luego de las comidas. Una actividad
extremadamente peligrosa es la natación, ya que si el individuo siente un calambre cuando se
encuentra en aguas profundas, muy probablemente morirá ahogado.
El proceso de la fagocitosis.
El mecanismo mediante el cual el sistema inmunológico detecta la presencia de un agente extraño es
extraordinariamente complejo y todavía no muy bien entendido. Existe un paso interesante sin
embargo en dicho proceso, el cual se relaciona con las ERO. Este es, el mecanismo que utiliza el
leucocito para destruir al organismo invasor.
Al localizar el leucocito, por ejemplo a una bacteria, la envuelve con sus seudópodos y la incorpora a
su citoplasma en una vacuola. Esta se denomina entonces, fagosoma.
174
Paralelamente, en el aparato de Golgi, tiene lugar la formación de los lisosomas. Estos contienen
hasta 20 enzimas hidrolíticas, así como un mecanismo de formación de ácido hipocloroso. Este
mecanismo se describirá brevemente después.
Figura 5. Microscopía electrónica de barrido de células de sangre humana.
Los discos bicóncavos son glóbulos rojos; las otras células son leucocitos. El lisosoma y el fagosoma
se mueven por el citoplasma hasta encontrarse y se unen. La vacuola que se forma se denomina
entonces, lisosoma secundario.
Durante el proceso de destrucción del organismo invasor, el cual se encuentra dentro del lisosoma
secundario, se producen agentes vinculados a las ERO fuertemente agresivos. Si el leucocito no está
convenientemente abastecido de las enzimas, vitaminas y otros componentes del mecanismo de
destrucción de las ERO, el lisosoma secundario se puede autodestruir. Como consecuencia, las
enzimas hidrolíticas pasan al citoplasma, e incluso, pueden salir al exterior. El leucocito queda
entonces, inhabilitado. De esta forma, los agentes protectores contra las ERO, como la vitamina E, la
GP-X y otros, están correlacionados positivamente con la resistencia a las enfermedades infecciosas
en general.
La generación del ácido hipocloroso por el leucocito.
En presencia de cloro, y a través del sistema enzimático de la mieloperoxidasa de los leucocitos se
forma el ácido hipocloroso (anión hipoclorito) El ácido hipocloroso es el radical más tóxico y la
especie mas reactiva formada por los fagocitos. Su efecto tóxico se ejerce también sobre células
normales pudiendo oxidar lípidos y proteoglicanos de las membranas celulares. Intracelularmente
inhibe los citocromos con lo que se impide la cadena respiratoria.
Algunas medidas a tomar, para prevenir la acción de las ERO
A continuación, se describen algunas medidas a tomar por el hombre, en lo relacionado con su dieta y
hábitos de conducta, las que pueden ayudarlo a preservarse de la acción de las ERO.,
Ingerir dieta variada y equilibrada
175
Þ Cuidar ingesta de grasas totales, ácidos grasos trans, ácidos grasos polinsaturados y
saturados.
Þ Aumentar los ácidos grasos monoinsaturados.
Þ Aumentar el consumo de frutas, verduras y leguminosas.
Þ Aumentar la ingesta de alimentos ricos en fibra.
Þ Incentivar la ingesta de pescado, pollo y pavo.
Þ Incentivar el consumo de fibra como producto adicional.
Þ Consumir alimentos ricos en Vit. E, A, C, Carotenos, Aminoácidos Ramificados.
Þ Ingerir antioxidantes antirradicalarios en forma medicamentosa.
Þ Utilizar medicamentos secuestrantes de metales.
Þ Limitar el consumo de alimentos encurtidos
Þ Limitar el consumo de tabaco.
Þ Limitar el consumo de bebidas alcohólicas.
Ingestas seguras recomendadas diariamente: 700 a 1000 microgramos de retinol; 70 a 100
mg de ácido ascórbico, 10 a 15 mg de vitamina E, 2 mg de piridoxina, 14 a 16 mg de
niacina y 400 microgramos de ácido fólico.
176
Consideraciones acerca del estrés y su manejo en rumiantes
Dra. Denia de la C. Delgado
Contenido
Introducción...........................................................................................................................................................................177
Interacciones entre animales..................................................................................................................................................178
Interacciones animal-medio ambiente ...................................................................................................................................178
Interrelación animal – hombre...............................................................................................................................................178
Estresores endógenos.............................................................................................................................................................179
Respuesta fisiológica al estrés ...............................................................................................................................................180
El estrés calórico....................................................................................................................................................................182
Consecuencias generales del estrés calórico..........................................................................................................................185
Efecto del estrés calórico en la reproducción.........................................................................................................................186
Manejo del estrés ...................................................................................................................................................................187
Conclusiones..........................................................................................................................................................................189
Bibliografía a consultar..........................................................................................................................................................189
Introducción
El desarrollo de la ganadería intensiva trajo como consecuencia, para los animales, cambios en sus
patrones de conducta al verse obligados a vivir en confinamiento con altas densidades de población y
sometidos a la manipulación del hombre (alimentación, destete, ordeño, inseminación artificial, etc).
Por otra parte, ellos están expuestos a condiciones ambientales variables, tales como, temperatura,
humedad, viento, etc. Estos estímulos o agresiones externas, de diversa intensidad y duración, se
pueden considerar como agentes estresores (García-Belenguer y Norméde, 1993).
Dentro de este medio adverso los animales se defienden poniendo en marcha mecanismos psicológicos
y neuroendocrinológicos que permiten su adaptación. Cuando estos mecanismos fallan, aparece la
patología de la adaptación que se puede manifestar bajo la forma de numerosos procesos patológicos o,
simplemente, creando en el animal una situación de malestar o incomodidad que se denomina estrés.
Existen muchas definiciones del estrés. Navarro-Beltrán (1984) señaló que el estrés es "el producto de
reacciones biológicas y psicológicas que se desencadenan en un organismo cuando se enfrenta, de una
forma brusca, con un agente nocivo, cualquiera que sea su naturaleza" y Broom (1988) lo definió como
"el proceso por el cual los factores del medio ambiente sobrecargan los sistemas de regulación de un
individuo y perturban su estado de adaptación".
En dependencia de la duración y la intensidad de la demanda interna, el organismo puede dañarse y el
estrés se convierte en estrés fisiopatológico o "distress". Entre el estrés fisiológico y el fisiopatológico
se usa el término "overstress" para definir los aspectos poco perjudiciales del estrés y cuando los
mecanismos adaptativos inofensivos y fisiológicos provocan poco daño al individuo.
Los factores que pueden producir el estrés en los animales son numerosos. Se pueden agrupar en
cuatro grandes grupos:
Interacciones entre animales
177
Interacciones animal-ambiente
Interacciones animal-hombre
Estresores endógenos.
Interacciones entre animales
El estrés debido a las interacciones entre los animales se deriva de las relaciones sociales como la
superpoblación, el aislamiento, la rotación de los animales, el cambio del animal dominante, la
presencia o no de hembras dentro del grupo, etc.
La superpoblación, por ejemplo, frecuente en los animales de cría intensiva, supone a menudo que los
animales entren en competencia y se producen agresiones que a largo plazo, pueden desencadenar
procesos patológicos como degeneraciones cardiacas, úlceras gástricas, etc. (García- Morméde y
Belenguer, 1993).
Interacciones animal-medio ambiente
Estas interacciones incluyen la temperatura, el ruido, la humedad, la ventilación, la higiene medio
ambiental, la altitud, etc.
El ruido excesivo induce en las vacas un incremento de la glicemia y una disminución en la
concentración de hemoglobina (Broucek et al, 1983).
En las condiciones del trópico, el estrés debido a los efectos de la temperatura y la humedad son los
más comunes, por lo que se abordarán con mayor profundidad en un acápite aparte de esta conferencia.
Interrelación animal – hombre
El hombre es el responsable del manejo animal y por tanto influye directamente en un grupo de
actividades que producen estrés como son: la alimentación, el destete, el esquileo, el transporte, el
sacrificio, etc.
El destete es un estrés físico, difícil de eliminar; sin embargo, se pueden utilizar técnicas de
preacondicionamiento y predestete que disminuyan su efecto.
Durante el proceso de mercado, el ganado de carne sufre restricción de alimentos y agua que implican
la aparición del estrés. En estos casos, los procesos fermentativos ruminales y la capacidad del rumen
decrecen y el efecto se mantiene varios días. También es común encontrar animales afectados por el
ayuno durante la transportación, lo que influye negativamente en la población microbiana del rumen y
provoca incrementos del pH ruminal y la osmolaridad del suero sanguíneo, la glucosa y la urea (Cole y
Hutcheson, 1981).
El estrés por sacrificio puede producir una disminución en la calidad de la carne, debido a la
hipersecreción de catecolaminas y elevación de la temperatura corporal que unido al aumento de las
contracciones musculares provocan disminución de la tasa de glucógeno muscular y el incremento del
pH que se conoce como “Síndrome de la Carne Oscura del Bovino” (Belenguer y Morméde, 1993).
La nutrición y el estrés son interactivos, porque el estrés puede producir o agravar deficiencias
nutricionales y, a su vez, éstas pueden producir un estrés como respuesta (NRC, 1996).
Dietas bajas en energía pueden afectar severamente el sistema inmune (Nockler, 1988) pero los excesos
de energía pueden provocar también efectos dañinos. Raciones con más de 75 % de concentrado
178
produjeron mayor incidencia de enfermedades en terneros estresados por la llegada a un lote seco,
comparados con los que consumieron dietas con 25 % de concentrado (Preston y Kunkle, 1974).
El agua es un nutriente esencial para la vida. Déficit o exceso de agua, en un estrecho margen en el
organismo, son incompatibles con la salud y carencias de alrededor de 20 % del peso del cuerpo,
conducen a la muerte, por lo que la deficiencia de agua es un factor de estrés que es posible evitar y el
hombre tiene gran responsabilidad en ello.
Estresores endógenos
Son aquellos cuyo origen se encuentra en el propio animal como son: el dolor, las enfermedades de tipo
metabólico y autoinmune, el cáncer, la depresión, etc.
De todas las interacciones son precisamente las que se derivan de la relación hombre-animal, las más
fáciles de evitar, puesto que dependen fundamentalmente de la influencia que ejerce éste sobre los
animales. La mejora en el manejo de las explotaciones ganaderas servirá de tratamiento preventivo para
evitar el desencadenamiento de la respuesta al estrés (García-Belenguer y Mormede, 1993). En la
figura 1 se muestran las posibles interacciones del animal con su medio.
179
AGENTES GENÉTICOS
Herencia
FACTORES
PREDISPONENTES
Climáticos:
Humedad
Temperatura
Ventilación
Presión social:
Posición dentro del
grupo
Jerarquización
DominanciaCompetencia
Espacio vital
Variación
biológica
individual
Actividades de grupo
(diversión/ocio)
Interacción biótica:
Presencia de agentes
patógenos
Agentes tóxicos
Disponibilidad
de
agua, alimentos
y sales minerales
Eficacia de los mecanismos
de
ADAPTACIÓN
ESTADO FISIOLÓGICO
Sexo
Talla
Fertilidad
Estado de salud
Inmunidad
BALANCE
Hídrico
Hídrico-salino
Acido-básico
Calórico
SISTEMA FISIOLÓGICO
DE INTEGRACIÓN
termorregulador
circulatorio
ORGÁNICA DE
SENSACIONES
Reacciones orgánicas
ADAPTATIVAS
DURACIÓN DE LA
EXPOSICIÓN
MUERTE
RÁPIDAS
Cardiovascular
Respiratoria
Muscular
Conductual
LENTAS
Somáticas
Viscerales
Endocrinas
Enzimáticas y
Conductuales
Figura 1. Esquema de las interacciones del animal y su medio. Modificado de Selye (1973) y Caballero y
Sumano (1993)
Respuesta fisiológica al estrés
La respuesta de un organismo que se enfrenta de forma brusca a un agente nocivo, cualquiera que sea
su naturaleza, se manifiesta por una serie de reacciones que incluyen la activación de los sistemas
neuroendocrinos que provocan la liberación de hormonas como la edenocorticotropina (ACTH), los
glucocorticoides (GC) y las catecolaminas. La cantidad y proporción de éstas dependen del tipo de
estrés. El agente que ocasiona el estrés, desequilibra los mecanismos reguladores homeostáticos, de
manera que el organismo pierde la capacidad de mantener las condiciones fisiológicas dentro de los
180
límites normales. Posteriormente se perciben cambios en los patrones de conducta y finalmente ocurre
la adaptación o la muerte (Figura 2).
AGENTES INDUCTORES
DE ESTRES
Efecto
inmediato
(Estimulación
aguda)
Activación del SNC
Efecto retardado
(Estimulación
crónica)
INDIVIDUO
RESISTENCIA
Hipotálamo
Adenohipófisis
Corteza Adrenal
Reacción de Alarma
Médula Adrenal
ADAPTACION
Parásitos
Infecciones
Desnutrición
Cortizol
AGOTAMIENTO
Epinefrina
CHOQUE
MUERTE
Figura 2. Esquema del “Síndrome General de Adaptación” (Caballero y Sumano, 1993)
Caballero y Sumano (1993) describieron las tres fases que comprende este proceso: a) reacción de
alarma dada por la respuesta inmediata del sistema nervioso simpático ante una estimulación aguda; b)
resistencia que se presenta cuando hay una estimulación crónica y existe participación del eje
hipotálamo–hipófisis–corteza adrenal, cuyas implicaciones pueden llevar al organismo a un estado de
adaptación y resistencia y c) la reacción de agotamiento, en la cual un estímulo crónico sobrepasa los
niveles de resistencia y conduce al agotamiento de la energía de adaptación y/o finalmente a la muerte.
En la respuesta de adaptación existe un componente no específico de origen psicobiológico que
depende de factores genéticos y que implica la intervención del SNC y por otro lado, un componente
específico que depende de la naturaleza del estímulo.
Existen criterios que permiten evaluar la respuesta de estrés en los animales. En caso de estrés agudo
los criterios directos se obtienen a partir de las pruebas de laboratorio, como son la concentración
plasmática de hormonas que se liberan durante el estrés (cortizol o cortizona, la adrenocorticotropina
(ACTH) y las catecolaminas) y del ácido vanil mandélico, producto del metabolismo de la tiroxina,
durante la síntesis de adrenalina y noradrenalina.
181
En las condiciones de producción estas técnicas resultan casi imposibles de realizar, por lo que los
criterios indirectos son más apropiados y pueden dar una idea de la magnitud del estrés. Los criterios
indirectos más comunes son: el ritmo cardiaco, la presión arterial, la temperatura rectal, la frecuencia
respiratoria, la glucosa en sangre, los ácidos grasos no esterificados (AGNE) y los leucocitos. Todos
estos indicadores aparecen elevados en presencia de estrés.
El estrés calórico
En las áreas tropicales y subtropicales, una gran parte del tiempo, existen condiciones ambientales que
propician el estrés calórico y es frecuente encontrar animales afectados en las granjas.
Los elementos climáticos que ejercen mayor influencia en el ganado bovino son: la temperatura del
aire, la radiación solar, la humedad, la velocidad del viento y las precipitaciones. La combinación
exacta de estos indicadores, para que comience el estrés, es difícil de determinar porque existen
diferencias muy marcadas entre individuos de cualquier especie, en cuanto a raza, sexo, edad, estado
de lactación, reproducción, etc.
El estrés se produce cuando la temperatura efectiva del ambiente se eleva por encima del rango de
temperatura de la zona termoneutral de los animales que es de 15 a 25 °C. En estas condiciones el
ganado reduce el consumo de alimentos para evitar la producción de calor metabólico, lo cual afecta
los procesos productivos.
Los rumiantes generan grandes cantidades de calor como consecuencia de la digestión fermentativa y
del metabolismo, especialmente, con dietas fibrosas y la cantidad de calor que producen se relaciona
directamente con la cantidad de alimento consumido. Sin embargo, ellos resultan poco eficientes para
disipar este calor y regular su temperatura corporal, por lo que realizan ajustes homeostáticos cuando
existen variaciones climáticas externas (Caballero y col, 1995).
En vacas lecheras, altas productoras cuyo consumo es elevado, esto provoca usualmente que no puedan
alcanzar su potencial genético en términos de producción de leche y eficiencia económica.
La cantidad de alimento consumido es dos veces mayor para una vaca que produce 18 litros de
leche/día en comparación con una que produce 5 litros /día.
En países templados el calor que generan estos animales puede ser beneficioso porque permite que las
vacas de alta productividad tengan un buen comportamiento, sin tener que suministrarles alimentación
adicional, cuando las temperaturas son muy bajas (Preston y Leng, 1989).
A medida que la temperatura ambiental se acerca a la temperatura corporal es más difícil que la vaca
utilice el calor que produce. Ante un calor extremo deja de generar calor metabólico, a expensas de no
consumir alimento. La producción de calor en vacas altas productoras en condiciones de estrés calórico
disminuye 18–20 % y la producción de leche baja 20–25 % (Paton, 1994). En estas condiciones la
leche se produce a expensas de las reservas corporales.
En la figura 3 se puede observar como se afecta la producción de leche con respecto a las temperaturas
en vacas Holstein en el trópico seco (Palma et al. 1995).
182
10
9.5
9
8.5
8
7.5
7
30
29
28
27
26
25
24
23
Temperatura
ambiente
Pdción de leche
J A S O N D E F M A M J
Figura 3. Efecto de la temperatura ambiente en la producción de leche de vacas Holstein en el trópico
seco (Palma et al., 1995)
Las producciones de leche resultaron mucho más bajas en los meses de julio – septiembre, cuando las
temperaturas fueron superiores a los 29 °C.
La humedad relativa juega un papel importante en la termorregulación del rumiante, actúa
conjuntamente con la temperatura y dificulta la disipación del calor por la vía física más efectiva en
dichas condiciones, la evaporación (García, 1983). Un clima se considera húmedo cuando la tensión de
vapor del aire es superior a 15 mm o en su lugar, cuando la humedad relativa es mayor de 60 % en
condiciones térmicas semejantes.
Temperaturas ambientales y humedad relativa altas, alteran el estado fisiológico de la vaca lechera
lactante y la reproducción, además reducen su comportamiento productivo, pero aún cuando existan
temperaturas termoneutrales, si la humedad relativa es superior a 80 % se puede producir estrés
calórico, del mismo modo que ocurre cuando existen altas temperaturas y baja humedad relativa.
En climas secos y en los trópicos a alturas de 500 – 1000 metros sobre el nivel del mar; donde las
noches son frescas, con temperaturas a menudo por debajo de los 21°C, es posible modificar los efectos
del estrés diurno rociando con agua el ganado y utilizando la sombra para evitar los efectos del calor.
En los trópicos húmedos, donde la temperatura nocturna está por encima de los 30°C es
fisiológicamente imposible que los animales puedan disipar el calor. Preston y Leng (1989) y
Esminger (1992) señalan que desde el punto de vista fisiológico, no hay lugar en el trópico húmedo
para la vaca lechera de alto potencial. Ignorar estos hechos, han llevado al fracaso a muchos ganaderos
que han intentado introducir las razas europeas en las regiones tropicales.
Para relacionar el efecto conjunto de la temperatura y la humedad relativa se estableció un indicador
común, el Índice Temperatura–Humedad (ITH) (Jonhson et al, 1963) que sirve para valorar el estrés
calórico en el ganado. Los valores de ITH de 72, 80 y 90 indican los efectos de un estrés ligero, medio
y severo, respectivamente.
183
En la tabla 1 se caracterizan los cambios que se presentan en los bovinos durante las diferentes etapas
del estrés calórico.
Tabla 1. Cambios presentados en los bovinos durante el estrés calórico.
Etapas de estrés Calórico
Cambios en el animal
Ligero ( ITH 72 - 79)
Busca sombra e incrementa ligeramente la respiración, hay dilatación de los
vasos sanguíneos, se incrementa disipación de calor. Los efectos sobre la
producción y la reproducción son bajos.
La frecuencia respiratoria, la salivación, la temperatura y el consumo de agua
aumentan considerablemente. El consumo de materia seca se reduce y se afecta la
reproducción.
Moderado (ITH 80 - 89)
La temperatura corporal se incrementa varios grados por encima de lo normal y
hay salivación excesiva. Se presenta la alcalosis metabólica. El animal rehúsa a
echarse en el suelo, a menos que esté mojado. La conducta
se inhibe
completamente. El consumo de agua se afecta. En casos extremos el cuerpo se
torna frío y pegajoso, antes de convulsionar. La muerte es inminente.
(Tomado de Caballero et al. 1995)
Severo (ITH 90 - 98)
En Cuba la humedad es constantemente excesiva y contribuye a incrementar el efecto negativo de las
altas temperaturas (tabla 2).
Tabla 2. Humedad del aire e índice de temperatura-humedad (ITH)* en las condiciones de Cuba.
(García, 1983).
Variable
Humedad
Relativa, %
Tensión de
vapor, mm
ITH*
*
Ene
Feb
Mar
Abr
May Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Anual
80
78
77
75
78
82
80
81
83
84
82
81
80
18
17
20
20
21
23
23
23
23
22
21
19
21
71
70
72
73
76
77
76
78
77
76
73
71
74
ITH calculado por la fórmula de Jonhson et al. (1963)
En la termorregulación del ganado también afecta el aire. La disipación de la carga de calor en el
animal se produce por radiación, conducción, convección y evaporación. En estas dos últimas influye
decisivamente el viento. A temperaturas moderadamente altas o dentro de la zona de confort éste
ejerce un efecto favorable en la actividad del bovino; sin embargo, si la temperatura del aire continúa
ascendiendo y se acerca a la de la piel del animal (≈ 30 °C) o la supera, el efecto puede ser negativo, ya
que en tal condición, el flujo de calor pasa del aire al animal (García, 1983).
Las precipitaciones también son de gran importancia en las zonas cálidas. Su efecto es beneficioso si el
ganado se encuentra bajo estrés calórico, porque la lluvia provocará un rápido restablecimiento del
balance térmico. Si por el contrario, la temperatura es fría, producirá hipotermia. Lluvias fuertes y
prolongadas pueden disminuir el consumo hasta 30 %, tanto en zonas termoneutrales como a bajas
temperaturas (NRC, 1984) y el fango resulta perjudicial.
184
Consecuencias generales del estrés calórico
Las respuestas a la exposición al calor se pueden agrupar en primarias y secundarias. Las primeras se
producen de forma inmediata mediante la acción nerviosa refleja y se relaciona con la estimulación, a
través del hipotálamo de los mecanismos para la disipación térmica: vasodilatación, aumento de la
frecuencia respiratoria y cardiaca y en consecuencia de la conductividad térmica. En esta situación, la
actividad metabólica se incrementa al liberarse mayores cantidades de ACTH, glucocorticoides,
adrenalina y noradrenalina, etc.
Las respuestas secundarias conciernen a las reacciones resultantes de una prolongada exposición al
calor. Estas respuestas incluyen cambios en la composición de la leche, la sangre, el metabolismo del
agua, los carbohidratos, proteínas y minerales, el crecimiento, la producción de leche y la reproducción
y en un caso extremo conducen a la muerte.
Como consecuencia de la adaptación se produce expansión isotónica de los fluidos extracelulares,
disminución del consumo de alimentos y mayor ingestión de agua.
La alteración de la frecuencia respiratoria es una de las primeras respuestas al calor. El incremento de
ésta aumenta la disipación térmica, principalmente por evaporación, aunque también en menor grado,
la convección.
Bajo las condiciones del verano cubano se han obtenido alteraciones de la frecuencia respiratoria en
vacas Holstein aclimatadas a partir de 26°C al sol y 30°C a la sombra (García, 1983). Juarez y Roman
(1987) determinaron en vacas Holstein 53 respiraciones por minuto (rpm) en clima tropical húmedo y
Palma y col. (1995) encontraron una media de 48 rpm en clima tropical seco; mientras que en climas
templados la frecuencia respiratoria promedio fue entre 10–30 rpm (Kolb, 1976; González y col. 1986).
En la figura 4 se observan las variaciones de la frecuencia respiratoria y el efecto del sol y la sombra.
Frecuencia
respiratoria
70
60
Sombra
50
Sol
40
30
2:30
AM
5:30
AM
8:30
AM
11:30
AM
2:30
PM
5:30
PM
8:30
PM
11:30
PM
Horas
Figura 4. Efecto del sol y la sombra en la evolución diaria de la frecuencia
respiratoria. En vacas Holstein (García, 1983).
Otro factor que influye en la termorregulación del bovino es la evaporación cutánea por sudoración. En
condiciones cálidas los animales que más sudan tienen menores temperaturas rectales y menor
frecuencia respiratoria (Sequeira y col, 1993). La temperatura rectal aumenta como respuesta a la
termorregulación frente al estrés. La temperatura rectal comienza a aumentar en las vacas Holstein
adaptadas a clima cálido alrededor de los 26°C al sol y a 30°C a la sombra (García, 1983) con un
promedio a la sombra de 38°C ± 0.9.
185
Efecto del estrés calórico en la reproducción
El estrés térmico afecta la reproducción del ganado. Su efecto se manifiesta por la reducción de la
duración y la intensidad del estro, el aumento de la incidencia de las ovulaciones silentes (calor
callado) y del sangramiento post-ovulatorio (Hafez, 1973). Este autor señala que el estrés térmico,
causa anormalidades morfológicas de los óvulos y disminuye la sobrevivencia embrionaria y que la
época del año, influye en la proporción en que maduran los folículos ováricos, el número de folículos
en crecimiento y los ciclos ovulatorios.
En primavera es mayor la proporción de gestaciones del ganado que en el verano debido, posiblemente,
a la mayor duración del día y a las temperaturas moderadas que se consideran en esta época, óptimas
para la concepción.
Cuando las temperaturas son extremadamente altas, disminuye la fecundidad, aumenta el aborto y la
reabsorción fetal. La temperatura crítica, donde hay perjuicio en la fertilidad del bovino, es 30°C. El
ITH tiene una relación negativa con respecto a la fertilidad dos días previos a la inseminación. Ingrahan
y col (1974) encontraron que cuando el ITH tuvo valores por debajo de 66, la tasa de concepción fue 67
%; pero ésta bajó hasta 21 % cuando el ITH fue superior.
La fertilidad de los bovinos Bos taurus y Bos indicus es diferente en el trópico. Estas diferencias
existen, inclusive, dentro de las razas de cada especie. Aparentemente, la mayor tasa de fertilidad se
consigue con animales cruzados entre estas especies (Román-Ponce, 1992) posiblemente, por su
aclimatación que les permite una mejor respuesta frente a las condiciones ambientales.
En Cuba, las vacas Holstein después de un período de más de cinco años de aclimatación, mantienen la
homeostasis en las condiciones climáticas medias durante la mayor parte del año, si se les provee de
sombra adecuada y buenas condiciones de alimentación y manejo.
Un estudio poblacional (tabla 3) donde se compararon Holstein con F1 (Holstein x Cebú) no se
apreciaron diferencias entre ambos genotipos en la temperatura rectal ni en la frecuencia respiratoria.
Sin embargo, se presentaron valores menores de eritrocitos, hematocritos y hemoglobina en las vacas
Holstein, lo que denota el fenómeno de homodilución como respuesta al estrés.
Tabla 3. Comparación de la temperatura rectal, la frecuencia respiratoria y los valores hemáticos de
vacas Holstein y F1 durante el verano
Variable
Holstein
F1 (H x C)
Diferencia
Signif.
Temperatura rectal, °C
Frecuencia respiratoria, rpm
Eritrocitos, x 106
Hemoglobina, g/100 ml
Hematocritos, %
Glóbulos blancos, x 103
39.2
31
5.14
9.3
30.0
5.34
39.0
32
6.21
11.4
35.0
7.18
0.2
0.7
1.07
2.1
5.0
1.84
NS
NS
***
***
***
***
186
Manejo del estrés
En la vida de un animal muchos estrés son inevitables; sin embargo, éste se prepara o adapta para el
ambiente, de tal forma que enfrenta las condiciones adversas de la forma que menos afecta su salud y
su comportamiento productivo.
En las últimas décadas hubo un avance en las investigaciones relacionadas con el ambiente y la
conducta animal. No obstante, quedan aún muchas cosas por dilucidar porque estos estudios requieren
de grupos multidisciplinarios que abarquen especialidades como nutrición, fisiología, genética,
ingenierización y climatología.
El ganadero, para manejar el estrés, debe conocer la conducta de los animales y estudiar su evolución
etológica, de forma que sea capaz de determinar los cambios en su modo de actuar que representen una
respuesta al estrés.
Los animales que tienen bienestar se ven satisfechos, vivaces, consumen con gusto, tienen la piel
elástica, los ojos brillantes y orinan y defecan normalmente. Cualquier alteración, de estos signos,
puede ser una alerta de la presencia de estrés (Esminger, 1992).
La presencia de un ambiente adverso provoca en los animales el incremento de los movimientos
horizontales y verticales de la cabeza, durante el transporte ellos tienen mayor tendencia a defecar y
orinar, y ante el estrés de calor, la conducta que siguen es la búsqueda de lugares frescos y
sombreados, la disminución de los movimientos y el aumento del consumo de agua.
La buena productividad implica requerimientos de espacio, luz, temperatura, velocidad del aire y
humedad relativa. El control de estos factores ofrece la oportunidad de mejorar el comportamiento
animal.
El manejo del estrés en el ganado tiene dos componentes principales: 1) el manejo de la causa que lo
provoca y 2) el manejo del efecto que produce (NRC, 1996). El destete es una de las principales causas
de estrés en los terneros, si ellos se inician en el alimento, se vacunan, se tratan contra los parásitos,
antes de ser destetados: el estrés del subsecuente destete y traslado de lugar se debe minimizar.
El efecto de la nutrición también se puede manejar de la forma menos dañina. Los terneros estresados,
generalmente, disminuyen el consumo de alimentos, por tanto, la concentración de proteína en la ración
debe aumentarse (Hutcheson et al, 1993). El NRC (1996) sugirió que en estos casos la proteína se eleve
de 13.5 a 14.5 % (BS) y aconsejó que el uso de la urea como fuente de nitrógeno no proteico, no debía
sobrepasar los 30 g/día durante las dos primeras semanas de alimentación, porque esta fuente
nitrogenada se tolera menos en estos casos.
Los requerimientos de minerales no parecen diferir entre animales estresados y saludables (Orr et al,
1990). Sin embargo, el ganado de mercadeo o embarque pierde peso, primeramente por pérdida de
agua del tracto gastrointestinal y posteriormente desde las células del cuerpo. Cuando se pierde agua
extracelular, pueden ocurrir deficiencias de potasio y de sodio. El requerimiento de potasio en animales
estresados es 20 % mayor que en los normales (Hutcheson et al, 1984) y se aconseja en estos casos dar
1.2-1.4 % de potasio en la dieta, durante dos semanas.
El estrés afecta directamente la respuesta del sistema inmune (Caballero y Sumano, 1994) y el zinc,
cobre, selenio y el hierro parecen ser necesarios para la inmunocompetencia, por lo que se debe
187
asegurar su suplementación en animales sometidos a estrés. Las vitaminas A y E en dosis superiores a
sus requerimientos pueden tener también un efecto positivo en estos animales (NRC, 1996).
El agua, como elemento esencial, no debe faltar al ganado y los alimentos deben ser suficientes para
cubrir sus requerimientos productivos. En el trópico es común en la época de seca la escasez de
alimento voluminoso y la calidad del pasto por lo general, no cubre las necesidades de los animales.
En estos casos es necesaria una suplementación que aporte los nutrientes necesarios para los objetivos
propuestos.
Las principales formas para proteger al ganado del estrés calórico incluyen métodos adecuados de
manejo, utilización de sombras naturales o artificiales, modificaciones del microclima y alojamiento
satisfactorio.
Es recomendable que al fijar los horarios de ordeño y pastoreo se garantice la estancia del animal en el
pastoreo en los períodos de máximo aprovechamiento del pasto. McDowell (1972) señaló que el
máximo aprovechamiento del tiempo en pastoreo, en condiciones cálidas, es temprano en la mañana,
después del crepúsculo matutino y al final de la tarde antes del crepúsculo vespertino. El pastoreo
nocturno en las vacas puede servir como una estrategia de adaptación que les permite realizar esa
función vital en las horas menos calurosas del día, aunque existen opiniones contradictorias.
En Cuba (García-Lopéz, 1979) encontró una mayor eficiencia en la utilización del pasto con vacas
Holstein en pastoreo nocturno (0.5 litros más de leche por vaca).
En horario de mayor radiación solar de 9:00 am a 4:00 pm, los animales deben quedar protegidos de la
radiación solar directa.
La sombra ejerce un efecto positivo en la producción en el trópico. La sombra natural parece ser la más
indicada, además del beneficio de su bajo costo por lo que se deben sembrar árboles en los potreros y
los alrededores de las naves.
Aunque se ha señalado que la utilización de duchas mejora la producción de leche y el comportamiento
reproductivo, en las condiciones de clima cálido húmedo como el de Cuba, se demostró que el efecto
de la ducha es muy limitado en el mantenimiento del equilibrio térmico de las vacas (menos de 90
minutos). Esto unido al incremento de la humedad del aire que se produce, no hace aconsejable su uso
(García, 1983).
Las condiciones de alojamiento dependen del tipo de clima. En climas cálidos deben construirse de
forma que eviten la radiación directa del sol, tengan una mínima interferencia en la circulación del aire
e impidan la humedad. En general, se recomiendan naves sin paredes, con el techo entre 2.4 y 3.7
metros de altura, con forma de doble pendiente; pero si son de una sola pendiente, se situarán con la
parte más baja hacia el sur en el hemisferio norte y viceversa.
La orientación norte-sur parece ser la más adecuada en las condiciones cálido-húmedas para los
terneros que no están confinados en cunas, boxers o similares, porque permite la eliminación de la
humedad y hay mayor incidencia de la radiación solar directa en el interior de las naves en las horas
iniciales y finales del día.
Los pisos, más aconsejables, son los que permiten eliminar fácilmente las heces y los restos de
alimentos y ayudan a disminuir la humedad. Los pisos ranurados tienen, en general muchas ventajas,
188
pero si las naves tienen pisos de concreto, deben tener cierta inclinación para que no acumulen agua
después de la limpieza.
Conclusiones
En las condiciones actuales de explotación intensiva o semi-extensiva, de la mayor parte de las especies
ganaderas, el estrés es prácticamente inevitable. En el trópico húmedo, las condiciones climáticas
existentes empeoran la situación. No obstante, debe ser empeño de todas obtener mejoras en la
producción y la reproducción, con el menor daño posible a los animales. Para ello, se debe trabajar en
el mejoramiento de las condiciones ambientales, a través de métodos adecuados de manejo y realizar
estudios multidisciplinarios que permitan cuantificar el estrés para poder controlarlo y lograr, así, una
explotación más racional de los animales.
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190
Aspectos fisiológicos del uso de follajes tropicales en la alimentación de los rumiantes.
