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UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS RESUMEN MICROBIOLOGIA DEL RUMEN: BIOLOGIA Y EVALUACIÓN Debido al avance y el desarrollo de la tecnología cada vez los sistemas de crianza y explotación de animales se han ido tecnificando, avanzando con el firme propósito de obtener, “una mayor cantidad del producto final (sea este leche o carne) en menos tiempo”. Esta teoría es aplicable tanto a las grandes explotaciones de cualquier vegetal y a la mayoría de animales domésticos que producen nutrientes al hombre. Es por ello que es necesario saber y estudiar minuciosamente el contenido del rumen. Por ello podemos decir que en el rumen se hallan diversos tipos de microorganismos: como bacterias, hongos y protozoos. Dentro del rumen deben darse condiciones favorables para el desarrollo de otros microorganismos favoreciendo así la digestión del bovino. Estos factores son pH del rumen, temperatura del rumen y proceso de salivación. La cantidad de microflora depende de el tipo de alimentación que el animal recibe como por ejemplo bacterias celulolíticas aumentan cuando el animal es alimentado con pasto, bacterias protiolíticas es aumentado con la administración de almidón en la dieta. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 1 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Debemos mencionar también que existe una estrecha relación entre los microorganismos existiendo una verdadera simbiosis dentro del rumen. Dentro del rumen el almidón y la celulosa son degradados por enzimas bacterianas extracelulares convirtiéndolos en maltosa y celobiosa y en el interior son degradados por enzimas propias de las bacterias en A.G.V (ácidos acético, propiónico y butírico) que son desechados nuevamente al exterior y son aprovechados por el animal. Palabras claves: microbiología ruminal, rumen, microflora ruminal, fermentación ruminal, digestión ruminal, fisiología digestiva ruminal, metabolismo del rumen ÍNDICE I.-INTRODUCCIÓN.........................................................17 II.-OBJETIVOS...............................................................20 III.-REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA....................................22 1.-ASPECTOS GENERALES.........................................22 1.1.-ANATOMÍA DEL APARATO DIGESTIVO DE LOS RUMIANTES........................................................22 1.1.1.-RUMEN......................................................23 1.1.1.1.-EXTERIOR DEL RUMEN.............23 1.1.1.2.-INTERIOR DEL RUMEN..............25 1.1.1.3.-IRRIGACIÓN DEL RUMEN..........27 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 2 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 1.1.2.-PAPILAS....................................................27 1.1.3.-GOTERA ESOFÁGICA..............................28 2.-NATURALEZA DEL RUMEN Y DEL CONTENIDO RUMINAL...................................................................30 2.1.-ASPECTOS GENERALES..................................30 2.2.-EL AMBIENTE RUMINAL....................................31 2.3.-RUMIACIÓN........................................................33 2.4.-SALIVACIÓN.......................................................34 2.5.-POTENCIAL DE OXIDO-REDUCCIÓN...............35 2.6.-PRESIÓN OSMÓTICA........................................35 2.7.-TEMPERATURA DEL RUMEN...........................35 2.8.-GASES DEL RUMEN..........................................36 2.9.-pH DEL RUMEN.................................................38 2.10.-REGULACIÓN DEL pH RUMINAL...................39 2.11.-DINÁMICA DE LA REGULACIÓN DEL PH RUMINAL...........................................................40 2.12.-ESTRATIFICACIÓN DEL CONTENIDO RETÍCULO RUMINAL........................................41 3.-MICROBIOLOGÍA DEL RUMEN................................43 3.1.-BACTERIAS DEL RUMEN..................................45 3.1.1.-ASPECTOS GENERALES........................45 3.1.2.-MORFOLOGÍA..........................................46 3.1.3.-FUNCIÓN..................................................48 3.2.-PROTOZOOS DEL RUMEN...............................55 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 3 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 3.2.1.-ASPECTOS GENERALES.......................55 3.2.2.-CLASIFICACIÓN......................................56 3.2.3.-FUNCIÓN.................................................58 3.3.-HONGOS DEL RUMEN......................................61 3.3.1.-ASPECTOS GENERALES.......................61 3.3.2.-CLASIFICACIÓN......................................64 3.3.3.-FUNCIÓN DE LOS HONGOS ANAERÓBICOS DEL RUMEN.................67 3.4.-INTERACCIONES DE LOS MICROORGANISMOS EN EL RUMEN...............71 3.4.1.-INTERACCIONES BACTERIABACTERIA................................................71 3.4.2.-INTERACCIONES PROTOZOO– BACTERIA................................................71 3.4.3.-INTERACCIONES DE BACTERIAS, PROTOZOOS Y HONGOS.......................74 4.-DESARROLLO DE LOS MICROORGANISMOS DEL RUMEN EN LOS RUMIANTES JÓVENES..............75 4.1.-ESTABLECIMIENTO DE BACTERIAS EN EL RUMEN...............................................................77 4.2.-LIQUIDO EN EL RUMEN...................................78 4.3.-EL FLUJO DE MATERIALES DESDE EL RUMEN..............................................................79 4.4.-HABILIDAD DE ABSORCIÓN DEL TEJIDO AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 4 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS RUMINAL...........................................................80 4.5.-DISPONIBILIDAD DE SUSTRATO....................82 5.-METABOLISMOS DE LOS HIDRATOS DE CARBONO.................................................................83 5.1.-AZUCARES........................................................84 5.2.-ALMIDÓN Y OTROS POLISACÁRIDOS SOLUBLES........................................................85 5.2.1.-EL ALMIDÓN.............................................85 5.2.2.-LA CELULOSA..........................................88 5.2.3.-LA PECTINA..............................................91 5.2.4.-LA LIGNINA...............................................92 5.3.-DESTINO DE LA GLUCOSA DENTRO DE LA BACTERIA..........................................................93 5.4.-GLUCOLISIS O VÍA GLUCOLÍTICA DE EMBDEN MEYERHOF.......................................................94 5.5.-DESTINO METABÓLICO DEL ACIDO PIRÚVICO...........................................................97 5.6.-FORMACIÓN DE ACIDO ACÉTICO POR LAS BACTERIAS........................................................98 5.7.-UTILIZACIÓN DEL ACIDO ACÉTICO POR EL ANIMAL...............................................................98 5.8.-FORMACIÓN DE ACIDO LÁCTICO POR LAS BACTERIAS........................................................99 5.9.-FORMACIÓN DE ACIDO PROPIÓNICO POR AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 5 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS LASBACTERIAS............................................100 5.10.-UTILIZACIÓN DEL ACIDO PROPIÓNICO POR EL ANIMAL....................................................101 5.11.-CICLO DE KREBS..........................................103 5.12.-SÍNTESIS DE LA LACTOSA..........................105 5.13.-UTILIZACIÓN DE LA GLUCOSA Y DE LOS A.G.V..............................................................106 6.-METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS Y COMPUESTOS NITROGENADOS.........................109 6.1.-METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS POR BACTERIAS DEL RUMEN...............................110 6.2.-DEGRADACIÓN DE LAS PROTEÍNAS EN EL RUMEN...........................................................112 6.3.-DESTINO DE LOS AMINOÁCIDOS.................115 6.4.-IMPORTANCIA DE LA SÍNTESIS MICROBIANA..................................................118 6.5.-CICLO DEL AMONIACO EN EL RUMEN........119 6.6.-SÍNTESIS DE LA UREA...................................119 7.-METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS EN EL RUMEN.....................................................................121 7.1.-LÍPIDOS MICROBIANOS.................................123 7.2.-DIGESTIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LOS LÍPIDOS POR LA FLORA MICROBIANA.......124 7.3.-FERMENTACIÓN DEL GLICEROL Y LA AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 6 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS GALACTOSA....................................................125 7.4.-HIDROGENACIÓN...........................................126 7.5.-FORMACIÓN Y METABOLISMO DE LOS CUERPOS CETÓNICOS – CETOSIS...............128 8.-ALGUNAS ENFERMEDADES O DISFUNCIONES POR CAMBIOS EN LA MICROBIOLOGÍA DEL RUMEN.....................................................................129 8.1.-ACETONEMIA..................................................129 8.2.-ACIDOSIS RUMINAL.......................................134 8.3.-ALCALOSIS RUMINAL.....................................140 9.-MANIPULACIÓN DE LA DIETA Y DEL ECOSISTEMA RUMINAL.................................................................142 9.1.-AUMENTO DE LA DIGESTIBILIDAD DE LA FIBRA EN EL RUMEN.....................................143 9.2.-AMONIACO RUMINAL.....................................143 9.3.-DISPONIBILIDAD DE LOS PÉPTIDOS Y DE LOS AMINOÁCIDOS................................................147 9.4.-CONSERVACIÓN DE UN RESERVORIO GRANDE DE ORGANISMOS CELULOLÍTICOS NADANDO LIBRES EN EL LÍQUIDO RUMINAL..........................................................149 9.5.-LOS PROTOZOARIOS Y LA DIGESTIBILIDAD DE LOS ALIMENTOS FIBROSOS...................154 9.6.-INTENSIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 7 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS ÁCIDO PROPIÓNICO EN EL RUMEN............157 9.7.-MANIPULACIÓN DE LA RELACIÓN PROTEÍNAENERGÍA (P/E)................................................159 9.7.1.-SUSTANCIAS QUÍMICAS QUE INHIBEN LA PROTEÓLISIS O LA DESAMINACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.....................159 9.7.2.-TASA DE DILUCIÓN.............................160 9.7.3.-ELIMINACIÓN DE LOS PROTOZOARIOS.................................162 IV.-CONCLUSIONES..................................................167 V.-BIBLIOGRAFIA......................................................169 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 8 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS Escuela de Medicina Veterinaria y Zootecnia UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES FACULTAD DE CIENCIAS VETERINARIAS TEMA: MICROBIOLOGÍA DEL RUMEN Biología y Evaluación Monografía previa a la obtención del Título de Médico Veterinario Zootecnista TUTOR: Dr. Guillermo Serpa G. AUTOR: Bayron Mario Viscaíno Cuzco CUENCA – ECUADOR 2006 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 9 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS AGRADECIMIENTO A la Universidad de Cuenca, la Facultad de Ciencias Veterinarias que me dio la oportunidad de formarme y aprender una profesión con la cual pueda desarrollarme en el ámbito laboral. A la Universidad de Buenos Aires, la Facultad de Ciencias Veterinarias y al departamento de pasantías por haber hecho posible una idea, una visión muy mía al permitirnos realizar el curso de graduación, en la cual agradezco por su enorme colaboración a la Dra. Nora Guida y al Doc. Eloy Fernández A la Cátedra de rumiantes, en especial al Doctor Roberto Perna por haber hecho posible el curso de graduación, al haber aceptado y asumido el reto de realizar el mismo, por habernos compartido y transmitidos sus conocimientos y por ser un vivo modelo de catedrático y profesional al cual seguir. A JHEOVA SHIRE, porque siempre a sido fiel conmigo y haberme demostrado su amor y misericordia siempre A mis papás Ángel y Rosita quienes han sido un apoyo incondicional para mi vida A mis hermanos que han sido un ejemplo y estimulo de dedicación y superación. A todos mis amigos y compañeros que siempre estuvieron enseñándome con su diario vivir. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 10 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS ÍNDICE I.-INTRODUCCIÓN.........................................................17 II.-OBJETIVOS...............................................................20 III.-REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA....................................22 1.-ASPECTOS GENERALES.........................................22 1.1.-ANATOMÍA DEL APARATO DIGESTIVO DE LOS RUMIANTES........................................................22 1.1.1.-RUMEN......................................................23 1.1.1.1.-EXTERIOR DEL RUMEN.............23 1.1.1.2.-INTERIOR DEL RUMEN..............25 1.1.1.3.-IRRIGACIÓN DEL RUMEN..........27 1.1.2.-PAPILAS....................................................27 1.1.3.-GOTERA ESOFÁGICA..............................28 2.-NATURALEZA DEL RUMEN Y DEL CONTENIDO RUMINAL...................................................................30 2.1.-ASPECTOS GENERALES..................................30 2.2.-EL AMBIENTE RUMINAL....................................31 2.3.-RUMIACIÓN........................................................33 2.4.-SALIVACIÓN.......................................................34 2.5.-POTENCIAL DE OXIDO-REDUCCIÓN...............35 2.6.-PRESIÓN OSMÓTICA........................................35 2.7.-TEMPERATURA DEL RUMEN...........................35 2.8.-GASES DEL RUMEN..........................................36 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 11 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 2.9.-pH DEL RUMEN.................................................38 2.10.-REGULACIÓN DEL pH RUMINAL...................39 2.11.-DINÁMICA DE LA REGULACIÓN DEL PH RUMINAL...........................................................40 2.12.-ESTRATIFICACIÓN DEL CONTENIDO RETÍCULO RUMINAL........................................41 3.-MICROBIOLOGÍA DEL RUMEN................................43 3.1.-BACTERIAS DEL RUMEN..................................45 3.1.1.-ASPECTOS GENERALES........................45 3.1.2.-MORFOLOGÍA..........................................46 3.1.3.-FUNCIÓN..................................................48 3.2.-PROTOZOOS DEL RUMEN...............................55 3.2.1.-ASPECTOS GENERALES.......................55 3.2.2.-CLASIFICACIÓN......................................56 3.2.3.-FUNCIÓN.................................................58 3.3.-HONGOS DEL RUMEN......................................61 3.3.1.-ASPECTOS GENERALES.......................61 3.3.2.-CLASIFICACIÓN......................................64 3.3.3.-FUNCIÓN DE LOS HONGOS ANAERÓBICOS DEL RUMEN.................67 3.4.-INTERACCIONES DE LOS MICROORGANISMOS EN EL RUMEN...............71 3.4.1.-INTERACCIONES BACTERIABACTERIA................................................71 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 12 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 3.4.2.-INTERACCIONES PROTOZOO– BACTERIA................................................71 3.4.3.-INTERACCIONES DE BACTERIAS, PROTOZOOS Y HONGOS.......................74 4.-DESARROLLO DE LOS MICROORGANISMOS DEL RUMEN EN LOS RUMIANTES JÓVENES..............75 4.1.-ESTABLECIMIENTO DE BACTERIAS EN EL RUMEN...............................................................77 4.2.-LIQUIDO EN EL RUMEN...................................78 4.3.-EL FLUJO DE MATERIALES DESDE EL RUMEN..............................................................79 4.4.-HABILIDAD DE ABSORCIÓN DEL TEJIDO RUMINAL...........................................................80 4.5.-DISPONIBILIDAD DE SUSTRATO....................82 5.-METABOLISMOS DE LOS HIDRATOS DE CARBONO.................................................................83 5.1.-AZUCARES........................................................84 5.2.-ALMIDÓN Y OTROS POLISACÁRIDOS SOLUBLES........................................................85 5.2.1.-EL ALMIDÓN.............................................85 5.2.2.-LA CELULOSA..........................................88 5.2.3.-LA PECTINA..............................................91 5.2.4.-LA LIGNINA...............................................92 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 13 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 5.3.-DESTINO DE LA GLUCOSA DENTRO DE LA BACTERIA..........................................................93 5.4.-GLUCOLISIS O VÍA GLUCOLÍTICA DE EMBDEN MEYERHOF.......................................................94 5.5.-DESTINO METABÓLICO DEL ACIDO PIRÚVICO...........................................................97 5.6.-FORMACIÓN DE ACIDO ACÉTICO POR LAS BACTERIAS........................................................98 5.7.-UTILIZACIÓN DEL ACIDO ACÉTICO POR EL ANIMAL...............................................................98 5.8.-FORMACIÓN DE ACIDO LÁCTICO POR LAS BACTERIAS........................................................99 5.9.-FORMACIÓN DE ACIDO PROPIÓNICO POR LASBACTERIAS............................................100 5.10.-UTILIZACIÓN DEL ACIDO PROPIÓNICO POR EL ANIMAL....................................................101 5.11.-CICLO DE KREBS..........................................103 5.12.-SÍNTESIS DE LA LACTOSA..........................105 5.13.-UTILIZACIÓN DE LA GLUCOSA Y DE LOS A.G.V..............................................................106 6.-METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS Y COMPUESTOS NITROGENADOS.........................109 6.1.-METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS POR BACTERIAS DEL RUMEN...............................110 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 14 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 6.2.-DEGRADACIÓN DE LAS PROTEÍNAS EN EL RUMEN...........................................................112 6.3.-DESTINO DE LOS AMINOÁCIDOS.................115 6.4.-IMPORTANCIA DE LA SÍNTESIS MICROBIANA..................................................118 6.5.-CICLO DEL AMONIACO EN EL RUMEN........119 6.6.-SÍNTESIS DE LA UREA...................................119 7.-METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS EN EL RUMEN.....................................................................121 7.1.-LÍPIDOS MICROBIANOS.................................123 7.2.-DIGESTIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LOS LÍPIDOS POR LA FLORA MICROBIANA.......124 7.3.-FERMENTACIÓN DEL GLICEROL Y LA GALACTOSA....................................................125 7.4.-HIDROGENACIÓN...........................................126 7.5.-FORMACIÓN Y METABOLISMO DE LOS CUERPOS CETÓNICOS – CETOSIS...............128 8.-ALGUNAS ENFERMEDADES O DISFUNCIONES POR CAMBIOS EN LA MICROBIOLOGÍA DEL RUMEN.....................................................................129 8.1.-ACETONEMIA..................................................129 8.2.-ACIDOSIS RUMINAL.......................................134 8.3.-ALCALOSIS RUMINAL.....................................140 9.-MANIPULACIÓN DE LA DIETA Y DEL ECOSISTEMA AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 15 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS RUMINAL.................................................................142 9.1.-AUMENTO DE LA DIGESTIBILIDAD DE LA FIBRA EN EL RUMEN.....................................143 9.2.-AMONIACO RUMINAL.....................................143 9.3.-DISPONIBILIDAD DE LOS PÉPTIDOS Y DE LOS AMINOÁCIDOS................................................147 9.4.-CONSERVACIÓN DE UN RESERVORIO GRANDE DE ORGANISMOS CELULOLÍTICOS NADANDO LIBRES EN EL LÍQUIDO RUMINAL..........................................................149 9.5.-LOS PROTOZOARIOS Y LA DIGESTIBILIDAD DE LOS ALIMENTOS FIBROSOS...................154 9.6.-INTENSIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO PROPIÓNICO EN EL RUMEN............157 9.7.-MANIPULACIÓN DE LA RELACIÓN PROTEÍNAENERGÍA (P/E)................................................159 9.7.1.-SUSTANCIAS QUÍMICAS QUE INHIBEN LA PROTEÓLISIS O LA DESAMINACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.....................159 9.7.2.-TASA DE DILUCIÓN.............................160 9.7.3.-ELIMINACIÓN DE LOS PROTOZOARIOS.................................162 IV.-CONCLUSIONES..................................................167 V.-BIBLIOGRAFIA......................................................169 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 16 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS I. INTRODUCCIÓN. Debido al avance y el desarrollo de la tecnología cada vez los sistemas de crianza y explotación de animales se han ido tecnificando, avanzando con el firme propósito de obtener, “una mayor cantidad del producto final (sea este leche o carne) en menos tiempo”. Esta teoría es aplicable tanto a las grandes explotaciones de cualquier vegetal y a la mayoría de animales domésticos que producen nutrientes al hombre. Partiendo desde este punto podemos decir que, en el bovino, desde que se reconoció la microflora del rúmen como los agentes degradadores de materiales ingeridos por el animal para producir energía, se ha venido profundizando las investigaciones en este tema, tanto así que se a llevado a modificar a este ecosistema microbial en el bovino. Esto con el objetivo que el bovino lechero produzca en una mayor cantidad de leche y el bovino de carne obtenga un incremento de peso en menor tiempo. Es por eso que hoy en día, se han estudiado de una forma mas profunda y minuciosa y detallada, cada uno de estos componentes del ecosistema micro vial del rumen, AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 17 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS la cual esta formada por bacterias, hongos y protozoos para así poder conocer con claridad cuan es la función especifica que desarrollan en el metabolismo de los alimentos, de modo que se pueda manipular a cada uno de los microorganismo dándoles el ambiente necesario para su optimo desarrollo. Es por ello que muchos investigadores han desarrollado muchas fórmulas alimenticias, siempre con el propósito de dar las mejores condiciones a los microorganismos ruminales y es por eso que ahora a esta microflora se la debe considerar como una masa biológica al la cual se le debe cultivar. Los rumiantes son una importante fuente de alimentos y otros productos para los seres humanos. Estos animales se han adaptado de tal manera que pueden satisfacer sus necesidades energéticas a través de la utilización de los forrajes, los cuales son relativamente abundantes en la superficie terrestre. Este aspecto los coloca entre los animales de más alto interés zootécnico. considerables Pero, aunque cantidades los de forrajes energía contienen entre sus componentes estructurales (celulosa, hemicelulosa y AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 18 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS pectina), esta no es fácilmente disponible para el uso animal, debido a que éste no posee el requerido componente enzimático para la degradación de esas moléculas poliméricas. Gracias a la presencia en el rumen de un grupo de microorganismos especializados estos compuestos son degradados a moléculas más simples disponibles para el animal. En el ecosistema ruminal existe una población microbiana que comprende entre otros, bacterias anaeróbicas y protozoarios, junto con los hongos anaeróbicos recientemente microorganismos se descubiertos. encuentran Estos irregularmente distribuidos en las fracciones líquidas o adheridas al material sólido y paredes del rumen. Las bacterias y protozoarios han sido estudiados en considerable detalle, siendo su contribución al contexto de la fermentación ruminal más o menos conocido; sin embargo, la noción que se tiene sobre los hongos anaeróbicos es limitada y su participación en los procesos ruminales no está todavía bien aclarada. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 19 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS II. OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES: ¾ Reconocer y estudiar las especies de microorganismos que se hallan en el rumen, para dar a conocer cual es la función que cumplen en el metabolismo nutritivo del rumiante y cual es su importancia en la alimentación animal. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ¾ Reconocer a cada una de las especies de bacterias, hongos y protozoos que se hallan en el rumen, señalando las características mas principales de cada una de ellas. ¾ Determinar las funciones específicas de cada uno de los microorganismos en la síntesis tanto de hidratos de carbono, proteínas y lípidos. ¾ Describir cada una de las distintas fases que los microorganismos usan para aprovechar los alimentos suministrados por el rumiante. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 20 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS ¾ Reconocer las principales patologías causadas por un mal manejo y alimentación de la microflora ruminal. ¾ Tener un amplio conocimiento de la fisiología de la nutrición en rumiantes con el fin de elaborar lo mas exacto posible una ración que llene todos los requerimientos de los bovinos sin perjudicar ni alterar la microflora del rumen. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 21 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS III. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 1.- ASPECTOS GENERALES Para poder conocer a profundidad todo ese complejo mundo de la microbiología del rumen primeramente debemos conocer el lugar donde se desarrollan los microorganismos para así poder conocer y entender en su plenitud las acciones que se desarrollan en el rumen. 1.1.-ANATOMÍA DEL APARATO DIGESTIVO DE LOS RUMIANTES La función primordial del tracto gastrointestinal (T.G.I) de los animales, consiste en realizar la digestión y absorción de los nutrientes y la excreción de ciertos productos residuales. En muchas especies animales generalmente tienes un estomago verdadero en donde se desarrollan las actividades de degradación. Las especies herbívoras, sin embargo, presentan modificaciones en sus estómagos y/o intestino que les permite utilizar la celulosa y otros polisacáridos tales como la hemicelulosa. La celulosa es un hidrato de carbono AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 22 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS estructural básico de casi todos los vegetales, y es uno de los compuestos orgánicos más abundantes de que disponen los animales terrestres. Muchas bacterias y hongos producen enzimas celulolíticas capaces de hidrolizar la celulosa en celobiosa o glucosa. En vista de que los animales herbívoros no son capaces de producir por si mismo enzimas celulolíticas, han desarrollado sistemas para utilizar indirectamente la celulosa y polisacáridos vegetales semejantes convirtiéndose en huéspedes de microorganismos simbióticos. El estomago de los rumiantes constituye una modificación de el tracto gastrointestinal que les permite utilizar grandes cantidades de celulosa. El estomago de los rumiantes se ha desarrollado en un órgano que permite una intensa fermentación microbiana pregástrica. (1) 1.1.1.-EL RUMEN 1.1.1.1.-EXTERIOR DEL RUMEN El estomago de los rumiantes es muy voluminoso en proporción con el tamaño corporal y ocupa casi 3/4 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 23 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS partes de la cavidad abdominal. Llena la mitad izquierda de la cavidad abdominal, excepto un pequeño espacio ocupado por parte del bazo y unas pocas asas del intestino delgado. El rumen se extiende sobre el plano medio ventralmente y su eje longitudinal llega desde un punto opuesto a la parte ventral de la 7ma u 8va costilla hasta casi la pelvis. La superficie parietal (o izquierda) descansa sobre el diafragma, pared izquierda del abdomen y bazo. La superficie visceral (o derecha) es más irregular y contacta con el omaso y abomaso, intestinos, hígado, páncreas, riñón izquierdo, aorta y vena cava posterior. La curvatura dorsal sigue la curva dorsal y músculos sublumbares y se une firmemente a estas estructuras por medio del peritoneo y tejido conjuntivo, llegando en su posición caudal hasta la 4ta vértebra lumbar (Sisson y Grossman 1953). Las superficies exteriores del retículo-rumen aparecen marcadas por surcos que son estructuras anatómicas que dividen el órgano en sacos y se corresponden con los pilares del interior. (1) En la extremidad anterior (reticular) del rumen se observa un surco transversal que separa el retículo del AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 24 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS rumen (7)…que en la superficie exterior es el pliegue retículo-ruminal que separa el retículo del saco craneal del rumen. (1) Mirando a la derecha e izquierda se observan los surcos derecho e izquierdo que indican desde del exterior la división del rumen en dos sacos principales: el saco dorsal y ventral (7)… El saco dorsal es mayor que el craneal; por su parte craneal se pone en contacto con el diafragma, bazo y el hígado. Se proyecta sobre la pared izquierda entre la 8 – 10 costilla y la parte superior del hipocondrio izquierdo siendo una zona que no se puede explorar por vía externa. El saco ventral contacta hacia delante con el fondo ciego craneal del saco dorsal… `posteriormente llega a la región prepúvica inguinal izquierda donde también termina en un fondo de saco ciego. (7) 1.1.1.2. INTERIOR DEL RUMEN. El interior del retículo-rumen aparece dividido parcialmente en sacos por el surco retículo-ruminal. La máxima dificultad para la ingesta se encontraría entre el AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 25 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS retículo y el rumen, aunque sigue existiendo una abertura relativamente amplia entre compartimentos. (1) La cavidad del rumen esta dividida en 2 sacos. Dorsal y ventral, por los pilares lateral izquierdo y derecho, que son engrosamiento muscular de las paredes. Además existe el pilar anterior que se proyecta de adelante a atrás y de abajo arriba partiendo de la pared ventral del rumen. (7) AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 26 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Fig.1: Los cuatros estómagos del rumiante. (Wattiaux, 1998) 1.1.1.3.-IRRIGACION DEL RUMEN Las arterias gástricas proceden de la arteria celiaca que tiene una longitud de tan solo 10 – 12 cm aunque da origen a cinco ramificaciones principales, llamadas: (1) arteria hepática, que a su vez da ramas para el páncreas, hígado, vesícula biliar y de la rama gastroduodenal; (2) arteria ruminal derecha, que da ramas para el páncreas y omentum; arteria ruminal izquierda;(4) arteria omasoabomasal con rama dorsal y ventral, y (5) la arteria esplénica. La sangre del estomago se vierte a la vena porta, que va directamente al hígado. Una de las venas largas, la vena gástrica recibe sangre de la vena ruminal derecha y de la ruminal izquierda, así como de las venas omaso-abomasal y reticular. La vena mesenterio recibe sangre de otras venas que obtienen la sangre del intestino, con excepción de parte del duodeno y recto. (1) 1.1.2.-PAPILAS DEL RUMEN AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 27 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS El interior del rumen, retículo y omaso están cubiertos exclusivamente con epitelio estratificado similar al que se observa en el esófago, pero cada uno posee una mucosa distinta que le facilita su función. (4) (graf 1) La superficie interior del rumen está formada por numerosas y pequeñas papilas que pueden llevar hasta 1 cm de longitud. Estas varían en forma y dimensiones: foliadas, cónicas, en masa y filiformes (7) 1.1.3.-GOTERA ESOFÁGICA La gotera esofágica es una invaginación, a manera de canal, que atraviesa la pared del retículo, extendiéndose desde la desembocadura del esófago hasta el orificio retículo omasal. Al ser estimulada los músculos de los labios se cierra el canal casi perfectamente conectando el cardias con el canal omasal, evitando que la leche pase al rumen. El cierre de la gotera corresponde a un arco reflejo que se origina en respuesta a estímulos centrales y periféricos. El acto de succionar la mama o de observa la preparación del alimento produce este arco reflejo. Se ha demostrado que el consumo de alimento grosero estimula el desarrollo de retículo-rumen tanto en peso y grosor de los tejidos como en el tamaño de las papilas AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 28 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS normales. El estimulo para el desarrollo de las papilas se debe, en parte al menos, a la presencia en el estomago de ácidos orgánicos, especialmente de ácidos volátiles que aparecen normalmente en el rumen adulto, es decir, los ácidos: acéticos, butílicos, propiónicos y valéricos. (1). Es de allí que partimos para mencionar que el ternero cuando nace fisiológicamente esta adaptado para vivir como un monogástrico en sus primeras semanas de vida, para luego llegar a ser un poligástrico. Pero para llegar a ser poligástrico debe sufrir cambios profundos en su sistema digestivo. El ternero nace adaptado para tener una vida de monogástrico, pero a partir de la dieta, el alimento comienza a depositarse en el rumen lo que proporciona un estimulo a las papilas del rumen para su desarrollo. Este depende de la dieta y del manejo por lo cual se puede dar en pocas semana o meses la transformación de lactante a rumiante. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 29 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Fig.2: izquierdo del retículo-rumen de una vaca adulta. (wattiaux, 1998) 2.- NATURALEZA DEL RUMEN Y DEL CONTENIDO RUMINAL 2.1.- ASPECTOS GENERALES El rumen es una cámara de fermentación de aproximadamente 150 litros, (7) en el caso del bovino adulto puede ir de 120 a 200 litros distribuidos en la siguiente forma. Retículo-rumen......................... 80% Omaso........................................ 8% Abomaso.................................... 12%(9) El rumen provee un ambiente apropiado, con un suministro generoso de alimentos, para el crecimiento y AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 30 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS reproducción de los microorganismos. La ausencia de aire (oxigeno) en el rumen se favorece el crecimiento de especies especiales de bacteria, entre ellos las que pueden digerir las paredes de las células de plantas (celulosa) para producir azucares sencillos (glucosa). Los microorganismos fermentan glucosa para obtener la energía para crecer y producen ácidos grasas volátiles (A.G.V) como productos finales de fermentación. Los A.G.V cruzan las paredes del rumen y sirven como fuentes de energía para el rumiante. Mientras crecen los microorganismos del rumen, producen aminoácidos, fundamentales para formar proteínas. Las bacterias pueden utilizar amoniaco o urea como fuentes de nitrógeno para producir aminoácidos. Sin la conversión bacteriana, el amoníaco y la urea serian inútiles para los rumiantes. Sin embargo, las proteínas bacterianas producidas en el rumen son digeridas en el intestino delgado y constituyen la fuente principal de aminoácidos para el animal. (3) 2.2.