Dra. Bertha Chongo
Contenido
Aspectos fisiológicos del uso de follajes tropicales en la alimentación de los rumiantes......................................................191
Introducción...........................................................................................................................................................................191
Arboles y leguminosas arbóreas en sistemas ganaderos. ...................................................................................................192
Características nutritivas de las leguminosas.........................................................................................................................193
Composición Química. ..........................................................................................................................................................194
Lípidos ...............................................................................................................................................................................194
Carbohidratos....................................................................................................................................................................194
Estructura de la Pared celular. .........................................................................................................................................195
Proteína Bruta ...................................................................................................................................................................196
Consumo de follajes tropicales ..............................................................................................................................................198
Digestión ruminal de follajes tropicales ................................................................................................................................202
Metabolitos secundarios e impactos en la digestión ruminal y la fisiología animal. .............................................................206
Alcaloides ..........................................................................................................................................................................206
Aminoácidos tóxicos ..........................................................................................................................................................206
Saponinas...........................................................................................................................................................................207
Oxalatos y fitatos. ..............................................................................................................................................................207
Taninos ..............................................................................................................................................................................208
Terpenos ............................................................................................................................................................................209
Vias para reducir los efectos de los FANs .............................................................................................................................209
Conclusiones..........................................................................................................................................................................210
Bibliografía a consultar..........................................................................................................................................................210
Introducción.
Gran parte de la diversidad de alimentos que consume el ganado en producciones sostenibles lo
constituyen los pastos naturales y residuos de cosecha los que usualmente son bajos en proteína,
energía y minerales. Además, se sabe que la madurez de las plantas está en relación con altos niveles de
lignina y a su vez asociada con una reducción de la palatabilidad y digestibilidad de las MS lo que
influye en la actividad microbiana del rumen. Todo esto trae como consecuencia, afectaciones en el
consumo de MS y disminución en la disponibilidad de la energía, la proteína y los minerales.
Asímismo, las variaciones estacionales que ocurren en regiones tropicales y subtropicales determinan
en gran medida la cantidad y calidad de biomasa disponible de los pastos y forrajes para la
alimentación animal, lo que constituye una limitante para la mayoría de los sistemas de producción
ganadera en la época de seca.
Además, de esto, es común que los pastos naturales en estas regiones no soporten producciones de
carne y leche apropiada por lo que la suplementación o complementación es necesaria si se desean
alcanzar producciones satisfactorias del ganado y una adecuada reproducción. Esto ha llevado a que
en las últimas décadas la introducción o utilización de árboles y arbustos de leguminosas en los
sistemas de pastoreo resulte una necesidad promisoria.
En las últimas décadas la utilización de fuentes proteicas complementarias en las que los árboles y
arbustos de leguminosas en sistemas de pastoreo ha cobrado importancia, estos ofrecen una opción
barata y sostenible. Las arbóreas, son fuentes importantes de nutrientes para el ganado, en particular,
191
por su atractivo contenido de proteínas para mejorar los niveles de este nutriente y tratar de cubrir las
necesidades de los rumiantes en los sistemas silvopastoriles.
Sin embargo, la actividad fisiológica de las plantas es compleja y diversa, en su metabolismo se forman
miles de compuestos secundarios entre los que se plantea que más de 8000 son polifenoles, 270
aminoácidos no proteicos, alrededor de 32 compuestos cianogénicos, alcaloides, saponinas entre otros
con acciones diversas.
La presencia de estos compuestos en las plantas que consume el ganado influye en la palatabilidad, el
consumo entre otros aspectos del comportamiento fisiológico del rumiante.
Por lo que se hace necesario cada vez mas, conocer la calidad nutritiva y el papel de los antinutrientes
en estas plantas en el animal para lograr un mejor manejo y explotación ganadera con el uso de los
árboles proteicos y otras arbóreas en el sistema.
El objetivo de esta conferencia es dar a conocer aspectos novedosos de la composición química de las
leguminosas tropicales, la digestión ruminal de follajes y los efectos en rumen de los factores
antinutritivos (FANs).
Arboles y leguminosas arbóreas en sistemas ganaderos.
El papel que juegan los árboles en sistemas con gramíneas y su área espacial cuando están en
comunidades de plantas muestran relaciones competitivas que pueden hacer variar su composición
química, aspecto que a su vez influye en otros patrones de comportamiento y consumo de animales en
pastoreo; de una u otra forma en la calidad y heterogeneidad del suelo.
Es conocido que el consumo de alimentos es una de las actividades primordiales del ganado para
sobrevivir, mantenerse, crecer reproducirse y producir. Uno de los aspectos principales que determinan
ese comportamiento es la necesidad de nutrientes por el animal, la calidad y composición nutritiva del
alimento según se encuentren los animales estabulados o en sistema de pastoreos.
En regiones tropicales donde las gramíneas tienen baja composición en nutrientes de fácil asimilación
por el animal los árboles y arbustos de leguminosas juegan un papel importante por la riqueza nutritiva
superior a estas gramíneas.
La introducción de leguminosas en los sistemas ganaderos ha ofrecido ventajas en diferentes aspectos
relacionados con la productividad y sostenibilidad de los mismos. En general, dada la característica de
estas árboreas de tener gran capacidad para fijar el nitrógeno de la atmósfera y proveer una fuente
esencial de nutrientes a través del reciclaje por la planta, bajo condiciones de baja fertilidad de los
suelos, estimula el crecimiento y mejora el valor nutritivo de pastos tropicales permitiendo que el
animal consuma un alimento de mejor calidad.
Los árboles y arbustos tienen un alto contenido de nutrientes apropiados para la alimentación
del ganado entre otros la riqueza en proteína, minerales y vitaminas que los hacen atractivos
para la suplementación de animales en cualquier sistema de explotación agrícolas bien sea
de pastos y forrajes de pobre calidad en el trópico.
192
Además de esta riqueza nutritiva, estas plantas tienen como característica general que acumulan en su
estructura un amplio rango de compuestos químicos en sus células, pueden ser divididos en dos:
aquellos productos del metabolismo primario entre los que se encuentran las proteínas, los
carbohidratos y las grasas y los directamente relacionados con el metabolismo secundario.
Sin embargo, durante la seca la carencia de alimentos va esforzando al ganado en pastoreo (bovino,
ovino y caprino) al consumo de diversas plantas que contienen niveles apreciables de FANs.
Desde el punto de vista bioquímico, los metabolitos secundarios son compuestos producidos por la
biosíntesis, transformación y biodegradación de compuestos endógenos en la planta en los que media
una proteína de especialización. La significación biológica de estos compuestos está dada por las
funciones específicas que realizan en la misma y su función en la célula protectora entre los que se
citan compuestos de naturaleza fenólica (taninos, terpenos, alcaloides etc).
Los ecólogos por su parte le atribuyen gran importancia a estos compuestos por su papel protector en
la planta contra plagas y enfermedades, algunos autores los clasifican como sustancias de gran
eficiencia ecológica frente a metabolitos primarios que juegan el papel de sustancias con
características fisiológicas eficientes.
Dentro de los compuestos secundarios es amplio el espectro que ha sido considerado como factores
antinutricionales debido a los efectos adversos que pueden causar su presencia en los tejidos de las
plantas consumidas por el ganado. Los trastornos principales se relacionaron con afectaciones en la
digestibilidad de los nutrientes y en otros casos con alteraciones metabólicas que bajo determinadas
condiciones pueden ocasionar trastornos irreversibles.
Características nutritivas de las leguminosas.
Las características, bioquímicas y morfológicas entre especies le atribuyen diferencias en su
valor nutritivo. Uno de los problemas principales a los que se enfrentan los nutricionistas en
las regiones tropicales y subtropicales es la distribución irregular en el año de la biomasa de
plantas forrajeras, seca disponible para la alimentación animal y se alcanzan a menudo bajos
consumos de materia seca por los rumiantes debido a la calidad del alimento, lo que incide
en el consumo voluntario.
De los mecanismos que inciden en este son de gran interés por los nutricionistas, los aspectos
relacionados con los niveles orofaringeos sobre todo con forraje de mala calidad y los niveles de
minerales, capacidad digestiva asociada con aspectos físicos y con los productos de la fermentación
(Dulphy, y Van Soest, 1996). De particular importancia es la composición química de los pastos
forrajes y otras plantas leguminosas, la naturaleza de los carbohidratos y los cambios ruminales que
estos originan en el animal.
Es evidente que el consumo voluntario de los alimentos esta regulado por numerosos mecanismos. Los
efectos de un mecanismo simple o la combinación de otros que pudieran interferir, y que dependerán
del tipo de alimento, su composición química y calidad fermentativa.
Ahora bien la diversidad química de las plantas leguminosas tropicales probablemente resulte mayor
que la de clima templado, a lo que se une que las primeras han sido menos estudiadas. Todo esto hace
que se descubra la aceptación o limitación de una en otra especie por inadecuadas prácticas de manejo
en los sistemas de alimentación y no necesariamente por conocer la naturaleza de sus componentes.
193
Las especies de plantas poseen características diferentes según sean gramíneas y leguminosas. Estas
diferencias son desde el punto de vista morfológico, anatómico y Bioquímico es una característica
distintiva entre especies.
Al parecer todas las leguminosas templadas y tropicales poseen una anatomía particular en sus hojas,
presentan C3 en sus senderos metabólicos de fijación de carbono lo que hacen que contengan más
bajos contenidos de pared celular en su estructura y una menor proporción de tejido vascular. Al mismo
tiempo contienen mayor proporción de tejido mesófilo con paredes delgadas no lignificadas lo que las
distinguen de los pastos tropicales, además de que estos presentan sendero C4 en la fijación de
Carbono.
Composición Química.
Los reportes acerca de la composición química del forraje de leguminosas tropicales son aun
insuficientes, al parecer relacionado con la pobre explotación como alimento en los sistemas ganaderos
en estas áreas. En la actualidad se considera que la composición química en si, no es un buen indicador
para predecir el valor nutritivo si no que se debe considerar también, que la disponibilidad de
nutrientes de este alimento por el animal es variable entre forrajes de leguminosas y juega un papel
esencial (Corniaux et al 1996). Es por ello que en esta conferencia solo abordaremos uno de los
aspectos del valor nutritivo de las leguminosas que es la composición química.
Lípidos
Los contenidos de lípidos de estas plantas han sido principalmente estudiados en forma de extracto
etéreo; se considera que su nivel es relativamente bajo y poco variable entre especies de leguminosas
los rangos se mueven entre 20 - 40 g/kg MS -1 Sin embargo Corniaux, Durand, Sarahl y Guerin (1996),
al evaluar la composición química de 45 especies leñosas arbustivas refieren variaciones en los lípidos
de 24 - 80 g/kg MS-1 entre los que se encuentran Acacia farnesiana, Albizia Lebbeck, Erythrina sp,
Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Solamia mauritamium, Mucuna sp, Ficus, entre otras.
Los trabajos desarrollados por un grupo de investigadores cubanos han indicado rangos entre 23 - 52 g
kg MS -1 en 16 especies de leguminosas.
Carbohidratos
Los carbohidratos son compuestos abundantes en la mayoría de las plantas, juegan un papel importante
en el metabolismo intermediario, en la trasferencia y almacenamiento de energía y en la estructura de la
planta. Además tienen un papel esencial en los procesos de fotosíntesis de la planta. De manera similar
son importantes en la nutrición de los rumiantes por su papel esencial como fuente de energía.
La concentración de carbohidratos de los forrajes de leguminosas en el trópico ha sido poco estudiada,
pero se plantea que existen variaciones entre géneros y especies. Los almidones predominan como
polisacáridos de reservas en estas plantas. Al respecto, Moore y Hutfield, (1992), refieren su
acumulación en las raíces aunque en plantas como el Trébol blanco (templado) se almacena en los
estolones.
Pedraza (2000) indicó que las hojas de las leguminosas, contiene menores concentraciones de azucares
libres que los tallos pero con mayores concentraciones de almidón. Asimismo, refirió al evaluar los
194
contenidos en cuatro tipos de follaje de G. sepium que las concentraciones de azúcares varían con el
estado vegetativo en estas plantas.
Esto indica que el contenido de carbohidratos de las leguminosas es variable y está establecido que a
diferencia de las gramíneas pueden almacenar los carbohidratos en forma de almidón con mayor
contenido en las hojas que en los tallos.
Sin embargo, esto ha sido más estudiado en las leguminosas de clima templado que en las tropicales
(Corniaux, 1996). Por su parte Norton y Poppi (1995) han indicado que en forma de celulosa, puede de
aportar 17.5 Mj kg-1 en leguminosas tropicales. La importancia de los azúcares de los forrajes de
algunas leguminosas en cuanto a la palatabilidad y potencialidades para hacer ensilados ha sido
planteada por (Van Soest 1983)
Estructura de la Pared celular.
Los diferentes tipos de células de las plantas que en forma organizada están estructuradas y
tienen una función particular, dicha estructura anatómica tiene un efecto marcado que influye
en mayor o menor magnitud en la digestión de los tejidos.
La base arquitectónica de estas plantas contienen en sus paredes celulosa en microfibrillas que se
entrelazan con la hemicelulosa (xilanos, arabanos) y se separan de las células adjuntas por una media
lámina. La composición de la celulosa es un polisacárido -1, 4 glucosa mientras que la hemicelulosa es
una mezcla heterogénea compuesta por hexosas, pentosanos y ácidos urónicos.
Tanto en las leguminosas tropicales como en las templadas las hemicelulosas están compuestas
predominantemente por xilanos, aunque en algunas plantas como el Stytosanthes humilis se indicaron
concentraciones importantes de galactomananos varios compuestos característicos en plantas
maderables.
En las leguminosas la lámina media es rica en pectinas y células con una única pared celular (mesófila)
que no está lignificada esto permite mayor acceso a la forma física y a la ruptura en el proceso
digestivo.
Existen reportes que indican que las bacterias del rumen si bien son capaces de digerir parcialmente los
tejidos lignificados de las gramíneas, al parecer los tejidos vasculares de las leguminosas permanecen
indigeribles por estos organismos. Esto implica que en las leguminosas la digestibilidad de los tejidos
se relacione más con el grado de vascularización de la planta con el contenido de lignina. Aunque, en
estos últimos los tejidos vasculares son menos abundantes en las hojas que en el resto de la planta lo
que hace que ocupen en lugar de preferencia respecto a las gramíneas.
La proporción de componentes de la estructura fibrosa en las leguminosas al parecer es menos
compleja. Al respecto, se reportan niveles de Fibra bruta que presenta grandes variaciones, aunque en
la actualidad se conoce que la FND (pared celular) es un mejor indicador al expresar la composición en
nutrientes de la planta y que permite una mejor evaluación de la leguminosa como alimento debido a
sus características dentro de la estructura fibrosa y su participación en el proceso digestivo. Se reporta
(Delgado et al, 2000) en estas plantas su bajo contenido en pared celular y se atribuye a esto ventajas
respecto a las gramíneas tropicales en su valor nutritivo. Así, es posible alcanzar en la en leguminosas
forrajeras valores promedio de 43% de pared celular (FND) muestras que en arbóreas alcanza hasta un
37 % muy inferior al de las gramíneas que como promedio puede ser de 66 %.
195
La hemicelulosa es otro componente que en estas plantas contiene niveles bajos. Se indica que en las
leguminosas forrajeras los promedios son en arbóreas muy inferior a las gramíneas, que muestra
valores elevados en esta fracción de carbohidratos. Sin embargo, la cuantía en la que las paredes
celulares de estas plantas son digeridas en rumen depende de las especies, de su composición y grado
de lignificación. Moore (1994) al evaluar la calidad de forrajes señaló que a diferencias de las
gramíneas, las leguminosas presentan un contenido de lignina superior. Aunque tienen como ventaja
que su lignificación es en el tejido vascular (Xilema) lo que las diferencia de las gramíneas que se
distribuye a través de toda la planta y afecta en estos la degradabilidad de la fracción fibrosa. La tabla
1 indica rangos de valores de las fracciones fibrosas, MS y otros indicadores en diferentes leñosas
tropicales.
Tabla 1 .Composición química y degradabilidad enzimática “in vitro" de especies leñosas arbustivas*
para rumiantes (Adaptado de Corniaux et al, 1996)
Composición Química
(BS)
(%)
Materia seca
Cenizas
Nitrógeno
Grasas
Celulosa bruta
FND
FAD
LAD
Taninos Precipitantes
Calcio
Fósforo
DEMO (%) MO)1
DEN (% NT)
N-FAD
DMO
Media de 45 especies
Coeficiente de variación
(%)
Mínimo
Máximo
35.9
9.4
17.1
4.2
26.8
49.3
38.4
18.6
0.86
2.2
0.26
50.3
24.3
4.4
49.6
29
35
26
31
27
20
28
46
228
57
50
26
44
7.3
18
22.1
4.2
7.7
2.4
14.5
27.0
20.5
6.4
0
0.9
0.13
20.0
7.2
0.9
32.4
51.1
20.5
29.3
8.0
41.1
75.1
67.1
39.1
10.3
1 Degradabilidad enzimática de la materia orgánica.
0.51
78.5
59.7
12.4
68.2
*Especies incluidas: Mimosaceas, Fabaceas, Caesalpiniaceas y Euforbiaceas
Proteína Bruta
La composición en proteína de las leguminosas esta regida por senderos bioquímicos diferentes que la
de los pastos tropicales lo que la atribuye concentraciones de proteína celular mayores. Por otra parte se
indican cambios necesarios y marcados en la relación hoja tallo en el estado de maduración y menores
variaciones en el valor nutritivo de estas plantas en comparación con los pastos tropicales en similar
período de maduración. Sin embargo, los niveles de proteínas en estas plantas varían entre leguminosas
y arquitectura de la planta sean erectas o rastreras.
Los tejidos de las plantas contienen en su composición nitrógeno que pueden estar en forma de proteína
soluble o insoluble, como aminoácidos libres, ureidos, nitratos y amonio. Se reporta que los
componentes no proteicos en pueden alcanzar hasta un 25 % de N total bajo determinadas condiciones.
196
También parte del nitrógeno se encuentra enlazado a las fracciones fibrosas el que en parte disminuye
la degradabilidad de ese nutriente en Leucaena leucocephala (La O, 2001).
Uno de los mayores cambios en el metabolismo de los constituyentes de las leguminosas es el nivel de
proteína bruta (PB) que puede variar entre especies de leguminosas y dentro de una misma especie
(Chongo et al 1999; Norton y Poppy 1994; Corniaux et al, 1996). Por su parte Pedraza en el 2000
indicó cambios con la época de recolección de la planta; de forma general, siempre es más alto que en
los pastos tropicales.
Otra de las características principales de las proteínas de estas plantas es su capacidad de acoplarse con
los taninos y formar complejos que las hace inaccesibles en muchas leguminosas al ataque por la
microflora ruminal originando en estos casos su paso directo al intestino.
Las formas solubles de nitrógeno por lo general son fuentes disponibles para los microorganismos del
rumen y son rápidamente fermentadas con producción de amoniaco y la síntesis de microorganismos.
Por el contrario la proteína insoluble puede escapar a la digestión ruminal y contribuir a la proteína en
el intestino, sin embargo está sujeto a las características propias de la leguminosa y a los enlaces del
nitrógeno dentro del vegetal (CAB 2001)
La disponibilidad de la proteína al ataque de los microorganismos del rumen depende en gran medida
en las leguminosas tanto templadas como tropicales de la presencia y tipos de Taninos que contenga la
planta así como de las formas de enlaces.
Son pocos los trabajos que refieren la composición de las proteínas en las leguminosas. Así, Chongo, et
al (2000) al estudiar las fracciones proteicas en un grupo de leguminosas rastreras, árboles y arbustos
apropiados para la alimentación del ganado señala las variaciones que existen entre fracciones de
proteínas entre especies y en la Figura 1 se resumen algunos resultados referidos por estos autores.
Por otra parte Fall Toure y Doreau (1995) al comparar la fraccionamiento del nitrógeno de leguminosas
templadas y tropicales indicaron que la distribución del nitrógeno en las células de las plantas es más
homogéneas en forrajes de plantas templadas (ej. Medicago sativa) que es Tropicales (Acacia sp,
Bauhinia rufescens) como resultado indicaron mayores variaciones en la digestibilidad del N de estas
últimas. Estos autores también señalan una relación en la degradabilidad del N de los árboles y su
contenido en FAD-N; lo que coincide con La O. (2001) en Leucaena leucocephala
En la actualidad, las investigaciones de métodos accesibles para evaluar el valor nutritivo de las
leguminosas en el trópico trabajan en la búsqueda de relaciones posibles entre la composición química
y el VN. Al respecto (Fall Taure y Doreau, 1995) señalan una relación entre la digestibilidad del N. de
los árboles y el contenido de estos en N-FAD, por el contrario Corniaux et al (1996b) después de
evaluar 45 muestras de 13 familias de 4 especies de leguminosas plantean que en plantas herbáceas el
criterio de FND no es suficiente para predecir la degradabilidad enzimática de la MO debido a que no
se comporta igual en todas las especies.
197
Fracciones proteicas (mg/g proteína) de los arboles y
leguminosas estudiados.
6
mg/g de proteína
5
4
ALBUMINAS
GOBULINAS
PROLAMINAS
3
GLUTELINAS
2
1
0
GLIRICIDIA
ENTEROLOBIUM
SAPINDO
LEUCAENA
Figura 1.- Fracciones proteicas de los árboles y leguminosas estudiadas
Consumo de follajes tropicales
El consumo es una actividad indispensable para el animal, ya que permite mantener e incrementar las
funciones vitales al mismo tiempo que aporta los nutrientes del alimento requeridos para mantener una
condición productiva. En los países tropicales, este se ve afectado frecuentemente por las limitaciones
que presentan los recursos forrajeros que imponen una restricción que puede afectar el comportamiento
productivo de los rebaños.
Ahora bien, el consumo voluntario no es mas que la cantidad neta de materia seca consumida por un
animal en una unidad de tiempo cuando es ofrecido ad libitum como alimento único; hecho que está
modulado o regulado por diferentes factores asociados al animal o no. Esta cantidad de alimento
consumida le permitirá alcanzar una producción que estará en relación con la disponibilidad de los
nutrientes para su digestión y utilización metabólica.
El consumo está regulado por mecanismos relacionados con factores físicos, fisiológicos y
psicogénicos propios del animal que se pueden resumir en tres grupos:
•
•
•
Relacionados con el alimento,
Los ligados al animal y
Los relacionados con el manejo.
En el primer grupo se encuentran, la palatabilidad, las propiedades físicas y la disponibilidad de
nutrientes del alimento. En el segundo grupo se sitúan la capacidad de consumo y el apetito, mientras
que en el tercero se encuentran la alimentación propiamente dicha y otros factores como el estrés,
manejo y cuidado del animal, interacciones sociales y las condiciones de vida.
198
Así, la palatabilidad designa las cualidades organolépticas de los alimentos que pueden estimular o
frenar el consumo. A esta última sensación y la correspondiente respuesta de rechazo por el animal
suele llamársele aversión.
Los árboles y arbustos forrajeros contienen compuestos secundarios (Taninos, saponinas, alcaloides,
glicósidos, entre otros). La presencia de estos metabolitos en los árboles y arbustos forrajeros, juegan
un papel en la palatabilidad y en la selección que hacen los animales de lo que consumen, por ejercer
un efecto en los sentidos del gusto, el olor, etc. Aun, existen criterios divergentes acerca del verdadero
papel de la palatabilidad en el consumo de alimentos, algunos autores señalan que en el caso de los
forrajes los controles del consumo a largo plazo tienen más importancia que la propia palatabilidad.
No obstante, existen métodos prácticos que permiten reducir el efecto de los compuestos secundarios
como es el secado al sol el mezclado de forrajes de arbóreas entre otros. En el pastoreo el animal se
hace más selectivo como es el caso de los sistemas Silvopastoriles y tratan de consumir lo más
palatable por lo que estos efectos son menos apreciados.
Es conocido, que estos dos últimos aspectos unido al bajo contenido de nitrógeno, la edad del vegetal
y la época afectan la digestibilidad de los forrajes sobretodo en las regiones tropicales, al mismo
tiempo que hacen mas largo el tiempo de retención, por lo que el consumo se reduce (Tabla 2).
Tabla 2. Consumo por cabras y calidad de madero negro (G. Sepium) en diferentes periodos
experimentales.
Rebrote
Indicadores
Consumo, kg MS/d
Materia seca, %
Proteína bruta, %
DIVMS1, %
>4 meses
Período 1
<3meses
Período 2
<3meses
Período 3
1.65
32.1
18.4
51.2
0.61
23.2
22.1
60.1
0.37
20.5
23.0
63.4
1 Digestibilidad “in vitro” de la Materia Seca.
Adaptado de Benavides, 1999
Además en sistemas donde los animales están estabulados no tienen la capacidad de seleccionar el
alimento por tanto el comportamiento del consumo es diferente a cuando están en pastoreo donde este
puede estar mas restringido por el tiempo de retención del alimento en el rumen que por la estructura
del pastizal, la calidad del pasto o por otros factores. Es bien conocido que, en condiciones de
pastoreo existen interrelaciones entre la planta y el animal que pueden alterar cuantitativamente el
orden e importancias que tengan algunas variables determinadas en estabulación por lo que cada caso
requiere análisis diferentes.
Existen otros factores de la planta que afectan el consumo por lo que se plantea que la asociación de
árboles, la composición mineral y el aporte que hace el pasto tienen gran importancia para el animal.
Cuando el contenido mineral de la planta está por debajo de los niveles aceptados, la fertilización o la
suplementación adecuada puede incrementar el consumo de los pastos y hacer más eficiente su
utilización por el animal.
199
En el caso donde el nitrógeno es deficiente se afecta el crecimiento de la microflora del rumen, su
actividad y por consecuencia el consumo. Entonces es posible lograr incrementos con el uso de la
urea, o la suplementación con concentrados de un buen nivel de proteínas o con el uso de
leguminosas en banco o asociadas en el pastoreo.
La deficiencia de otros minerales se comporta diferente a la que ocurre con el N, la primera no puede
ser atribuida a un efecto carencial neto, sino que esta mas relacionado con los factores de la planta. Se
ha observado que la fertilización con azufre aunque aumenta el contenido del elemento en el pasto (de
0.09 a 0.15 %) no incrementa el consumo al mismo nivel que cuando se suplementa con el elemento
solo.
La composición botánica y estructural del pastizal es un factor de interés, al respecto las leguminosas
templadas y tropicales promueven mayores consumo que las gramíneas. Resultados de investigaciones
de diferentes países señalan que las diferencias se atribuyen a la naturaleza de su fibra y a un menor
tiempo de retención de las leguminosas en el retículo rumen. Así, se han encontrado diferencias
apreciables en el consumo y la digestibilidad de los componentes estructurales y morfológicos de la
planta en particular hojas y tallos.
De esta forma, las leguminosas y otras arbóreas se recomiendan por su calidad nutricional como
complemento o como suplemento en los sistemas de alimentación. Así la complementación con
forrajes de arbóreas a forrajes de baja calidad resulta beneficiosa en diferentes especies de rumiantes
(tabla 3). Bien sea en estabulación o en pastoreo se alcanzan resultados beneficiosos por el incremento
del consumo, la eficiencia de la fermentación ruminal, un mayor tránsito y mejor balance de nutrientes
absorbidos en el tracto posterior. No obstante, se han alcanzado resultados que indican que la edad de
rebrote influye y cuando estas plantas son asociadas no siempre los efectos logran incrementar el
consumo (Tabla 4).
Tabla 3. Efecto de complementar con follaje de leguminosas arbóreas en el consumo de forraje de
baja calidad y productividad animal Adaptado de Norton 1994.
ARBÓREA
ANIMAL
(%)
GPV (%)
L.
Leucocephal Ovinos
a
L.
Leucocephal Bovinos
a
G.
sepium
Bovinos
CONSUMO VOLUNTARIO (G/KG PV/D)
------------------------DIETA BASE
FOLLAJE
DIETA BASE
DMS
Rastrojo
de sorgo
_
5.9s
24.6
32.8
41.7
46.7
-44
85
Pasto
natural
_
5.2s
20.2
26.1
42.0
44.0
-20
290
Pulidura
_
27.0
47.0
10
de
11.0s
22.0
55.0
113
arroz
S: Base Sesca; DMS: Degradabilidad de la materia seca y GPV: ganancia de peso vivo
200
Tabla 4.- Consumo voluntario (g MS/vaca/d) de arbóreas tropicales como complemento al pastoreo
en vacas de doble propósito (Bobadilla 2001)
Complemento *
Consumo voluntario
B
L
LB
LP
LG
LPG
BPG
1626.3
1495.2
1648.2
1112.8
1470.3
1157.3
1201.2
* B Brosimum allicastrum; L Leucaena leucocephala; P Piscidia piscipula; G Guazuma ulmifolia
En sistemas silvopastoriles se han encontrado diferencias con la especie animal respectos en el
consumo y selección en pastoreo relacionada con los hábitos de consumo de cada una. Varios autores
indican que las cabras muestran comportamientos en cuanto a la selección comparable a las vacas, pero
menos parecidas a los ovinos. En tanto que las cabras al ser más ramoneadoras y consumir las
gramíneas y leguminosas desde su extremo suelen rechazar mas el tallo con respecto a otras especies
como el vacuno y los borregos van más al fondo.
En cuanto a las características físicas del alimento, aspectos tales como el molinado, el troceado y el
prensado entre otros, varían la respuesta que se espera en términos de consumo.
Al respecto, se indican que los bloques multinutricionales (BMN) por su estructura ejercen
restricciones en el consumo, lo que parece estar en relación con la proporción de ingredientes de la
fórmula que determinan la dureza y la palatabilidad al tiempo que influyen en su aceptabilidad por el
animal. Así, se informa que el uso de la melaza ejerce un efecto favorable en la palatabilidad, mientras
que elevados niveles de sal reducen su aceptación. Resultados en ovinos con BMN elaborados con
diferentes durezas indicaron variaciones en el consumo (Tabla 5).
Tabla 5. Efecto de la dureza del BMN en el consumo de ovinos
Consumo promedio (g/d) de borregos de pelo y de lana.
Ovinos
Tratamiento
S10B25M15 200
S50B0M0 250
S20B30M0 200
S10B40M0 200
Pelo
311.4
21.4
104.2
37.1
Lana
278.5
40.0
32.8
22.8
Promedio
294.9
30.7
68.5
30.0
En sistemas donde existen forrajes de diferentes especies de plantas la aceptación o aceptabilidad que
realice el animal es importante en el consumo de uno u otro alimento. De este modo, la aceptabilidad
de los rumiantes a un forraje varía con la especie de planta, su valor nutritivo, la forma de participación
en la dieta, y la especie animal de que se trate (Fig. 1).
201
Digestión ruminal de follajes tropicales
El rumen es una gran cámara de fermentación donde habitan millones de microorganismos de especies
diversas y que se modifican con los cambios que se producen por la dieta, el uso de suplementos o
aditivos. El empleo creciente de árboles y arbustos en los sistemas de alimentación de los rumiantes
impone la necesidad de conocer los efectos de estos metabolitos en el proceso de digestión ruminal ya
que por la diversidad de compuestos y su naturaleza química pueden ser beneficiosos o perjudiciales.
Las leguminosas han sido utilizadas para incrementar el consumo y la digestibilidad de los forrajes,
residuos de cosecha y en pastos de baja calidad, lo que ha permitido mejorar la productividad animal, y
en particular la producción de leche. Este efecto se ha relacionado con los metabolitos secundarios en
particular los taninos condensados y se atribuye a tres factores fundamentales:
Provee nitrógeno que en dependencia de su enlace con los taninos es degradable en rumen o no.
Parte del nitrógeno escapa del rumen sin ser degradado, sobre todo la proteína protegida por la
presencia de los taninos puede aportar proteína alimentaria al animal.
Š La presencia de algunos de estos metabolitos en el rumen puede reducir parcialmente los protozoos
con una mejora en la eficiencia de síntesis de microorganismos en el rumen.
Š
Š
Un aspecto que permite alcanzar mejoras en la producción animal cuando se suministran leguminosas y
árboles forrajeros es conocer la degradabilidad del nitrógeno debido a que este no siempre está
disponible a la digestión en el tracto gastrointestinal debido a diferentes factores estructurales, que lo
acomplejan (taninos, fracciones fibrosas etc). El conocimiento de la degradabilidad permite una mayor
manipulación. Se conoce que los sistemas actuales de la evaluación de proteínas en los alimentos para
rumiantes distribuyen el N de la proteína bruta y el indegradable o también denominado de by pass esta
última mas o menos digerible en el intestino para ello se emplea grandemente la técnica de las bolsas
de nylon y se estima la degradabilidad del nitrógeno en la planta o el perfil en diferentes partes, lo que
ayuda a explicar la mayor o menor degradabilidad del nitrógeno entre diferentes leguminosas y
seleccionar la dieta sobre esta base para alcanzar mejores resultados productivos.
En este sentido, los resultados de degradabilidad efectiva del nitrógeno(DN) de un grupo de
leguminosas y árboles forrajeros indicaron que la DN osciló desde 43 hasta 81 % y se relacionaron con
los respectivos contenidos de polifenoles totales en las plantas en estudio (Chongo, 2002). En particular
se ha informado que la digestibilidad de la MS y del nitrógeno varía entre Leucaena leucocephala,
pallida y diversipholia lo que se relaciona con el contenido de taninos diferentes entre estas. La tabla.6
indica el comportamiento en la digestibilidad “in vitro” de la materia seca y los taninos condensados
(Norton 1995).
Tabla 6. Comportamiento en la digestibilidad “in vitro” de la materia seca y los taninos condensados
en especies de Leucaena (Norton, 1995).
Especies
L .leucocephala
L. pallida
L. diversipholia
DIVMS
Taninos condensados
66.3
56.4
54.2
6.6
8.5
12.0
Los efectos de los taninos condensados (TC) en la degradabilidad del nitrógeno pueden ser modificados
202
si se desea, por la adición de Polietilen-glicol (PEG) en la dieta, debido a que este libera la proteína
que se acompleja y mejora la DN (Lowry, 1990) en leguminosas templadas, La O et al, (2001) en
estudios con Leucaena leucocephala.
La combinación de leguminosas y estas con los árboles forrajeros permiten aportes de nitrógeno con
diferentes solubilidad y degradabilidad, los reportes de Rosales (1998) informan que el uso de la
Cratylia argentea (libre de taninos) y Flemingia macrophyla (con 25.1 g/ Kg MS), mejoró el consumo
y la digestibilidad en ovinos. Los incrementos en consumo con diferentes sistema de manejo de la
leguminosa originan niveles más elevados de amoníaco en rumen con respecto a las gramíneas solas,
efecto asociado con una mejor síntesis de proteína microbiana en el órgano. Sin embargo, este
acontecimiento estará en dependencia de la calidad de la gramínea acompañante y de la existencia de
un adecuado aporte de energía para una síntesis más eficiente del nitrógeno en rumen con beneficio a la
producción animal.
Este efecto también puede ser alcanzado con la combinación de la Gliricidia sepium y la Leucaena
leucocephala al considerar que la degradabilidad del nitrógeno de estas es de 82 y 54 %
respectivamente. Por otra parte, los trabajos de digestión en ovinos realizados en Cuba con la Leucaena
leucocephala con el uso de niveles de 20, 40, 60 % con relación al pasto Estrella (Cynodon
nlenfluencis) indicaron que esta leguminosa mejoró el consumo voluntario, el comportamiento
alimentario se beneficio, la digestibilidad de la fibra se incrementó en 12% (Delgado et al, 1996) y en
correspondencia los microorganismos celulolíticos se incrementaron (Galindo et al, 1997) La digestión
ruminal de las fracciones nitrogenadas permitió una mejor relación de NNP(N-NH3)/Nt lo que sugiere
beneficios en la producción de biomasa microbiana y los mejores resultados se obtuvieron con 20%
Chongo, (1998). Estos resultados avalan las ventajas reportadas en la producción de leche con el
empleo de esta leguminosa que se resumen en la tabla .
En los países tropicales la suplementación en la dieta de animales en pastoreo por lo general ha estado
acompañada de una mejor respuesta que en los países templados. La suplementación energética (a los
sistemas con leguminosas) han indicado beneficios en los nutrientes disponibles a la microflora
ruminal, así el suministro de nivel en dietas de forraje con Leucaena mejoró la digestión de nutrientes
en el rumen de toros e incrementó la biomasa en 47.4 % y entre ellos los microorganismos que
degradan la celulosa se incrementaron. Este último fue superior cuando se incluyó urea en la miel ya
que las bacterias y los hongos que degradan la celulosa se multiplicaron en 2.64 y 8.92 veces
respectivamente con este suplemento (Galindo et al, 1997, 1999)
Factores antinutricionales en follaje de arbóreas (FANs)
En el metabolismo de las plantas y en especial en las leguminosas en sus senderos metabólicos se
forman un grupo de compuestos primarios esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas
entre los que se encuentran los carbohidratos, las proteínas, las vitaminas, los minerales entre otros y a
otro grupo pertenecen los metabolitos secundarios que son compuestos de naturaleza química diversa y
con funciones que se contraponen a las de los metabolitos primarios. Estos, están presentes en el
citoplasma de todas las células vegetales y solo se diferencian entre plantas en su concentración.
Sin embargo, por el papel que juegan como mecanismos de defensa de las plantas ante el ataque de
plagas, condiciones de clima adverso etc, se les comienza a denominar compuestos con actividad
ecológica eficaz. Existen en las plantas una gran diversidad en su estructura de estos metabolitos, con
papeles diferentes en el vegetal así podemos citar (taninos, alcaloides, glicósidos, saponinas,
aminoácidos libres, etc.
203
Ante las condiciones desfavorables existe una respuesta variable de la planta hacia la formación de los
compuestos secundarios en dependencia del vegetal en cuestión, la estrategia de defensa de la planta es
la producción de estos metabolitos en diferentes tejidos del vegetal. Lo que dependerá de su
importancia en la especie de planta que se trate y de su distribución con el estado fenológico (Makkar
et al 1991). Es conocido que las yemas en crecimiento, los órganos reproductores y de dispersión hojas
jóvenes y otras partes del crecimiento de la planta alcanzan mayor concentración de dichos
metabolitos, asimismo habrá mayor reacción de los tejidos más viejos.
En las tablas 7 y 8 se resumen algunas de las funciones de estos compuestos secundarios en semillas
de leguminosas y leguminosas de ramoneo así como, los efectos fisiológicos en los animales según lo
informado por Liener, (1989) respecto a los FANs en semillas de leguminosas y los reportes de
D`Mello en forrajes y leguminosas de ramoneo,.
En la actualidad, los compuestos secundarios reciben también el nombre de FANs desde el punto de
vista de la nutrición animal, esto es debido a los efectos perjudiciales de estos compuestos en los
procesos digestivos y metabólicos de los animales que consumen plantas que los contienen, con
consecuentes deterioro nutricional o de la salud de los animales. Estos compuestos han sido más
investigados en las regiones templadas que en las tropicales.
Tabla 7. Factores antinutricionales en semillas de leguminosas. (Adaptado de Liener, 1989)
FAN
Distribución
Inhibidores de proteasas
Muchas leguminosas
Lectinas
Muchas leguminosas
Inhibidor de amilasa
β-N-oxalyl-α-β ácido propiónico
β-N-metilamina-L-alanina
Glucósidos cianogénicos
Vicina / convicina
Cycasina
Oligosacáridos
Muchas leguminosas
Saponinas
Fitatos misceláneos
Taninos
Muchas leguminosas
Muchas leguminosas
Muchas leguminosas
Alcaloides
Lupino
Lathyrus sativus
Cycas circinalis
Habas de Lima
Vicia faba
Cycas circinalis
Muchas leguminosas
Efecto fisiológico
Disminución del crecimiento
Pancreatitis hipertrofia/hiperplasia
Nódulos acinares
Disminución del crecimiento
Muerte
Interfiere en la digestión del almidón
Latirismo
Neurotoxicidad
Dificultad respiratoria
Anemia hemolítica
Carcinogenia
Flatulencia
Ventosidad
Afectan la permeabilidad intestinal
Interfiere con minerales
Interfiere con proteínas
Afecta digestibilidad
Disminuye el crecimiento
Tabla 8. Factores Antinutricionales en leguminosas de forraje y ramoneo (Adaptado de D'Mello,
1995)
204
FAN
Taninos
Cianógenos
Aminoácidos no proteicos:
Mimosa
Indospicina
Canavanina
Phytohemaglutininas
Alcaloides:
N-metil-β fenetilamina
Sesbanina
Oxalato
Especie
Acacia aneura, A. nilotica, A. pendulada, Albizia chinensis, Calliandra
calothyrsus, Lespedeza cuneata, Leucaena leucocephala, Lotus corniculatus,
Onobrynchis viciifolia, Prosopis cineraria, Robinia pseudoacacia.
Acacia binervia, A. cunvinghamii, A. giraffae, A. leucophloea, A. sieberiana, A.
sparsiflora, Albizia procera, Sesbania grandiflora, Stylosanthess viscosa.
Leucaena leucocephala
Indigofera spicata
Canavalia ensiformis
Robinia pseudoacacia
Acacia berlandieri
Sesbania vesicaria
Acacia aneura, Bauhinia thoningii, Calopogonium mucunoides, Erythrina
variegata.
De forma general los metabolitos secundarios en las plantas pueden ser clasificados en
varios grupos, atendiendo a su estructura química, modo de acción etc. Varios autores los
clasifican de acuerdo a su repercución en el valor del alimento caso particular de las
leguminosas (Rosales, 1996) y por la respuesta biológica en los animales, así se consideran
varios grupos descritos a continuación:
♦ Reducen el consumo de alimentos los alcaloides, saponinas, taninos, aminas
♦ Aquellos que afectan la utilización de los nutrientes en particular los lípidos (polisacáridos
antinutricionales)
♦ Interfieren en la digestión de carbohidratos los taninos, saponinas, inhibidores de amilasa,
polisacáridos antinutricionales
♦ Actúan con efecto especifico en la digestión de los Minerales compuestos heterósidos, ácido fítico,
ácido Oxálico, gosipol
♦ Provocan efectos carcinogénicos y teratogénicos (agentes cancerígenos, productores de radicales
libres, nitrosaminas, alcaloides)
♦ Afectan el metabolismo hormonal y el de las vitaminas (Agentes con actividad hormonal y/o
Antihormonal, tiaminasa avidina, etc)
Desde luego, estos efectos son más severos en unas especies de animales que en otras y dependen
también de la planta de que se trate entre otros factores.
Es posible detectar la presencia de estos grupos de compuestos secundarios mediante pruebas
cualitativas simples como el tamizaje fitoquímico. Así, Chongo et al, (1999) informó la presencia de
estos compuestos al evaluar un grupo de leguminosas tropicales. (Tabla 9)
Tabla 9 . Tamizaje fitoquímico de las plantas estudiadas
205
Plantas
Taninos Flavonoides Quinonas Saponinas Triterpenos y Antocianidina Reductores
esteroides
L. leucephala
+++
+
++
++
+
++
B. bahamensis
++
+
+
++
+
+
A. pintoi
+
+
++
+
+
++
C..ensiformis
+
++
++
ND
G. sepium
+
+
++
+
ND
++
E. ciclocarpum
+++
+
++
+
+
+++
M. aterrimum
+++
+
+
+
+
++
ND: no determinados
Metabolitos secundarios e impactos en la digestión ruminal y la fisiología animal.
Alcaloides
Los alcaloides, son compuestos inodoros como las quinolizidinas (derivados del aminoácido lisina)
presentes en leguminosas se encuentran distribuidas en varias especies, se ha aislado en el género
Lupinus, leguminosa templada. Se reporta que el consumo de altramuces con mayor o menor contenido
de alcaloides se reduce en vacas, asimismo repercute en la producción de leche Mukisirat et al,.
(1995), también puede causar alteraciones respiratorias y hasta la muerte del animal. Sin embargo, los
efectos de estos compuestos difieren según su naturaleza química del alcaloide.
Por lo general, a estos compuestos se les atribuye el sabor amargo, reconocido como un agente que
hace que los animales rechacen determinadas plantas en sistemas de pastoreo. Otros son identificados
por sus efectos tóxicos en los animales como es el caso de los de naturaleza indólica que provocan a
los animales afectaciones pulmonares de carácter grave y la piperidina identificadas por sus efectos en
el sistema nervioso central.
El alcaloide quinolizidina es uno de los que se encuentra en algunas leguminosas, su presencia puede
originar diferentes afectaciones al ganado que van desde reducción en el consumo, en la ganancia de
peso vivo de los animales hasta reducción en la producción de leche.
Los trabajos desarrollados en el ICA han mostrado que en las condiciones de Cuba, animales
habituados al consumo de las leguminosas que contienen este aminoácido y se reportan bacterias con
actividad mimosinasa por lo que los animales son capaces de resistir la presencia del metabolito tóxico
ya que las bacterias del rumen lo degradan por lo que la alimentación del ganado con Leucaena
leucocephala no está limitada por este aminoácido tóxico.
La ingestión de este compuesto en nivel que sobrepasa el permisible causa pérdida reversible del pelo de
los animales al inhibir la conversión de metionina en cisteína. Además provoca excesiva salivación,
pérdida de peso corporal y aumento en el tamaño de la tiroides.
Aminoácidos tóxicos
206
Los aminoácidos tóxicos son parte de un conjunto de toxinas nitrogenadas su doble función en la planta
es como mecanismo de defensa y para almacenar nitrógeno (Ramos et al, 1998). La acción de estos
compuestos se produce por analogía en la estructura con aminoácidos esenciales ya que interfieren en
su metabolismo y se incorporan por errores metabólicos en procesos enzimáticos o neurotransmisores,
con lo que afectan diferentes funciones en el organismo animal.
La mimosina es un análogo de los aminoácidos aromáticos, antagonista de la tirosina y de la
fenilalanina, su degradación en rumen por las bacterias ruminales lo convierte en el 3-hidroxi-4(1H)
piridona (DPH) y 2-3-dihidroxipiridona un agente bociógeno. La acción de la mimosina per. se esta
mas relacionada con la alopecia.
Leguminosas tropicales como la Leucaena, la Canavalia y la Indigofera los contienen. Aunque, los
estudios realizados en la década del 90 en Cuba por Galindo et al, permitieron aislar bacterias del
rumen que degradan la mimosina y sus metabolitos tóxicos, caso particular de la Leucaena, lo que
permitió el uso de esta leguminosa en el 100% del área del pastizal en explotaciones ganaderas de
bovinos en pastoreo, sin la aparición de cuadros tóxicos.
Saponinas
Las saponinas, son compuestos de estructura compleja en la mayoría de las plantas donde están
presentes. Forman parte de una mezcla de compuestos que solo se diferencian en la cadena glicidica,
algo que influye en sus propiedades o también en la parte de la aglicona. Como característica, reducen
la tensión superficial del medio ruminal. Alteran la permeabilidad de la membrana celular e intestinal.
Las investigaciones realizadas en los rumiantes acerca de los efectos de estos compuestos es a menudo
contradictoria y se refieren a modificaciones en la fermentación ruminal, digestibilidad, eficiencia de
utilización del alimento, principalmente se atribuyen los efectos al tipo de leguminosa de que se trate,
nivel y forma de empleo, aunque la mayor parte de estos resultados corresponden a clima templado.
Uno de los efectos estudiados de forma indirecta en el área tropical es su poder como agente
defaunante (Díaz et al, 1992) con el pericarpio de la semilla de Sapindus saponaria y por Galindo et al
(1998) en estudios de fermentación ruminal “in vitro” y con animales canulados.
Oxalatos y fitatos.
El ácido oxálico es un compuesto orgánico de naturaleza simple que se encuentra formando sales en
una gran cantidad de plantas consumidas por los rumiantes. Las sales que se forman son simples con
el calcio, zinc, el hierro y otros elementos trazas o también forman complejos internos o quelatos de
pobre solubilidad y muy lenta absorción intestinal. Muchos pastos tropicales de generos como
Pennisetum, Setaria y Chentrus acumulan altas concentraciones de oxalatos con potencialidades tóxicas
poco estudiadas.
Cuando el ácido oxalico es consumido en cantidades suficientes por el ganado, puede precipitar y como
consecuencias causar obstrucciones en los capilares, producir daños en particular en el rumen y en los
tubulos renales. También se plantea que puede producirse hipocalcemiaa corto plazo. No obstante esto
dependerá de otros factores asociados al manejo del animal en los sistemas de pastoreo. Al respecto en
pastos templados se ha informado que en el rumen de los animales con adaptación al consumo de
plantas con oxalato es factible lograr un buen desarrollo de la bacteria Oxalobacter formigenes que
produce ácido fórmico y CO2 proceso que cambia con el nivel de exposición del animal al ácido
oxalico y que es un proceso que puede ser modificado por otros factores.
207
Los trabajos desarrollados en Inglaterra indicaron con niveles crecientes de este compuesto, la
adaptabilidad de la microflora del rumen de cabras y ovejas a la presencia de este metabolito.
Asimismo describen una mejor adaptabilidad en el rumen de las primeras para degradar el ácido
oxálico.
Los inhibidores de fitasa son compuestos que también interfieren en al metabolismo de los Minerales,
asimilación del fósforo y trastornos digestivos. Diaz, 2000, los determinó en variedades de vgnas y
señala su presencia en otras leguminosas de grano en el tropico. Por otra parte Pedraza en el 2000 al
evaluar dos ecotipos de Gliricidia sepium procedentes de Cuba y Ghana indicó niveles de ácido Fítico y
una elevada actividad hemaglutinante en el ecotipo de Cuba recolectado en una región del occidente,
lo que sugiere variaciones de hecho coincide con otros investigadores al resaltar la influencia del
ecotipo en los FANs.
Taninos
Los taninos (polifenoles) constituyen un grupo importante dentro de los compuestos secundarios de las
plantas. Algunos son fenoles solubles en agua, su peso molecular que varía desde 500 hasta 3000.
Ellos se presentan de forma natural como polifenoles y tienen la capacidad de combinarse con
proteínas y otros polímeros tales como la celulosa, hemicelulosa, ácidos nucleicos, esteroides,
alcaloides y saponinas para formar complejos estables (Rosales,1996). Estos compuestos presentan un
rango de átomos de carbono que puede variar va desde C6 fenoles simples y Benzoquinonas, C7-C8
tales como el ácido gálico, el cumarico , de C15 como es el caso particular de los flavonoides, aunque
pueden tener hasta n átomos de carbono como es el caso de las ligninas entre otros..
Estos últimos, constituidos por un núcleo compuesto de un carbohidrato con grupos hidroxilos
esterificados con ácido carboxílicos fenolicos, mientras que los taninos condensados
(proantocianidinas) son polímeros no ramificados de compuesto hidroflavonas (Reed 1995).
Los taninos son capaces de formar asociaciones con los carbohidratos, se adhieren a las paredes
celulares, sin embargo de particular importancia es su asociación con las proteínas de las plantas. Esta
asociación está determinada por el peso molecular, grado de polimerización de los taninos así como por
la relación taninos proteínas. Diversos estudios que relacionan la interacción de los taninos y las
proteínas, han indicado también su enlace con los carbohidratos particularmente la celulosa, el
almidón y las pectinas.
Hoy se adopta el criterio de que los mecanismos de enlaces son por formación puentes de hidrógeno,
entre los grupos hidroxilos de los taninos del vegetal y las otras estructuras acomplejantes. Aun cuando
estos compuestos forman parte de un grupo diverso son divididos en dos grandes grupos, los taninos
condensados y los hidrolizables.
Los estudios que describen los efectos de los taninos de las plantas abarcan una gran variedad de
especies, sin embargo su cuantificación y estudio químico aún no se corresponde en cuantía con los
criterios nutricionales ya que en varios trabajos se atribuyen los resultados negativos a estos
compuestos sin que se conozca con exactitud el tipo de tanino y nivel en la planta estudiada. (MuelleHarvey y Mc Allen, 1992).
208
Los taninos se ligan a las proteínas salivares y al epitelio de la cavidad bucal afectando la palatabilidad
del alimento con subsiguiente reducción del consumo, lo que depende del tipo de tanino presente en la
planta, lo que también puede ocurrir es su hidrólisis a compuestos libres por acción de las hidrolasas de
las plantas. Los efectos más encontrados a su paso por el rumen se pueden resumir en los siguientes
aspectos entre otros:
•
•
•
•
•
•
Cambios en el pH e inactivación de enzimas del rumen
Producir toxicidad a los microorganismos del rumen al parecer debido a ligamentos con la
pared celular
Posible degradación ruminal según el tipo de tanino con producción de otros compuestos
como los fenólicos empleados por una bacteria del rumen Eubacterium limosum
Deprimir en algunos casos la producción de AGV y la síntesis de proteína ruminal.
Deprimir la Digestibilidad de la materia seca.
Proteger a la proteína de la degradación ruminal cuando están condensados
Los efectos de los taninos en animales que consumen arbustos y árboles tropicales son diversos en
dependencia de la especie de planta y de la animal, aunque ambos taninos tienen similar habilidad para
formar enlaces con la proteína no siempre actúan de manera similar en el animal.
Aunque los taninos están presentes en casi todas las plantas son particularmente importantes en las
dicotiledóneas y de ellos en las leguminosas. Su distribución en las plantas resulta compleja ya que no
se comporta igual en todas las especies, aunque de manera general se concentran en los órganos
reproductores y partes tiernas de la planta.
Uno de los efectos mas señalados de estos compuestos es el asociado con bajos consumos voluntarios y
la degradabilidad de la proteína bruta. Al respecto La O, (2001) señala en Leucaena macrophila, baja
aceptabilidad relativa y comprueba la relación de este efecto con los niveles de taninos condensados en
la planta y la degradabilidad de los nutrientes por métodos “in situ”.
Terpenos
Los terpenos son compuestos secundarios de un rango amplio de especies de plantas, su presencia es
notable en las plantas coniferas. Son compuestos de alto peso moleculartales como los sesqui y
diterpenos como los presentes en la Picea sitchensis, en muchas plantas predominan los monoterpenos
a los que se les atribuye poder como insecticida y ante los mamiferos hervíboros. Poco claridad existe
de los efectos de estos en los animales , los trabajos mas recientes aunque contradictorios le atribuyen
efectos en la actividad microbiana ruminal y en la digestibilidad in vitro.
A pesar de los aspectos relacionados con los metabolitos secundarios el uso de leguminosas muestra
resultados positivos la tabla resume los resultados en degradabilidad con la E. Poeppegiana. Por otra
parte estudios de producción de gases con E. Misorensis indicaron resultados aceptables en la
producción de gas in vitro.
Vias para reducir los efectos de los FANs
Los efectos provocados por estos compuestos en los animales pueden ser atenuados sobretodo en los
sistemas de alimentación estabulados si se desea mejorar la utilización de los nutrientes por el animal
y atenuar los efectos en el metabolismo. Es conocido que los FANs son clasificados según su respuesta
209
al calor en termolábiles
temperaturas elevadas.
o susceptibles de descomponerse y termoestables o resistentes a las
De ahí la aplicación de diferentes métodos permitirá reducir el contenido de estos compuestos con
mejores resultados entre los métodos que actualmente se emplean se citan:
♦ Tratamiento térmico ( energía solar, temperatura controlada)
♦ Extrusión ( En especial para granos de leguminosas)
♦ Procesos biotecnológicos (Trangénesis, selección de especies, producción de ensilajes etc)
♦ Uso de agentes acomplejantes de taninos caso del Polietilenglicol (PEG), Polivinilpirrolidina
(PVP), aunque resulta costoso se indican buenos resultados.
Desde luego que la aceptación de uno u otro método dependerá del sistema de explotación que se
realice, de la especie de planta y la animal.
Estudios realizados por Sethi y Kulkam (1994) revelan en dos variedades de Leucaena leucocephala
su potencialidad como fuente de proteína y la presencia de inhibidores de tripsina, amilasa, glicósidos
cianogénicos y sugieren un tratamiento con calor para reducir los contenidos de mimosina DHP entre
otros. Así, Scull, Chongo y Geerken (1994), encontraron niveles inferiores mimosina en leucaena pre
rociada y posterior secado al sol lo que pudiera ser una alternativa para la alimentación en aquellas
especies que lo requieran.
En animales en pastoreo los principales criterios que se aconsejan para atenuar los efectos de estos
factores están relacionados con el uso de adecuadas prácticas de manejo, mezclas de leguminosas, lo
que a su vez permite un mejor balance de nutrientes. Aunque no se descarta el empleo de algunos
aditivos: PEG, PVP y sales minerales específicas capaces de acomplejarse con algunos FANs
permitiendo su paso por el tracto gastrintestinal con eliminación por las heces y sin afectaciones al
animal. Esto contribuye a una mejor explotación del uso de las leguminosas en sistemas diversificados
y armonicos desde el punto d vista ecológico.
Conclusiones
Los estudios relacionados con la composición química y los FANs de las leguminosas tropicales
resultan insuficientes. Aunque, se sabe que contiene una riqueza en nutrientes disponibles al animal
superior a las gramíneas tropicales. Sin embargo, su explotación en los sistemas ganaderos del área
puede ser superior dada las potencialidades en nutrientes para mejorar los resultados productivos. No
obstante, pocos trabajos han abordado en detalle los FANs en estas plantas en las condiciones del
trópico y se extrapolan de forma erronea los resultados de clima templado. Hoy se conoce sobretodo
para leguminosas de clima templado que el ambiente ruminal parece ser una cámara eficiente en la
transformación de compuestos secundarios de las plantas . De igual forma los efectos de los otros
FANs no se comportan igual en todas las especies de rumiantes. Todo esto hace pensar en el reto de la
ciencia y la técnica para vencer estas incógnitas y explotar mas, nuestra riqueza nutritiva para mejorar
el uso de las leguminosas en los sistemas diversificados y alcanzar mejores producciones en el trópico,
con mayor armonía en los ecosistemas.
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211
Efecto de los Factores Antinutricionales en la fisiología digestiva de especies
monogástricas.
Dra. María Felicia Díaz Sánchez
Contenido
Introducción. ........................................................................................................................................................................212
Factores antinutricionales en granos y forrajes de leguminosas. ....................................................................................212
Papel de los FANs en las plantas. .....................................................................................................................................212
Limitaciones del uso de las leguminosas en la alimentación de monogástricos. ..............................................................213
Factores que influyen en la digestibilidad de la proteína de semillas de leguminosas que pueden ser eliminados por el
procesamiento....................................................................................................................................................................213
Efecto de los FANs en la fisiología digestiva de especies monogástricas.........................................................................215
Lectinas..............................................................................................................................................................................215
Inhibidores de Proteasas ...................................................................................................................................................217
Fitatos................................................................................................................................................................................218
Taninos ..............................................................................................................................................................................219
Aminoácidos no proteicos..................................................................................................................................................220
Neurolatirógenos........................................................................................................................... 221
Análogos de la arginina................................................................................................................. 221
Aromáticos .................................................................................................................................... 222
α-Galactósidos..................................................................................................................................................................222
Cianógenos ........................................................................................................................................................................223
Saponinas...........................................................................................................................................................................223
Alcaloides ..........................................................................................................................................................................223
Procesos tecnológicos para incrementar el valor nutritivo de las leguminosas. .............................................................224
Aspectos para resolver y meditar ......................................................................................................................................226
En el tratamiento térmico:............................................................................................................. 226
Bibliografía a consultar......................................................................................................................................................226
Introducción.
El valor nutritivo de las leguminosas está limitado por la presencia de compuestos naturales capaces de
producir efectos deletéreos en el animal. Estas sustancias son, principalmente, productos del
metabolismo secundario de las plantas y son comúnmente referidas como factores antinutricionales
(FANs), que reducen el consumo de alimento y la utilización de los nutrientes en el tracto
gastrointestinal de los animales que la consumen. Manifestaciones de toxicidad pueden acompañar,
además, el resultado antinutricional de estos compuestos, con efecto hepatotóxico, neurotóxico, e
inclusive letal (Liener 1988 y 1994).
Esta conferencia tiene como objetivo dar a conocer los factores antinutricionales presentes en granos y
forrajes de leguminosas tropicales y su efecto en la fisiología digestiva de los animales, principalmente,
en especies monogástricas.
Factores antinutricionales en granos y forrajes de leguminosas.
Papel de los FANs en las plantas.
•
•
.Mecanismo de defensa contra insectos y microorganismos patógenos.
.Regulación del catabolismo durante la germinación o degradación de las proteínas de reservas,
en la maduración de las semillas.
212
• .Mediadores de la relación simbiótica rhizobium – leguminosa.
Limitaciones del uso de las leguminosas en la alimentación de monogástricos.
• Considerable variabilidad en contenido de nutrientes de los cultivares de la misma especie de
leguminosa.
• Los niveles de FANs en algunos cultivares es tan alto que puede reducir su valor nutritivo.
• La mayoría de las leguminosas presentan varios FANs procedentes de grupos diferentes, lo que
dificulta su destoxificación y el establecimiento de un orden jerárquico de potencialidad en estas
sustancias.
• Procesamiento eficaz para la eliminación de los FANs.
• La reducción en el nivel de un FAN específico difiere entre varias especies de leguminosas.
Factores que influyen en la digestibilidad de la proteína de semillas de leguminosas que pueden ser
eliminados por el procesamiento.
1. Factores antinutricionales proteicos: (inhibidores de tripsina y lectinas sensibles a la
desnaturalización)
2. Proteínas resistentes a la proteo lisis: proteínas constitutivas (albúmina, globulina).
3. Constituyentes de la pared celular y fibras (nutrientes de la cubierta y compuestos de unión o
enlace).
4. Factores antinutricionales de naturaleza no proteica (compuestos fenólicos, fitatos).
Principales investigaciones realizadas en FANs.
Aislamiento, identificación, caracterización y metodología analítica de constituyentes tóxicos
individuales.
Localización en la semilla y distribución después de fraccionado.
Tratamiento térmico de FAN de naturaleza proteica.
En los granos de leguminosas se presentan como grupos mayoritario los FANs de naturaleza proteica,
compuestos por las lectinas e inhibidores de proteínas, aminoácidos no proteicos (canavanina y
neurolathirógenos), carbohidratos como los galactósidos, compuestos fenólicos (taninos), glicósidos
(cianógenos y saponinas), alcaloides y agentes que se unen a metales como el ácido fítico (Tabla 1).
Mientras en el forraje se encuentran los taninos, cianógenos, saponinas, aminoácidos no proteicos
(mimosina, indospicina y canavanina), fitohemaglutinina, alcaloides y oxalatos (Tabla 2). La mayoría
de las leguminosas presentan varios FANs procedentes de grupos diferentes, lo que dificulta su
destoxificación y el establecimiento de un orden jerárquico de potencialidad de estas sustancias (D'
Mello, 1995c).
213
Tabla 1. Principales factores antinutricionales presentes en las semillas de las leguminosas tropicales
(D' Mello, 1995).
Grupos mayores
Componente antinutricional
Lectinas
Proteínas
Inhibidores de proteasas
Neurolatirógenos
Canavanina
Aminoácidos no proteicos
Mimosina
Carbohidratos
Compuestos polifenólicos
Glicósidos
Galactomannam gums
Taninos
Cianógenos
Saponinas
Alcaloides
Agentes que se unen a metales
Eritrina alcaloide
Ácido fítico
Especies de leguminosas
Psophocarpus tetragonolobus
Phaseolus lunatus
Canavalia ensiformis
Vigna unguiculata
Lablab purpureus
Arachis hypogaea
Cajanus cajan
Vigna unguiculata
Psophocarpus tetragonolobus
Phaseolus lunatus
Canavalia ensiformis
Cicer arietimum
Lablab purpureus
Cyanopsis tetragonoloba
Lathyrus sativus
Vicia sativa
Vicia sativa
Lathyrus sativus
Lathyrus cicera
Canavalia ensiformis
Gliricidia sepium
Robinia pseudoacacia
Indigofera spicata
Sesbania sesban
Vicia villosa
Leucaena leucocephala
Leucaena leucocephala
Cyanopsis tetragonoloba
Psophocarpus tetragonolobus
Vigna unguiculata
Leucaena leucocephala
Phaseolus lunatus
Vigna unguiculata
Lablab purpureus
Cajanus cajan
Vicia sativa
Arachis hypogaea
Vigna radiata
Cyanopsis tetragonoloba
Eritrina sp.
Psophocarpus tetragonolobus
Vigna unguiculata
Lablab purpureus
214
Tabla 2. Principales Factores Antinutricionales presentes en forrajes de leguminosas tropicales (Kumar y D'
Mello 1995).
Factores Antinutricionales
Taninos
Cianógenos
Saponinas
Aminoácidos no proteicos
Mimosina
Indospicina
Canavanina
Phitohemoaglutininas
Alcaloides
Oxalatos
Especies
Acacia aneura, A. nilotica, A. pendula, Albizia chinensis, Calliandra
calopthyrsus, Lespedeza cuneata, Leucauena leucocephala, Lotus
corniculatus, Onobrychis visifolia, Prosopis cineraria, Robinia
pseudoacacia.
Acacia binervia, A. cunninghamii, A. giraffae, A. leucophleoea, A.
sieberiana, A. sparsiflora, Albizia procera, Sesbania grandiflora,
Stylosanthes viscosa
Albizia stipulata, Medicago sativa, Sesbania sesban
Leucauena leucocephala
Indigofera spicata
Canavalia ensiformis
Robinia pseudoacacia
Acacia berlandieri, Sesbania vesicaria
Acacia aneura, Bahuinia thoningii, Calopogonium mucunoides,
Erythrina variegata
Efecto de los FANs en la fisiología digestiva de especies monogástricas.
Lectinas
Proteínas que se caracterizan por su capacidad de unión con azúcares específicos o glicoproteínas, que
forman parte de las membranas celulares de muchos animales, incluyendo aquellas que conforman la
mucosa intestinal. Esta reacción se manifiesta in vitro por la aglutinación de los glóbulos rojos de la
sangre de diferentes especies animales (Jaffe 1980 y Grant 1991).
Armour et al. (1998) informaron para la soya contenidos de lectina entre 2.4 y 9.6 g /kg de semilla
desgrasada. Ologhobo y Fetuga (1984) encontraron para granos crudos de vignas actividad
hemoaglutinante en un rango de 36 a 98 unidades /mg de proteínas. Para la canavalia (Ologhobo et
al.1993) informaron valores de 248 unidades de lectinas /mg de proteínas, comparables con fríjol alado
(200-320 unidades de lectinas /mg de proteínas) y fríjol común (218 unidades de lectinas/mg de
proteínas).
Estudios realizados han manifestado que las lectinas desempeñan su papel en los mecanismos de
defensa de las leguminosas, con potentes propiedades anti - insectos (Jansen et al,1978 y Gatehouse y
Gatehouse 1996) y en la relación simbiótica entre las leguminosa y las bacterias fijadoras de nitrógeno.
Se han informado cultivares de leguminosas con niveles no detectables de lectinas, lo que se ha
aceptado con reservas, ya que puede ser debido a la ausencia de detección de su actividad, por
utilización de sistemas de ensayo en los que no se emplean los receptores específicos, para la expresión
de su actividad (Liener 1988 y Van Damme y Peumans 1996).
Muchas lectinas, si no todas, son resistentes a la degradación proteolítica y el grado de resistencia varía
de una lectina a otra (Pusztai 1988). Hasta el 90% de la PHA (lectina del Phaseolus vulgaris)
215
consumida por ratas puede ser recuperada por las heces, con su actividad esencialmente intacta (Pusztai
et al.1996). Similares hallazgos fueron hechos por Nakata y Kimura (1985) con la Con A
(concanavalina A) presente en Canavalia ensiformis.
Uno de los principales componentes de las células epiteliales son los carbohidratos. Sin embargo, las
membranas de diferentes compartimentos funcionales y estructurales del intestino delgado expresan
diferentes tipos de carbohidratos estructurales (Liener 1994). Dependiendo de la especificidad de las
lectinas sobre los azúcares, las mismas reaccionan en diferentes compartimentaciones funcionales del
tracto (Etzler y Branstratar, 1974).
Lectinas como la Con A, lectinas del chicharo y de la lenteja con especificidad por D manosa o D
glucosa, se unen preferentemente a la mitad inferior de las vellosidades absortivas, reduciendo el área
de absorción intestinal por desgarre de las membranas del borde de brocha, pérdidas celulares y
acortamiento de la longitud de las vellosidades (Lorenzsonn y Olsen 1982 y Peumans y Van Damme
1996). Mientras que las lectinas del fríjol, de la soya y del fríjol alado se unen a oligosacáridos de
cadenas complejas, que se encuentran preferentemente en la porción superior de las vellosidades
absortivas, donde causan interferencia en la absorción de nutrientes y extensos daños en el borde de
brocha de la región proximal, en ratas y cerdos (Liener 1986). Además actúan como factores de
crecimiento, induciendo un desarrollo hiperplásico del intestino delgado (Bardocz et al. 1988 y Pusztai
et al. 1996).
Posterior a la unión de las lectinas con receptores específicos de las células epiteliales se produce su
entrada por endocitosis al interior celular (Pusztai 1996). Se ha comprobado que su entrada al interior
celular incrementa la velocidad de síntesis de proteína (Palmer et al. 1987). En el caso de la Con A se
ha encontrado hipersecreción de mucus durante su pasaje por el intestino (León et al 1989), mientras
que las lectinas de la soya provocan un aumento de tamaño del intestino delgado, independientemente
de la vía y dosis de administración, lo que induce hiperplasia celular (Bardocz et al.1988 y 1996).