-EL AMBIENTE RUMINAL AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 31 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS El ambiente ruminal parece estar controlado por: • Tipo y cantidad de alimento consumido. • La mezcla periódica a través de las contracciones ruminales. • Salivación y rumia. • Paso de materia hacia el aparato digestivo posterior. El tipo de microorganismo también afecta el flujo de saliva, el cual se puede reducir por la presencia de protozoos. El líquido ruminal amortiguado es un medio favorable para el crecimiento de bacterias anaeróbicas, hongos y protozoos, permitiendo la acumulación de A.G.V (ácidos grasos volátiles) en el líquido. (2) La biomasa microbial en el rumen se mantiene a un nivel constante por medio del paso de microorganismo hacia el aparato digestivo posterior y también por muerte y lisis en el rumen. (2) Cuadro.1: Relación entre bacterias y protozoos en el ecosistema ruminal BACTERIAS PROTOZOOS 1010-1011 cel/g 105-106 cel/g Anaerobio estricos Gram + Anaerobio ciliados (pocos y- flagelados) Anaerobio facultativo 107- Anaerobios flagelados 103- AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 32 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 108 cel/g 104 cel/g Aumenta el # con Aumenta el # con fibra concentrados (< Ph) y (>pH) y disminuye con disminuye con fibra (>pH) concentrados (<pH) 2.3.-RUMIACIÓN Consiste en el reflujo parcial a la boca del contenido ruminal. La materia grosera es nuevamente masticada y plenamente triturada, untada de saliva y mezclada con aire, una vez efectuado esto es nuevamente deglutida. Desde el punto de vista físico, consiste en aumentar la superficie de los alimentos para el ataque enzimático. Después de la masticación se forma el bolo que es tragado y vuelve a tomar mas pasto, después de media hora a una hora y media de la ingesta comienza la rumiación. En la expulsión, se contrae la pared esofágica en dirección a al boca en una onda antiperistáltica, el contenido pasa a la boca y se equilibra nuevamente las presiones, finalizada la masticación el bolo es nuevamente ingerido comenzando luego un ciclo de rumia. El tiempo de rumia dura 6 horas o más, depende de la estructura física de los alimentos, de la frecuencia del número de comidas y la cantidad ingerida. Cada ciclo AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 33 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS de rumiación dura de 10 a 60 minutos y en total el tiempo de rumiación puede ser de 6 a 24 horas. 2.4.-SALIVACIÓN Los rumiantes secretan grandes cantidades de saliva que es un efectivo buffer de fosfato HPO3, con cualidades antiespumantes. El pH de la saliva es de 7, 7 a 8,7 lo que significa que es alcalino. La función más importante es el de regulador (buffer) del pH del rumen. Debido a la abundante cantidad y la influencia de los iones HCO3, HPO3 y cationes de Na+ y K+, que van al rumen posibilitando que los A.G.V. producidos en la fermentación sean transformados en gran parten sus sales neutras. Además es la vía por la cual el rumiante, provee a la flora microbiana del HPO3, necesaria para los procesos metabólicos, tiene también iones de Mg++ importantes para la fosforilación de los glúcidos, como también iones de Ca++. Otra sustancia importante que agrega la saliva es la urea que constituye el principal suplemento de Nitrógeno No-proteico, en el comienzo de la digestión o cuando el contenido de N proteico disminuye debido a la no liberación de aminoácidos o a la escasa cantidad de proteína ingerida. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 34 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 2.5.-POTENCIAL DE OXIDO-REDUCCIÓN. El rumen es una cámara de fermentación anaeróbica. En el rumen existe O2 que entra desde el exterior, en el momento de la ingestión de alimento y agua. El oxigeno es consumido por las bacterias aeróbicas y anaeróbicas facultativas, posibilitando que se desarrollen así las bacterias anaeróbicas estrictas. 2.6.-PRESIÓN OSMÓTICA. El contenido ruminal mantiene una presión osmótica semejante a la tisular (alrededor de 300 miliosmoles/litro), para evitar pérdidas desmedidas de agua desde el líquido intersticial al rumen o viceversa. Usualmente la presión osmótica se mantiene en 280mOsml incrementándose después de que pastan, debido a la mayor producción de A.G.V. 2.7.-TEMPERATURA DEL RUMEN La temperatura ruminal es de 39 centígrados, y esta es AUTOR: BAYRON VISCAÍNO a 40 grados mantenida por el calor de la 35 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS fermentación y la temperatura del animal. El exceso de calor que se produce dentro, es absorbido por el agua circulante en los vasos sanguíneos y disipados por el cuerpo del animal o aportado por este cuando la temperatura ruminal es menor a la adecuada. Entre 39 a 40 grados centígrados, la mayoría de las enzimas de bacterias ruminales tienen su óptimo de actividad... (7) 2.8.- GASES DEL RUMEN Durante el trabajo enzimático se desarrollan abundantes gases entre los cuales tenemos, cuando se realiza la fermentación de los glúcidos, tanto en el ciclo de la glucólisis, pectosas y krebs, se produce desprendimiento de CO2, este será el gas mas importante desde el punto de vista bioquímica, no es absorbido por las paredes ruminales y el pasaje a los otros preestomagos e intestino es pobre. El volumen porcentual esta ligado al momento de la fermentación y la adecuada eliminación de los gases por el eructo, la cantidad de CO2 es variable. El volumen de CO2 varia de 33 – 78%, dependiendo del tipo de alimentación consumido y el aumento es progresivo desde una hora AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 36 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS hasta las 8 horas decayendo paulatinamente hasta cifras más o menos estables. El metano (CH4), también es un producto de fermentación de bacterias (metanogénicas), muchas de ellas son estrictamente anaeróbicas. Tiene una concentración mínima de 21% hasta 30%, el aumento de volumen se intensifica a medida que aumenta la actividad bacteriana. El O2es muy variable y va desde un 12% a valores de 0, dependiendo del momento en que se tome. Con este gas sucede lo contrario de lo que sucede con el CO2 y el CH4, pues disminuye a medida que la fermentación se intensifica, lo que demuestra una utilización de las bacterias anaerobias facultivas. El H2 oscila entre 0 a 4%, se produce la máxima tasa en el momento de gran fermentación. Otro gas es el N que puede tener valores altos entre 6 a 10% y se supone que no es utilizado durante el proceso de fermentación. Otro gas es el amoniaco (NH3) que rápidamente pasa a través del rumen y va a la sangre. La tasa aumenta en procesos patológicos AUTOR: BAYRON VISCAÍNO producida por una anormal 37 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS digestión microbiana con exceso de proteínas en la ración o alteración en la constitución o equilibrio de cepas. El ácido sulfhídrico (SH2) se halla 0,1% o solo trazas, puede aumentar paulatinamente al amoniaco en procesos patológicos de putrefacción. (7) 2.9.- pH DEL RUMEN Debido a los iones suministrados por la saliva y las propias reservas que posee, proveniente de la hidrólisis de células vegetales y microbianas (P, Mg, Ca, Na, K, Fe) tiene un poder buffer muy eficiente por lo que el pH oscila en un rango de 5,4 a 7,8. Las variaciones se producen por influencia bacteriana, sobre las sustancias orgánicas, ingeridas, por ejemplo la adición a la ración de grandes cantidades de almidón o glúcidos solubles, produce altos valores de concentración de Acido láctico, que descompensa la función buffer y por consecuencia trae un fuerte descenso del pH, produciéndose una acidosis ruminal. Por lo contrario una sobrecarga proteica trae una liberación excesiva de NH3 (amoniaco) que se transforma en Hidróxido de Amonio con el agua, manifestándose AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 38 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS este proceso con un aumento de pH, produciéndose una alcalosis ruminal Por todo lo descrito se dice que el pH esta ligado a 4 factores que deben ser tenidos en cuenta en conjunto como son: alimento, flora ruminal, poder buffer y animal. 2.10.-REGULACIÓN DEL pH RUMINAL. a).-Un primer factor que produce un descenso del pH es la presencia de A.G.V. alcanzando su punto máximo luego de las 2 o 3 horas de ingesta. (9) Cuadro.2: Fluctuación típica del pH del rumen (Kaufman) pH 7.0 6.5 Racion rica en fibra bruta 6.0 Racion rica en concentrado 5.5 5.0 7 8 9 10 ALIMENTO 11 12 13 14 HORAS b).-Un segundo factor es la cantidad de saliva secretada por el animal, especialmente durante los AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 39 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS procesos de masticación y rumia. Se sabes que es alcalina (8,1 – 8,3) y hace las veces de agente neutralizante de las A.G.V formados en el proceso de fermentación, esta capacidad buffer la dan las sales. La cantidad diaria fluctúa entre 100 a 180 lts por día. c).-El tercer factor es la velocidad de absorción de los A.G.V. a menor grado de disociación mayor es esta velocidad. Al bajar el pH, el grado de disociación disminuye, aumentando así el gradualmente la velocidad. 2.11.-DINÁMICA DE LA REGULACIÓN DEL PH RUMINAL La saliva es secretada de 2 a 3 veces debido a la rumia, ocasionado por los A.G.V. La estructura física del alimento influencia en el tiempo de la rumia, de tal forma que a mayor grado de fibrosidad (heno, paja, ensilaje) se prolonga por más tiempo. Cuadro.3: Relación del pH animal. Ración rica en Ración rica en fibra bruta concentrado (CELULOSA) (ALMIDON) AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 40 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Tiempo de rumia Largo (45- Corto 79min/kgMS) Producción ( 35- 45min/kgMS) de 12-14 lts/kg MS 10-12 lts/ kg MS saliva Concentración y Menor (<) absorción Mayor (>) de A.G.V pH ruminal De 6 a 6.8 De 5.4 a 6 A.G.V Acido acético Acido propiónico predominante Como indica el cuadro, si se disminuye los forrajes disminuye la secreción salival. Esto unido a la producción de A.G.V provoca un descenso en el pH ruminal. Un suministro excesivo de concentrado, puede llevar a un pH excesivamente bajo, lo cual produce un descenso de materia grasa en la leche, fermentación anormal (láctica) en el rumen, e incluso acidosis ruminal. (9) 2.12. ESTRATIFICACIÓN DEL CONTENIDO RETÍCULO-RUMINAL El contenido se encuentra estratificado en función de su peso específico, por lo cual, de dorsal a ventral se AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 41 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS divide en 4 zonas: una cúpula de gas, una zona sólida, una zona semilíquida o fangosa y una zona liquida. En la cúpula se acumulan gases de la fermentación, específicamente metano (CH4) y CO2. En la zona sólida se ubica el forraje grosero, recientemente consumido y fragmentado solo por la masticación. Presenta fibras grandes de 1 a 2 cm de largo. En la zona fangosa desde la cual se toma contenido para ser rumiado, el forraje tiene un tamaño menor que posibilita que se humecte mejor y adquiera mayor peso específico. En la parte inferior del rumen se halla la parte liquida. En esta zona, el alimento es de 1-3 mm hasta 4mm y es la que pasa al omaso por el orificio retículo omasal. (13) Fig.3: Estratificación del contenido ruminal. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 42 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 3.-MICROBIOLOGÍA DEL RUMEN La microbiología extremadamente cantidades de del complejo organismos rumen debido es a presentes, un las tema grandes su diversa naturaleza y la población cambiantes que produce las modificaciones de la dieta o del mismo animal. Debemos considerar que las contracciones del rumen favorecen la puesta en contacto de los microorganismos en todo momento con el alimento recién ingerido. Algunos cálculos indican que los microorganismos pueden llegar a constituir el 10% del contenido ruminal. En 1950 sugirieron que, para que se pueda considerar a un microorganismo como típico, del rumen ha de satisfacer las siguientes características. 1.-El organismo debe ser capaz de vivir anaerobicamente. 2.-Debe ser capaz de producir un tipo de producto final que se encuentre en el rumen. 3.-Debe haber por lo menos un millón/gr de gérmenes de este tipo en el rumen (no se puede aplicar a los protozoos).(1) AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 43 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS La mayoría de los rumiantes consumen una mezcla de carbohidratos de los cuales la celulosa y la hemicelulosa son los principales componentes. Pero, en ocasiones la dieta puede contener grandes cantidades de carbohidratos solubles o compuestos de azucares o almidón (Ej. Miel final o granos). Los principales agentes que degradan los carbohidratos son las bacterias anaeróbicas, protozoos y hogos. Las bacterias anaeróbicas son las principales agentes que fermentan los carbohidratos de la pared celular de las plantas pero los hongos ficomicetos anaeróbicos, pueden en ocasiones, ser sumamente importantes. Parece que existe una relación estrecha entre hongos y otros microorganismos ruminales ya que al parecer los hongos son los primeros microorganismos en invadir la pared celular de las plantas; esto permite que la fermentación bacteriana se inicie y continúe. Algunos microorganismos ruminales sintetizan enzimas que degradan las estructuras celulares más complejas, mientras que otros utilizan únicamente compuestos como la celubiosa o glucosa. (2) Aproximadamente del 70 al 85% de la sustancia seca digestible de la dieta usual es digerida por los microorganismos en el rumen con la producción de A.G.V (la principal fuente de energía para rumiantes), AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 44 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS CO2, CH4, NH3 y células microbianas. Se encuentran presentes en el microorganismo rumen entre los muchas cuales especies están de bacterias, protozoos y hongos. La variación en el número de ciertas especies depende del tiempo transcurrido desde el tiempo de ingesta de alimentos, el régimen dietético y diferencias individuales entre los animales. Sin embargo los protozoos ciliados anaerobios y una gran variedad de géneros de constituyen bacterias el volumen anaerobias principal no esporuladas del protoplasma microbiano. (10) 3.1.-BACTERIAS EL RUMEN 3.1.1.-ASPECTOS GENERALES La población bacteriana fluctúa, en condiciones fisiológicas normales, entre 0,4 y 6 x 1010 por ml de liquido ruminal, siendo esta cifra influenciada por el régimen alimenticio. Cuadro 4: Concentración de bacterias ruminales en relación al tipo de ración COMPONENTE PRINCIPAL DE LA AUTOR: BAYRON VISCAÍNO NUMERO DE 45 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS RACIÓN BACTERIAS POR ML DE LÍQUIDO RUMINAL. Heno..................................................... 0,9 – 1,5 x 1010 Paja...................................................... 0,4 – 1,5 x 1010 Concentrado......................................... 5,0 – 6,0 x 1010 En general, el número de bacterias aumenta en proporción directa al contenido de almidón( concentrado) en la ración..., pero debido a la mayor acidez provocada por el concentrado la población bacteriana comienza a disminuir nuevamente... en las raciones de fibra ( heno y paja) se presentan normalmente concentraciones bacterianas relativamente bajas. Aunque estas cifras son aproximadas puede haber de 3 a 7 kilos de masa total de bacterias en el rumen. Las bacterias tienen como característica general que son anaerobios pudiendo clasificarse desde el punto de vista morfológico, taxonómico o funcional. 3.1.2.-MORFOLOGÍA . AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 46 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Se han descrito gran variedad de tipos de bacterias, de las cuales se distinguen las formas correspondientes a cocos y bastones. Cocos: entre estas están micrococcus, streptococcus, y sarcinas, tanto del grupo Gran + como Gram -. Entre los bastones se encuentran formas de rocetas, o de cigarro, formas angulares o curvas. Junto a estas formas aparecen espirilos y bacterias esporuladas. El tamaño promedio es de 1 a 3 aproximadamente y la mayoría corresponden al grupo de los Gram –. En la clasificación TAXONÓMICAS de las bacterias se consideran tanto las características tanto morfológicas como el tipo de sustrato utilizado y los productos metabolicos finales. En la tabla siguiente están las bacterias mas frecuentes del rumen: Cuadro.5: Clasificación de las principales bacterias del rumen (9). PRINCIPALES ESPECIES DEL RUMEN Bacteroides Methanobacterium succinogenes mobilis Bacteroides amilophilus Selenomona AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 47 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS ruminantium Bacteroides ruminicola Selenomona lactilytica Ruminococcus Anaerovibrio lipolytica flavefaciens Ruminococcus albus Butyrivibrio fibbrisolvens Streptococcus bovis Succinivibrio dextrinosolvens Peptostreptococcus Succinomonas elsdenii amylolytica Lactobacillus plantarum Cillobacterium cellulosolvens Lactobacillus buchneri Lachnospira multiparus Lactobacillus bifidus Veillonella alcalescens Eubacterium Eubacterium ruminantiun ruminantium Methanobacterium Clostridium lochheadii ruminantium 3.1.3.-FUNCIÓN Se distinguen igualmente diversos grupos de bacterias de acuerdo ya sea al tipo de sustrato utilizado o desdoblado, a las características de su metabolismo o a los productos finales de este último. Es difícil separarlos AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 48 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS ya que varía y depende mucho del pH del rumen el cual varía constantemente Cuadro. 6: Agrupación funcional de las bacterias ruminales. (9) GRUPO CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES FUNCIONALES PRODUCTOS FINALES Celulolíticas fermentación A.G.V. alta celulosa proporción ac. Acético Aminolíticas fermentación A.G.V. alta almidón proporción ac. Propiónico. Sacaroliticas fermentación A.G.V. alta sacarosa proporción ac. Butírico Lactiliticas fermentación acido A.G.V. alta láctico proporción ac. Propiónico Lipolíticas fermentación grasas Ácidos grasos libres Proteolíticas fermentación Aminoácidos + proteínas NH3 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 49 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Metanogenas Formación de CH4 CH4 Ureolíticas Hidrólisis de Urea CO2 + NH3 Como miembros funcionalmente importantes de la flora obligatoria del rumen son: 1.-Estreptococos: Su población media es de unos 108 /ml y aumenta cuando la dieta alimenticia es a base de granos o cuando se pasa a la alimentación con hierva. El representante mas genuino es el Streptococcus bovis. Se observa un aumento de esta bacteria, después de administrar glucosa o almidón, gram positivo, fenómeno acompañado de la disminución de baterías de actividad celulolítica, lactobacilus y de protozoos. 2.-Lactobacilos. Aparece sobre todo cuando la dieta es abundante en heno y forrajes concentrados. Son hallados a concentraciones de más de 106/ml. 3.- Bacterias con actividad celulósica. Constituyen los representantes mas calificados imprescindibles para la del rumen y son digestión. Son anaerobias estrictas. En este grupo tenemos a: • Bacteroides succinogenes. • Ruminobacter parvum. • Ruminococcus flavefaciens. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 50 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS • Así como cocos incoloros y formadores de acido butírico. Los principales productos metabólicos de las bacterias celulolíticas son acido succinico, formico, acido acetico, acido butírico, H2 y CO2. Los ácidos fórmico y succínico pueden ser a microorganismo su del vez rumen, degradados por otros descomponiéndolo, el primero en hidrogeno y dioxido de carbono, o metano y el segundo en acido propiónico y dióxido de carbono. 4.- Selenomonas: Son bacterias de diversa medida, Gram negativas ovales y en forma de media luna. Degradan los hidratos de carbono solubles, con formación de ácido acético, ácido propiónico y ácido láctico. 5.- Bacterias fermentadoras de Lactosa y gérmenes proteolíticos: Entre las bacterias anteriores se hallan otras bacterias que participan en los fenómenos bioquímicos desdoblando y actuando sobre el ácido láctico, teniéndolo como fuente de energía. (12) Según Churra 1974 a las bacterias las clasifica de la siguiente forma: AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 51 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 1.- Bacterias Celulolíticas (digieren celulosa): Estas bacterias producen enzimas celulolíticas que desdoblan la celulosa. Pueden también utilizar celobiosa que contiene glucosa unida por puente beta. Se halla cuando se consumen raciones fibrosas. 2.- Bacterias que digieren la hemicelulosa: La hemicelulosa de diferencia de la celulosa porque tiene pectosa y yesosa, y en ocasiones ácido urónico. 3.- Bacterias amilolitícas (digieren almidón): Muchos de los gérmenes celulolíticos pueden digerir almidón pero bacteria amiloliticas no pueden digerir celulosa. Estas bacterias se hallan en raciones ricas en almidón. 4.- Bacterias que utilizan azúcar: La mayor parte de las bacterias que pueden usar polisacáridos también pueden usar di y monosacárido. El material de plantas jóvenes contiene grandes cantidades de hidratos de carbono solubles en agua y esto podría ser utilizado por las bacterias. 5.- Bacterias que utilizan ácidos: Se sabe de muchos microorganismo que utilizan el ácido láctico, aunque no se halla en grandes cantidades salvo en anormalidades. 6.- Bacterias proteolíticas: Muchas bacterias utilizan como fuente primaria a aminoácidos como fuentes primarias de energía. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 52 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 7. Organismo productor de amoniaco: Estas bacterias aprovechan el NH3 para poder sintetizar aminoácidos en su interior. 8.- Bacterias que producen metano. A estas se las llamas también bacterias metanógenas. 9.- Bacterias lipolíticas: son bacterias que desdoblan los ácidos grasos y la glicerina para la formación de productos aprovechables. Son capaces de utilizar el glicerol y de obtenerlo por hidrólisis a partir de moléculas de grasa. 10.- Organismo que sintetizan vitaminas: Hay muchas bacterias que sintetizan vitamina B. Cuadro.7.