Técnicas de inmunofluorescencia han demostrado la presencia de lectinas de fríjol en el contenido
celular de células endocrinas (Bardocz et al. 1996). Aunque no existen experimentos que demuestren la
extensión del efecto tóxico en las células endocrinas, el significativo incremento del páncreas en ratas
que consumen lectinas puras de soya o fríjol, puede considerarse un efecto indirecto mediado por
hormonas intestinales (Pusztai et al. 1996).
La alta cantidad de material acumulado en el intestino delgado, a causa de la interferencia en la
digestión y absorción de nutrientes, y el incremento de mucinas secretadas, en ratas consumidoras de
dietas que contienen lectinas de soya o fríjol, facilitan el sobrecrecimiento bacteriano (Pusztai 1988,
Grant 1996 y Pusztai 1996).
En conclusión, el efecto en las estructuras bioquímicas y lesiones inmunológicas unido a la inducción y
proliferación bacteriana, producida por las lectinas dietarias, interfieren directamente en la digestión y
absorción de alimentos, o indirectamente al utilizar mayor proporción de energía y proteína dietaria,
incrementando el recambio y proliferación de células. La menor eficiencia en utilización de la dieta,
provoca retardo en el crecimiento y efecto deletéreo en la salud. Sin embargo, estudios recientes
muestran que las lectinas pueden tener afecto beneficioso, con amplio rango de aplicación en animales
y humanos (Pusztai 1991, Pryme et al. 1996 y Gálfi et al. 1996).
216
Inhibidores de Proteasas
Los inhibidores de proteasas (tripsina, quimotripsina y α amilasa) son proteínas ampliamente
distribuidas en semillas de leguminosas, las cuales difieren en especificidad y capacidad de inhibición a
1 ó 2 enzimas digestivas al mismo tiempo, y afectan las funciones metabólicas de animales y humanos
(Birk 1989 y Gelencsér et al. 1996). En ratas jóvenes, ratones y hámster han causado alteraciones en el
metabolismo del páncreas, al provocar hipersecreciones de sus enzimas y un rápido crecimiento
pancreático (Liener 1989). Estos cambios están en dependencia de la edad de los animales que
consumen granos crudos de leguminosas y del tiempo de exposición a la dieta. Generalmente, largos
tiempos de consumo incrementan la susceptibilidad de presentar carcinomas y neoplasia en el
páncreas.
Al igual que las lectinas los inhibidores de enzimas pueden ejercer un efecto beneficioso al utilizarse
como agentes terapéuticos (Birk 1989) o insecticidas proteicos naturales en cultivo de plantas
transgénicas (Piergiovanni et al. 1990 y Liener 1994). Estudios de Sastry y Murrayen (1987)
destacaron la importante contribución en contenido de aminoácidos esenciales que realizan los
inhibidores de tripsina en algunas leguminosas como Cicer arietimum L. Además, Birk (1968) planteó
que el papel fisiológico de estos compuestos estaba relacionado con la regulación del catabolismo de
las proteínas durante la germinación o la degradación de las proteínas de reserva durante el proceso de
maduración de las semillas.
El grano de soya presenta 2 tipos de inhibidores de proteasas. El inhibidor Kunitz de la soya que tiene
un peso molecular de aproximadamente 20 kd y es relativamente termolábil. Sin embargo, el inhibidor
Bowman-Birk de la soya presenta menor peso molecular (8kd), pero tiene doble sitio de inhibición uno
para la tripsina y otro para la quimotripsina, los cuales pueden inactivarse simultáneamente. El
inhibidor Bowman-Birk presenta mayor estabilidad estructural debido al alto número de puentes
disulfuros, estos para inactivarse in vitro necesitan tratamientos drásticos con calor, álcalis o
enzimáticos (Liener y Kakade 1980, y Arentoft et al. 1991). Estos inhibidores, fundamentalmente el
Kunits, se encuentra ampliamente distribuido en todas las leguminosas Ferrasson et al.1997).
Armour et al (1998) al estudiar el contenido de inhibidores de proteasas de 24 variedades de soya
desgrasada encontraron que el contenido de inhibidores de tripsina oscilaba de 18 a 50 g/kg de grano
desgrasado y de quimotripsina entre 12.8 y 26.6 g/kg de grano desgrasado. Ologhobo y Fetuga (1984)
informaron para la vigna actividad inhibitoria de 19.6-28.2 unidades/mg de proteínas y de 4.6-13.9 mg
/g semillas. Ologhobo et al. (1993) encontraron en canavalia 42 unidades/mg de proteína, mientras que
para el dólico Deka y Sarkar (1990) informaron 2.4-3.2 unidades/mg de semillas.
Muchos autores (Grant et al. 1995 y Armour et al.1998) han demostrado que ambos inhibidores
incrementan las secreciones de tripsina, quimotripsina y α amilasa en el páncreas de ratas, ratones y
pollos y este efecto inductivo perdura durante un tiempo después de retirado él estímulo de la dieta.
Además, producen un incremento de tamaño del páncreas como consecuencia de la hiperplasia e
hipertrofia de las células acinares, respuesta que cambia con la edad y especie animal. En aquellas
especies como el puerco de guinea, puercos, terneros y primates no se produce un incremento del
tamaño del páncreas ante el consumo de harina de soya cruda, si embargo el retardo en el crecimiento
se hace más pronunciado (Hasdai et al. 1988) ver tablas 3 y 4.
217
La depresión en el crecimiento esta dado por un efecto sumarizado de varios factores estructurales, o
por las estructuras conformacionales que presentan las proteínas de semillas de leguminosas crudas
(forma natural) que impiden o dificultan su degradación en el tracto gastrointestinal (Sesson et al,
1988). La respuesta inmunitaria de las especies ante la presencia de los factores antinutriconales es
variable. En la tabla 5 se muestra como en las cerdas se produce un efecto, más marcado, sobre el peso
del baso que en ratas y pollos.
Tabla 3. Ganancia de peso medida durante 14 días en cerdas y 21 días en ratas y pollos (Huisman y
Van der Poel, 1988).
Tratamientos
Cerdas
g /día DS
151.6a 32.9
26.3
-3.5b
145.8a 37.0
Dieta control
Fríjol crudo (20%)
Fríjol tostado(20%)
Ratas
g /día DS
Pollos
g /día DS
0.6
0.4
0.4
0.7
0.4
0.5
3.0a
2.9a
3.1a
11.7a
10.6b
11.9a
Tabla 4. Peso del páncreas (% peso seco) (Huisman y Van der Poel, 1988)
Tratamientos
Dieta control
Fríjol crudo (20%)
Fríjol tostado(20%)
Cerdas
g /día DS
0.18a 0.03
0.16a 0.04
0.16a 0.02
Ratas
g /día DS
0.51a
0.69b
0.65b
0.15
0.23
0.22
Pollos
g /día DS
0.29a
0.39b
0.30a
0.04
0.05
0.03
Tabla 5. Peso del baso (% peso seco) (Huisman y Van der Poel, 1988).
Tratamientos
Dieta control
Fríjol crudo (20%)
Fríjol tostado (20%)
Cerdas
g /día DS
Ratas
g /día DS
Pollos
g /día DS
0.09
0.04
0.04
0.03
0.03
0.03
0.02
0.03
0.03
0.27a
0.15b
0.21c
0.24a
0.23a
0.25a
0.10a
0.10a
0.11a
Recientemente, se han comenzado a estudiar las propiedades físico - química, significado nutricional y
papel fisiológico de los inhibidores de α amilasa en leguminosas, especialmente en fríjol. Los
inhibidores de α amilasa del fríjol inhiben tanto la α amilasa pancreática como la salivar. Su peso
molecular (60 kd) supera al resto de los inhibidores de proteasas y es relativamente resistente al calor.
Estos inhibidores están presentes a altos niveles en los frijoles, sin embargo no aparecen en cantidades
significativas en el resto de las leguminosas comestibles. Estos inhibidores causan una considerable
reducción de lípidos y glucógeno en el hígado, así como disminución del tejido adiposo en ratas
(Rousseau et al. 1996).
Fitatos
El ácido fítico, mio-inositol hexaquisfosfato (IP6) y sus sales derivadas constituyen la mayor reserva de
fósforo y mio-inositol de las semillas (1 a 5 % del peso seco de la semilla de leguminosas). El
contenido de ácido fítico varía con el genotipo y las condiciones ambientales del cultivo y oscila 0.51.89 % en cereales y 0.4-2.06 % en leguminosas (Reddy et al.1982). D' Mello (1995c) informa para la
218
vigna contenidos de fitatos de 2.8 -3.3 g/kg de semillas, inferiores al dólico 10.0-13.5 g/kg y al fríjol
alado 6.2 g/kg.
Desde el punto de vista nutricional, el interés del ácido fítico se debe principalmente a su capacidad de
formar complejos con minerales esenciales (Cu2+, Zn2+, Fe3+ y Ca2+), lo que disminuye la absorción
intestinal y biodisponibilidad de estos minerales (Forbes et al.1984). Además, los fitatos interactúan
con los residuos básicos de las proteínas, formando complejos, por lo que muchas reacciones
enzimáticas a nivel digestivo se paralizan por la neutralización de lipasas, proteasas y amilasa. (Reddy
et al. 1982 y 1985).
El contenido de fitatos de las leguminosas es ligeramente afectado por el tratamiento térmico, pero
tiene la ventaja de que durante el almacenamiento, germinación, fermentación u otros procesos, así
como durante su paso por el tracto gastrointestinal, el ácido fítico contenido en los alimentos va siendo
desfosforilado enzimáticamente mediante la acción de fitasas endógenas o exógenas de origen
microbiano, resultando inositoles penta, tetra, tri, di y monofosfatos (IP5, IP4, IP3, IP2, IP1) y fosfato
inorgánico (Liener 1989, Cuadrado et al. 1995 y Greiner et al. 1996). Sólo IP6 e IP5 tienen un efecto
negativo en la disponibilidad mineral, ya que el resto de los inositoles fosfatos menos fosforilados
tienen baja capacidad para unir cationes inorgánicos o los complejos que se forman son más solubles
(Sandberg et al. 1989).
Los fitatos también ejercen efectos positivos. En los últimos 10 años ha sido observado el efecto
beneficioso de los fitatos en la prevención de algunas enfermedades como cáncer de colon y en el
manejo de otras como la diabetes. Dependiendo de la composición total de la dieta los fitatos pueden
reducir la disponibilidad de minerales y elementos tazas en mayor o menor magnitud, ya que la
formación de los complejos insolubles fitatos-minerales depende de la concentración de fitatos,
minerales y elementos trazas de la dieta. Sin embargo, algunos componentes de los alimentos como
oxalatos, citratos y algunos compuestos fenólicos aminoácidos, proteínas o ácido ascórbico pueden
reducir o eliminar el efecto negativo de los fitatos en los minerales, dada la facilidad que presentan de
formar complejos solubles con los minerales y elementos trazas. Otros componentes alimenticios como
fibra dietética y polifenoles pueden intensificar el efecto negativo de los fitatos sobre los minerales
(Martín – Cabrejas 1998a).
Taninos
Los taninos de acuerdo con su estructura y reactividad frente a agentes hidrolíticos han sido agrupados
en dos clases, hidrolizables y no hidrolizables o condensados. Los taninos hidrolizables con tratamiento
con álcalis, ácidos y enzimas hidrolítica (tanasas) rinden dos unidades, una de azúcar y la otra de ácidos
carboxi-fenólicos (ácido gálico y ácido elágico, entre otros). Los taninos condensados son polímeros
flavonoides complejos que presentan de 5 a 7 unidades de 3 flavonas cuyas unidades se despolarizan
en un medio fuertemente ácido para rendir pigmentos monoméricos de cianidinas o proantocianidinas
(Marquardt 1988). Estos compuestos se localizan principalmente en las cubiertas de las semillas de las
leguminosas, y su concentración es correlacionada positivamente con el color de la cubierta de la
semilla (Liener 1989 y Yoshida et al. 1996).
Ologhobo y Fetuga (1984) informaron contenidos medios de ácido tánico para las vignas de 5.6 g / kg
MS, inferiores a los encontrados por Ologhobo et al. (1993) para granos de lima (8.5 g/kg MS) y por
Deka y Sarkar (1990) para el dólico (20-22 g/kg MS).
219
El efecto antinutricional de los taninos se atribuye a un decrecimiento en la digestibilidad de las
proteínas y de los carbohidratos, como resultado de su unión a los taninos formando complejos
insolubles y resistente a la digestión enzimática o por la interacción de los taninos con las enzimas
digestivas, lo que interfiere en la digestibilidad de los sustratos presentes en la dieta. Otros efectos
antinutricionales de los taninos han sido asociados a daños en la mucosa intestinal, toxicidad inherente
a taninos absorbidos por la pared intestinal, interferencia con la absorción del hierro y efecto
carcinogénico (Kumar y D' Mello 1995c).
La literatura plantea variación del efecto antinutricional de los taninos con la especie animal debido a
su habilidad de secretar una proteína rica en prolina (PRP), que presenta afinidad por los taninos
formando un complejo tanino-PRP resistente al ataque de enzimas endógenas o microbianas presentes
en el tracto gastrointestinal, lo que puede servir como un mecanismo de defensa contra el efecto
antinutricional de los taninos (Mehansho et al. 1987). D' Mello (1992) informa la presencia de esta
proteína en venados, roedores, conejos, monos y humanos, mientras está ausente en vacas, ovejos,
hansters y pollos.
Para animales que consumen forrajes de árboles o arbusto de leguminosas el principal efecto
antinutricional de los taninos se corresponde con una reducción del consumo voluntario, disminución
de la digestibilidad de los nutrientes, efectos adversos durante el metabolismo ruminal y toxicidad (D'
Mello y Acamovic 1989, Reed et al. 1990 y Kumar 1992).
La unión de los taninos a la proteína dietaria tiene efectos beneficiosos en la función ruminal como es
la protección de la proteína dietaria en el rumen (Mangan 1988 y D' Mello 1992) y la prevención del
timpanismo (Lees 1992), y deletéreos como la inhibición de la fermentación ruminal (Nsahlai et al.
1984).
Aminoácidos no proteicos
La presencia de diversos rangos de aminoácidos no proteicos tóxicos, es característico en semillas de
leguminosas tropicales. Estos aminoácidos por su estructura análoga a aminoácidos indispensables o a
su neurotransmisores derivados que se encuentran en el sistema nervioso central de estos animales,
producen efectos adversos en la utilización de los nutrientes y desordenes neurológico, incluyendo
hasta la muerte.
En la tabla 6 se presenta la distribución de estos compuestos en semillas de leguminosas.
220
Tabla 6. Distribución de aminoácidos no proteicos en semillas de leguminosas. (D' Mello, 1995).
Aminoácidos
Neurolatirógenos
β-cianoalanina
β-(N-oxalylamino)alanina
ácido, ϒ-diamino butírico
Análogos de la arginina
Canavanina
Indospicina
Homoarginina
Especies de leguminosas
Concentración (g/kg MS)
Vicia sativa
Lathyrus sativus
Lathyrus latifolius
1.5
25
16
Canavalia ensiformis
Gliricidia sepium
Robinia pseudoacacia
Indigofera spicata
Vicia villosa
51
40
98
9
29
Indigofera spicata
Lathyrus cicera
20
12
Leucaena leucocephala
145
Aromáticos
Mimosina
Neurolatirógenos
Los estudios realizados por D' Mello (1991) demostraron que su toxicidad está en función de la
especie, edad del animal y modo de administración. Hay conocimiento que tanto la β-cianoalanina
como β-(N-oxalylaminoalanina son neurotóxicos en mamíferos y aves, siendo estás últimas más
susceptibles (Tabla 7).
Latirógenos
Categoría
aviar
β-cianoalanina
Pollo
β-(N-oxalylamino)alanina
Pollo
Pollo adulto
ácido, ϒ-diamino butírico
Pollo
Modo de administración y
dosis
Manifestaciones de toxicidad.
Alimento (0.75 g/kg. dieta) o Convulsiones, espasmo tetánico de
inyección subcutánea
músculos de la espalda.
LD 50 70 mg/Kg. Peso Corporal
Torcedura de pescuezo retracción
Inyección intraperitoneal
de la cabeza y convulsiones
20 mg/pollo
Muerte
30 mg/pollo
Inyección intraperitoneal
100 mg/ave
100 mg/ave (2 da dosis)
Inyección intraperitoneal
3.2 a 6.5 m mol/kg PC
12.9 m mol/kg PC
Ausencia de enfermedad
Manifestaciones de tóxicas
Síntomas tóxicos
Incremento de concentraciones de
glutamina en el cerebro.
Análogos de la arginina
La canavanina, indospicina y homoarginina son los análogos estructurales de la arginina. La
canavanina es el de mayor distribución y concentración en leguminosas. León et al. (1990) planteó que
la canavanina presente en semillas de canavalia tratadas con calor es absorbida por el tracto digestivo
de los pollos hasta aparecer en la circulación sistémica. Pollos que consumen dietas con 3.7 g de
221
canavanina presentan severa reducción del crecimiento y en la eficiencia de utilización del nitrógeno
(D' Mello et al.1989), posteriormente Enneking et al. (1993) encontraron este mismo efecto en puercos.
D' Mello (1995c) resume los diferentes mecanismo de toxicidad que desarrolla la canavanina para
provocar reducción del crecimiento animal: aumento de la actividad de la arginasa con incremento de
la degradación de la arginina; síntesis de canalina, inhibición de la ornitina descarboxilasa y reducción
de la síntesis de poliaminas; reduce el transporte celular de arginina y lisina; inhibición de actividad
transaminasa y disminución de la síntesis de creatina; síntesis de proteínas aberrantes de actividad
reducida con aumento en el recambio de proteína e inhibición de la síntesis de oxido nítrico y
reducción del consumo de alimento.
En el caso de la indospicina se ha demostrado efectos teratogénicos, daños en el hígado, inhibición de
la excreción de nitrógeno y de la incorporación de arginina a la síntesis de proteína. En homoarginina
se plantea reducción del crecimiento y del consumo de alimento (D' Mello, 1991).
Aromáticos
La mimosina es la representación más importante de los aminoácidos aromáticos con propiedades
deletéreas y puede considerarse un análogo estructural de la tirosina y de sus productos
neurotransmisores dopamina y noradrenalina que se encuentran en el cerebro. En monogástricos la
mimosina causa desordenes reproductivos, efecto teratogénico y daños en órganos (D' Mello 1995c).
Las semillas de leucaena son altamente concentradas en mimosina, la cual puede ser absorbida y
depositada en los órganos y tejido de las aves.
En rumiantes no adaptados al consumo de Leucauena leucocephala la mimosina ha causado efectos
adversos como: pérdida de pelo, lana, daño de órganos e incluso la muerte. La prevención de tales efectos se
ha logrado mediante el control del consumo o pastoreo de dicha planta (Kumar y D′ Mello 1995). Sin
embargo, el método más avanzado de destoxificación es la manipulación de las funciones del rumen a
través de la introducción de bacterias capaces de degradar la mimosina a compuestos inocuos.
Para Cuba esto no constituye una problemática ya que trabajos de Galindo et al. (1995) demostraron la
presencia de bacterias capaces de degradar la mimosina y sus metabolitos tóxicos a compuestos inocuos, en
el rumen del ganado vacuno. Estos resultados coinciden con los encontrados por Jones et al. (1981) y
Domínguez-Bello y Stewart (1990) en Hawai y Venezuela, respectivamente.
La manipulación ruminal puede constituir una estrategia a seguir para la destoxificación de otros
aminoácidos proteicos (indospicina) y factores antinutricionales, que permita potenciar el uso de las
leguminosas tropicales para la alimentación animal.
α-Galactósidos
Oligosacáridos de la familia de la rafinosa formados por bandas de α-galactosa unidas por enlaces α(1,4) a moléculas de sacarosa y glucosa. Sucesiva adición de galactosil en presencia de humedad se
produce rafinosa, estaquinosa, vervascosa y ajugosa (Gooneratne et al.1994). Los animales
monogástricos y los humanos no son capaces de digerir tales oligosacáridos por la falta de α-1,6
galactosidasa y β-D-fructosidasa en su mucosa intestinal. Estos compuestos son fermentados por
bacterias intestinales con producción de dióxido de carbono, hidrógeno, metano y ácidos grasos de
cadena corta, lo que trae como resultado flatulencia, diarreas y nauseas (Martín - Cabreja 1998a).
222
El consumo en dietas de pollos de hasta 20 g/kg de este polisacárido produce depresión en el
crecimiento y reduce la eficiencia de utilización de los alimentos (Ray et al.1982). El mecanismo
mediante el cual se ejerce el efecto antinutricional incluye, reducción de la digestión y absorción de
nutrientes. Estudios de Brennan et al. (1993) en puercos sugirieron que en primera instancia la
interacción enzima-sustrato puede ser inhibida mediante una capa gomosa que envuelve los gránulos de
almidón. Una vez que comienza la digestión se incrementa la viscosidad de la digesta, causado por la
solubilización de estos polisacáridos, lo que impide la absorción y digestión del producto final. Efectos
inmunológicos pueden aparecer si se tienen en cuenta los hallazgos de Roberts et al. (1993) acerca de
la posibilidad de absorción de sustancias gomosa de bajo y mediano peso molecular.
Cianógenos
Los glucósidos cianogénicos están ampliamente distribuidos en el mundo vegetal. Una hidrólisis de
cianógenos rinde cianuro de hidrógeno, un potente veneno, glucosa y otros productos dependiendo del
tipo de cianógeno. El cianuro exhibe una marcada afinidad por enzimas críticas como citocromo
oxidasa, lo que resulta en convulsiones y muerte debido a la inhibición de la respiración celular
(Montgomery 1980). La destoxificación requiere de metionina como donador de grupos sulfuro, como
consecuencia su mayor papel antinutricional está mediado por un incremento en el requerimiento de
aminoácidos azufrados en la dieta. Leguminosas como las vignas, dólico, gandul y chícharo contienen
niveles no considerables de este metabolito (D' Mello 1995c).
Glicósido cianogénico
Aglicona
β glicosidasa
hidroxinitrilo liasa
azúcar + aglicona
HCN + aldehído o acetona
Saponinas
Glicósidos que contiene una aglicona policíclica (esteroide o triterpenoide) llamada sapogenina unida a
un carbohidrato. Están ampliamente distribuidas en el mundo vegetal y tiene como característica su
sabor amargo, capacidad para formar espuman y efecto hemolítico en los glóbulos rojos de la sangre
(Agarwal y Rastogi 1974). Fenwick et al. (1991) informaron valores de 0.5 y 2.3 g/kg para fríjol
mungo y chicharo respectivamente, así como un rango de valores entre 2.2 hasta 4.7 g/kg para el
grano entero de soya.
En monogástricos el efecto antinutricional ha sido principalmente estudiado al utilizar saponina de
alfalfa, donde el retardo del crecimiento y disminución del consumo de alimento es provocado por la
baja palatabilidad del alimento rico en saponina (Cheeke et al.1978). En rumiantes la saponina fue
implicada como causante del timpanismo, sin embargo estudios posteriores demostraron que la
saponina no influye de forma significativa en el síndrome del timpanismo (Majak et al. 1980). Lee
(1992) planteó que la saponina inhibe la fermentación ruminal microbiana En algunas saponinas,
presentes en plantas no comestibles, se ha probado su efecto hipocolesterolémico para animales y
humanos (Martín - Cabrejas, 1998a).
Alcaloides
223
Petterson et al. (1991) define como alcaloides bases nitrogenadas compuestas las cuales pueden
formar sales con los ácidos. Los alcaloides más conocidos son los de la papa y los del lupino. Más de
60 alcaloides han sido identificados en especies de Eritrina, un género de amplia distribución en el
trópico. Los principales efectos metabólicos están relacionados con disminución del consumo de
alimento, efectos neurológicos y teratogénico. El efecto metabólico de los alcaloides y sus metabolitos
son mediados, principalmente, por inhibición neural, producción de signos de toxicidad aguda y
convulsiones, seguida por parálisis respiratoria. El efecto de no palatabilidad pude ser mediado vía
neurológica.
Procesos tecnológicos para incrementar el valor nutritivo de las leguminosas.
Un gran número de métodos están disponibles para la inactivación o remoción de factores
antinutricionales en las semillas de leguminosas. Vander Poel (1988) planteó las variantes aplicadas:
cruzamiento y manipulación genética; formulación de alimentos (selección de ingredientes y
suplementación con aminoácidos) y procesamientos como: tratamiento químico (álcalis, ácidos y
solventes); tratamiento enzimático y tratamiento físico como ruptura mecánica (molinaje,
pulverización, peletizado y picado o troceado), calor (húmedo o seco), presión y radiaciones. Su
aplicación está en función de las características físico-químicas del FAN, localización en la semilla y
sensibilidad a factores físicos, químicos, así como a procesos tecnológicos (Van der Poel y Melción
1995).
El cruzamiento y la manipulación genética constituyen métodos cuyos resultados se alcanzan a largo
plazo y se debe trabajar con cautela por el papel que desempeñan los FANs como barrera de defensa
ante el ataque de plagas y enfermedades. Además, en muchas leguminosas el inhibidor Bowman-Birk
con su alto contenido de cisteína provee el 40 % de la cantidad total de aminoácidos azufrados
presentes en la proteína total del grano, por tanto esta eliminación genética podría exacerbar las
deficiencias de aminoácidos azufrados que presentan las proteínas de las leguminosas. Los principales
esfuerzos se han realizado en la obtención de variedades de bajo contenido de inhibidores de tripsina,
taninos, lectinas y más recientemente de α-galactósidos (Liener 1988, Frías 1992 y Oluwatosin 1999).
El tratamiento físico basado en la separación de fracciones de la semilla es una posibilidad para reducir
al menos una parte de los FANs. Estos procesos son solamente eficaces en el caso de producir un
mayor valor nutricional de la proteína y la energía, con relación a los niveles de FAN en el material
procesado (Van der Poel 1988). El más ampliamente usado es el tratamiento por calor, mientras que en
el procesamiento comercial de la soya el tostado, micronización y extrusión son las variantes más
utilizadas y en situaciones experimentales predomina el autoclaveado y la hervidura (Vidal-Valverde et
al. 1994 y D'Mello 1995c).
El valor nutritivo de la proteína vegetal es mejorado por el tratamiento térmico. Se plantea que el
mecanismo a través del cual esto ocurre es el resultado de un incremento de la accesibilidad de la
proteína para el ataque enzimático y por inactivación de FANs proteicos (Vidal-Valverde et al. 1993).
El sobre calentamiento causado por las altas temperaturas o por el período de tiempo que se expone a
ellas puede traer efectos nefastos tales como pérdida de nutrientes (lisina, metionina y cisteína). El
efecto del tratamiento térmico en el valor nutritivo de la semilla depende de la combinación de la
temperatura del proceso, tiempo de calentamiento, tamaño de partícula, contenido de humedad inicial y
cantidad de agua adicionada durante el procesamiento (Van der Poel y Melción 1995).
El tratamiento térmico ha sido efectivo para inhibidores de proteasas y lectinas y cuestionable para
taninos y fitatos (Liener 1989). Además, la inactivación del FAN varía con el tipo de tratamiento
224
térmico. D' Mello (1992) encontró que para el fríjol alado la micronización infrarroja era mucho más
efectiva que la microonda, tanto en la reducción de los niveles de FANs como en el aumento del valor
dietario de este grano en ratas. Para la vigna Ologhobo y Fetuga (1984) encontraron el autoclaveado
como un tratamiento efectivo para eliminar lectinas, inhibidores de proteasas y mejorar la energía
metabolizable aparente, mientras que el remojo y el germinado resultaron más adecuados para taninos
y fitatos. Estos mismos autores informaron que el remojo y la hervidura en granos de lima y canavalia
y el autoclaveado en gandul resultaron los métodos más eficaces para eliminar FANs de naturaleza
proteica.
Armour et al. (1998) encontraron que el tratamiento térmico de las semillas embebidas en agua a100 ºC
por 10 min era capaz de abolir la actividad de los inhibidores de proteasas y lectinas presentes en los
granos de soya desgrasados. El efecto negativo de la dieta de soya en el peso del páncreas y del
intestino delgado de las ratas también fue eliminado, el consumo del alimento y la utilización de los
nutrientes también mejoró notablemente.
D' Mello y Walker (1991) plantearon que la extracción con una solución acuosa de KHCO3 (10 g/L) a
80 ºC por 48 h seguida por autoclaveado a 121 ºC reduce considerablemente la cantidad de canavanina
en la semilla de canavalia. La arginina como antídoto de la canavanina ha sido utilizada con resultados
parcialmente efectivos (D' Mello et al. 1989)
El uso de enzimas representa una técnica especializada que está comenzando a tener una notable
relevancia en la nutrición animal (van Hartingsveldt et al. 1996). El éxito de la acción enzimática
dependerá de las reacciones bioquímicas que se desencadenen durante su actuación. De ahí que el
sustrato deba estar perfectamente identificado y caracterizado, y que las reacciones se lleven a cabo con
las condiciones catalíticas idóneas (pH, temperatura, contenido de humedad y tiempo). Las técnicas
modernas de enzimología y de biología molecular están seleccionando fuentes de enzimas sobre la base
de la selectividad del sustrato y a las condiciones de reacción (Estell 1993).
La aplicación del enzima en el alimento después de la molienda es una forma alternativa que
particularmente está bien adaptada para el procesado de alimentos como la soya (Classen et al. 1993) y
que podría ser aplicada a otras leguminosas con perspectivas de uso en la alimentación animal en Cuba.
Entre las técnicas de adición de enzimas como coadyuvante tecnológico con el objetivo de aumentar el
valor biológico de las leguminosas se encuentra: adición de α-galactosidasa (Solomons et al. 1991),
fitasas (Sandberg 1994, Yi et al. 1994, Komegay 1995 y Greiner et al. 1996), tanasas (Jean et al. 1978,
Brune et al.1989 y Gustafsson y Sandberg 1995) y enzimas que actúan sobre polisacáridos no almidón
como son las celulasas (Clarkson y Morgan 1996) y pentosanasas (Schutte 1996). Además, se utilizan
mezclas de enzimas, un ejemplo es la mezcla de enzimas proteolíticas, hemicelulasa y celulasa
comercializada con el nombre de Oliver.
Los procesos de germinación y fermentación han demostrado producir una serie de cambios positivos
en el contenido de nutrientes de las leguminosas, como es el incremento en el contenido de
aminoácidos esenciales, proteínas solubles y digestibilidad in vitro de la proteína (Liener 1994 y
Urbano et al. 1995) disminución significativa de los niveles de α-galactósidos e inositoles penta- y
hexa-fosfatados (Frías et al. 1995 y 1996) y reducción de inhibidores de proteasas y lectinas así como
del grado de polimerización de los taninos (Vidal-Valverde et al. 1998). Trabajos más recientes han
demostrado que el proceso germinativo en leguminosa logra un incremento circunstancial en vitaminas
B1 y B2 (Blázquez 1999).
225
Aspectos para resolver y meditar
"¿Por qué las proteínas de granos tratados, en los cuales los inhibidores de proteasas y lectinas han
sido inactivados, aún muestran pobre digestibilidad?
En el tratamiento térmico:
• Efecto de la extensión del proceso térmico sobre la disponibilidad de aminoácidos, proteínas y
carbohidratos, así como su digestión a lo largo del tracto gastrointestinal.
• Relación entre el nivel de compuesto químicamente activo y la temperatura, humedad y tiempo
de calor necesario para su inactivación.
• Efecto sobre compuestos termolábiles como: aminoácidos y vitaminas.
• Efecto de antinutrientes termoestables como: fitatos, taninos.
• Actividad residual de inhibidores de proteasas posterior al tratamiento térmico.
"Variabilidad en los valores de actividad de FANs informados por diferentes autores. Necesidad de
estandarización de técnicas analíticas para medir “in vivo” actividad de FANs, que muestren criterios
de comparación con resultados obtenidos en diferentes laboratorios.
"El estudio de FANs debe realizarse con respecto a la variedad o cultivar, madurez y condiciones de
crecimiento.
"Se debe describir de forma más explícita las condiciones del proceso tecnológico y equipamiento
empleado. "Incrementar las investigaciones relacionadas con procesos biológicos.
"El cruzamiento genético pudiera jugar un papel más importante en la eliminación de factores
termoestables como taninos, fitatos, alcaloides y glicósidos.
"Obtener por vías biotecnológicas enzimas (FANasa) que permitan la inactivación de los FANs.
"Optimización biológica y económica de la tecnología a utilizar.
Bibliografía a consultar.
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227
Consumo Voluntario y su mecanismo de control en especies monogástricas.
Dra. Lourdes Savón Váldes y Msc. Madeleidy Martínez Pérez
Contenido
Introducción...........................................................................................................................................................................228
Consumo voluntario. Concepto. Su importancia ...............................................................................................................229
Patrón de consumo. Diferencia entre especies monogástricas..........................................................................................229
Métodos para determinar el consumo voluntario..............................................................................................................231
Control Fisiológico del consumo voluntario..........................................................................................................................232
Factores que regulan el consumo voluntario. ...................................................................................................................232
Regulación a corto plazo en las especies monogástricas. Teorías unifactoriales del control del consumo alimentario .233
Teorías multifactoriales.....................................................................................................................................................236
Vías de retroalimentación negativa........................................................................................................................................237
Factores presentes en la circulación general..........................................................................................................................238
Metabolitos ........................................................................................................................................................................238
Hormonas. .........................................................................................................................................................................238
Integración del Sistema nervioso Central (SNC)...................................................................................................................241
Bibliografía a consultar..........................................................................................................................................................245
Introducción
La alimentación es una actividad compleja que comprende acciones diversas como la búsqueda de
alimento, su reconocimiento y los movimientos tendientes a su consecución, la aprehensión sensorial
del alimento, el inicio de la comida y la ingestión. En el tracto digestivo el alimento es digerido y los
nutrientes son entonces absorbidos y metabolizados. La cantidad de alimento consumido por una parte
representa el balance entre las necesidades del animal y de otra la habilidad del alimento para cubrir
estas demandas. Así, la energía de la dieta generalmente se toma para fijar los niveles de los demás
nutrientes.
El control de la ingestión de alimentos y la regulación del balance energético se hallan influidos por
varios factores, de manera que en condiciones normales se mantienen un equilibrio entre la entrada y
salida de la energía. Sin embargo en algunas ocasiones este equilibrio puede fallar y se produce una
ganancia o pérdida de peso que origina en cualquier caso un trastorno metabólico y una producción
animal deficiente.
El comportamiento alimentario se puede modificar por factores correspondientes al medio interno del
animal (factores intrínsecos) que incluyen factores gastrointestinales hormonas y metabolitos o por
factores externos o extrínsecos como las condiciones ambientales, los nutrientes en la dieta.
El principal sitio responsable del control integrado del consumo de alimento y el balance energético es
el sistema nervioso central (SNC) aunque aun existen muchas interrogantes acerca del mecanismo
específico. Los péptidos encontrados en el SNC como los péptidos opoides y la colicestoquinina y más
recientemente la hormona leptina descubierta por Zhang et al (1994), tienen un efecto directo en el
control del metabolismo, consumo de alimentos y comportamiento reproductivo. También existen un
número de sistemas receptores del SNC y periféricos que suministran información del estado
metabólico del animal, estable siendo de esta forma un comportamiento alimentario coordinado.
228
En este capítulo se analizará la terminología del consumo voluntario, los factores relacionados con su
control y el balance energético, señalando la diferencia entre las especies monogástricas, pero antes es
necesario aclarar algunos conceptos.
Consumo voluntario. Concepto. Su importancia
El consumo voluntario se define (Forbes, 1986) como la cantidad de alimento consumido por un animal
o grupo de animales durante un período de tiempo que tiene libre acceso al mismo. El control de este
indicador en cada una de las especies productivas constituye la piedra angular en los estudios de
fisiología digestiva y bioquímica nutricional debido a que permite la interpretación de la relación
aporte-producción, y de muchos de los procesos metabólicos que se efectúan en el organismo animal.
Los animales normalmente ingresen la cantidad de alimentos que satisface su requerimiento energético
aunque también existen otros controladores del consumo voluntario innatos o no, que pueden influir en
la selección del alimento y el consumo total. El objetivo es combinar la calidad de la dieta con los
requerimientos del animal si la dieta se ofrece ad libitum, esto implica que la composición del alimento
será tal que se consuma lo suficiente para cubrir las necesidades de nutrientes del animal.
En la práctica se deben ofertar alimentos con nutrientes altamente digestibles cuando se requiere una
alta producción (crecimiento, lactación y producción de huevos), pero e la densidad de nutrientes se
debe reducir en otras etapas para prevenir la deposición de grasa excesiva.
Patrón de consumo. Diferencia entre especies monogástricas.
Antes de analizar las diferencias en el patrón de consumo entre las especies monogástricas, es necesario
aclarar algunos conceptos fundamentales.
Los períodos determinados de tiempo que pueden incluir descansos breves pero que se hallan separados
por intervalos mayores se denominan “comidas”. Los períodos cortos entre comidas son los “períodos
interprandiales”. Al analizar el patrón de comportamiento alimentario,a menudo se toma un “intervalo
mínimo entre las comidas” y las que están separadas por intervalos menores que éste se consideran
parte de la misma. Este intervalo entre comidas no se selecciona arbitrariamente, sino sólo después de
estudiar y de graficar su frecuencia. La distribución de la comida no es muy uniforme durante las 24
horas , siendo mayores las comidas realizadas a la luz del día.
Cuando el animal comienza a ingerir alimentos se dice que se halla en un estado de hambre y cuando
termina entonces se encuentra saciado. El apetito es la preferencia a ingerir un nutriente específico más
que consumir el alimento en general, mientras que la palatabilidad es la impresión sensorial completa
que el animal recibe del alimento.
El peso de un alimento consumido por unidad de tiempo es la velocidad de ingestión. Cuando es
posible medir los pesos intermedios de un alimento durante una comida, se puede observar que la
velocidad de ingestión disminuye hacia el final de la comida como sucede en el cerdo.
Hay que diferenciar el consumo voluntario que como ya se explicó es la cantidad de alimento
consumido durante un período de tiempo (usualmente un día), del potencial de consumo que es el peso
de alimento requerido para satisfacer todos los requerimientos de nutrientes del animal y que a menudo
es menor debido a las restricciones físicas y químicas en el animal o a sus limitaciones ambientales.
229
El patrón de consumo es característico en cada una de las especies monogástricas. (Fig. 1)
Principales factores que afectan el consumo voluntario del cerdo
Dieta
Factores
extrínsecos
Factores
Ambientales
Otros
factores
Concentración energética
Nivel de proteína
Deficiencia de aminoácidos
Antilicóticos
Peletización
Temperatura
Humedad
Tipo de piso
Número de
cerdos/corral
Raza
Sexo
Manejo
Enfermedades
El cerdo realiza varias comidas separadas por largos períodos interprandiales de manera que la
frecuencia va de 9 a 10 comidas/día después del destete hasta 3 comidas diarias cuando es adulto. La
mayoría de las comidas son diurnas. En tanto, las aves pueden realizar hasta 31 comidas diarias con un
período interprandial de 2 minutos..
Los conejos, consumen sus alimentos ad libitum, por lo que sul patrón de consumo pueden tener
grandes variaciones entre individuos. Además, ellos practican la cecotrofía y el consumo de alimentos
es mínimo durante este período (Fig. 2). Los conejos recién destetados presentan dos períodos de
cecotrofía (0400 a 1200 h y de 2200 a 2400 h), en tanto que en los adultos es de 0800 a 1400h). La
cecotrofía representa una estrategia especializada en los conejos que permite la ingestión de proteína,
enzimas, minerales y vitaminas). El consumo de heces blandas sigue un marcado ritmo circadiano
opuesto al consumo de alimentos y que implica importantes cambios en la composición química de los
contenidos de digesta a través del día .La excreción de heces duras origina un incremento en el
consumo de alimentos por el aumento del material fermentable en el ciego y la actividad
antiperistáltica del colon proximal durante este período, que inducirá un enriquecimiento en líquidos y
bacteriasprovenientes del ciego .
El patrón de consumo se puede analizar desde dos puntos de vista.
Análisis univariado que considera que existe una alta correlación entre el tamaño de las comidas y la
longitud de los intervalos interprandiales precedentes, lo que implica que es un mecanismo que
230
determina cuando se debe detener el consumo, esto es un mecanismo de saciedad. Contrariamente,
existe una correlación significativa entre el tamaño de la comida y el intervalo posprandial que
determina cuando el consumo debe comenzar, esto es un mecanismo de hambre. En el pollo la
correlación posprandial es mayor que la preprandial.
Análisis multivariado. Considera imprescindible el uso de análisis de varianza múltiple, análisis de
discriminante y regresiones múltiples cuando se combina más de una variable relacionado con la
comida. Este método se aconseje cuando se estudia la naturaleza cíclica del patrón de consumo del
conejo. También se puede utilizar en otras especies ya que las intercorrelaciones entre variables como
duración de la comida, tamaño de comidas e intervalos entre comida puede producir diferencias
significativas falsas.
Métodos para determinar el consumo voluntario.
El estudio de los factores que regulan el consumo voluntario y el desarrollo de métodos para su
predicción indican la necesidad de determinar el consumo en situaciones experimentales diversas.
Por lo general, el consumo voluntario de alimentos se mide en intervalos de 24 horas, a veces más
cortos u ocasionalmente más largos, por lo que se hace difícil la interpretación de los datos
recolectados en esta forma, porque los animales realizan numerosas comidas durante el día y es
necesario tener un conocimiento de su frecuencia y tamaño..
Es importante suministrar suficiente alimento fresco cuando éste se ofrece una vez al día para que al
menos el rechazo sea de un 15%, una cantidad excesiva puede promover la selección de las partes más
palatables de la mezcla de alimentos, lo que puede agravar la dificultad para fijar el consumo de
nutrientes.
Se debe permitir que el animal se adapte con tiempo suficiente al nuevo alimento antes de registrar el
consumo voluntario. Asimismo debido a la variabilidad entre individuos es necesario utilizar un
número suficiente de animales para obtener un estimado confiable del consumo. La variabilidad entre
animales en un grupo no difiere grandemente entre diferentes alimentos y es menor cuando los
animales se alojan individualmente que cuando se alojan juntos..
El registro del consumo voluntario en animales alojados individualmente se ha realizado
tradicionalmente por la observación paciente de los intervalos regulares en los que cada animal se
levanta para comer. Este método presenta dos desventajas principales:
1) Que consume mucho tiempo, lo que se puede superar hasta cierto punto mediante un video
registrador y observar el retroceso a gran velocidad.
2 ) Sólo suministra información del patrón alimentario y no de la cantidad de alimento consumido.
La utilización de marcadores externos o internos ha posibilitado la medición del consumo de alimentos.
Un marcador muy utilizado es el óxido crómico (marcador externo). Éste, por lo general se incorpora al
alimento a razón de 1 % de la materia seca de la dieta y después de varios días de suministro para
alcanzar un equilibrio (6 días aproximadamente se recolectan las heces del animal directamente del
recto. A partir del contenido de marcador en las heces se puede calcular la producción total de las
mismas. Para el cálculo del consumo de alimento es necesario determinar su digestibilidad.
También se han empleado marcadores internos como la ceniza ácido insoluble, etc.
231
Control Fisiológico del consumo voluntario.
El consumo de alimentos es la suma de las comidas individuales. El bocado está determinado por la
presencia de alimento en el canal alimentario que involucra una evaluación cualitativa y cuantitativa
del alimento. La inhibición (saciedad) de consumo posterior tiene lugar cuando ha sido ingerido
suficiente alimento para corregir la deficiencia nutricional que ocurre en el intervalo entre comidas.
Pero esta evaluación rápida del alimento antes de que se complete la absorción, puede ser una primera
aproximación del ajuste del “bocado” a la necesidad de nutrientes, posteriormente tiene lugar otra
evaluación de los nutrientes absorbidos para el “ajuste fino” del balance entre el alimento ingerido y la
necesidad de nutrientes.
La frecuencia y tamaño de la comida o “bocado” se puede alterar por factores metabólicos y
sensoriales, mientras que el “bocado”puede variar grandemente, ya que la cantidad de comida
ingerida/día se controla por el balance energético.
Factores que regulan el consumo voluntario.
Existen diferentes señales o factores que intervienen en la regulación del consumo voluntario, cada uno
de los cuales puede ser predominante en un momento determinado. Estos se pueden clasificar en:
factores intrínsecos que son los relacionados con el animal que incluye factores físicos como los
factores gastrointestinales, y otros más íntimamente relacionados con el metabolismo como las
hormonas, metabolitos y péptidos reguladores, balance energético y estado fisiológico y factores
extrínsecos que son los que involucran los referentes a la dieta (concentración de nutrientes), los
ambientales y sensoriales y otros factores como el manejo, enfermedades y efectos sociales.
Principales factores que afectan el consumo voluntario del cerdo
Físicos
Factores
intrínsecos
Metabólicos
Control gastrointestinal
Distensión gástrica
Metabolitos (glucosa, depósito de grasa)
Hormonas (insulina, glucagón, leptina)
Péptidos reguladores (colecestoquinina
Péptidos opoides
Balance energético y estado fisiológico
232
Factores intrínsecos
Los factores relacionados con el animal, (físicos o metabólicos) pueden regular el apetito mediante la
integración de los estímulos del SNC según se ha puesto para la regulación del balance energético.
Los estímulos se pueden convertir en señales por su acción en los receptores y sistemas de detección
específicos. Estas a su vez pueden ser de diferente naturaleza y contenido (metabólicas o sensoriales),
pero actúan coordinadamente mediante un complicado sistema. Por lo tanto el consumo de alimentos es
una de las funciones mejor reguladas en el animal.
La regulación del consumo voluntario puede ser a “corto plazo” (regulación diaria del consumo). Los
factores que actúan a corto plazo se divide en dos grupos: los que actúan en los receptores gástricos y
los que lo hacen en los receptores del SNC. Los sistemas de regulación a largo plazo se hallan
relacionados con el mantenimiento del balance energético y la regulación del peso corporal.
A continuación se analizarán estos aspectos en las especies monogástricas principalmente aves y cerdos
por ser los más estudiados.
Regulación a corto plazo en las especies monogástricas. Teorías unifactoriales del control del
consumo alimentario
Se han propuesto varias teorías que tratan de explicar el mecanismo de control del consumo de
alimento a corto plazo. Todas estas teorías clásicas analizan el papel preponderante de un factor, desde
la limitación física al apetito (teoría de distensión gástrica) hasta las que consideran que el consumo de
alimento se halla bajo control fisiológico y refiere la utilización de glucosa, la producción de calor y los
depósitos de grasas como medidas directas o indirectas del contenido energético (liberados o potencial)
de los principales nutrientes. También, la concentración de aminoácidos y ácidos grasos libres,
vitaminas y minerales presentes en los fluidos corporales podrán actuar como señales reguladoras.
233
Distensión gástrica y controles gastrointestinales.
Existen pruebas que sugieren que “el bocado“ se determina principalmente por las señales de
retroalimentación negativa del tracto digestivo y la iniciación de la próxima comida en parte por la
disminución de las señales de saciedad a medida que el alimento es digerido y absorbido.
La distensión gástrica es una señal importante de la saciedad en algunas condiciones de alimentación.
Incluso las raciones pueden diluirse con un material no digestible hasta el punto de alterar el consumo
de energía porque la ingestión de alimentos queda limitada por la distensión gástrica.
Se ha planteado que la introducción de cargas nutritivas (glucosa, leche, aceite de maíz, lactosa) y
cargados no nutritivas (ClNa 3 %) a través de un tubo estomacal en cerdos recién nacidos provoca una
disminución de la cantidad de leche succionada. Esto sugiere que hay señales de retroalimentación
negativa del estómago e intestino, pero que debido a la rapidez con que el líquido pasa al estómago es
difícil determinar si es el estómago, intestino o ambos y además que puede existir más de un estímulo
efectivo (distensión por solución salina isotónica, efecto osmótico del agua y ClNa, acción de la
glucosa)
Experimentos posteriores demostraron que cuando las soluciones de glucosa y cloruro de sodio eran
descargados directamente a través de catéteres implantados en el duodeno, hubo una disminución del
volumen hipertónico que conllevaba a una disminución del “bocado”. La duración de la comida fue de
10 minutos y los efectos de saciedad se iniciaron principalmente en el intestino. Esto se confirmó con el
hallazgo de que azúcares que no son absorbidas como el manitol y sorbitol, tenían un efecto mucho
más atenuado en la saciedad, si se comparaba con la glucosa y el ClNa que si se absorbían.
Sin embargo, el resultado más sorprendente fue la similitud en los efectos de saciedad de soluciones no
nutritivas de ClNa y soluciones nutritivas de glucosa y la linealidad del efecto de saciedad con la
hipertonicidad.
Además cuando las soluciones cargadoras se liberaron en varios sitios del TGI, el duodeno fue el más
sensible a los efectos de saciedad.
Todo esto induce a pensar que existe un sistema osmorreceptor de control de saciedad a nivel de
duodeno. Este sistema se activa por el aumento de la osmolaridad a este nivel (debido principalmente a
la presencia de compuestos que pueden ser absorbidos) originando una depresión del tamaño del
bocado que es proporcional al grado de hipertonicidad.
En el caso de las aves, se ha estudiado que el suministro de alimentos o de soluciones hipertónicas a
través de un tubo o de un carácter estomacal produce una distensión del buche que reduce el consumo
de alimento. Sin embargo, a diferencia de los cerdos ,el suministro de soluciones de glucosa (nutritiva)
y ClNa (no nutritiva) tiene efectos diferentes, ya que el ClNa disminuye ostensiblemente el consumo
voluntario, en tanto que la glucosa no. Esto se debe a que en las aves la glucosa se absorbe rápidamente
del intestino delgado, por lo que no actúa el tiempo necesario para estimular la distensión intestinal o a
los osmorreceptores que se producen con los solutos que no se absorben como el ClNa y que resulta en
una disminución del consumo voluntario. Así, la estimulación en los receptores de distensión en
cualquier punto a través del tracto digestivo origina una hipofagia (saciedad) y esta distensión durante y
después de las comidas es un factor en el control del “bocado” y la frecuencia.
234
Teoría glucostática
Inicialmente Mayer (1953) sugirió que el consumo voluntario en los cerdos se controlaba por los
niveles de glucosa, para lo que se basó en la estabilidad relativa de la concentración de este nutriente y
en el hecho que la concentración de glucosa se elevaba después de las comidas y disminuía antes de la
próxima comida.
La glucosa se ha considerado como un componente del sistema de control de consumo de alimentos en
los monogástricos. El consumo de alimentos y la concentración de glucosa en sangre, o más bien la
tasa de utilización de glucosa que se mide por la concentración arteriovenosa) se hallan muy
relacionados.
Se ha demostrado que cuando se reduce la tasa de utilización de glucosa por administración de insulina
o de análogos de glucosa se experimenta sensación de hambre, mientras que los incrementos producen
hiperglicemia y no afecta el consumo. Contrariamente, en los rumiantes, las concentraciones de glucosa
sanguínea, las diferencias arteriovenosa en la concentración glucosa y las tasas de utilización
disminuyen cuando se incrementa el consumo.
El suministro de insulina disminuye el nivel de glucosa en el plasma y en los tejidos, particularmente
en el sistema nervioso central, ya que ésta es la principal fuente sino la única de energía que recibe el
cerebro, por lo que el animal comienza a experimentar hambre. Los resultados con los cerdos han
señalado que la insulina produce inicialmente un aumento con el consumo debido a la hipoglicemia y
posteriormente, este efecto se compensa con una disminución.
En los cerdos recién nacidos, la insulina no es capaz de estimular el consumo de alimentos porque el
sistema de control aún no se ha desarrollado. El efecto de gluco-privación cerebral se demostró cuando
se inyectó en los ventrículos cerebrales el 2-deoxi-D-glucosa. Este compuesto aunque no se
metabolizó, privó competitivamente el cerebro de glucosa.
Estos resultados sugieren que los cerdos como otros mamíferos, responden a la disminución de glucosa
con un aumento del consumo de alimentos. Este mecanismo es un control de emergencia y quizás no
tenga ningún papel en la determinación del bocado, aunque últimamente se ha postulado que la insulina
puede actuar como una señal de saciedad
En las aves, la 2-deoxi-glucosa, que previene la toma y utilización de glucosa en los mamíferos y
estimula el consumo voluntario debido a la glucoprivación, realmente disminuye el consumo en los
pollos. Desafortunadamente., no se sabe si la 2-deoxiglucosa, tiene el mismo efecto en las aves que en
los mamíferos. La incorporación de 100g L-1 de glucosa en el agua de bebida para los pollos en
crecimiento, no disminuye el consumo de alimentos, ni se incrementa la ganancia en peso. Se observó
sin dudas un incremento en la grasa de la canal
Teoría termostática.
Los animales comen para mantenerse calientes y dejan de comer para prevenir la hipertermia. Se
observó que los animales comen más en el invierno que en el verano.
Ingram (19 ) señaló que había una relación positiva entre la temperatura hipotalámica y el consumo
de alimentos.
235
La teoría termostática es verdadera en el sentido que los mamíferos y aves mantienen una relativa
constancia en la temperatura corporal y que la producción de calor es proporcional al peso del alimento
consumido; cuando el consumo de alimentos es muy bajo, disminuye la producción de calor, aunque
las reservas corporales se movilizarán para evitar la hipotermia, de igual forma la sobrealimentación
incrementará la producción de calor. Por lo que se activarán los mecanismos para prevenir la
hipertermia .Sólo en las condiciones donde las pérdidas de calor no se pueden incrementar más es que
el consumo voluntario no previene la hipertermia.
Regulación a largo plazo
Teoría lipostática
Se ha propuesto (Kennedy, 1966) la teoría lipostática de que para que los animales adultos mantengan
su peso corporal es necesario que se controle el consumo de alimentos para regular el contenido de
grasa corporal. El contenido de peso se mantiene más o menos constante, independientemente de los
cambios en l a calidad de los alimentos y el clima.
El mecanismo responsable para la regulación del depósito de grasa no se ha dilucidado completamente,
aunque se cree que es un factor presente en el torrente sanguíneo el que actúa en el control central de
los depósitos de grasa periférica. El sistema de control central modifica el consumo de alimentos para
compensar los desplazamientos en el balance energético que se hallen fuera del equilibrio sanguíneo.
En los cerdos, .la teoría lipostática no se aplica como tal y el consumo está limitado por la máxima
velocidad de síntesis de grasa., por encima de la cual, los precursores se acumularán y evitarán altos
niveles de consumo.
En las aves, un factor importante que afecta el consumo es el tamaño del depósito de grasa. Las aves
sometidas a alimentación forzada a un nivel que ocasionó incremento en el depósito de grasa,
manifestaron una completa ausencia de consumo voluntario por 10 días y tardaron aún 23 días para
recuperar los niveles de consumo pre-experimental. Las concentraciones de triglicéridos plasmáticos
se elevaron durante el período de alimentación forzada. Como el consumo voluntario se incrementó
durante la alimentación forzada, no es posible un control lipostático completamente efectivo.
Para concluir, es necesario destacar que las teorías glucostáticas, lipostática, termostáticas se hallan
asociados a los centros del hipotálamo involucrados en el control del consumo voluntario. Este
mecanismo de control cerebral será analizado posteriormente
Teorías multifactoriales.
Ninguna de las teorías mencionadas pueden por sí solas explicar cómo se puede controlar el consumo
en todas las circunstancias. Así Balch ( ) planteó que el consumo voluntario no se puede regular por
un solo mecanismo y que a través del sistema nervioso central, sensaciones orofaríngeas, contracciones
gástricas y distensión, cambios en la producción de calor y los cambios en los metabolitos circulantes
todos los cuales están concentrados. Con excepción de la distensión gástrica como bien dijimos con
anterioridad, todas las teorías clásicas tienen en común la idea de que alguna función de consumo de
energía o almacenamiento está regido por el cerebro, el que controla el consumo para preservar la
constancia de la función corporal (utilización de glucosa, temperatura corporal, reserva de grasa
corporal). Debido a ello, cualquier intento de formular una hipótesis más compleja, tendrá en cuenta la
236
energía como componente principal. No es posible que el cuerpo mida le energía per se, aunque
algunas teorías que se esgrimieron implicaron monitoreo de flujo de energía.
Energostasis.
Esta teoría plantea el criterio que es posible “monitorear” el suministro de energía a algunos tejidos y
controlar el consumo voluntario. Así se observó que la rata durante el día tenía una menor velocidad
metabólica que durante la noche y especularon que esto podía ser la causa más que el resultado de la
disminución de las frecuencias de comidas durante el día, comparado con la noche.
Factores sensoriales
La palatabilidad influye en el consumo voluntario. Cuando se les ofreció a un grupo de ratas alimentos
muy palatables, éstas comieron al menos 0.3 veces más que ratas similares a las que se les había
ofrecido los pellets estándar del laboratorio, como resultado ganaron más peso. La grasa extra realizó
una retroalimentación, disminuyó el consumo voluntario y mantuvo un contenido de grasa y peso
corporal constante.
Integración de múltiples “feedback” o retroalimentación
Además de la energostasis, es necesario incluir otros factores, particularmente el llenado físico del
tracto digestivo y las características del alimento. Hay muchas formas en que estas señales se pueden
combinar para generar el proceso de alimentación, ellas se pueden sumar o multiplicar. La aditividad es
un fenómeno general que involucra factores que afectan el consumo de alimento, no sólo por
retroalimentación negativa en las vísceras, además el consumo y el peso corporal, son los resultados
netos de los efectos de estos factores. Mediante esta teoría se integran todos los factores que afectan el
consumo y se hallan involucrados en su control.
A partir de esta integración se han desarrollados modelos matemáticos que tratan de ofrecer una
explicación al fenómeno complejo del consumo voluntario, entre los que sobresalen el modelo del
cerdo formulado por Tyberk en 1989. que planteaba como hipótesis fundamental que la regulación del
consumo en el cerdo se hallaba limitada por dos factores: 1) la capacidad que ooseía para el recambio
de nutrientes ( regulación metabólica) 2) la capacidad intestinal ( regulación física).fig..
Vías de retroalimentación negativa.
Son las vías mediante las cuales se transmiten al cerebro los cambios en el cuerpo causados por la
ingestión de alimentos. Entre ellos se hallan los receptores orofaríngeos, los mecanorreceptores del
estómago e intestino, los quimiorreceptores, osmorreceptores, termoreceptores y los receptores
hepáticos. Los receptores orofaríngeos se hallan en la cavidad bucal y la garganta y son importantes en
la percepción sensorial del alimento por el animal.
Los mecanorreceptores en el estómago e intestinos, son los que llevan la señal al cerebro cuando por
ejemplo tiene lugar una distensión gástrica o intestinal. En el pollo se hallan situados en el estómago
muscular y en el buche y son inervadas por ramas del nervio vago.
Entre los s quimiorreceptores, se puede contar con la glucosa, que disminuye el consumo voluntario en
el cerdo cuando se infunden soluciones de la misma en el duodeno, mientras que la infusión de
soluciones de grasa neutra o de aminoácidos no tiene efecto. En el pollo, como la glucosa se absorbe
237
rápidamente, no hay tiempo para producir una distensión o estimulación de los osmorreceptores, por lo
que la infusión de soluciones de glucosa no afecta el consumo voluntario.
Los receptores hepáticos, tiene gran importancia en el control del consumo voluntario en el pollo , no
así en el caso del cerdo , en el que se observó que la infusión de glucosa en la vena porta no tiene efecto
en el consumo voluntario. En el caso del pollo si se observó que cuando se infundió la glucosa en la
vena porta y el alimento se mantuvo hasta el final de la infusión, se halló gran inhibición dosis
dependiente del consumo voluntario. Este efecto de la glucosa se mantuvo después de la infusión, por
lo que se plantea que se puede deber a cambios en el glucógeno hepático o contenido de glucosa, más
que en el efecto de concentración de glucosa en sangre que perfunde al hígado.
Los termorreceptores se hallan en todas las partes del cuerpo, especialmente en la piel y en el
hipotálamo anterior.
Factores presentes en la circulación general.
Metabolitos
Glucosa.
Anteriormente se estudió el efecto de la glucosa en el consumo voluntario y se llegó a la conclusión
que no existe un control directo de la concentración de glucosa por el cerebro, sino que la glucosa
afecte el consumo estimulando los osmorreceptores en el duodeno y los quimiorreceptores del hígado.
Hormonas.
Hormonas metabólicas
Las hormonas que tienen un posible papel en el control del consumo voluntario y en la regulación del
balance energético son de origen pancreático, la insulina y el glucagón.
El glucagón origina una hiperglicemia en apariencia al estimular la glucógenolisis o sea el
desdoblamiento del glucógeno en el hígado y se considera el mecanismo de acción para la saciedad o
inhibición en el consumo de alimentos. Esto se comprobó por un incremento observado en el consumo
de alimentos con la infusión de un anticuerpo de glucagón a ratas.
Alrededor de las últimas décadas la hipótesis de la insulina involucrada en el control del consumo de
alimentos ha variado. Mientras una hipoinsulinemia no resulte en anorexia, el consumo se puede
inducir por la inyección de insulina pero solamente después que ocurra una severa hipoglicemia.
Se ha propuesto que la insulina se considera como una señal en los adipocitos. Los factores que
influencian el control del consumo voluntario se clasifican en dos categorías: (1) factores que causan
un patrón de alimentación con cambios independientemente de las reservas corporales y (2) factores
que son sensitivos a los cambios en la masa adiposa.
La segunda categoría involucra la insulina como la señal que mantiene el balance de energía. Este
propósito se basa en que la concentración de insulina plasmática aumenta con el daño del adipocito.
Los niveles de insulina varían frecuentemente dentro de un período de 24 horas, es probable que
algunos medios esenciales para obtener una respuesta integrada con un tiempo constante
relativamente bajo. Se ha planteado que la insulina en el fluido cerebro espinal (FCE) posee tal
238
medio ya que las concentraciones de insulina aquí cambian con las concentraciones en el plasma
a mucha menor velocidad.
1)Se ha planteado , desde hace tiempo, que una pequeña dosis de insulina, disminuye la concentración
de glucosa en sangre,y es capaz de causar también, la sensación de hambre en el animal.Estos criterios
han variado en los últimos años como veremos posteriormente.
Hormonas estimuladoras e inhibidoras del consumo de alimentos.
Según Bray (2000), existen numerosas hormonas que actúan en el control del consumo voluntario. La
figura muestra su efecto sobre este mecanismo.
Hormonas Estimuladoras
Neuropéptido y
β – insulina
orixina
melanina
Consumo
Hormonas Inhibidoras
Colecistoquinina
Conticotropina/uroconti
na
Enterostatina
l ti
Figura 5. Hormonas estimuladoras e inhibidoras del consumo de alimentos.
En los últimos años también se han descubierto péptidos cerebrales que actúan como neurohormonas o
neurotransmisores en el hambre y la saciedad. Estos péptidos denominados opioides y se han implicado
en otras funciones de comportamiento ingestivo.
Desde 1953, Kennedy postulada la existencia de “un factor normal” que regularía el peso y la cantidad
de tejido adiposo. A partir de allí, la hormona de la tiroide, factores de crecimiento (como el factor de
microsis tumoral), factores hepáticos y la insulina fueron fuertes candidatos. En 1994, Zhang postuló
que la leptina, de la palabra griega leptos (delgado), responde activamente a los cambios nutricionales y
metabólicos.
Es una proteína de 167 aminoácidos cuyo amino terminal constituye una señal durante su secreción y
circula como un péptido de 146 aminoácidos. Su producción aumenta con la alimentación y con el
contenido adiposo del cuerpo (Animan y Mattari, 1996) y se describió como “el factor de la saciedad”.
En los mamíferos la producen los adipocitos y la placenta (Hoggard et al, 1998), en las ratas también el
tejido gástrico (Bado et al, 1998) y en los pollos se ha encontrado que se produce en el hígado (Tasnis
et al, 1998)
La razón de secreción de leptina y su concentración en plasma se correlacionan con la masa de grasa
corporal. Sin embargo, esta hormona circula a través del organismo como una señal interna que indica
la talla de las reservas de grasa corporal su secuencia de aminoácidos exhibe gran homología.
Existen al menos seis isoformas del receptor de leptina (ob-r) que se han encontrado en diferentes
tejidos a lo largo del cuerpo y con diferentes niveles de expresión. El receptor se expresa en el
hipotálamo, corteza cerebral, cerebro, plexo coroideo, riñón, pulmón, músculos esquelético, hígado,
páncreas, tejido adiposo y médula adrenal (Reidy y Weber, 2000)
239
La leptina es un importante regulador de otros procesos fisiológicos tales como la pubertad y la
reproducción. Además regula el metabolismo lípido y energético, así como sus sistemas relacionados.
Esta información ha sido posible gracias a diferentes modelos animales.
Los roedores y sus contrapartes se han utilizado con simples, notaciones genéticas que causan la
supresión de la producción normal de leptina y la expresión de receptor disfuncional de la leptina.
Estos animales ob/ob exhiben una obesidad severa debido a una hiperfagia, hipometabolismo y un
almacenaje preferencial de grasa y son usualmente resistentes a la insulina. En los ratones ob/ob el gen
que codifica para la leptina es mutado y produce una forma de la hormona prematuramente terminada y
que no es reconocida por los receptores. En el ratón obeso db/db la mutación es en el gen que
específicamente transcribe para la isoforma larga hipotalámica del receptor de leptina por la que se
suprime la expresión de esta isoforma. De esta manera, se incrementa la expresión de muchas otras
isoformas cortas que son incapaces de activar la proteína responsable de la señal de transducción y
activación de transcripción (prot STAT). Las ratas Zucher fa/fa tienen también un receptor disfuncional
de leptina.
ADIPOCITO
S
Cels βpancreáticas
insulina
LEPTINA
CEREBRO
(-)
apetito
Médul
(+)
Nervios
simpáticos
(+)
TIROID
T3
Figura 6. Diagrama esquemático representativo de las rutas a través de las cuales la leptina ejerce su efecto en
el metabolismo lipídico, energético y consumo de calorías.
AGL ácidos grasos libres, CAT-cafecolamina, T3 – tiyodotironina, TAG-triacilgliad
Se han demostrado que el tratamiento de animales con leptina causa una disminución en el consumo de
alimento de una manera dosis dependiente, pérdida en el peso corporal, disminución de los depósitos
grasos y un incremento del metabolismo energético (Lewin et al, 1996; Honseknecht et al, 1998). En
240
este estudio, las pérdidas potenciales de peso corporal se ven incrementadas dado el aumento en la tasa
metabólica.
El efecto de la inyección intracerebroventricular (i. c .v) de leptina fue investigado usando broilers y
Single comb White Lighorm. Estos representan un engorde rápido y lento respectivamente. La
inyección i. c. v de leptina disminuyó el consumo de alimentos en ambos. La dosis más eficaz fue de
10mg en ambos tipos, disminuyendo el consumo de alimentos (Denbow et al, 2000)
Integración del Sistema nervioso Central (SNC)
La prehensión y masticación se hallan bajo control directo del SNC. El cerebro es el principal
regulador del consumo de alimentos. Así, las lesiones electrolíticas en el hipotálamo ventromedial
aumenta el consumo de alimento y el peso corporal. Estas regiones se corresponden con el denominado
“centro de saciedad” y se puede considerar como una estación reveladora que integra la información
sobre la saciedad (señal de realimentación).
SENAL DE
SACIEDAD
(Estímulo)
“Centro”
ventromedial
(Inhibición)
“Centro”
lateral
facilitador
de la alim.
(Estímulo)
Consumo
de
alimento
Nombre
Saciedad
Lesión
Ventromental
X
Estímulo
Ventromendial
Lesión del
Área lateral
X
Estímulo del
Área lateral
241
Figura 7. Diagrama del papel desempeñado por el hipotálamo en el consumo de alimento
Cualquier lesión claramente suprime la influencia inhibitoria en el consumo de alimento y origina una
hiperfagia. Cuando las lesiones se localizan en las áreas laterales del hipotálamo, que se denominan
“centros de alimentación”, hay un efecto opuesto en el consumo de alimento y entonces se produce una
afagia intensa. Los animales dejan de comer totalmente y morirán a menos que se les obligue a ingerir
alimentos, incluso llegan a ensalivarlos, indicando que persisten activos algunos reflejos precisos para
la ingestión, aunque no comerán voluntariamente.
Se ha estipulado que la infusión de algunos depresores neuronales como el pentobarbitato de sodio en
la región lateral del hipotálamo disminuye el consumo de alimentos, mientras que en la región
ventromedial lo estimula. Las infusiones de los iones Ca y Mg que también deprimen la actividad
neuronal en los ventrículos cerebrales del cerdo (a través de su efecto en la zona ventromedial de
hipotálamo que es adyacente a ellos), aumenta el consumo de alimentos.
Mediante estimulación eléctrica se puede lograr unos efectos opuestos a los producidos por las lesiones
anteriores. Así, el estímulo del área lateral induce al consumo de alimentos y el estímulo de la zona
ventromedial produce la saciedad.
Hay que señalar que el centro de alimentación integra los complejos visuales, auditivos, olfativos,
táctiles, gustativos y del tubo digestivo relacionados con el comportamiento para el consumo de
alimentos.
Balance energético y estado fisiológico
El contenido energético del cuerpo se halla relacionado con el control del consumo voluntario que
mantiene un balance entre la entrada y salida de energía en condiciones normales y por tanto también
se mantiene el peso corporal. Luego, la regulación del balance energético dependerá en primer término
del consumo de energía que pueda hacer el animal, la que a su vez es una función del estado
fisiológico.