- Características de algunas bacterias del rumen cultivadas in vitro (según Húrgate, 1966, y bryant, 1963) (1) FORMA ORGANISMOS GRAM MOBILIDAD DE FUNCIÓN FUENTES DE PRINCIPAL ENERGÍA CÉLULAS Bacteroides Bacilos UTILIZADAS - - succinogenes Ruminococcus Ataca Glucosa, celobiosa, celulosa celulosa resistente dextrosa almidón, Cocos -+ - Digiere fibra Celobiosa, celulosa Ruminococcus albus Cocos -+ - Digiere fibra Celobiosa, Celulosa Bacteroides Bacilo - - Digiere Glucosa, amilophylus irregular almidón dextrosa Succinomas Cocoides a Digiere Glucosa, amilolytica bacilos almidón dextrosa Veillonella Cocos flavefaciens alcalescens AUTOR: BAYRON VISCAÍNO - - + - Fermenta el almidón, almidón, Lactato lactato 53 UNIVERSIDAD DE CUENCA Mhetanobacterium Bacilos FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS - - ruminantium Anaerovibrio Produce (H2+c02) metano Bacils + lipolitico Glicerol (fructosa) - Fermenta Glucosa lactato (sucrosa) Digiere Glucosa, celulosa, celulosa celobiosa, almidón lipolytica Peptostreptococcus Cocos - elsdenii Clostridium Bacilos - lochheadii , lactato (sucrosa) Clostridium Bacilos + Glucosa, celobiosa, espiroqueta + Glucosa longisporum Borrelia sp celulosa celobiosa(azucares) Lachnospira Bacilos + + multiparus Cillobacterium cocoides + cellulosolvens Butyrivibrio Bacilos - + fibrisolvens Butyrivibrio Glucosa, pectina celobiosa,(pectinas) Digiere Glucosa, celobiosa, celulosa celulosa, dextrinas Digiere Xilosa6-+, glucosa, almidón Bacilos + alactacidigens Bacteroides Digieren cocoides - ruminicola y celobiosas-+, muy celulosa-+, dextrosa adaptado (sacáridos) Digiriere Glucosa, celobiosas almidón muy -+, almidón, adaptado (disacáridos) Muy Xilosa-+, glucosa-+, adaptada celobiosas, almidón+, dextrosa-+ Selenomonas semilunares + ruminantium Muy Xilosa, adaptado celobiosa, almidón- glucosa, +, dextrosa-+ Selenomonas semilunares + lactylitica Fermenta lactato el muy Glucosa, celobiosa, lactato, glicerol adaptado Succinivibrio Espiral - dextrinosolvents Streptococcus bovis Eubacterium Cocos Cocoide ruminantium AUTOR: BAYRON VISCAÍNO - Fermetna Xilosa, glucosa, + dextrosa dextrosa (azucares) - Digiere Glucose, celobiosa, almidon almidón Azucares, Glucose, celobiosa - xilosa 54 UNIVERSIDAD DE CUENCA Sarcina bakeri Cocos Lactobacillis sp Bacilos FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS - + - Muy Glucosa, almidon adaptado en condiciones acidas 3.2.-PROTOZOOS DEL RUMEN. 3.2.1.-ASPECTOS GENERALES Su principal función es ingerir partículas del tamaño de las bacterias, como almidón, fibras, cloroplastos. La mayoría de los componentes son Ciliata, los organismos unicelulares más complejos. Su biomasa es similar a la de las bacterias, pero pueden sobrepasarla más de 3 veces según la dieta, o inclusive desaparecer. Su densidad es del orden de 104 y 106 /ml ruminal. Las diferentes especies varían en tamaño, entre 25 a 250 micras, agrupándose en 17 géneros de la subclase Entodiniomorphes y 2 géneros de la subclase Holotriches, que difiere en su morfología y metabolismo. Las especies presentes varían con la especie animal, la localidad y la dieta. Los tiempos de generación oscilan entre 0.5 a 2 días. Los más lentos pueden llegar a desaparecer con los fluidos del rumen, varios permanecen adheridos a AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 55 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS fragmentos de alimento, por lo que son más retenidos que las bacterias y una gran parte pueden ser basados en el rumen. Una concentración rica en carbohidratos disminuye el pH por lo mismo el número de protozoos es influenciado ya que esto produce que disminuya y sucede lo contrario con una ración rica en fibras. 3.2.2.-CLASIFICACIÓN. Los protozoos que con más frecuencias se dividen en: a).- Ciliados b).- Flagelados. Según OXFORD las siguientes familias de los ciliados, fueron descritas como parte normal del rumen. 1.- Orden Holotricos, con géneros Isotricha y Dasytricha 2.- Orden Oligotricos, con géneros Entodinium, Diplodinium y Ophyroscolex. 1.-Orden Holotricos: Tienen alguna funciones como la de almacenar Carbohidratos insolubles. Además degradan azucares como sacarosa, fructosa, glucosa con formación de ácido láctico, acético, butírico y propionico. Y los del género AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 56 UNIVERSIDAD DE CUENCA Isotricha en FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS determinada circunstancias pueden almacenar también gránulos de almidón. (12) 2.-Orden Oligotrico: El diplodinium, puede fragmentar la celulosa y transformarla en carbohidratos de reserva de tipo amilopectilico. Diversos tipos de Entodinium se encuentran en notable abundancia cuando se alimenta a base de forrajes ricos en almidón y constituyen los principales agentes de la digestión del almidón. Además son capaces de fagocitar gránulos de almidón que sobrepasan su tamaño y que son degradados por una vacuola digestiva, obteniendo así carbohidratos de reserva. De los ciliados el más representante es el Ophryoscolecidae, que contienen muchas especies. Los animales recién nacidos carecen de protozoos, desarrollándose la fauna por contacto fisico con animales adultos. Por se anaerobios muestran similitud metabolica con las bacterias, pero tiene desventajas ya que no pueden sintetizar proteina a partir de nitrogeno no proteico, y tampoco desdoblan AUTOR: BAYRON VISCAÍNO celulosa. En compención los 57 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS protozoos están capacitados para almacenar hidratos de carbono, los cuales pueden ser usados entre los intervalos de ingesta de alimento, lo cual no rige para las proteínas por lo cual, lo obtiene a partir del alimento y de la ingestión de bacterias. 3.2.3.-FUNCIÓN Los ciliados difieren de las bacterias en varios aspectos: a) Son muy móviles e invaden a los alimentos recién ingeridos tan rápido como las bacterias a pesar de estar en menor número. b) Pueden almacenar hidratos de carbono adicionales en forma de polímeros insolubles, la amilopectina. c) Son fácilmente destruidos por la acidez, los Holotriches son los más sensibles y los Entodinomorphes, menos. d) No pueden sintetizar aminoácidos a partir de compuestos simples de nitrógeno y dependen de las bacterias, empleando los aminoácidos luego de fagocitarlas (1% de las bacterias son fagocitadas en cada minuto). Son responsables, en gran parte, de la producción de CH4 en el rumen. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 58 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS e) Los ciliados no son esenciales para los procesos de fermentación pero ayudan a que sean más eficientes. Entre los ciliados mas representativos están: 1.-Ciliados celulolíticos Pocos géneros de Epidinium están implicados en la fragmentación de los restos vegetales. Estos segregan enzimas que causan la separación de las células y la fragmentación del material. Más de la mitad de la actividad celulolítica del rumen se asocia con los ciliados. La mayor actividad se da cuando la enzima es liberada luego de la lisis celular que ocurre por exposición al O2 en la ruminación o por hipotonía causada luego de la ingestión de agua. 2.-Ciliados amilolíticos Todos los Entodiniomorphes usan almidón cuyo exceso almacenan como amilopectina. Pero uno de los dos géneros Holotriches no puede usar almidón. La mayoría prefiere azucares solubles y se mueven AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 59 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS rápidamente hacia ellos. Otras fuentes de energía: los ciliados son responsables del 30-40% de la lipólisis. Incrementan el contenido de ácidos grasos saturados. Un 75% de los lípidos microbianos están normalmente asociados con los ciliados. No son muy importantes en la degradación de proteínas de la dieta, usan las de las bacterias fagocitadas. El rumen es un complejo ecosistema, el cual se encuentra en forma dinámica, influenciado por el ingreso desde el exterior del alimento, agua, otros microorganismos, la salida de los materiales al intestino, y por las complejas interacciones que se dan dentro. Hay que tener en cuenta que funciona como una cuba de fermentación en donde rigen condiciones casi totales de anaerobismo (existe aproximadamente un 0,6% de O2), con condiciones reductoras, pH levemente ácido, y temperatura alrededor de 39º C. La principal fuente de energía se obtiene por medio de la fermentación de carbohidratos. microorganismos obtienen energía, con Así los liberación de A.G.V, H2, CO2, H2O, CH4, según el caso que sea. Los A.G.V más importantes son el ácido acético, propiónico y AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 60 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS butírico. Es mayor el aprovechamiento energético cuando se produce ácido propiónico que cuando se produce ácido acético, dado que en este último se libera H2 y CH4, que son formas de energía disipada. El animal aprovecha los A.G.V como principal fuente de energía por medio de la absorción de los mismos, a través de la pared ruminal. Hay que mencionar que es de gran importancia el efecto que tiene el pH de rumen, dado que infiere en los distintos procesos químicos, niveles de poblaciones, interacciones, sistemas de regulación. (9) Los protozoos pasan al abomaso e intestino donde son degradados para la utilización de su proteína plasmática por el rumiante. Aunque los protozoos participan en procesos fermentativos del rumen no son imprescindibles para la vida del rumiante. (9) 3.3.-HONGOS DEL RUMEN. 3.3.1.-ASPECTOS GENERALES Los flagelados poseen zoosporas móviles y colonizan regiones dañadas de los tejidos vegetales en las 2 horas de la ingestión, en respuesta a materiales solubles. En AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 61 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS las 22 horas más del 30% de las partículas mayores se ven invadidas por rizoides. Su rol principal es facilitar la desaparición de la pared celular de la célula vegetal. Distribución. La distribución de estos hongos estrictamente anaeróbicos parece estar limitada al tracto digestivo de los herbívoros. Estando altamente relacionados con las dietas fibrosas, teniendo de esta manera una distribución geográfica muy amplia. Desde que Orpin demostrara que los hongos anaeróbicos están presentes en el rumen, otros ambientes similares han sido investigados. Así, han sido aislados del ciego y colon del caballo y del contenido fecal de caballos y elefantes (12). Se aislaron hongos anaeróbicos de las heces de varios herbívoros, entre otros, camellos, antílopes, llamas, vicuñas, cebras. En general, el hallazgo de los hongos anaeróbicos en estos ambientes y su amplia distribución en diferentes especies de herbívoros salvajes sugiere una paralela evolución con la digestión microbiana y demuestra que estos hongos están bien adaptados al medio ambiente intestinal (12). AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 62 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Ciclo de Vida Se observó que algunos componentes de la dieta (inductores) parecían ser responsables por la iniciación de la diferenciación dentro de los esporangios y posterior liberación de los zoosporos. Por lo tanto, el material vegetal que entra al rumen no sólo proporciona los Inductores para estimular la zoosporogénesis, sino que también es usado como substrato para el crecimiento vegetativo. Cuando los flagelados son liberados, ellos invaden, se adhieren y germinan en el material vegetal. Se han observado que las zoosporas antes de adherirse a la matriz sólida, muestran ciertos cambios en su figura de tipo amiboideo, los cuales son considerados como preparatorios para el enquistamiento. La posterior terminación de la zoospora enquistada da como resultado la producción de un tallo con una amplia porción radical (rizoide) y el esporangio (9). Aunque el desarrollo de los rizoides es rápido, el tamaño del esporangio maduro es alcanzado entre 12 y 24 horas después de la fijación del zoospora. La aparición de la zoosporogénesis se inició justo con la aparición del tabique o septum, el cual AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 63 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS constituye una barrera para el flujo del citoplasma desde el sistema radical. Así, se ha estimado que la duración del ciclo de vida de los hongos anaeróbicos, habitando en el rumen de animales que son alimentados una vez por día, puede durar entre 24 y 32 horas. 