El destete precoz (2 a 3 personas) ocasiona un stress social, fisiológico y ambiental que reduce el
consumo voluntario y la velocidad de crecimiento. Cuando los cerdos se destetan a mayor edad. El
consumo de energía digestible aumenta.
Durante el crecimiento los animales presentan un mayor consumo de alimentos por unidad de peso
metabólico (pkg. 0.75) que el adulto no lactante. Las cerdas consumen un 13.8% más de energía post
destete que las cochinatas. En la gestación se requiere una restricción en el consumo de energía para
obtener un mejor comportamiento en tanto que la lactación supone un aumento en el consumo de
energía para poder mantener el peso y la producción de leche.
Factores extrínsecos
Nutricionales
El cerdo ajusta en la medida de lo posible el consumo de alimentos a sus necesidades energéticas.
Existe una relación entre el consumo voluntario y el balance de energía y ambos son regulados por el
242
hipotálamo. La vía mediante la cual viaja la información a los receptores del balance de energía al
hipotálamo no está bien definida, aunque se ha sugerido que pudiera ser el torrente sanguíneo.
La cantidad de alimentos que consumo el cerdo se determina por la densidad energética de la dieta de
manera que a medida que la densidad energética de la dieta aumenta, disminuye el alimento consumido
para mantener constante el consumo de energía.
Los cerdos destetados a los 14-21 días de edad y que se alimentan con dietas que varían en la densidad
energética tienen una capacidad limitada para regular el consumo. Debido a ello, se han realizado
estudios añadiendo grasa a la dieta en un intento para mantener una velocidad de crecimiento apropiada
durante el período post-destete, pero los resultados no fueron favorables. Sin embargo, cuando se
destetaron a los 21 días y se les dio tiempo para recuperarse del stress, el incremento de densidad
energética condujo a una mejora de la eficiencia alimenticia.
Las diferencias o excesos de nutrientes en las dietas en general pueden disminuir el consumo de
alimentos. Estos cambios requieren concentraciones extremas que generalmente no se encuentran en la
práctica. Por ejemplo, para cerdos en crecimiento, dietas con niveles de proteína entre 25 y 30%, o
menores que 10 a 12 % trae como resultado una disminución del consumo ED, pero niveles entre estos
extremos no tienen efecto. En contraposición, deficiencias de ciertos aminoácidos pueden deprimir el
consumo de alimentos rápida y severamente.
Los antibióticos pueden incrementar el consumo voluntario a un 8,6 y 2 % más que los controles
durante las etapas de inicio, crecimiento y finalización respectivamente.
La pelletización de alimentos produjo una disminución del consumo a un 9% en los cerdos destetados y
de 3.1% en el período de finalización
También la ingestión de alimentos se ve reducida por la presencia de sustancias poco palatables o
incluso tóxicas.
Factores ambientales
La temperatura es probablemente el componente ambiental que más afecte el consumo de alimentos.
Los animales homeotermos como el cerdo aumentan su consumo de alimentos en ambiente frío y lo
reducen cuando hay calor.
Así, la elevación de la temperatura ambiental supone una reducción en la ingestión de alimentos
siguiendo una relación prácticamente lineal desde temperaturas bajas hasta la zona de neutralidad
térmica. Normalmente la reducción de la ingestión de energía es un poco más acentuada que la
disminución de las necesidades energéticas, por lo que el animal se encuentra por tanto en balance de
energía cada vez menos positivo a medida que la temperatura se eleva, lo que se traduce en una
reducción de su crecimiento por encima de la temperatura de neutralidad térmica el apetito disminuye
rápidamente y el animal se encuentra en una situación de déficit alimenticio cada vez más acentuado.
Esta situación se puede remediar aumentando la densidad energética de la ración.
La temperatura ambiente es modificada por varios factores físicos y generalmente se usa el término
temperatura efectiva del ambiente (TEA) para corregir el consumo de alimentos (por desviación de la
temperatura óptima)
243
El contenido de humedad del aire y la temperatura del ambiente interactúan para influir en el consumo
de alimentos y comportamiento animal. Así por ejemplo, durante el stress calórico el cerdo depende de
las pérdidas de calor, por evaporación (jadeo) para perder calor, se reduce el consumo de alimentos y se
requiere además energía adicional para liberar calor, disminuyendo por tanto el crecimiento
Otros aspectos importantes son el movimiento del aire, los tipos de peso (concreto, paja, capacidad de
aislamiento de las paredes de las naves todos ellos pueden ser utilizados para estimar la TEA
Se ha planteado que la temperatura orgánica del cerdo interviene en la regulación del consumo
voluntario (teoría termostática). La ingestión de alimentos aumenta la producción de calor orgánico de
tres formas como mínimo. La primera y más aparente es la acción dinámica específica ADE aumento
en la producción de calor pocas horas después de comer; la segunda es el incremento de la tasa
metabólica y la tercera es el aumento observado en la producción de calor cuando aumenta el peso
corporal. En esta hipótesis no se hace distinción entre el calor producido por ADE y el obtenido por la
oxidación que tiene lugar en los tejidos. Esta teoría tiene la ventaja de reunir los efectos de las
proteínas, grasa hidrato de carbono como integrantes de la señal de saciedad.
Sensoriales
El gusto en los cerdos es importante como un sesgo positivo o negativo en el control de consumo
voluntario. Se ha informado respuestas a sustancias dulces. Aún los cerditos recién nacidos muestran
preferencia para las so0luciones de glucosa y sacarosa. Cerdos adultos también prefieren la glucosa,
sacarosa, lactosa y soluciones de sacarina. En el sentido negativo se halla la habilidad de los cerdos
para desarrollar una aversión al gusto asociado a la enfermedad.
La bulboctomía del olfato en los cerdos no tiene efecto en el patrón de consumo, ni en el consumo
diario.
Otros factores
Parte de la variabilidad que se de cerdos Duroc tiende a consumir más alimentos que otras razas.
Existe diferencia en el consumo voluntario entre machos castrados y cochinatas. Los machos castrados
consumen aproximadamente un 4.9% más de alimentos que las cochinatas. Los verracos también
consumen menos que los machos castrados.
El número de cerdos por corral y el espacio disponible por cerdo puede influir en el consumo de
alimento y en el comportamiento de los cerdos.
Resumiendo, se ha investigado considerablemente los mecanismos de control de consumo voluntario y
la regulación del balance energético. Hasta hace poco, las investigaciones se enfocaron principalmente
hacia los cambios en las funciones gástricas, así como la respuesta de los metabolitos asociadas con el
alimento. Ahora el interés es el papel principal del SNC y las diversas formas de modificar el consumo
voluntario. Con una mayor, comprensión de los sistemas de control, el comportamiento alimentario y el
nivel en el cual se mantiene el contenido energético constante en los animales adultos o la velocidad
con la que se incrementa en el animal en crecimiento, éste se puede modificar. Estas modificaciones
conducirán a un mejoramiento de las eficiencias bioenergéticas y disminuirá las condiciones de
244
manejo. Además permitirá la prevención de ciertas enfermedades si se estimula el hambre
suficientemente para compensar la carencia del suministro de nutrientes.
Estas modificaciones conducirán a mejorar las eficiencias y permitirá una mayor producción de
alimento y fibra para los animales.
Bibliografía a consultar
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245
Alimentación no convencional de especies monogástricas:
Utilización de alimentos altos en fibra
Dra. Lourdes Savón
.
Contenido
Introducción...........................................................................................................................................................................246
¿Cómo valorar la utilización de una fuente alta en fibra en la alimentación de monogástricos?...........................................247
¿Qué es la fibra dietética?......................................................................................................................................................247
Caracterización de la matriz fibrosa ......................................................................................................................................250
Propiedades físico-químicas de la fibra dietética...................................................................................................................252
La fibra dietética y sus efectos fisiológicos en el TGI de aves y cerdos................................................................................254
Tratamientos ..........................................................................................................................................................................256
Utilización de la fibra dietética y aprovechamiento energético. ............................................................................................258
Métodos para mejorar la utilización de la fibra. ....................................................................................................................263
Consideraciones finales y perspectivas futuras......................................................................................................................264
Introducción
El uso de materias primas alternativas en la alimentación animal para sustituir importaciones y reducir
la competitividad con la alimentación humana y preservar el ambiente constituye un reto para los
nutricionistas, pequeños y medianos productores en la búsqueda de soluciones para lograr producciones
avícolas, porcinas y cunícolas ecológicamente sostenibles y eficientes (Montilla 1994, Lon Wo 1995 y
Belmar,1998). En las zonas tropicales existe disponible una amplia variedad de recursos que son
factibles de ser utilizados en la alimentación animal. Entre estas opciones se incluyen los alimentos
voluminosos de alto contenido fibroso. Los resultados obtenidos con relación a la inclusión de estos
insumos en las raciones de aves, cerdos y conejos no son muy abundantes y se hallan un poco
dispersos. Adicionalmente estos resultados han sido encaminados a la sustitución parcial de los cereales
en experimentos de comportamiento productivo que han propiciado la máxima eficiencia económica,
pero no biológica. Sin embargo hay aspectos que no se han estudiado y se deben analizar
detalladamente como son:
1) el valor nutritivo y caracterización que es fundamental para poder utilizar la fibra eficientemente
(origen, composición química, morfológica y estructural, propiedades físico-químicas), así como el
contenido de factores antinutricionales
2) interacción de estos factores y sus efectos en los procesos digestivos y en el fisiologismo animal
que pueden limitar su incorporación a las dietas.
3) optimización del uso de las fuentes fibrosas (nivel de fibra, especie, raza y categoría animal)
4) mejoramiento de su potencial energético y su contribución al metabolismo animal.
El análisis de estos aspectos, las técnicas empleadas en su evaluación, los retos que implica la utilización de
fuentes alternativas altas en fibras en las dietas de especies monogástricas y sus perspectivas futuras
constituyen los objetivos de esta conferencia.
246
¿Cómo valorar la utilización de una fuente alta en fibra en la alimentación de monogástricos?
Según Rodríguez (1994) para incluir cualquier materia prima alternativa en la práctica productiva es
necesario conocer las características analíticas del producto, su repercusión en la fisiología digestiva
del animal y mediante técnicas adecuadas EVALUAR / INTERACTUAR / MODIFICAR /
REEVALUAR el producto sucesivamente hasta lograr que sea óptimamente aprovechado.
La evaluación de una fuente alta en fibra comprende la determinación de su valor nutritivo y la
caracterización de su fracción fibrosa.
En la tabla 1 se señala la composición bromatológica de algunos follajes de leguminosas, gramíneas y
otras plantas, así como residuos de cosecha agrícolas.
Tabla 1. Composición bromatológica de las fuentes fibrosas (% MS)
Fuente fibrosa
Follaje leguminosas
Vigna unguiculata
Canavalia ensiformis
Stizolobium aterrimum
Follaje no leguminosas
Manihot esculenta
Ipomea batata
Musa paradisiaca
Residuos de cosecha
Harina de cítricos
(deshidratada)
Cáscara de café
MS
PB
Indicadores
PV
FB
EE
Cz
Autores
-
18.5
22.0
17.5
14.0
14.0
14.0
34.0
30.0
30.0
2.5
2.5
2.5
8.5
9.5
6.5
Díaz (1997)
Díaz (1997)
Díaz (1997)
15.3
10.8
19.5
24.2
18.5
11.4
18.2
-
20.7
10.2
28.9
6.4
3.7
-
10.8
Buitrago (1990)
Domínguez (1990)
García (1996)
86.60
5.6
-
12.2
1.05
-
Ponce de León (1997)
88.50
11.20
-
18.9
2.3
12.3
Fialho y Pinto (1997)
Además se ha señalado que la composición bromatológica de estos productos fibrosos no reflejan su
valor nutritivo potencial. Los factores que se han asociado con la disminución de la calidad nutricional
de estas fuentes y por tanto de su utilización son: la presencia de “fibra dietética” y los denominados
factores antinutricionales. A continuación se analizarán estos aspectos.
¿Qué es la fibra dietética?
Se puede considerar que las paredes celulares de las plantas son las fuentes principales de consumo de
fibra dietética en la mayoría de los alimentos. Ello permite definir la fibra desde el punto de vista
nutricional como una fracción heterogénea cuyos componentes son resistentes a la actividad enzimática
del tractogastrointestinal (Trowel) Otros autores prefieren una definición más próxima a la fisiología de
la planta, así la fibra comprenderá a los polisacáridos y la lignina que pertenece a la pared celular. A
pesar de numerosas investigaciones, no se ha obtenido un acuerdo universal. De hecho esta falta de
uniformidad para definir la fibra en los alimentos ya sean para el hombre o los animales se atribuye a
la estructura compleja de su pared celular, la que se halla compuesta por varios polímeros. Entre ellos
se destacan cinco componentes mayoritarios: Los polisacáridos estructurales que constituyen las
paredes celulares de los vegetales que son los homopolisacáridos (celulosa) y heteropolisacáridos
(hemicelulosa y pectina) y que forman los carbohidratos insolubles llamados polisacáridos no
almidones, las gomas (polisacáridos de reserva) y la lignina, compuesto fenólico que une los grupos
anteriores. También se hallan presentes alginatos, xiloglucanos, dextrana, inulina, glucanos y
247
polisacáridos no sintéticos, así como pequeñas cantidades de proteína, polifenoles de alto peso
molecular, cutinas, ácido fítico y almidón resistente (Penago, 1993 y Polty, 1996) (figura 1).Es mas, la
estructura química, así como la organización de los polímeros en la pared difiere ampliamente de
acuerdo con el origen botánico de la planta ( por ejemplo leguminosas o gramíneas)
Básicamente, la pared celular de la planta está compuesta de microfibrillas de celulosa que forma un
fuerte enrejado que le da rigidez a la planta. Estas microfibrillas están embebidas en una matriz
compuesta de un enrejado de lignina (unidades de fenilpropano) que cementan otra matriz de
polisacáridos (más alguna glicoproteína), tal como hemicelulosas (arabinoxilano, xiloglucano y
pectinas. Estos polímeros tienen diferentes proporciones de acuerdo a la estructura de la pared celular).
Por ejemplo, a medida que la planta envejece, el enrejado de lignina de la pared secundaria se agranda
hacia la pared primaria la que desaparece, incrustando las microfibrillas que, lo que conducen a una
menor accesibilidad (fig 2.)
PLANTA
Tipo de tejido
Parenquima
Esclerénquima
Borde de la pared
Almacenamiento
Síntesis
Transporte
Xilema
Colénquima
No-Xilema
Células especializadas
Tipos de pared celular: pared primaria/pared secundaria
Ajuste de los Biopolímeros en la pared de la
matriz
(uniones y enlaces)
No covalente
Puentes de H
(celulosa y xiloglucano)
Covalente
Enlaces iónicos
(Puentes de Ca++ entre
pestinas)
Esterificación de
Azúcares (Pectinas)
Uniones fenólicas
Cruzadas (entre lignina y
PNC pectina-lignina
Biopolímeros
Polisacáridos
Glicoproteína
Polifenólicos
Celulosas, PNC, pectinas
Glicoproteína
Suberina, Cutina, lignina
Azúcares
Aminoácidos
Fenil propanoides
Ceras, ácidos grasos
248
Figura 1. Estructura y composición química de la pared celular de los alimentos( Tomado de
McDoughall 1996 ).
Entre los numerosos tipos de polímeros de la pared celular , hay que destacar 4 clases de polímeros
insolubles en agua(lignina, celulosa, hemicelulosa y sustancias pécticas) y una clase de varios
polisacáridos no almidones solubles en agua ( arabinoxilanos solubles, pectinas y oligosacáridos.
La lignina es el único polímero sacárido de la pared celular Es un enrejado complejo, ramificado y
tridimensional construido por tres unidades de fenilpropano La lignina tiende a fijar a otros polímeros
en su lugar, excluye el agua y hace la célula más rígida y resistente contra varios agentes como las
enzimas bacterianas. la mayoría de los alimentos y los forrajes inmaduros contienen menos del 5% de
lignina. Cuando se envejece la pared celular de la planta puede alcanzar hasta 12 % en el forraje.
La celulosa es el mayor polímero estructural de la pared de la planta y el polímero más abundante en la
tierra. Es un homopolímero formado por cadenas lineales beta 1-4 unidas a unidades de glucopirasonil .
Tiene un grado de polimerización de 8000 a 10000Las cadenas individuales agregan enlaces de
hidrógeno para formar microfibrillas . que sirven como esqueleto de las plantas. La celulosa es soluble
y parcialmente hidrolizada en soluciones fuertes de ácido sulfúrico (72%). Representa del 40-50% de
las cáscaras de las leguminosas y semillas oleaginosas; 10al 30% de los forrajes ; 3 al 5 % de las
semillas de leguminosas. La mayoría de los cereales contiene pequeña cantidad de celulosa.) 1 al 5%)
con excepción de la avena.( 10% ).
Las hemicelulosas son un grupo de polisacáridos con menor grado de polimerización que la celulosa.
Tiene un esqueleto de beta 1-4 unido a residuos de xilosa, manosa o glucosa que pueden formar una
gran cantidad de enlaces de hidrógeno con la celulosa. Los xiloglucanos son la principal hemicelulosa
de las paredes primarias en las plantas dicotiledóneas ( en los vegetales y semillas), en tanto que la
unión de glucanos mixtos beta,3 –4 y los arabinoxilanos son las hemicelulosas predominantes en las
semillas de cereales( los dos últimos incluyen en parte los polímeros insolubles y solubles en agua. Las
henicelulosas incluyen otros hetropolímeros ramificados entre los que se hallan los arabinogalactanos (
en la soya) ,galactomananos (semillas de legumbres ). Cuantitativamente, las hemicelulosas constituyen
entre 10 a 25% de la materia seca (MS) de los forrajes y subproductos agroindustriales ( afrecho,
cáscaras, semillas y pulpas ). Y alrededor de 2 al 12% de los granos y raíces.
Las pectinas se componen de un esqueleto lineal de ácido poligalacturónico siempre ramificado con
azúcares neutras (principalmente arabinosa y galactosa). Este esqueleto lineal se interrumpe de vez en
cuando, por unidades de l-ramnosa , lo que conduce a una desvición del eje. Las sustancias pécticas
corresponden con varias clases de polímeros, incluyendo las pectinas (esqueletos de ramnogalacturanos
y cadenas laterales de arabinosa y galactosa.) y polisacáridos neutros (arabinanos, galactanos y
arabinogalactanos que se asocian frecuentemente a las pectinas. Las sustancias pécticas se hallan en la
capa media de las células de la pared, especialmente en la pared celular primaria (tejidos jóvenes) de
las plantas dicotiledóneas. Las pectinas de la capa media sirve en el tejido de las plantas como “goma”
cementante que une a las células. Las pectinas se hallan en relativamente alto nivel en las plantas
leguminosas y en la pared de los frutos. Una de las principales fuentes de pectinas en la alimentación
animal es la pulpa de cítricos y de remolacha. Las plantas leguminosas contienen 5-10%, por ejemplo
la alfalfa. En los cotiledones de las semillas de legumbres, las pectinas total (insoluble y soluble)
alcanza 4-14% de la MS, tal como guisante, lupimo blanco etc.
Los polisacáridos solubles y oligosacáridos incluyen moléculas con un grado de polimerización que de
15 a más de 2000 ( beta glucanos ). La mayoría de ellos son insolubles en agua : etanol 80:20. Se hallan
249
en bajos niveles en los ingredientes de los alimentos animales. Se hallan hemicelulosa soluble tal como
arabinoxilanos en trigo, avena y cebada aproximadamente de 2--4% MS). Y beta glucanos (en cebada
y centeno 1-3% MS), oligosacáridos tales como alfa –galactósidos (en lupino, guisantes o semillas de
soya, 5-8% de la MS).y sustancias pécticas solubles ( pulpas de frutas o remolachas, 10% MS ).
Así, es importante tener en cuenta que la fibra dietética no es una simple suma de compuestos aislados,
sino que es una UNIDAD BIOLÓGICA que según el tipo de planta o alimento, variará la presencia o
proporción en que estos se combinan entre sí; con sus propiedades intrínsecas e influyan de manera
importante en la fisiología digestiva de los animales y la consuman.
Caracterización de la matriz fibrosa
La complejidad de la matriz fibrosa de los alimentos ha dificultado su caracterización. En un taller realizado
en Holanda 1998 por el proyecto PROFibra de la Comunidad Económica Europea, se planteó que la
caracterización de la fibra dietética comprendía el conocimiento de la composición química de los
componentes de la pared celular (estructura primaria), de los aspectos estructurales de los polisacáridos
constituyentes (estructura secundaria) y la denominada estructura terciaria o arquitectura de la fibra que se
refiere a la relación estructura y comportamiento funcional de los componentes de la pared celular y sus
efectos fisiológicos. Esta estructura ha sido poco explorada y ello constituye la principal limitación para
conocer el comportamiento de la fibra dietética en los alimentos durante el tránsito digestivo.
No obstante, el primer reto a que se enfrentan los fisiólogos para una mejor comprensión acerca del
papel de la fibra en las especies monogástricas es encontrar técnicas analíticas apropiadas para estudiar
la composición química de la fibra dietaria. Un resumen de los principales métodos utilizados se
muestran en la tabla 2.
Tabla 2. Métodos utilizados para la determinación de fibra y su especificidad relativa al
método de Prosky (1984)
Indicadores
% del nivel teórico estimado
Relación
Método
determinados
Fibra bruta
(Weende, 1887)
Fibra neutra detergente
(FND) (Goering y Van
Soest, 1970)
Fibra ácido detergente
(FAD) (Goering y Van
Soest, 1970)
Enzimático gravimétrico
(Prosky, (1984
Celulosa, lignina,
hemicelulosa
75
25
50
0
Menos
Celulosa, lignina,
hemicelulosa, pectina
100
75
100
0
Menos
Celulosa, lignina,
hemicelulosa (-)
100
75
100
0
Menos
100
100
Enzimático químico
(Engliyst, 1989)
Fibra dietética total
soluble e insoluble
Determina y
diferencia los
polisacáridos de la
fibra dietética
Celulosa
Hemicelulosa
Lignina Pectina
A FDT
Método de referencia
100
100
Más
Fuente: Scheeman(1989) y Savón (1996)
250
Los métodos enzimáticos gravimétricos y/o enzimático-químico al representar los procesos digestivos que
tienen lugar en el tracto, permiten determinar con más exactitud el contenido de fibra dietética en los
alimentos.
Por otra parte, en las especies monogástricas la fibra dietética no se clasifica sólo atendiendo a su
composición ,sino al grado de solubilidad en agua con lo que se asumen los conceptos de fibra
dietética soluble y fibra dietética insoluble composición química de los componentes de la pared
celular (estructura primaria), de los aspectos estructurales de los polisacáridos constituyentes
(estructura secundaria) y la denominada estructura terciaria o arquitectura de la fibra que se refiere a la
relación estructura y comportamiento funcional de los componentes de la pared celular y sus efectos
fisiológicos. Estas fracciones se caracterizan por tener efectos fisiológicos diferentes (ver Fig 2)
debido a lo cual constituye una necesidad conocer sus componentes cualitativa y cuantitativamente
para predecir desórdenes nutricionales y de salud.
FD
FDS
•
FDI
•
•
•
β glucanos
•
•
•
•
Pectinas
Gomas
Mucílagos
Hemicelulosas
solubles
•
•
•
Maíz, trigo
Cítricos
Vegetales
•
•
•
Celulosa
Lignina
Hemicelulosa
insoluble
Harinas integrales
Follaje de leguminosas
Gramíneas
ANTINUTRIENTES
Reguladora de la función del
tracto gastrointestinal
Figura 2. Clasificación de la fibra dietética, fuentes de procedencia y principales efectos fisiológicos
(Tomado de Potty 1996)
La composición química de la pared celular de los alimentos fibrosos pueden variar según la naturaleza
y origen de la fibra (Mastrapa et al. 1996 y Savón et al. 1998). Estos últimos, caracterizaron la pared
celular de las harinas de follaje tropicales y las compararon con el maíz y la alfalfa encontrando que la
fibra dietética total de las harinas del follaje de plátano y canavalia duplicaban el valor informado para
la alfalfa (tabla 3).
251
Tabla 3. Fraccionamiento de la fibra dietaria en harinas de follajes tropicales
Fuente Fibrosa
FDtotal
FB
FND
FAD Lignina
Celulosa
Hemicelulosa
Medicago sativa
Canavalia ensiformis
Lablab purpureum
Vigna unguiculata
Variedad Habana 82
Variedad Trópico
Musa paradisiaca
Tricantera gigantea
Zea mays
39.87
74.05
69.92
30.0
32.0
27.61
52.79
25.54
46.17
41.08
7.75
11.92
12.20
12.09
35.08
31.07
5.87
17.46
16.12
48.89
57.81
71.08
45.26
28.02
25.5
43.2
-
43.46
40.13
68.57
35.33
27.36
38.28
27.71
40.64
27.26
13.20
9.9
6.34
6.05
10.76
2.73
19.32
22.12
15.61
13.21
14.58
11.44
27.83
6.76
14.16
Fuente: Savón et al., 1999
Otro aspecto fundamental es la determinación de la estructura de los componentes de la pared celular
de la fibra. En el caso de los alimentos fibrosos no convencionales es notorio el trabajo realizado en
Cuba por Marrero (1998) quien comparó la estructura de la fibra neutra detergente de la harina de caña
con la del maíz y otro producto obtenido por un procesamiento biotecnológico de la harina de caña
(Saccharina) mediante microscopía electrónica y procesamiento digital de imágenes. Como resultado
observó que el tipo de fuente y el procesamiento tecnológico influían en la estructura de la fibra.
Además, las fuentes no convencionales tuvieron un mayor contenido de esclerénquima, como ha sido
descrito en otras harinas y forrajes tropicales, lo cual sugiere un mayor grado de madurez o
engrosamiento de la planta, lo que puede hacer menos aprovechable a la harina de caña respecto al
maíz.
En otro experimento Savón et al (2000) estudiaron los grupos funcionales de la fibra neutro detergente
de harina de follaje de Vigna unguiculata y la de la harina de follaje de alfalfa y hallaron una gran
similitud en las absorciones debido a la presencia de polisacáridos (celulosa) pero las absorciones del
grupo éster fueron más intensas en la alfalfa en tanto que la Vigna unguiculata, var. Habana82 la
presentó para el grupo amida.
Con respecto a la estructura terciaria que determina la relación estructura función de los componentes
de la pared celular y sus efectos fisiológicos (Mc Doughall et al 1996) el problema se centró en las
técnicas físicas disponibles para el estudio de la matriz fibrosa y sus propiedades en el sitio de acción
propuesto. En la actualidad se han manejado dos métodos para estudiar la arquitectura de la fibra: el
propuesto por Gidley (1998 ) que utiliza la espectroscopía de resonancia magnética nuclear y el de
Chesson (1998 ) que emplea la adsorción de gas y las técnicas de imágenes .Estos métodos se han
investigado en alimentos fibrosos convencionales y hasta el momento no se ha realizado ningún trabajo
en fuentes fibrosas no convencionales.
Propiedades físico-químicas de la fibra dietética
Los mecanismos específicos por los que la fibra dietética actúa sobre diversas funciones
gastrointestinales y metabólicas no han sido totalmente aclaradas . Se considera que las propiedades
físicas de la FD son una de las causas principales de los efectos fisiológicos que se producen al
252
administrar los alimentos fibrosos a los animales monogástricos. Por ello, la determinación de estas
propiedades tiene un valor preponderante, aunque no único, en la predicción de la influencia de las
funciones del tracto gastrointestinal de los animales (Ruíz, 1991 y Southgate, 1998).
La calidad de la fibra se modifica considerablemente por sus propiedades físicas, las que pueden ser
independientes de su composición química. Factores como tamaño de partículas, volumen, solubilidad
y propiedades de superficie como la capacidad de adsorción de agua, capacidad bufferante o tampón,
capacidad de intercambio catiónico, viscosidad y fermentabilidad, pueden influir en procesos
biológicos como el consumo y digestión de nutrientes. De ahí, la importancia de su determinación, si se
pretende introducir alimentos altos en fibra en la alimentación de aves y cerdos, aunque en la literatura
consultada no existe ningún trabajo al respecto.
Recientemente, Savón et al (1999) recopilaron, modificaron y validaron las técnicas para determinar
algunas propiedades físico químicas de alimentos fibrosos y las utilizaron en el análisis de fuentes
tropicales no convencionales. Los resultados se muestran en la Tabla 4. En general se observó un
aumento del volumen de la fibra y de la capacidad de absorción de agua en las fuentes no
convencionales respecto al maíz, lo que demuestra que estos alimentos tienen menor probabilidad de
solubilizarse en agua y su mayor capacidad de adsorción de agua pudiera ser favorable para la fibra, ya
que la humedad facilita la hidrólisis de las enzimas celulasas.
Tabla 4. Propiedades físicas de la fibra dietaria de fuentes fibrosas tropicales
Fuente fibrosa
Leguminosas
Harina de follaje
Medicago sativa
Lablab purpurea
Canavalia ensiformes
Vigna unguiculata
Variedad Habana 82
Leucaena leucocephala
Variedad Perú
Cajanus cajan
Harina integral
Styzolobium aterrimun
Lablab purpurea
Gramíneas
Saccharum officinarum
Variedad Jaronú 62
Otras fuentes fibrosas
Centrosema pubescens B
Trichantera gigantea
Zea mays
Harina de cítricos
Alimentos obtenidos por vía
biotecnológica
Saccharina
Citroína
Solubilidad Volumen
%
ml/g
Capacidad
adsorción
agua
g/g FND
Capacidad
bufferante
meq
meq
de base de ácido
Capacidad Intercambio
catiónico meq/g FND
26.50
22.50
23.50
3.10
5.93
4.4
7.49
6.06
6.58
0.36
0.30
0.30
0.53
0.36
0.35
-
22.00
2.35
7.84
0.20
0.02
-
16.02
18.58
1.89*
4.75
5.52
6.08
-
-
0.64
0.93
22.50
20.00
3.04
3.09
6.07
6.73
0.28
0.24
0.29
0.39
-
39.00
7.94
6.99
0.30
0.64
0.20
21.32
49.50
22.00
3.43
2.31
1.71
2.42
6.82
5.57
1.39
7.45
0.55
0.67
-
0.65
0.63
-
0.59
0.63
-
23.00
25.50
7.01
2.27
7.57
6.53
0.33
-
0.51
-
0.19
-
253
En cuanto a las aves y cerdos, las características señaladas podrían afectar el tiempo medio de retención
de las digestas, a través de un efecto mecánico o laxativo en el tracto gastrointestinal con un aumento
del peso y volumen de las excretas (Sosulski y Cadden, 1982 y Eastwood, 1992).
Además, el aumento del tránsito intestinal provocará una menor absorción de nutrientes y energía
(Saura-Calixto, 1988). También se halló una disminución de la CIC de las fuentes más voluminosas, lo
que se relacionó con la menor composición en fibra dietética soluble respecto al cereal tradicional y un
aumento en el contenido de lignina con menor número de sitios intercambiables libres. Esta
característica puede contribuir al incremento del poder tampón de estas fuentes fibrosas en el TGI.
El análisis de correlación realizado entre el fraccionamiento químico de la porción fibrosa y las
propiedades físicas de estos alimentos mostró altas correlaciones para algunos indicadores (tabla 5).
Tabla 5. Correlaciones de mayor interés entre los indicadores químicos y las propiedades físicas
de algunas leguminosas tropicales
Fuente fibrosa
Indicadores
Medicago sativa
Capacidad buffer – FAD
CAA - lignina
CAA – Fe
Lignina – Fe
Coeficiente de correlación (r)
0.94*
0.93*
0.98**
0.97**
Lablab purpurea
Lignina – celulosa
Volumen-FAD
CAA – Solubilidad
Hemicelulosa – Mn
0.99**
0.97**
0.91*
-0.89*
Stizolobium aterimum
Capacidad bufer ácida – FND
Solubilidad – Ca
Capacidad buffer ácida – volumen
Celulosa – Na
Lignina – Mn
0.88*
0.97**
0.90**
0.93**
0.95**
Vigna unguiculata
Variedad Habana 82
P < 0.05
Volumen – FAD
Volumen – Fe
0.95*
0.97*
** P < 0.01
La fibra dietética y sus efectos fisiológicos en el TGI de aves y cerdos
El conocimiento de las propiedades físico químicas de la fibra dietética y sus implicaciones en la fisiología
digestiva de los animales permite optimizar su utilización en la dieta.
Se ha planteado que la fibra dietética, a través de sus propiedades físico químicas de sus componentes
solubles e insolubles puede ejercer varios efectos fisiológicos a lo largo del tracto gastrointestinal de
aves y cerdos. La magnitud con que esto tiene lugar depende de la forma física y naturaleza química
(fuente y procedencia, tipo de fibra de que se trate, procesamiento a que fue sometida, además de la
adaptación y características del animal (edad y peso vivo). Los efectos fisiológicos más importantes
son el efecto en el consumo voluntario en las secreciones digestivas y absorción en el tránsito intestinal
y metabolismo lipídico. Un resumen de lo anterior se muestra en la tabla 6.
254
Tabla 6.
Propiedades físicas de la fibra dietética y posibles mecanismos involucrados en la
modificación de los estados fisiológicos de asimilación.
Proceso fisiológico
Propiedades de la Fibra dietética
Mecanismo de acción
Consumo
Volumen
Capacidad de adsorción de agua
Dilución energética
Mecánico
Viscosidad
Sabor
hormonal
Velocidad de tránsito
Volumen
Tamaño de partículas
Capacidad de adsorción de agua
Mecánico
Viscosidad
hormonal
Hidrólisis enzimática
y absorción
Capacidad de adsorción de agua
Capacidad de intercambio catiónico
Arquitectura
Carácter hidrófobo
Viscosidad
Adsorción
hormonal
Actividad microbiana
Relación
Hemicelulosa
Celulosa
Estructura de la pared celular
Capacidad de intercambio catiónico
Velocidad de tránsito
Crecimiento microbiano
Potencial fermentativo
Fuente. Graham (1988).
Así, la inclusión de fibra en las raciones de aves y cerdos generalmente produce un incremento en el
consumo de alimento para mantener el consumo de energía digestible. Sin embargo, el conocido efecto
de limitación en el consumo con altas concentraciones de fibra se atribuye a la voluminosidad de estas
raciones y a la capacidad de retención de agua de las porciones solubles de la fibra. Esto último pudiera
alterar los estímulos que regulan en consumo de alimentos.
Los efectos de la fibra dietética en las secreciones digestivas son considerables. Trabajos clásicos de
Zebrowska (1983) y Low (1989) refirieron incrementos en las producciones biliares y pancreáticas de
los cerdos que recibieron dietas altas en fibra. Las secreciones pancreáticas se acompañaron de una
mayor producción de electrolitos y una mayor actividad de las proteasas y amilasas. Los mecanismos
por los que puede influenciar las secreciones digestivas están relacionados con la voluminosidad de la
digesta y la capacidad de retención de agua, aunque también se plantea un control hormonal, a través
de la secretina.
Ciertos tipos de fibra dietética aumentan la viscosidad de la ración y de los contenidos intestinales,
ocasionando un incremento en la secreción del nitrógeno endógeno constituido por proteína y DNA.
Esto sugiere una exfoliación de las células de la mucosa intestinal debido a una erosión mecánica.
Por otra parte, las fuentes fibrosas pueden alterar el tránsito intestinal en diferentes secciones del tracto
gastrointestinal dependiendo de su habilidad para formar geles. Se ha demostrado que la fibra dietética
soluble afecta la motilidad intestinal y atrasa el paso de la digesta en el intestino. Esto no parece ofrecer
beneficio alguno, ya que sus propiedades hidrófobas y adsortivas retardan la digestión y absorción de
los nutrientes (Periago et al., 1993). En tanto, la fibra dietética insoluble puede acelerar el tránsito
intestinal. Esta aceleración disminuye el tiempo disponible para la digestión y absorción de nutrientes
por lo que restringe la utilización de los mismos. Así, los efectos de la fibra dietética insoluble (FDI) en
255
la motilidad intestinal depende de su nivel en la dieta y el tipo de fuente. Un alto consumo, por lo
general, reduce el tiempo de tránsito, lo cual se atribuye a un aumento de su motilidad, debido a que las
celulosas según Cherbut et al. (1994) son las responsables de agrupar las contracciones en el complejo
mioclectrico. Se puede decir que exista una relación directa entre el contenido de FDI en la dieta
(principalmente hemicelulosa y celulosa) y la velocidad a la cual los nutrientes transitan por el TGI.
Además, es necesario considerar que este incremento en el tránsito intestinal por la presencia de fibra
se halla íntimamente relacionado con el tamaño de partículas. De manera que una reducción en el
tamaño de partículas o el volumen de las fuentes fibrosas disminuye la velocidad de tránsito de las
digestas en el TGI del ave.
Para comprobar lo planteado con anterioridad Marrero (1998) realizó un experimento “in vivo” donde
evaluó el efecto de las características de la FND de los alimentos no convencionales altos en fibra (la
harina de caña fresca o biofermentada por un proceso biotecnológico sencillo: Saccharina) en la
velocidad del tránsito intestinal del pollo de ceba los nutrientes. Se pudo observar efectos del tipo de
fuente fibrosa en el TMR de las partículas, el cual disminuyó de manera significativa en la saccharina
respecto a la harina de caña.
Otro aspecto interesante es que en este experimento las dietas fueron formuladas a partir del consumo
de FB y como se aprecia en un mismo intervalo de tiempo, el consumo de las fuentes fibrosas varió
entre tratamientos.(Tabla7) Estas variaciones no tuvieron repercusión en la FB, pero sí en la FND, lo
que sugiere la menor idoneidad de la FB, para formular los piensos avícolas, sino la necesidad de
hacerlo considerando el contenido de FND en la ración.
Tabla 7. Efecto de las dietas experimentales en el consumo y tiempo medio de retención de los
alimentos en el pollo de ceba.
Indicadores
Consumo de MS (g/día)
Consumo de FB (g/día)
Consumo de FND (g/día)
Excreción de MS (g)
TMR (horas)
Tratamientos
Almidón, maíz,
soya desc.
114.32c
90.72
15.05c
Almidón, maíz. Harina Almidón,maíz, Saccharina
Sig.
de caña Soya desc.
Soya desc..
117.38b
7.31
10.65
84.79
16.95ª
122.02ª
7.60
12.84
86.66
16.07b
***
***
Ab valores medias con letras distintas en una misma columna son estadísticamente diferentes.
Fuente. Marrero, 1998
La fermentación es otra característica físico química de la fibra que se ha comprobado que desarrolla
un efecto fisiológico en el TGI. Se ha observado diferencias en la capacidad de fermentación entre
diferentes tipos de fibra. Existe una relación inversa entre la fermentación de la fibra y el volumen
fecal. A menor digestibilidad y fermentabilidad se obtendrá un mayor volumen y peso de las heces. La
utilización de fibras más degradables con menor retención de agua es favorable para la disminución del
volumen fecal, por lo que es necesario conocer la forma física del alimento.
Las dietas ricas en polisacáridos no almidón ( PNA ) provocan modificaciones en la morfología
intestinal, tanto en el cerdo como en las aves. En dependencia de la fuente se puede alterar la longitud y
número de vellosidades en el intestino, así como la velocidad de proliferación celular. En el pollo, por
256
lo general, la inclusión de FDS provoca una aumento del recambio celular. La fibra dietaria puede
afectar el tamaño y peso del intestino.
El uso de fibra dietética en los piensos de los pollos origina un alargamiento de los ciegos que según
Eastwood (1993) es la respuesta de un ajuste fisiológico normal provocado por el aumento de tiempo
de permanencia de las fibras en estos órganos y de la masa microbiana y productos finales de la
fermentación.
En investigaciones realizadas por Hansen et al. (1992) y Zhao et al. 1995 se demostró que los cerdos
que consumen dietas altas en fibra presentan un incremento del peso del hígado, riñón y segmentos
vacíos del TGI con relación al peso corporal. Estos resultados se han confirmado en dietas no
convencionales altas en fibra, tanto en aves como en cerdos en diversos experimentos realizados por
Rodríguez (1990), Ly (1995); Marrero (1999) y Savón (2000).
Con relación a las dietas fibrosas y la microflora del TGI de aves y cerdos se ha planteado que en
dependencia de la fuente la presencia de fibra dietética provoca un aumento en la concentración de
bacterias celulolíticas que a la vez se incrementaron a expensas de otros microorganismos. Este
comportamiento es el signo más importante de adaptación en la utilización de la fibra. Contrariamente,
las bacterias viables pueden no afectarse por la presencia de fibra. En general, hay más de 500 especies
de bacterias celulolíticas en los ciegos y colon de aves, cerdos y conejos cuya actividad depende de los
residuos indigestibles en esta zona, entre los que se encuentran almidones, carbohidratos y grasas
(Varel, 1987).
En los últimos años se ha señalado la presencia de hongos celulolíticos y protozoos en el intestino
grueso de especies monogástricas que reciben dietas fibrosas. Al respecto Rodríguez (1996) logró aislar
hongos celulolíticos analizados en el ciego de pollos a los que se les suministraba una dieta de pienso
con niveles crecientes de un alimento alto en fibra (Saccharina). Como resultó se comprobó que existía
una relación lineal entre el número de hongos celulolíticos (r=0.72, P<0.001) y el nivel de fibra en la
dieta, lo que confirmó desde el punto de vista biológico que el sustrato fibroso presente determina tanto
el número como el grupo fisiológico que en él se desarrolla. López y Rodríguez (1996) también
encontraron resultados similares en cerdos.
Con respecto a los microorganismos ciliados se ha apuntado que estos provocan un incremento en la
digestión de compuestos lignocelulósicos y la materia orgánica: como reguladores al reducir la
intensidad de la fermentación de los almidones y ejercer un efecto amortiguador evitar una producción
de AGCC que inhibe la actividad celulolítica.
Se ha demostrado que niveles elevados de fibra en las raciones de las aves producen una reducción en
la absorción del colesterol y de los lípidos al nivel intestinal Marrero 1997; datos inéditos) Este efecto
fisiológico se debe a la fracción soluble de la fibra (pectinas) y también a la lignina.
Similarmente, la FDS puede disminuir indirectamente la síntesis de colesterol y de la insulina hormonal
que interviene en su síntesis. Además tienen características hipocolesterolémica los ácidos grasos de
cadena corta (acetato, propionato y butirato) que se producen en el colón como consecuencia de la
fermentación de la FDS (Lairon 1996). Por otra parte, la propiedad de intercambiar cationes de las
fibras parecen restringir los movimientos de los Minerales. También las dietas altas en fibras
incrementan la excreción fecal de calcio, hierro, magnesio y zinc. El cobre, el calcio y el zinc son
pobremente absorbidos en el lumen intestinal (Prosky y De Vries, 1992).
257
Utilización de la fibra dietética y aprovechamiento energético.
Se han utilizado diversos trabajos relacionados con la utilización de la fibra dietética y el
aprovechamiento de las dietas en aves y cerdos. La eficiencia de utilización de la fibra depende de la
fibra, depende de varios factores.
♦
♦
♦
♦
♦
Naturaleza y nivel de fibra
Vaciado gástrico y velocidad de tránsito
Especie, raza, categoría y estado fisiológico
Localización y grado de fermentación de los microorganismos
Extensión de la absorción de los ácidos grasos de cadena corta producidos
La fuente y el contenido de fibra de la ración influye en la digestibilidad de este nutriente. La magnitud de
redacción de la digestibilidad estará influenciado por el origen y composición de la fibra y su nivel de
inclusión en la dieta, y según Chabeauti et al (1991) existe una alta correlación (N=0.98) entre la
digestibilidad aparente de energía y la de los polisacáridos no amiláceos contenidos en la dieta, sobre todo si
habían sustancias pécticas en las dietas.
Además de la pectina, la hemicelulosa es otro constituyente de la pared celular de los vegetales que
considerablemente degradada por los cerdos. La hemicelulosa está presente en un promedio de 10-25
% en la MS de los forrajes de muchos subproductos individuales y en apenas 2-12 % en las raíces. De
acuerdo con Ferrera (1990) esa mayor digestibilidad de la hemicelulosa probablemente se deba a una
mayor reactividad de algunos de sus enlaces químicos a la acidez gástrica, de tal forma que los
productos resultantes queden expuestos a la digestión intestinal.
Con relación al nivel de fibra se conoce que por lo general, un aumento en el contenido de este
nutriente en las raciones de monogástricos, conlleva a una disminución del tiempo disponible para la
fermentación en el intestino, lo que finalmente deprime la digestibilidad de las fracciones fibrosas. Un
ejemplo de lo anterior se muestra en la tabla 8.
Tabla 8: Fraccionamiento de la fibra de las heces de cerdos que reciben las dietas experimentales.
Indicador
Control
(trigo /soya)
Tratamientos
trigo /soya
trigo /soya
10 % Vig ung. 20 % Vig ung
FND
FAD
Hemicelulos
a
Celulosa
Lignina
Rel. H/C
Rel. H/L
42.92b
23.34ª
19.58b
46.70ª
26.60b
20.10b
45.86ab
30.13c
15.73b
10.64ª
3.93c
1.84
4.98
18.09b
5.98b
1.11
3.36
20.05c
6.23b
0.78
2.52
*** p<0.001
*p < 0.05
trigo /soya
30% Vig ung
ES+
Sing
48.42ª
32.44d
15.98ª
1.05*
0.63***
0.73***
19.01d
6.78ª
0.84
2.35
0.28***
0.10***
abc: medias con superíndices distinto difieren a p<0.05 Duncan (1955).
Fuente. Savón 2000
Llama la atención un experimento realizado por Marrero et al 1995 en pollos de ceba a los que se
incluyó niveles crecientes de 1.5 unidades de FND en la MS aportada por la Saccharina. Como
resultado obtuvieron que la digestión se vio influida por el nivel de fibra dietética y que contrariamente
258
a lo señalado por Carré et al (1990), los pollos utilizaron con cierta eficiencia las fracciones insolubles
de los alimentos (tabla 9).
Tabla 9. Retención aparente de los componentes de la pared celular del pienso en pollo de ceba.
Indicador %
Retención aparente FB
Tratamiento (% FND en la MS)
14.01
15.01
16.07
17.58
35.06ª
32.52ª
34.57ª
ª
b
35.54
ª
3.20b
ES ±
3.20***
b
2.20++
Retención aparente FND
35.74
Retención aparente FAD
37.53ª
38.41ª
43.28ª
26.87b
2.80**
Hemicelulosa
41.83ª
28.36b
31.14b
14.58c
2.26***
Celulosa
40.8b
48.47b
66.88ª
36.18c
3.40**
26.39
27.44
Obsérvese que la utilización de la celulosa se incrementó de modo proporcional al consumo de FND
hasta el tratamiento III (16-07) para poder explicar lo anterior se deben considerar varias cosas.
♦ En términos de tracto gastrointestinal y su función las aves presentan sitios de reciclaje de las
partículas fibrosas que les permite hacer un uso más eficiente de la fibra dietética, al atrasar el
tránsito a través del tracto, reexponer la digesta a las secreciones gástricas e incrementar su
digestibilidad (Rodríguez, 1995).
♦ El tamaño de partículas de los piensos, (< de 1 mm) produjo un mayor estímulo mecánico que
debió favorecer la función del esfinter ileocecal.
♦ Incremento de la actividad de los microorganismos del ciego con una adaptación fisiológica que
aumente su capacidad digestiva ante la presencia del tipo y nivel de fibra.
♦ Disminución de la cristalinidad de la celulosa.
♦ Inclusión de fibra dietaria mejorada respecto al control.
♦ La no afectación de las proporciones de MS consumida en relación al consumo de FND.
Diversos trabajos realizados con otras fuentes fibrosas han demostrado que la digestibilidad aparente de
materia seca, de energía y de proteína bruta disminuye significativamente con el aumento del nivel de fibra
(Van Soest 1985, Rodríguez et al 1988, Savón et al 1994, Marrero 1999 y Savón 2000 (inédito).
Con respecto a los métodos utilizados para la determinación de la disponibilidad de nutrientes,
tradicionalmente se han empleado técnicas “in vivo” y ello demanda animales, instalaciones y
alimentos, que aumenta los costos y el rechazo por parte de los especialistas. Esto ha conllevado que
durante los últimos años se hayan desarrollado procedimientos “in vitro” que simulan los procesos
digestivos en animales de estómago simple y permitan determinar a corto plazo la biodisponibilidad de
las materias primas utilizadas en la alimentación de animales monogástricos. Estos incluyen trabajos
realizados por varios autores Graham et al 1985, Lowgren et al 1992 en cerdos y Sakamoto y Asoor
(1980) y Clunies y Leeson (1984) en aves. Estos métodos se basan en una simulación de la digestión
intestinal obtenida de un cerdo canulado a la que es sometida el alimento en cuestión. Estas técnicas “in
vitro” fueron validadas contra los métodos in vivo y se obtuvieron correlaciones aceptables 0.87 y 0.90
respectivamente.
El reconocer la similitud existente entre la eficiencia digestiva de las especies monogástricas el contenido
intestinal del cerdo “in vitro” se puede extrapolar a otros animales de estómago y en principio hace una
buena estimación de los procesos digestivos in vivo, ya que la biodisponibilidad de los sustratos es el factor
259
determinante, aunque como en otros métodos “in vitro”, al no considerar los factores antinutricionales o
estados fisiológicos de los animales, los valores obtenidos pueden ser sobreestimados.
En realidad estas técnicas se han utilizado en la evaluación de alimentos convencionales por lo que en
el Instituto de Ciencia Animal, Savón et al 1997 propusieron una metodología basándose en el método
de Lowgren para la evaluación de alimentos fibrosos para cerdos. Posteriormente Marrero (1998)
propuso la utilización del inóculo fecal de cerdo para determinar la digestibilidad de los nutrientes en
pollos de ceba. En ambos casos los autores obtuvieron errores de sesgos y de regresión aceptables entre
los coeficientes de digestibilidad de FND. Ver tabla 10.
Tabla10. Validación “in vitro” e “in vivo” para la digestibilidad total de la FND en aves y cerdos*
Indicadores
Especies
Aves
FND
Media real
Media estimada
Proporción del error
Sesgo
Regresión
Aleatorio
Cerdos
24.51
24.05
42.77
42.85
0.000006
0.32
0.67
0.000028
0.36
0.63
* Se evaluaron el maíz, harina de caña y Saccharina en cerdos y el maíz y saccharina en las aves.
También Ly et al 1997 concluyeron varios experimentos en Vietnam donde desarrollaron un nuevo
método “in vitro” para estimar la digestibilidad de la MS de alimentos tropicales (entre los que se
encontraron los ricos en pared celular vegetal) a partir de su valor de lavado.
Con relación a la utilización de los nutrientes, al parecer, en las aves domésticas no existe limitación
para la utilización de la celulosa, sino a ciertos niveles de fibra en el pienso. Según Ruiz (1991) entre el
10 y el 80 % de la fibra que escapa a la acción enzimática del TGI superior sufre un proceso de
fermentación en los ciegos, bajo determinadas condiciones de pH (6.7-7.8) y de temperatura (39-41ºC).
Existe diferencia entre especies de aves en la capacidad para asimilar determinados niveles de fibra.
Así, las ocas y patos consumen grandes cantidades de forraje si se le suministra; otro tanto ocurre con
los guineos y patos. La eficiencia de utilización se relaciona estrechamente con la velocidad de tránsito
intestinal, la que presenta grandes variaciones entre las aves de corral. Así, en pollos y pavos, el tiempo
medio de retención es de 12-24 horas; menos de 12 horas en patos y gansos y los avestruces muestran
un tiempo de pasaje muy lento, lo que le garantiza mayores posibilidades para digerir materiales
lignocelulósicos (Smith y Sales, 1996).
El punto crítico en la utilización de dietas con alimentos alternativos ricos en fibra es el consumo. Es
evidente que sea por falta de capacidad de un tracto no distendido se limita el consumo de una dieta
diluida el animal quedará por debajo de sus requerimientos. La adaptación a dietas fibrosas puede
demorar más de 4 meses en ponedoras (Rodríguez y Velazco, 1995), y ésta es la causa de que estos
autores recomendaban incluir volúmenes mayores de fibra en el alimento de las pollonas durante el
crecimiento, si después en la madurez van a recibir dietas no convencionales.
También la edad y peso vivo tienen efecto en la digestibilidad de la fibra. Los animales jóvenes son
más sensibles a la utilización de altos niveles de fibra (Carré, 1984; Debner et al 1968). Cuando se
260
compara los cerdos en crecimiento con las cerdas, los coeficientes de utilización digestiva de la fibra
son más altos para las cerdas. Las cerdas están más adaptadas al uso de la energía de los alimentos altos
en fibra. Estas diferencias fueron más pronunciadas a medida que se incrementa el nivel de fibra. Entre
los factores que favorecen la digestión de la fibra en las cerdas se halla el poseer un mayor número
intestinal con un menor tránsito digestivo debido a menor nivel de ingestión. Sin dudas, la restricción
de alimento relacionada al consumo voluntario es más alta para las cerdas que los cerdos en
crecimiento.
Las dietas altas en fibra son más utilizadas durante la gestación, debido a las elevadas necesidades de la
lactación. Se ha valorado la introducción de alimentos no convencionales altos en fibra (Díaz et al
1993) sin efectos perjudiciosos en el comportamiento reproductivo. Sin embargo, los estudios de
digestión de la fibra tienden a disminuir de los inicios de la gestación al período intermedio y
disminuye de éste al período final de la gestación.
Con relación al sitio de digestión de la fibra aunque durante mucho tiempo se ha conocido que el ciego
y el colon son los lugares donde tiene lugar la fermentación de la fibra, estudios realizados con cerdos
canulados han revelado que existe alguna degradación especialmente con algunas leguminosas
fácilmente fermentables como la pulpa de cítricos (Dierick 1989). Savón, et al (1994) encontraron
valores más elevados de degradación a nivel ileal de componentes de la pared celular en dietas no
convencionales de harina de caña
Estos autores hallaron bacterias y hongos celulolíticos (1011 ufc/ml/ en esta región, lo que pudiera
explicar estos resultados.
El intestino grueso de las aves es el único lugar posible para la fermentación microbiana de las fibras.
Con frecuencia la longitud de los ciegos ha sido relacionada directamente con la capacidad de digestión
de la fibra.
De la fermentación microbiana de la fibra se obtienen como productos finales los ácidos grasos de
cadena corta (AGCC) los que constituyen entre el 0.2 y 1 % del contenido cecal a partir de la glucosa.
Se obtiene en primer lugar acetato y en menor cantidad propionato y butirato, los ácidos isovalérico,
valérico, lactico y gases como H., CO2 y metano. El metano carece de importancia biológica en los
monogástricos solucionado en las aves.
La producción de AGCC en el intestino grueso de aves y cerdos está relacionada con el tipo y nivel de
fibra en la dieta. La concentración de AGCC en el intestino grueso aumenta linealmente con el
incremento de FND.
En general, un aumento significativo en los niveles de fibra de la dieta origina un incremento en la
razón acetato/propionato. Las dietas que contienen forrajes tienden a producir una preponderancia del
ácido acético, el que puede variar entre 60-75 %.
Las variaciones pueden deberse al tipo de forraje y a su estado de madurez. En estos casos el ácido
propiónico tiende a ser 17-19 % y el butírico 8-12 %. El propiónico y el butírico están inversamente
correlacionados con el metano lo que pudiera favorecer un aumento de la relación propiónico: butírico.
En ocasiones la inclusión de fuentes fibrosas en sustitución parcial del maíz en las aves es mucho
menor que en otras especies y por tanto pudiera favorecer el patrón de fermentación propiónico.
261
También hay que tomar en cuenta que en el ciego de los pollos el Propionibacterium fue identificado
como uno de los más abundantes (Salanitro et al 1978).
También se ha observado en otras especies monogástricas como el conejo, la conversión del acético a
butírico y el predominio de este último por dominancia del Butirivibrium Spp (Bellier et al 1995). Algo
similar pudiera ocurrir en las aves.
Estos resultados proporcionan beneficio para el ave, ya que el ácido propiónico es de naturaleza
glucogénica lo que hace que se relacione de modo positivo con la producción de carne. Otro aspecto
interesante sería el papel del ácido butírico, ya que las células del ciego tienen preferencia por el mismo
como fuente energética.
Los AGCC producidos en el TGI se metabolizan en la mucosa, éstos son transportados eficientemente
y cantidades considerables pueden llegar a sangre para su metabolización posterior. Se considera que el
aporte de los AGCC es de 25-30 % para los requerimientos energéticos del mantenimiento en el cerdo,
50 % en el conejo y 17 % en los pollos. La producción de AGCC en los gansos no es significativa
respecto a la que se produce en los pollos en los que la tasa de producción mayor es para los acetatos,
mientras que la tasa de absorción mayor corresponde al butírico. En el avestruz el 70 % de la energía de
mantenimiento se puede obtener de los AGCC (Smith y Salis, 1996). Tales aportes tienen importancia
en los animales adultos alimentados con plano nutricional normal, ya que en los animales en
crecimiento este aporte es menor.
Los datos sobre la utilización por las especies monogástricas de la energía de la porción fibrosa son
escasos. En la tabla 11 se observa un trabajo realizado en el que se muestran los aspectos señalados.
Tabla 11. Efecto del nivel de fibra dietética en el patrón fermentativo y el aporte energético de los
AGCC en el ciego de los pollos
INDICADOR
TRATAMIENTOS
% FND en la MS alimento
14.01
15.51
16.07
17.58
% Molar
Acético
57.82
60.23
58.46
58.98
Propiónico
21.53
20.06
23.56
20.48
Butírico
AGCC Producidos/100 g dieta
Aporte energético de los AGCC,
MJ/100 g de dieta
Aporte energético como % de la EM
consumida
Aporte energético de los AGCC a la
energía de mantenimiento,%
10.16
22.23a
2.08
14.46
16.70b
2.13
15.03
23.09ª
2.22
17.01
14.31b
1.87
2.20
2.13
2.22
1.87
11.23
11.37
12.95
11.01
a,b Letras diferentes de una misma fila difieren estadísticamente
Fuente. Marrero (1998)
Para la determinación del aprovechamiento energético de la fracción fibrosa se han seguido varios
métodos. En el Instituto de Ciencia Animal se ha desarrollado un método in vitro que permitió a partir
del análisis de AGCC totales e individuales calcular el balance estequiométrico de sus porcentajes
molares según Hungate (1966) y realizar estimaciones del aporte energético al metabolismo animal.
262
De todas formas, la eficacia de transformación de AGCC en energía mediante la fermentación de la
fibra es menor que la eficacia de aprovechamiento de los carbohidratos solubles como la glucosa en el
proceso de digestión enzimática. En los cerdos la primera representa el 75 % de la segunda.
Debido a lo expuesto anteriormente se desprende que se debe establecer la búsqueda de varias vías en
la optimización del uso de las fibras dietéticas para transformar las dificultades del proceso digestivo de
cada especie.
Métodos para mejorar la utilización de la fibra.
Se han ensayado varios métodos con el objetivo de intentar la solución a las dificultades nutricionales
que aporta la fibra dietética y a la vez incrementar su aporte energético. Entre ellos se hayan los
métodos mecánicos, físicos (calor, presión) químicos (tratamiento con NaOH, urea y amoníaco).
Recientemente se ha estudiado el uso de suplemento enzimático (gluconasa, pectinasa, pentosanas y
fitasas) que aumenta la capacidad digestiva de los animales degradan los polisacaridos no almidones
formadores de geles, las paredes celulares y las proteínas, además de facilitar el rompimiento de las
sustancias antinutricionales (Flachowsky 1999; Harberer et al 1999). Esta suplementación reduce los
costos de alimentación y mejora los desordenes digestivos sobre todo en animales pequeños a la vez
que aumenta la velocidad de crecimiento y utilización de los alimentos en cerdos y aves. De los
numerosos trabajos revisados en la literatura se puede estimar que la suplementación enzimática mejora
la conversión en un 4 % en cerdos, 5-10 % en aves e incrementa la ganancia diaria en 5 % en ambas
especies, reduce el costo/kg de ganancia y tonelada de alimento sin empeorar el comportamiento
productivo estudiado.
Otros métodos analizados han sido la inoculación de bacterias y hongos celulíticos y protozoos que
deslignifican la fuente fibrosa y permite un uso más eficiente de ellas por el animal.
Al respecto en el Laboratorio de Biotecnología del Instituto de Ciencia Animal Valiño et al han logrado
aislar cepas hiperproductores de celulasa del género Trichoderma y Penicillium que incluso puede
degradar componentes de alto peso molecular de la lignina como es el caso de este último. Así Valiño
et al (2000) lograron disminuir el contenido de FND, incrementar la digestibilidad de la celulosa y
reducir a la mitad el contenido de taninos condensados en la harina de follaje de Vigna unguiculata con
la inoculación de la cepa Trichoderma viride 137 MCX, (Ver tabla 12)
Tabla 12. Indicadores de fibra en la combinación (80/20) de vigna-bagazo durante la fermentación
sólida con el hongo T. viride 137 MCXI.
Indicadores (%)
0
24
48
72
96
120
144
FND
FAD
Celulosa
Lignina
Hemicelulosa
Contenido celular
66.02
53.67
36.27
14.48
12.35
33.98
65.78
49.21
33.14
11.71
16.56
34.23
64.35
52.84
33.84
12.20
11.51
36.65
61.8
49.22
31.81
13.20
12.58
38.20
53.22
45.48
27.17
12.74
7.74
46.78
58.86
47.46
27.65
12.78
11.38
41.16
58.88
52.64
29.35
13.5
6.30
41.06
P<0.001 (Valiño et al 2000 (Inédito)
El efecto positivo de la digestión de los nutrientes por el uso de fuentes fibrosas fermentadas había sido
estudiada con anterioridad por Sandberg y Svanberg, 1991, Svanberg et al 1993 y Yodov y Khetapoul
1995 a partir de esas fermentaciones del alimento con Saccharomyces diastaticus, S. cerevisiae y
lactobacilos se observaron mejoras en la biodisponibilidad del hierro y eliminación de factores
antinutricionales. También Yodov y Khetapoul (1995) observaron que la fermentación de las
263
leguminosas provocó una disminución de los inhibidores de proteasas y amilasas, así como la
destrucción de fitatos taninos y polifenoles.
En general, en estas fuentes fibrosas mejoradas se ha obtenido un aumento importante en la digestión
de almidones, proteínas y cenizas. El efecto se logra por dos mecanismos: eliminación de factores
antinutricionales o por ataque directo de los microorganismos a la fracción fibrosa.
Finalmente en los últimos años las investigaciones sobre el mejoramiento de la utilización de la fibra
dietaria ha sido encaminada hacia la identificación de los genes que son responsables de la síntesis,
modificación y recambio en el desarrollo de las paredes celulares de las plantas.
Esta forma a medida que se conoce más de la diquetectura de la planta se puede comenzar a modificar
su composición polimétrica y sus interacciones en la planta transgénica (Vergara, 1998). Otra vía es la
introducción de genes de Clostridium thermocellium en embriones de cerdo para obtener animales con
mayor capacidad de degradación de la celulasa.Las células E.del Clostridium contiene una
endoglucanasa capaz de hidrolizar los xilanos.
Esto es sin dudas un reto que ofrece la biotecnología, ya que el animal transgénico posee una mayor
habilidad para degradar la celulasa. De todas formas queda por comprobar todos estos procedimientos
en el metabolismo energético de las aves y cerdos.
Consideraciones finales y perspectivas futuras
La determinación de las características físico químicas (solubilidad, volumen, capacidad bufferante,
capacidad de intercambio catiónico, capacidad de adsorción de agua ) son imprescindible para la
estimación del valor nutritivo de alimentos fibrosos para especies monogástricas.
Las investigaciones futuras deben ofrecer informaciones que permitan esclarecer las relaciones entre la
composición química, las propiedades físicas y los efectos fisiológicos de los diferentes tipos de fibra
para optimizar su utilización en la dieta de aves y cerdos.
Es necesario estimar el valor energético de las fuentes fibrosas y su aporte al metabolismo animal con
el objetivo de optimizar su uso
Es necesario dirigir investigaciones en las que se evalúe con criterio de eficacia económica los
diferentes procedimientos utilizados ( físicos ,químicos biológicos y biotecnológicos ) para
incrementar el potencial energético de las fuentes fibrosas y su contribución al metabolismo en especies
monogástricas
Conocer las características nutricionales y antinutricionales de las fuentes fibrosas tropicales y
las vías más idóneas para contrarrestar o corregir el efecto de éstas últimas.
Se recomienda formular las raciones de aves y cerdos a partir del concepto de FND.
REFERENCIAS SELECCIONADAS
264
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Para conejos:
Ver: Memorias Segundo Congreso de Cunicultura de las Américas .2002
Conferencia de T. Gidenne “ Role of dietary fibre in rabbit nutrition and in
digestive troubles prevention”.pag 47-57.
Conferencia de L. Savón.” Fuentes fibrosas tropicales en la alimentación del Conejo” pág 69-76.
265
Metodología para la determinación del valor nutritivo de pastos y forrajes
Dr. Orestes LaO León
Contenido
Valor nutritivo. Concepto. ................................................................................................................................................................ 266
Técnica de producción de gas in vitro. ......................................................................................................................................... 270
Aplicaciones del método de producción de gases................................................................................... 270
Método "in vivo". ......................................................................................................................................................................... 272
Bioensayos.................................................................................................................................................................................... 272
Método “in vitro”......................................................................................................................................................................... 273
Métodos enzimáticos. ................................................................................................................................................................... 273
Método “in situ” o Bolsas móviles. .............................................................................................................................................. 274
Metodologías para la determinación del valor nutritivo de pastos y forrajes ................................................................................... 276
Bibliografía a consultar..................................................................................................................................................................... 279
Introducción.
La importancia de los pastos y forrajes en la alimentación del ganado ha sido destacada por la
literatura, coincidiendo en que son los alimentos más baratos y abundantes de que se dispone para
producir leche y carne. Pero la biomasa producida varía mucho con la época del año y la producción
de los rebaños queda sujeta a esta misma fluctuación (Santana 2000).
Como alternativa barata, actual y sostenible para mejorar el valor nutritivo de las raciones para los
animales se ha venido haciendo énfasis, desde hace relativamente poco tiempo, en el empleo de las
leguminosas, tanto autóctonas como introducidas. Esto genera cambios en los conceptos del uso y
optimización de los diferentes recursos naturales y autóctonos que pudieran utilizarse en la
alimentación animal, por lo que constituye un reto para investigadores y productores en los momentos
actuales la determinación del potencial nutritivo de diferentes alimentos entre los que se encuentran los
pastos y forrajes.
Valor nutritivo. Concepto.
Los términos calidad, valor nutritivo, valor nutricional y valor alimenticio son utilizados
indistintamente sin tener en cuentas su significación y cada uno puede ser aplicado en condiciones
especificas.
Según Herrera (1983) calidad puede definirse como el conocimiento y la relación existente entre las
sustancias químicas, la digestibilidad y la producción de materia seca (MS) del pasto. Esto responde al
criterio (según el autor) de que la composición química brinda información sobre el contenido de
los constituyentes químicos. La digestibilidad sugiere la utilización de alimento animal y la
producción de MS ofrece la cantidad de alimento disponible en diferentes condiciones.
Por otra parte, se ha demostrado en numerosos trabajos (Herrera 1983, Santana 2000, Pedraza 2000, La
O 2001) que los experimentos para medir el valor nutritivo de los pastos y forrajes son trabajos a
largo plazo, donde deben uniformarse un conjunto de informaciones en las que están implícito estudios
en las plantas, el animal y la combinación de ambos con el ambiente en el que se desarrollan.
Desde finales del siglo XIX Wilson (citado por Herrera 1983) introduce en algunos trabajos el
término valor nutritivo. Pero en sus inicios se consideraba este valor como los rendimientos de
266
productos animales (carne, lana, leche, etc), considerándose más tarde como la relación de estos
productos con la cantidad de alimentos consumidos.
Algunos autores como Raymond (1969) asegura que el valor nutritivo en términos de los factores que
determinan el nivel de consumo por los animales es el resultado de tres variables: Consumo de
alimentos, digestibilidad del alimento y eficiencia de utilización del alimento digerido. Sin embargo,
Waldo (1985), al trabajar con ensilajes de leguminosas cuantificó y caracterizó el comportamiento de
la fermentación, la preservación del contenido de proteínas y la respuesta animal (consumo,
digestibilidad, utilización de la energía y las proteínas y los resultados productivos).
En revisiones efectuadas por Herrera (1983) y más tarde por Santana (2000) y Pedraza (2000) se enfoca
el valor nutritivo como la relación existente entre los componentes químicos, la digestibilidad de esos
nutrientes y la producción animal que se obtenga, como principales parámetros de este término.
Otros autores como Gutteridge y Shelton, (1994) plantean el valor nutritivo como una función del
consumo de alimentos y la eficiencia de extracción de los nutrientes durante la digestión
(digestibilidad) la cual está relacionada con la proporción de los elementos de la pared celular de la
dieta.
De forma general la literatura científica demuestra que el valor nutritivo no es un concepto sencillo y
calculable de manera fácil, sino que es necesario hacer énfasis en toda una serie de parámetros que lo
determinan y para los que se utilizan métodos, a los que se hará referencia mas adelante.
Antecedentes y estado actual de algunas técnicas de evaluación de alimentos para rumiantes.