3.3.2.-CLASIFICACIÓN Se han identificado especies de 4 géneros: ¾ Neocallimastix, ¾ Caecomyces (formalmente Sphaeromona), ¾ Pyromyces (formalmente Phyromonas) y ¾ Orpinomyces. Su ciclo de vida implica un cuerpo fructificante (esporangio) originado a partir de una zoospora móvil que se adhiere a las fibras y desarrolla esporangios y filamentos rizoidales, que penetran la matriz lignocelulósica, donde actúan las enzimas. Los hongos liberan un complejo celulósico más soluble que el de las bacterias y atacan partículas AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 64 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS rugosas a las que fermentan más rápidamente que las bacterias. Alimento altamente molido o concentrado presenta menos hongos. Los hongos producen A.G.V, gases y trazas de etanol y lactato. Los resultados de muchas investigaciones in Vitro señalan que los hongos anaeróbicos del rumen son digestores de fibra. Sin embargo, aunque estos estudios indican que los hongos poseen el componente enzimático para degradar los polisacáridos de la pared celular, muy poco es conocido sobre la extensión de su actividad en la fermentación ruminal. Otra clasificación se basa en la presencia o no de oxigeno. 1.-Hongos Anaerobios. Son microorganismos móviles y pequeños, inicialmente observados en el rumen por Liebetanz y Braune, fueron tentativamente identificados como protozoarios flagelados. Posteriormente en 1969 se observó que esos flagelados, aunque presentes en bajo número, mostraban drásticas fluctuaciones después que el huésped era alimentado; esas variaciones hicieron AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 65 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS pensar que se "secuestraban" en las paredes del rumen. Investigaciones in Vitro duplicaron esas variaciones, lo que contradijo la hipótesis de secuestro. Exitosamente, Orpin aisló uno de esos flagelados, al que identificó como Neocaltimastix frontalís. En esta investigación se revela que el ciclo de vida de estos microorganismos consiste de dos fases alternativas: una fase móvil de flagelado (zoosporos) y una fase no móvil vegetativa, reproductiva (esporangio). Se establecieron las condiciones óptimas para la germinación y reproducción de estos microorganismos, encontrándose que ellos requieren de una temperatura de 39°C, pH 6.5, ausencia de oxígeno y presencia de CO2. Esos hallazgos confirmaron a estos organismos como verdaderos entes ruminales, ya que ellos podían crecer bajo las condiciones ambientales encontradas en el rumen. Posteriormente fueron identificados otros flagelados, Sphaeromonas communis, Piromonas communis Neocallimastix patricíarum, los cuales y mostraron características diferentes a las presentadas por el N. frontalis. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 66 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 3.3.3.-FUNCIÓN DE LOS HONGOS ANAERÓBICOS DEL RUMEN Una abundante digestión de los componentes fibrosos de las plantas por parte de los hongos anaeróbicos ha sido claramente demostrada en numerosos experimentos in vitro .Estos hongos han demostrado poseer una amplio rango de enzimas que pueden degradar los principales carbohidratos estructurales (celulosa y hemicelulosa) de las paredes celulares de las plantas. Aunque no hay evidencia de que los hongos anaeróbicos pueden utilizar lignina como fuente de carbono, estos hongos fueron capaces de disolver hasta un 16% de la lignina de la paja y heno de trigo (in vitro) . Estos hongos fueron capaces de degradar y debilitar substancialmente los tejidos significados de forrajes fertilizados con azufre (2). Particularmente, el N. frontalis produce grandes cantidades de celulosas activas, cuya producción cultivos fue significativamente mixtos con bacterias incrementada en metanogénicas. Adicionalmente, la degradación de la celulosa por los hongos en presencia de las bacterias metanogénicas fue AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 67 UNIVERSIDAD DE CUENCA mucho más rápida FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS que cualquier dato reportado previamente. Igualmente, la actividad sinérgica de los hongos anaeróbicos del rumen sobre degradación de la celulosa fue considerable en cultivos mixtos con las bacterias Veillonella alcalescens y Megasphera elsdenii que utilizan lactato, y en cultivos con Fibrobacter succinogenes. Al igual que para las bacterias ruminales, existen diferencias entre las diversas cepas de hongos anaeróbicos en cuanto a la utilización de los distintos substratos. En términos generales, muchas de las especies de estos hongos son capaces de usar como fuentes de carbono los carbohidratos solubles glucosa, celobiosa, xilosa, maltosa y sucrosa. En la fermentación de la celulosa (in vítro) por los hongos anaeróbicos se han detectado los siguientes productos finales: acetato, lactato, formato, etanol, C02 y H2. Para todos los carbohidratos que soportan el crecimiento de los hongos, los productos finales más abundantes fueron acetato y lactato con pequeñas cantidades de hidrógeno, dióxido de carbono y piruvato. Sin embargo, a pesar de la gran capacidad de estos hongos para degradar los componentes estructurales de las paredes de las plantas, AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 68 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS el mayor porcentaje de esta degradación es aún asignada al grupo bacteriano. Destacándose que para poder cuantificar el papel de estos hongos in vivo, es necesario hacer una buena estimación de su biomasa. Aunque por otro lado, han concluido que el desarrollo de gran número de esporangios sobre la fibra puede no ser indicativo de un substancial rol en la degradación de la fibra. Sin embargo, las investigaciones señalan que las dietas más fibrosas soportan las más grandes poblaciones de estos hongos (1 2). Igualmente, se ha observado que las poblaciones de los hongos del rumen tienden a disminuir en las dietas ricas en almidón. Orpin y Joblin han sugerido que los hongos del rumen pueden ser importantes para la función ruminal cuando la dieta consiste de forrajes de pobre calidad. Para esta investigación, las concentraciones totales oscilaron entre 1,5 x 103 y 1,5 x 106. Producen debilitamiento de los tejidos lo que significa que se incrementa en gran manera la digestión facilitando la fractura de éstos, con incremento de los sitios disponibles para la colonización bacteriana. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 69 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Sin embargo, la incógnita de la(s) vía(s) (acción enzimático, mecánica o combinada) por las cuales los hongos anaeróbicos penetran las paredes celulares vegetales todavía permanecen. A diferencia de las bacterias celulolíticas, estos hongos son proteolíticos, y es probable que a través de esta acción se facilite la penetración de las capas de proteína ceos (capas protectoras que previenen el acceso de las bacterias a la capas secundarias de las paredes celulares) por parte de los rizoides. Concluiremos diciendo que tienen un ciclo de vida caracterizado por presentar dos fases bien diferenciadas, una móvil de zoospora y una vegetativa reproductiva no móvil. Se ha demostrado que estos hongos producen potentes enzimas capaces de degradar los componentes estructurales de las paredes celulares de las plantas, atacando los complejos lignina-hemicelulosa, lo que hace pensar que ellos juegan una importante función en el debilitamiento de la fibra a nivel ruminal y facilitando la acción bacteriana (2); especialmente cuando se observa que las dietas más fibrosas se relacionan con altas poblaciones de hongos en el rumen. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 70 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 3.4.-INTERACCIONES DE LOS MICROORGANISMOS EN EL RUMEN La población de microorganismo en el rumen varia, dentro del mismo animal de acuerdo al tiempo que ha transcurrido después de comer. 3.4.1.-INTERACCIONES BACTERIA - BACTERIA Las bacterias se asocian con otros microorganismos formando un consorcio en donde una utiliza para su metabolismo los productos finales de otro, existiendo asociaciones estrechas entre especies de bacterias que dependen de los materiales liberados por cada una para su beneficio mutuo 3.4.2.- INTERACCIONES PROTOZOO – BACTERIA. Los protozoos infieren y digieren las bacterias y provocan una reducción de la biomasa bacteriana. Por lo tanto, pueden reducir la tasa de colonización de las partículas de alimento por las bacterias. Esto es muy importante en el caso de los alimentos refractarios, la AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 71 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS predación puede prolongar la fase adaptativa en la degradación de la partícula. Los protozoos compiten con las bacterias por azucares solubles y almidones, almacenando estos carbohidratos dentro de si, lo cual disminuye la severidad de la acidosis en algunas dietas. La biomasa de protozoos es probablemente mayor que la biomasa bacteriana en dietas basadas en azúcar. Es de gran importancia la interacción de los ciliados con las bacterias. La eliminación de ciliados produce el incremento de hasta 3 veces la cantidad de bacterias, las cuales aprovechan los productos de la lisis de los ciliados. Algunas bacterias actúan en simbiosis con los protozoos. Las bacterias metanogénicas se adhieren a entodiniomorphes, cuando el H2 es limitante. La celulósis se ve incrementada en presencia de ciliados; además los protozoos son estabilizadotes del ambiente, restringen la formación de ácido láctico, limitan fluctuaciones de pH, etc. Aquí también existe la interacción presa-predador. Los protozoos obtienen energía y fuente de carbono de las bacterias. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 72 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Competencia: Se da cuando distintos microorganismos (ya sea inter o intraespecífica) actúan sobre el mismo sustrato. Estrategias que utilizan son velocidad de colonización, capacidad de adherencia y afinidad por el sustrato. Un ejemplo: Fibrobacter succinogenes tiene menor habilidad degradativa en cultivos mixtos con Ruminococcus flavefaciens, por competencia en sitios de adherencia (velocidad y afinidad). Amensalismo: Se da en una competencia con sustancias intermedias. Ruminococcus albus inhibe a R. flavefaciens por medio de bacteriocina. El Ruminococcus flavefaciens inhibe el crecimiento a Neocallimastix (hongo). Sinergismo: La degradación de la celulosa es mayor en cultivos de especies celulolíticas y hemicelulolíticas Se encuentra influenciado por la velocidad de degradación y la velocidad de crecimiento. Producción de metano: En el rumen existen bacterias que producen metano a partir de H2 y AUTOR: BAYRON VISCAÍNO CO2. Bacterias metanogénicas 73 UNIVERSIDAD DE CUENCA importantes son: FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Nethanobacterium ruminantium, Methanobrevibacter spp. La formación de metano se considera como una forma de disipación de energía, y es eliminado por eructo. Un alto contenido de metano puede lleva a metiorismo o timpanismo, lo cual se produce cuando se lleva al animal muy hambreado al pastoreo, y se alimenta en exceso en poco tiempo con pasturas muy tiernas (típico de comienzos de primavera). 