Los trabajos de García-Trujillo en los años 80 y Pedraza (2000) hacen una revisión sobre las diferentes
etapas por las que han pasado los diferentes métodos de laboratorio para estimar el valor nutritivo de
los alimentos, los que se han mejorado desde las primeras ideas en 1725, cuando los alimentos para
rumiantes eran evaluados como Unidades de Paja (Blaxter, 1986). Sin embargo el estudio de la
alimentación con un criterio científico comienza con la obra del genial químico francés Lavosier en el
siglo XVIII, el cual demostró que los alimentos son utilizados por el organismo y que al ser oxidados
liberan una cantidad de calor semejante al que produce la combustión de las sustancias orgánicas en
el laboratorio. El trabajo de Lavosier dio inicio a los estudios del metabolismo energético de los
animales en lo cual se ha trabajado intensamente hasta nuestros días.
Otro descubrimiento de gran importancia lo fue la existencia del nitrógeno en los tejidos de los
animales, demostrada por Berthollet en 1776. Mas tarde Mulder le denominó proteínas y las consideró
como las sustancias orgánicas más importantes (ver Revuelta 1963 y García-Trujillo 1980).
Posteriormente el agrónomo Boussingault en el siglo XIX al tratar de predecir el valor alimenticio de
las raciones consumidas por los animales, reconoció la importancia nutritiva de otros compuestos no
nitrogenados como las grasas y los hidratos de carbono, así como, la sustancia mineral.
Hebig en este mismo siglo plantea que la diferencia entre alimentos nitrogenados y no nitrogenados no
era solo de origen químico sino que tenían una profunda significación fisiológica, ya que las grasas y
los hidratos de carbono se empleaban preferentemente como fuente de energía.
267
También desde finales del siglo XIX se precisó cada vez más la significación de los elementos
minerales, mientras que ya desde 1880 Bunge comprobó que los alimentos contenían ciertos elementos
indispensables para la vida, las que más tarde fueron denominadas vitaminas.
Inicialmente, las técnicas fueron diseñadas mas para caracterizar el valor nutritivo que para predecir la
producción de los animales. La mejora de los métodos de evaluación de alimentos tiene que seguir los
nuevos conceptos de la química y la fisiología animal, así como los nuevos conocimientos de la
microbiología del rumen y otros campos afines del saber (Pedraza 2000).
La evaluación de los alimentos debe definir las características de los forrajes que determinan la
producción animal, por ejemplo la ganancia de peso, la producción de leche, el crecimiento de la lana,
etc. (Blümmel et al, 1997). De particular relevancia es la predicción del consumo, el cual es un
importante aspecto relacionado con el uso de los forrajes (Minson, 1990). En la práctica, la predicción
del consumo de forrajes aún presenta dificultades (Blümmel y Becker, 1997).
El desarrollo futuro de los sistemas de evaluación deben incorporar nuevas informaciones de la relación
entre los productos finales de la digestión y la producción de los animales, así como información del
metabolismo animal y microbial, la composición de los alimentos y el efecto de los factores de la
utilización de alimentos (Pedraza 2000 y La O 2001).
Un adecuado análisis dietético de cualquier tipo necesita que los métodos empleados identifiquen los
componentes químicos con la clasificación nutritiva (van Soest y Robertson, 1985).
Hoy, la técnica de la bolsa en rumen o in sacco es probablemente uno de los métodos más utilizados, a
pesar que se le han señalado algunos inconvenientes (Michalet-Doreau y Ould-Bah, 1992). Otros
procedimientos son utilizados también; el análisis proximal y su procedimiento alternativo para la fibra
(van Soest, 1967; Goering y van Soest, 1970; van Soest, 1983, 1994), así como modernos métodos
instrumentales (absorción atómica con inducción de plasma, espectroscopia cercana al infrarrojo,
electroforesis, microscopía electrónica); la prueba de solubilidad de la proteína, la técnica de
digestibilidad in vitro (Tilley y Terry, 1963), el método enzimático (Jones y Hayward, 1975), la técnica
de simulación del rumen, RUSITEC (Czerkawski y Brekenridge, 1977), así como la técnica de
producción de gases in vitro (Menke et al, 1979; Menke y Steingass, 1988).
En los últimos años se retoman y desarrollan con vigor técnicas de evaluación de alimentos que no
involucren daños a la integridad física de los animales y que de forma relativamente rápida y barata
brinden resultados confiables. Tal es el caso de la identificación de derivados del metabolismo animal,
básicamente de purinas, excretados en la orina para cuantificar la producción microbiana en el rumen
(Chen et al, 1990, Chen y Gomes, 1995) o el uso de los alcanos como marcadores para estimar las
proporciones de plantas consumidas por los animales (Mayes, 1993). Se destacan también algunas
técnicas in vitro para valorar la digestibilidad intestinal de los alimentos (Calsamiglia y Stern, 1995;
Stern et al, 1997, La O 2001), que veremos más adelante.
Muchas de estas técnicas se encuentran aún en desarrollo y perfeccionamiento y están igualmente
sujetas al reto de representar, lo más fielmente posible, en el laboratorio aquellos procesos que
involucran a los animales en su interacción con los alimentos.
268
Estimación del valor nutritivo.
La evaluación de los alimentos le suministra a los nutricionistas la información necesaria para formular
una dieta desde el punto de vista fisiológico y económico, con vistas a optimizar la productividad del
animal. La necesidad para precisar las características nutritivas de los alimentos para rumiantes debe
aumentar en el futuro debido a:
• los avances en biología molecular, particularmente el desarrollo de plantas transgénicas.
• los programas de mejoras de cosechas,
• las limitaciones ecológicas y económicas relacionadas con el uso y/o vertimiento de los
residuos y subproductos de las cosechas (Theodorou et al, 1994).
En las condiciones tropicales la base fundamental de la alimentación animal, son los pastos naturales o
cultivado; además se cuenta con una biodiversidad de plantas que normalmente los animales las
consumen ya sea en bancos establecidos o al incursionar por áreas con vegetación natural. Sin
embargo, la eficiencia de su utilización esta sujeta al conocimiento de las características nutricionales,
donde los principales parámetros de evaluación son el contenido de nutrientes, el consumo y la
digestibilidad del material.
Existen numerosos métodos para la determinación de la digestibilidad de los alimentos en rumiante;
sin embargo, para la correcta evaluación de materiales es necesario que se validen las técnicas que se
usan comparándolas con estimaciones obtenidas por otros métodos.
Digestibilidad de los alimentos.
La composición química de un alimento no es suficiente para el conocimiento del valor nutritivo, por
lo que hay que considerar los procesos de digestión, absorción y metabolismo animal.
Las pruebas de digestibilidad, permiten estimar la proporción de nutrientes presentes en una ración,
que pueden ser absorbidos por el aparato digestivo y quedan disponibles para el animal. Generalmente
la digestibilidad depende en mayor medida de la composición nutritiva de la ración en estudio, así
como a su vez es afectada por el hecho de que las heces contienen importantes cantidades de
materiales de origen no dietético, como los compuestos nitrogenados, grasos, minerales y glusidos no
fibrosos de origen endógeno. A esto se debe que los coeficientes de digestibilidad determinados por
diferentes métodos se denominen aparentes.
Métodos utilizados para la estimación del valor nutritivo.
Técnica in sacco para estudiar la degradabilidad ruminal.
El método in sacco, también denominado de la bolsa de nylon o in situ, tiene como objetivo
fundamental medir la desaparición de materia seca, orgánica u otro nutriente de las bolsas
adecuadamente incubadas en el rumen a través de una cánula permanente en el saco dorsal del rumen.
Los primeros experimentos (Quins et al, 1939) se usaron bolsas de seda, las que fueron reemplazadas
posteriormente por otros tejidos como el Nylon, el Poliester y el Dacrón.
Inicialmente el método se utilizó exitosamente para evaluar diferentes alimentos y para determinar la
efectividad del tratamiento con formaldehído a los suplementos proteicos (Erwin y Elision, 1959;
Rodríguez, 1968; Demarquilly y Chenost, 1969; entre otros). Los resultados de dichos estudios eran
obtenidos a partir de un solo tiempo de incubación, lo cual resultó presentar algunos puntos débiles.
269
Mehrez y Ørskov (1977) propusieron el uso de este método como rutina para evaluar el rango de
degradabilidad ruminal de las proteínas, incubando varias bolsas con vistas a obtener una evaluación
cinética de la degradación. van Soest et al (1978) y Ørskov et al (1988) han sugerido el uso de los datos
de la cinética de degradación para mejorar la estimación del valor nutritivo de los alimentos cuando se
utilizan, tanto métodos in vitro o in sacco. Este enfoque dinámico mejoró marcadamente el potencial de
esta técnica, como fue demostrado por Ørskov et al (1980) en la evaluación de forrajes.
Algunos elementos que deben estandarizarse:
• Características de la bolsa y la muestra.
• Especie animal y dieta a utilizar.
• Condiciones y tiempo de incubación, lavado de las bolsas.
En Cuba en los últimos años algunos autores (Pedraza 2000, La O 2000, Delgado et al 2002, La O et
al 2003) han utilizado satisfactoriamente esta técnica en la determinación de la degradabilidad efectiva
ruminal de nutrientes en diversas leguminosas de interés para la ganadería. Constituyendo una de las
técnicas de gran importancia en la evaluación del valor nutritivo de alimentos forrajeros promisorios
en nuestras condiciones.
Técnica de producción de gas in vitro.
La relación entre la fermentación ruminal y la producción de gas es bien conocida; en un temprano
intento en 1939 se trató de medir la producción de gas directamente a través de la cánula ruminal en
ovinos, la técnica era muy difícil de aplicar y de baja reproducibilidad (Blümmel et al, 1997). Al
estudiar la estequiometría de la fermentación ruminal con un sistema cerrado de jeringuilla Menke y
Ehrensvärd (1974), citados por Theodorou et al (1994), notaron una producción de gas muy
reproducible cuando un mismo substrato fue incubado en diferentes corridas experimentales.
En el sistema publicado por Menke et al (1979) el substrato es incubado en una jeringuilla calibrada, en
la que el desplazamiento de su pistón permite realizar mediciones del volumen de gas producido
durante un periodo de 96 horas; el medio de incubación incluye líquido ruminal, solución de nutrientes
y un buffer.
La mayor innovación del método fue que se media la producción de gas de la muestra en lugar de su
degradación; el mismo postulado continúa hasta hoy, aún cuando el método ha sido simplificado y
mejorado.
Algunos elementos que deben estandarizarse:
• Preparación y tamaño de la muestra.
• Inóculo y buffer.
• Condiciones de incubación y tiempo de lectura. Entre otros.
Aplicaciones del método de producción de gases.
La cantidad de gas producido por la incubación in vitro de un substrato esta íntimamente relacionada
con su digestibilidad y por tanto con su valor energético (Menke et al, 1979; Menke y Steingass, 1988).
La producción de gas puede predecir la degradación efectiva de la materia orgánica in sacco (Deaville
y Givens, 1998). El primer uso de esta técnica fue evaluar el valor energético de los forrajes; no
obstante, ha sido también utilizada para evaluar la presencia de compuestos antinutritivos en algunos
270
alimentos y más recientemente se han realizado intentos para valorar el efecto de inóculos y enzimas en
las características de la fermentación de los ensilajes (Davies et al, 1999), así como para predecir la
desaparición aparente de almidón en el rumen (Rymer y Givens, 1999).
Diferentes artículos han sido publicados del uso de la técnica de producción de gas in vitro como
método para estudiar el efecto de factores antinutritivos. El uso de compuestos acomplejantes con los
taninos, como el polyvinylpolypyrrolidone, fue inicialmente propuesto por Andersen y Sowers (1968)
como indicador indirecto para determinar taninos en plantas. Los primeros trabajos utilizando este
principio en la producción de gas in vitro se realizaron por Makkar y colaboradores, los cuales se
publicaron algunos años después (Makkar et al, 1995). Otros trabajos se han publicados también por
Khazaal y Ørskov (1994), Khazaal et al (1994), Wood y Plumb (1995) y Khazaal et al (1996). Los
mayores inconvenientes de este procedimiento son: parece ser más efectivo en forrajes con alto
contenido de taninos, así como que otras sustancias antinutritivas no pueden ser estudiadas.
El método de producción de gas in vitro se ha utilizado, también, para evaluar la contribución nutritiva
de las fracciones solubles e insolubles de los forrajes (Schofield y Pell, 1995; Stefanon et al, 1996;
Blümmel y Becker, 1997; Pedraza, 1998).
El desarrollo de un procedimiento rápido de laboratorio que involucra la medición de la producción de
gas in vitro por los microbios del rumen ofrece una promisoria y efectiva técnica para el estudio de la
gran variedad de leguminosas arbustivas (Devendra, 1995).
En Cuba los primeros estudios fueron desarrollados por Pedraza (1998) en leguminosas, y ha
constituido una de las premisas fundamentales para la estandarización y empleo de está técnica como
un elemento de rutina en la estimación del valor nutritivo de alimentos tropicales en nuestras
condiciones.
Particularidades de la determinación de la digestibilidad de nitrógeno en rumiantes.
La reducción de la degradación de proteínas de alimentos en el rumen solamente será beneficiosa para
el animal, cuando la proteína que escapa a la degradación en el rumen es absorbida en el intestino
delgado.
La cantidad total de proteína disponible y la absorción de esta en el intestino delgado (ID) depende
entre otros factores del flujo microbiano y de la proteína dietaria que llega al duodeno, con su
respectiva digestibilidad Intestinal. Se ha demostrado (Clark et al 1992) que la proteína microbiana
suministra un promedio de 59 % de la proteína que pasa al intestino delgado de la vaca lechera con
valores que oscilan entre 34 y 89 % dependiendo del tipo de dieta. Sin embargo, los requerimientos del
animal para producción deben ser suplidos en alguna medida con proteína indegradable en rumen.
Sobre el efecto de alimentación con proteínas de baja degradabilidad ruminal en el suministro
intestinal y el comportamiento animal los resultados han sido variables. Esta falta de respuesta es
atribuida frecuentemente a una inadecuada protección de proteínas, reducción de la digestión intestinal
o inherente a la limitación de aminoácidos de la proteína dietaria.
Los subproductos de origen animal tales como harina de sangre, harina de carne y hueso y harina de
pluma hidrolizada son altos en proteína indegradable en rumen (National Research Council, 1989), y
los datos en la digestibilidad intestinal de varias de estas fuentes proteicas son limitados, dentro de los
que también pueden estar las proteínas vegetales de árboles y leguminosas de baja degradabilidad
ruminal.
271
Desde el punto de vista práctico, sería conveniente otorgar un valor único de degradabilidad ruminal a
cada suplemento proteico con el fin de confeccionar tablas de composición y calidad de los alimentos.
Sin embargo, el proceso de degradación de las proteínas en el rumen es complejo ya que se ve
afectado por numerosos factores como la velocidad de degradación, velocidad de tránsito ruminal,
solubilidad y estructura de las proteínas, actividad proteolítica de los microorganismos, pH, etc.
Desde los años 80 del pasado siglo el NRC (1989) planteó que la digestión intestinal de suplementos
proteicos puede diferir, sin embargo se hacia necesario el uso de un dato empírico, para el cálculo de
los requerimientos proteicos de las diferentes formulaciones y proponen el uso de 80 % de
digestibilidad intestinal de proteínas para los suplementos proteicos. No obstante el nuevo NRC (2001)
ha incorporado valores tabulados de digestibilidad intestinal de proteínas no degradables en rumen, lo
que permite reducir los errores de valoración proteica de alimentos, con el inconveniente de que
también existe importantes variaciones en digestibilidad intestinal entre suplementos proteicos y entre
muestras de un mismo suplemento.
Últimamente se han realizado muchos esfuerzos para incorporar estimaciones más actuales de
digestión intestinal de proteínas dentro del sistema, pero el principal problema con la incorporación
de estos estimados está dado por la falta de técnicas analíticas confiables para su estimación. Dentro de
estos métodos se encuentran métodos “in vivo” e “in vitro”.
Método "in vivo".
La estimación “in vivo” de digestión intestinal de proteínas, es un método laborioso, requiere el uso de
animales tratados quirúrgicamente y la digestión aparente de las proteínas
es calculada como la
desaparición de PB o AA entre el duodeno e íleon, el cual esta sujeto a errores de consideración,
asociados con la muestra y el uso de marcadores en la digesta, así como por variaciones inherentes al
animal. Por esto han sido desarrollados en las dos últimas décadas algunos procedimientos alternativos
para la estimación intestinal de proteínas. Este método es muy utilizado para medir el grado de
utilización de diferentes metabolitos de la dieta y es usado como patrón de comparación con otras
técnicas
Bioensayos.
Se han desarrollado modelos animales para disminuir la labor, costo y mantenimiento del ambiente
fisiológico de los procesos de digestión, algunos de ellos han sido adaptados y aplicados para
rumiantes. Por ejemplo, Tirgemeyer et al (1990) uso una prueba de precisión de alimento cecotomizado
de gallo como modelo para estimar la digestión intestinal de AA en vacunos, en la que se utilizaron
muestras duodenales liofilizadas obtenidas de toros con cánulas duodenal e íleal para validar esta
técnica (Titgemeyer et al, 1989). Los datos del ensayo con gallo fueron altamente correlacionados
(r=0.94) con estimaciones de digestión aparente “in vivo” de AA.
Esta técnica también fue utilizada por Henning et al (1989) para determinar la digestión de nitrógeno
utilizable (nitrógeno total menos ácidos nucleicos, amoniaco, urea y ácido úrico (NU= Nt(AN+A+U+AU). Los resultados fueron comparados en ovinos con cánulas en duodeno e íleon y la
digestión fue variable (alta y baja) en los ensayos con gallo lo cual fue probablemente al resultado de
la pobre relación entre el nitrógeno utilizable y el nitrógeno aminoacídico contenido de la digesta.
Titgemeyer et al (1989) indicaron que el ensayo con gallo podía no ser apropiado para estimar la
272
digestión de proteínas porque los gallos excretan contenidos de orina y heces juntos. Aunque el
contenido de AA en la orina de las aves es pequeño y constante por lo que la técnica puede ser usada
para predecir la digestión de AA.
Otros estudios se han desarrollado en ratas en crecimiento para determinar la calidad de la proteína
indegradable en rumen (Rooke, 1985). Los cambios en las velocidades de crecimiento fueron
altamente correlacionadas (r=0.96) con los estimados de digestión intestinal obtenidos usando la
técnica de las bolsas móviles en rumiantes, ya que el valor biológico de las proteínas depende de los
requerimientos de la especie animal bajo estudio. La extrapolación de los datos derivó en asumir que
los requerimientos de ratas y vacunos son similares, afirmación que puede ser dudosa. Aunque, la
técnica puede ser de uso preliminar en estudios para medir la digestión y el valor biológico de la
proteína indegradable en rumen.
Método “in vitro”
Fluido intestinal.
Desde épocas tempranas se ha tratado de usar fluido intestinal, por ejemplo Furuya et al, (1979)
indicaron que la incubación “in vitro” con fluido yeyunal podía ser utilizada para estimar la digestión
proteica en el intestino delgado. Las muestras de alimentos fueron incubadas con una solución ácidopeptica para simular la digestión proteica en el estomago seguida de una incubación con fluido
yeyunal. Estimados de digestión intestinal de PB de 7 dietas fueron altamente correlacionadas (r=0.98,
n=7), para digestión intestinal medido en duodeno e íleon de cerdos canulados. Sin embargo estudios
de otros autores (Graham et al, 1989; Lowgren et al, 1989) notaron bajas correlaciones entre la
incubación en fluido microbial y la digestión de PB estimada “in vivo” probablemente por el
resultado del incremento de la materia microbial en la media. Aunque la técnica disminuye costo y
labor comparada con métodos “in vivo”, los resultados no son muy confiables para medir la digestión
proteica intestinal y requiere de animales para obtener el líquido yeyunal. Para datos o resultados no
similares han sido conducidos experimentos en rumiantes.
Métodos enzimáticos.
Una gran variedad de sistemas de digestión enzimáticas para la estimación de la digestión intestinal de
proteínas han sido probados ( Akeson and Stahmann, 1964; Buchanan, 1969; Rhinchart, 1975; Hsu et
al, 1977, Calsamiglia y Stern 1995, La O et al 2003). Muchas técnicas siguen un protocolo similar,
muestras de alimentos son incubadas a T y pH óptimos con una enzima o combinación de enzimas.
Después del período de incubación la digestión de proteínas es medida como la cantidad de AA y
peptidos liberados de la proteína dividido por la cantidad de proteína de la muestra original
((AA+Peptidos)/Proteína Muestra). Los productos finales de la digestión en el intestino es una mezcla
de AA libres y pequeños peptidos. La determinación de la digestión proteica requiere que el método
usado pueda estimar la cantidad de esos AA y péptido liberados. Varias técnicas difieren en la enzima
o combinación de enzimas, así como en el método seleccionado para determinar la proteína digerida.
Sistemas de enzimas simples han sido usados con éxito variable (Buchanan, 1969; Saunders et al,
1973; Rhinehart, 1975). La AOAC (1984) obtuvo una estandarización del procedimiento de digestión
con pepsina para determinar el nitrógeno no disponible en el tracto. El nitrógeno insoluble en pepsina
fue altamente correlacionado con el nitrógeno no disponible de forrajes en el tracto total (Goering et al,
1972; Yu y Veira, 1977 y Shelford et al, 1980) y otros suplementos proteicos (Loerch et al, 1983). Por
273
el contrario Zinn y Owens (1982), informaron que más del 20 % del nitrógeno que sale del íleon fue
soluble en solución ácido-peptica sugiriendo que el nitrógeno insoluble en pepsina puede sobrestimar la
proteína no disponible en el alimento.
La falta de confiabilidad encontrada con la técnica de enzimas simples es el resultado de un limitado
espectro de especificidad para una enzima simple, porque muchas enzimas tienen especificidad por
enlaces de péptidos individuales y la digestión de proteínas puede ser dependiente en el número de
enlaces sensitivos para que la enzima actúe en la proteína.
Aunque el uso de una combinación de enzimas mejora la correlación con métodos “in vivo”, los
estimados no son confiables en la predicción de la digestión intestinal en una amplia variedad de
alimentos (Saunders et al,1973; Rhinehart, 1975 y Rich, 1978), probablemente como resultado de
diferencias en la actividad y especificidad de la combinación de enzimas comparadas con estas
encontradas en el intestino delgado. Es evidente que en una técnica “in vitro” para estimar la
digestión de proteínas debe incluir enzimas con actividad y especificidad similar a los encontrados
en el tracto digestivo de animales.
El uso más común de técnicas enzimáticas fue desarrollado por Akeson y Stahmann (1964). El sistema
fue diseñado para simular la digestión abomasal (pepsina) e intestinal (pancreatina). Los resultados
fueron ampliamente correlacionados (r=0.99, n=12) con estudio de crecimiento en ratas y la técnica
fue exitosamente probada por otros investigadores (Buchanan, 1969; Saunders et al, 1973; Stahmann y
Woldegiorgis, 1975; Gabilois y Savoie, 1987, Calsamiglia y Stern 1995 y La O et al 2003)). Este
sistema mejora el ambiente fisiológico para la digestión y contiene enzimas proteolíticas con
especificidad y actividad similar a las encontradas en el TGI.
Uno de los más importantes factores que afectan estimados de digestión intestinal de proteínas es el
método usado para determinar proteína digerida dentro de los que se encuentran elementos que han
sido estudiados desde hace más de 30 años, la filtración (Sheffner et al 1956), precipitación con ácidos
fuertes seguidos de centrifugación (Akeson y Stahmann, 1964), centrifugación seguida de filtración
(Saunders et al, 1973), cromatografía (Ford y Salter, 1966) y diálisis (Mauron et al, 1955).
Método “in situ” o Bolsas móviles.
La técnica de las bolsas móviles fue desarrollada para la determinación de la digestibilidad en cerdos
(Sauer, et al, (1983). Algunas investigaciones se han realizado para modificar esta técnica y usarla en
rumiantes (Hvelplund, 1985; Rae y Smithard, 1985; De Boer, et al, 1987). En general las bolsas están
formadas por material pegado y con aproximadamente 1 g de muestra de alimentos. Estas son
preincubadas en rumen e insertadas en el duodeno con la correspondiente recuperación en las heces.
Una vez recuperadas, son lavadas y sometidas a digestión para la determinación de nitrógeno usando
el procedimiento Kjeldahl.
Un estudio reciente de Erasmus, et al, (1990) demostraron que las bolsas móviles permiten estimar la
digestibilidad intestinal de proteínas en alimentos durante el pasaje a través del intestino de rumiantes
(bovinos) por ser una medición rápida, económica y con suficiente confiabilidad. Aunque muchas
variables deben ser controladas antes del uso de esta técnica como son tamaño de muestra, tamaño de
bolsas, variación animal y dieta animal, además de existir otra fuente de variación de mayor peso
relacionada con la fermentación en el último compartimento del TGI del rumiante, que provoca una
sobreestimación en la digestibilidad y absorción real de nitrógeno en el Intestino. (Ver tabla 1)
274
Resultados de la digestión intestinal de alimentos con el uso de la técnica de las bolsas móviles
fueron coleccionadas de diferentes laboratorios (Hvelplund, 1985; De Boer, et al, 1987; Verite et al,
1987; Tamminga y Ketelaar, 1988) y en general se observó en los forrajes una digestión intestinal
mucho menor que en los concentrados. Esta diferencia probablemente este dada ya que las proteínas
de las hojas de forrajes es largamente degradada en rumen y la que escapa está asociada con la pared
celular, la cual no puede ser digerida en el ID y solamente una pequeña extensión es aprovechada en
el intestino grueso. En ingredientes de concentrados la proteína que escapa de la degradación en el
rumen es principalmente proteína de reserva no protegidas por la pared celular.
Tabla. 1. Desaparición de la materia seca (MS) y proteína bruta (PB) en rumen, Intestino delgado y
tracto total. De ensilaje de gramíneas, césped completo, raygras y Clover con el método de las bolsas
móviles (Van Straalen et al, 1993).
Componente
Ensilaje de gramínea
Césped completo
Rygrass
Clover
ES ±
Rumen
MS
PB
48.2
70.6
38.5
57.5
38.8
57.4
54.5
57.8
2.1
2.1
Intestino
MS
PB
28.0
81.4
40.8
83.4
41.9
84.3
68.9
91.4
1.4
1.0
Tracto Total
MS
PB
62.4
94.6
63.4
92.8
64.3
93.3
85.7
96.3
0.8
0.5
Sitio
La técnica de bolsas móviles puede dar sobreestimaciones cuando las bolsas son recuperadas en las
heces, por la desaparición de nitrógeno en el intestino grueso (Hvelplund, 1985; Voigt et al, 1985). La
desaparición "in vivo" de nitrógeno amoniacal y de nitrógeno de aminoácidos en el intestino grueso
esta en rangos de 11 a 34 y de -3 a 37 % respectivamente (Santos et al, 1983 y Maller, 1985). Aunque
en la mayoría de los alimentos la fracción de proteínas que no desaparece en el intestino delgado es
muy pequeña y la sobreestimación es limitada.
Procedimiento “in vitro” e “in situ” de los tres pasos.
El procedimiento de los tres pasos fue desarrollado por Calsamiglia y Stern (1995), para estimar la
digestión de proteínas en rumiantes. Esta técnica fue creada según sus autores para cumplir 4 objetivos
básicos:
Simular condiciones fisiológicas de rumiantes, incluyendo el efecto potencial de la fermentación.
Ser rápida confiable y de poca labor.
Tener aplicabilidad a una amplia variedad de suplementos proteicos.
Alta confiabilidad y reflejar diferencias en la digestión de proteínas.
La técnica consiste en 3 pasos fundamentales. 1- Las bolsas de dacron conteniendo muestras de
alimentos se suspenden en rumen por 16 horas. 2- El residuo es incubado por 1 hora en solución 1n
de HCl conteniendo 1g/l de pepsina, 3- después de la incubación el pH se neutraliza con NaOH 1N y a
pH 7.8 conteniendo buffer fosfato 3g/l de pancreatina posterior incubación a 38 ºC por 24 horas,
luego adiciona solución de TCA 100 % (peso/volumen) para precipitar las proteínas indigestibles.
Al utilizar este procedimiento se ha observado que la digestión intestinal de PB de la harina de soya y
de harina de soya tratada con lignosulfonato fue similar en el método de las bolsas móviles y en el de
275
los tres pasos. Aunque hubo diferencia sustancial entre los dos procedimientos para la estimación
digestión de la digestión intestinal. Los estimados fueron diferentes en 22 unidades porcentuales
(99.4 vs 77.8 %) entre el procedimiento de las bolsas móviles y el de los tres pasos respectivamente
con una completa desaparición de PB siempre en las bolsas móviles (Tabla 2).
Las diferencias entre métodos puede ser un resultado de la digestión proteica que ocurre en el intestino
grueso. Hvelplund (1985) indicó que el 50 % de la harina de soya que llega al ileum fue digerida en
el intestino grueso y observó una diferencia significativa en el sitio de colección (ileum vs heces) por
alimentos (harina de soya vs harina de canola).
Tabla. 2. Efecto del método usado en la digestión de nitrógeno en harina de soya extractada con
solventes (SES) y tratada con lignosulfonato (STLS).
Digestión de PB %
Ruminal
Intestinal
Tracto total
Bolsas Móviles
SES
STLS
73.1
99.3
99.8
29.1
99.5
99.9
Método
Procedimiento de los tres pasos
SES
STLS
80.6
77.6
95.9
31.3
77.9
85.1
La O et al (2003) recomiendan este método para la determinación de la digestibilidad intestinal de
nitrógeno no degradado en rumen, en leguminosas tropicales, con buenos resultados. Pero sugieren
tener presente la influencia de algunos compuestos secundarios como los taninos, los que pueden
limitar o favorecer la utilización de las diferentes macromoléculas como proteínas y el complejo
lignocelulósico.
Metodologías para la determinación del valor nutritivo de pastos y forrajes
La mayoría de los estudios para medir la variación en especies agroforestales se concentran en
mediciones de crecimiento y producción en ensayos de campo replicado, ya sea en estaciones
experimentales o en campos de productores; además de las producciones de biomasa, los ensayos
frecuentemente incluyen la evaluación de otras características agronómicas importantes, respuestas a
diferentes cortes, tolerancia ambiental (suelos ácidos, salinos, etc) y estacionalidad de la producción
de forrajes (Stewart, 1999).
Si bien todas estas medidas son importantes en el desarrollo de suministros constantes y sostenibles de
forrajes, no son toda la historia, por lo que se necesita de estudios que avalen el grado de aceptación y
la digestión de estos alimentos por los animales; sin renunciar a las características agronómicas y
fenotípicas que tienen una importancia primordial en los diferentes sistemas de alimentación. Por esto,
el objetivo de algunas metodologías actuales esta encaminado a trazar una opción viable, en la
evaluación del valor nutritivo de árboles arbustos forrajeros y forrajes tropicales en los que se tenga en
cuenta el grado de aceptación por los animales de conjunto con otros métodos "in vitro" e "in situ".
Para esto se desarrollan pruebas de aceptabilidad relativa, análisis químicos, estudios de degradabilidad
ruminal "in situ"; así como experimentos con agentes manipuladores de la fermentación ruminal y
estudios "in vitro" para medir la digestibilidad de compuestos como el nitrógeno dietarios no
degradable en rumen.
276
Los resultados indican el grado de aceptabilidad relativa entre alimentos; así como en los indicadores
relacionados a la fibra. Estas variaciones están ligadas con la interacción del ambiente; y,
probablemente, con las propias variaciones intra especies; aunque las diferencias estadísticas, en
algunos casos específicos de alimentos, en los indicadores químicos estudiados parecen no tener
importancia biológica en los animales rumiantes.
Por ejemplo La O (2001) al realizar estudios con el género Leucaena (ver figura 1) encontró que, en
los ecotipos más seleccionados por los animales, existió una alta degradabilidad de MS y compuestos
nitrogenados, con menores contenidos de compuestos nitrogenados soluble, respecto a los ecotipos de
baja aceptabilidad; relacionado posiblemente con la alta concentración de N- NH3 en las primeras
horas de consumida la leguminosa. También los parámetros de degradabilidad de MS y la velocidad
de degradación de las fracciones nitrogenadas (FN) tuvieron altos coeficientes de variación, vinculados
con el posible efecto de los taninos en sus relaciones con la proteína y la fibra; aunque se recomiendan
estudios que permitan avalar este planteamiento. Por otra parte se destacó una degradabilidad
potencial de los compuestos nitrogenados (CN) en los ecotipos estudiados, entre 76.18 y 89.36 % con
un valor medio de 78.44% y se informan resultados de la degradabilidad en diferentes fracciones de
nitrógeno ligados a la fibra, así como el efecto del PEG como agente manipulador de la fermentación
ruminal. En la digestibilidad intestinal "in vitro" de los CN se obtuvieron valores de 47.3 y 67.23 %
para 24 y 48 h de preincubación ruminal; sin embargo, al utilizar PEG la digestibilidad intestinal con
48 h de preincubación ruminal tuvo incrementos de hasta alrededor de 20 unidades porcentuales. Los
resultados obtenidos permitieron aseverar que el follaje de los ecotipos de L. leucocephala estudiados,
hacen poca contribución a la proteína dietaria digestible en el intestino, en relación con el alto nivel de
proteína bruta que presenta. Esta conducta abre un espacio en investigaciones futuras, que permitan
hacer predicciones reales del papel de las FN microbianas y dietarias; así como, el efecto beneficioso o
no de los taninos en términos de digestibilidad y valor nutritivo.
Otras metodologías incluyen elementos como pasaje de nutrientes, efecto del tipo de fibra, y otros
elementos ya sea desde el punto de vista agronómico, fisiológico en el animal o productivo.
Por lo que, de forma general, el valor nutritivo no es un concepto sencillo, absoluto y calculable de
manera fácil, sino que es necesario toda una serie de elementos que lo determinan y para los que se
utilizan métodos, mediante los cuales se obtienen resultados, en el alimento y en el animal, que
combinándolos se logran elementos más confiables y prácticos.
277
Ecotipos del género Leucaena
Aceptabilidad relativa de ecotipos
en condiciones de pastoreo
Frecuencia de
consumo aparente
Composición química en lluvia y seca de
ecotipos con mayor aceptabilidad relativa
Compuestos antinutritivos
o secundarios
Constituyentes químicos
Degradabilidad
ruminal
de
nutrientes en ecotipos seleccionados
Dinámica de degradación de nutrientes
Resultados productivos
Fraccionamiento del nitrógeno y
degradabilidad ruminal de las
diferentes fracciones
Parámetros a, b, c ,
a+b y fase lag.
Digestibilidad intestinal in vitro
de nitrógeno no degradado en
rumen
Dinámica
de
degradación
de
las
diferentes fracciones de
nitrógeno
Uso de agentes manipuladores de
la fermentación ruminal.
Metodología de investigación propuesta.
278
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