3.4.3.- INTERACCIONES DE BACTERIAS, HONGOS Y PROTOZOOS Los protozoos compiten con los hongos por alimento o reducen su crecimiento por otros medios. La eliminación de los protozoos conlleva a un aumento en el número de bacterias en el líquido ruminal. En estudios realizados, la digestibilidad aparente de la materia seca aumento en 18% cuando no había protozoos. Cualquier manipulación de la dieta debe hacerse teniendo en cuenta las interacciones entre bacterias, protozoos y hongos. Por ejemplo la suplementación de concentrados a rumiantes alimentados con forrajes AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 74 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS muchas veces lleva a una disminución en el consumo voluntario. Se ha demostrado que grandes poblaciones de protozoos en el rumen reducen la productividad animal. Esta se debe aparentemente a una disminución en la relación de aminoácidos a energía en los productos absorbidos a través de la digestión. Sin embargo y posiblemente de mayor importancia parece ser que los protozoos reduce la masa de bacterias y hongos en animales recibiendo dietas altas en fibra, por lo tanto pueden reducir la tasa de digestión de los alimentos fibrosos. (2) 4.-DESARROLLO DE LOS MICROORGANISMOS DEL RUMEN EN LOS RUMIANTES JÓVENES Al nacer, los terneros son prerumiantes, porque si bien cuentan con los preestómagos (rumen, retículo y omaso), no son funcionales, su contenido es estéril y la digestión de los alimentos es solamente enzimática efectuada en el estomago verdadero (abomaso) que sí es funcional (etapa monogástrica). Después de la 2ª a 3ª semana de vida, la cantidad ingerida de alimento líquido proporcionado por la leche comienza a quedar en déficit respecto del potencial de crecimiento, por lo que el animal busca otra fuente de nutrientes. (6) AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 75 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS El desarrollo del rumen ocurre generalmente dentro de las primeras 4 a 8 semanas de vida de los terneros. Este desarrollo es motivado principalmente por el consumo de alimento seco. Si los terneros tienen alimento (particularmente iniciador para terneros) disponible a temprana edad, entonces el desarrollo del rumen puede comenzar dentro de las primeras semanas de nacido. Existen 5 requerimientos (o "ingredientes") para el desarrollo del rumen. Estos incluyen la presencia de bacterias, disponibilidad de líquido en el rumen, motilidad en el rumen, la habilidad de absorción del epitelio en el rumen y la disponibilidad de iniciador para terneros. Bacterias, líquido, motilidad, y la habilidad de absorción son establecidas antes del desarrollo del rumen, o rápidamente desarrolladas cuando los terneros empiezan a consumir alimento seco. Existen 5 requerimientos para el desarrollo del rumen. Estos son: ¾ Establecimiento de bacterias en el rumen. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 76 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS ¾ Líquido en el rumen. ¾ Salida de materiales desde el rumen (acción muscular). ¾ Habilidad de absorción de los tejidos. ¾ Disponibilidad de substrato. Existen otros cambios metabólicos que ocurren durante el desarrollo ruminal en el rumen y otros tejidos, pero nosotros vamos a considerar los factores anteriores como requisitos para que el rumen comience a funcionar. 4.1.- ESTABLECIMIENTO DE BACTERIAS EN EL RUMEN. Cuando el ternero es el primogénito, el rumen es estéril. No hay bacteria presente. Sin embargo, a un día de nacido, se pueden encontrar grandes concentraciones de bacterias que son en su mayoría bacterias aeróbicas (o consumidoras de oxígeno). Tiempo después, el número y tipo de bacterias cambian cuando el consumo de alimento seco ocurre y el substrato disponible para la fermentación cambia. El cambio en el número de bacterias y tipos es casi siempre una función del consumo de substrato. Antes del consumo de alimento AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 77 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS seco, las bacterias en el rumen existen por medio de la fermentación de cabellos ingeridos, encamado y leche que fluye del abomaso al rumen. El substrato ingerido también va a afectar los tipos de bacterias en el rumen que van a florecer en el rumen joven. Por ejemplo, terneros que son alimentados en su mayoría con paja desarrollan una flora diferente de los alimentados en su mayoría con grano. 4.2.-LIQUIDO EN EL RUMEN Para fermentar el substrato (grano o paja), la bacteria del rumen debe vivir en un ambiente húmedo. Sin suficiente agua, las bacterias no pueden crecer, y el desarrollo ruminal es disminuido. La mayoría del agua que entra al rumen proviene del consumo de agua "libre" (agua suministrada a los terneros). Si el agua es suministrada a los terneros desde muy temprana edad, éste no es usualmente un problema El consumo de agua libre incrementa la ganancia en peso y reduce la diarrea neonatal. La leche o el substituto de leche no constituyen "agua libre". La leche o el AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 78 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS substituto de leche se desvían del rumen debido a que el canal (reticular) esofágico se cierra. El cierre del canal es una respuesta nerviosa a la ingestión de alimento. El agua libre no estimula el cierre del canal, por lo que el agua entra al rumen. El alimentar con agua puede incrementar la ganancia en peso y la ingestión de iniciador y reduce la cantidad de diarreas neonatales. 4.3.-EL FLUJO DE MATERIALES DESDE EL RUMEN. Un adecuado desarrollo ruminal requiere que el material que entra al rumen pueda salir de él. Señales de actividad ruminal incluyen las contracciones del rumen, presión en el rumen, y regurgitación o vómito (bolo alimenticio o alimento masticado). Cuando nacen los terneros, el rumen tiene poca actividad muscular, y algunas contracciones del rumen pueden ser medidas. Igualmente, la regurgitación no se presenta en la primera semana de vida. Con el incremento de la ingestión de alimento seco, las contracciones del rumen comienzan. Cuando los terneros son alimentados con leche, paja, y grano desde que nacen, las contracciones del rumen pueden ser medidas a una edad tan temprana como 3 semanas de nacidos. Sin embargo, cuando los terneros AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 79 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS son alimentados únicamente con leche, es posible que las contracciones del rumen no puedan ser medidas por largos períodos de tiempo. El bolo alimenticio masticado ha sido encontrado tan pronto como a los 7 días de nacidos, y puede ser que no esté relacionado con el desarrollo ruminal. Sin embargo, los terneros pueden rumiar por largos períodos cuando son alimentados con alimento seco (especialmente paja). 4.4.-HABILIDAD DE ABSORCIÓN DEL TEJIDO RUMINAL. La absorción de productos finales de la fermentación es un factor importante en el desarrollo ruminal. Los productos finales de la fermentación, particularmente los ácidos grasos volátiles (A.G.V) son absorbidos hacia el epitelio del rumen, donde el propionato y el butirato son metabolizados en rumiantes maduros. Entonces, el A.G.V o los productos finales del metabolismo (lactato y bhidroxibutirato) son transportados hacia la sangre para ser usados como substratos de energía. Sin embargo, hay muy poca o nada de absorción o metabolismo de A.G.V en terneros neonatales. Por lo tanto, el rumen debe presentar esta habilidad antes del destete. La paréd AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 80 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS del rumen está formada por las capas epitelial y muscular. Cada capa tiene su propia función y se desarrolla como resultado de un estímulo diferente. La capa muscular provee soporte al interior (capa epitelial) y mueve el contenido ruminal dentro del rumen. La capa epitelial es la capa de tejido absorbente que esta dentro del rumen y que está en contacto con el contenido ruminal. Está compuesta de una capa fina de tejido que sostiene a muchos pequeños apéndices llamados papilas. Estas papilas proveen la superficie absorbente para el rumen. Cuando los terneros nacen, las papilas son pequeñas y no están funcionando. Ellas absorben muy poco y no pueden metabolizar A.G.V. Muchos investigadores han evaluado los efectos de varios compuestos en el desarrollo del tejido epitelial en relación con el tamaño y el número de papilas y con su habilidad de absorber y metabolizar A.G.V. Los resultados de estos estudios indican que el estímulo primario para el desarrollo del epitelio son los A.G.V particularmente el propionato y butirato. Leche, paja, y grano añadidos al rumen son todos fermentados por bacterias presentes a estos ácidos; por lo tanto, ellas contribuyen con A.G.V para el desarrollo epitelial... Por lo AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 81 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS tanto, el desarrollo del rumen (definido como el desarrollo del epitelio) es principalmente controlado por medios químicos, y no físicos. Esto es fuertemente apoyado por la hipótesis principalmente de que controlado el desarrollo por la ruminal es disponibilidad de alimento seco, pero particularmente iniciador, en el rumen. 4.5.-DISPONIBILIDAD DEL SUBSTRATO. Bacterias, líquido, motilidad del rumen, y la habilidad absorbente son establecidas antes del desarrollo del rumen, o se desarrollan rápido cuando los terneros empiezan a comer alimento seco. Por lo tanto, el factor primario que determina el desarrollo ruminal es la ingestión de alimento seco. Para promover el desarrollo temprano del rumen y permitir un destete temprano, la clave es un consumo temprano de una dieta para promover el crecimiento del epitelio ruminal y la motilidad ruminal. Debido a que los granos proveen carbohidratos fermentables que son fermentados a propionato y butirato, ellos son una buena elección para asegurarse de un desarrollo ruminal temprano. Por el otro lado, los carbohidratos estructurales de los forrajes tienden a ser AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 82 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS fermentados en su mayoría a acetatos, que son menos. Estimulantes para el desarrollo ruminal. En conclusión, el principal factor que determina el desarrollo ruminal es la ingestión de alimento seco. Para promover un desarrollo temprano del rumen y permitir un destete temprano, el factor clave es una ingestión temprana de una dieta que promueva el crecimiento del epitelio ruminal y la motilidad del rumen. Debido a que los granos proveen de carbohidratos no-estructurales que son fermentados a propionato y butirato, es una buena elección para asegurar un desarrollo temprano del rumen. Por otro lado, los carbohidratos estructurales presentes en forrajes tienden a fermentarse En mayor proporción a acetatos, que son menos estimulantes para el desarrollo del rumen. (5) 5.- METABOLISMOS DE LOS HIDRATOS DE CARBONO (mediado por los microorganismos) Los hidratos de carbono son la principal fuente de energía, diferenciándose dentro de estas distintas estructuras. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 83 UNIVERSIDAD DE CUENCA ¾ Monosacáridos FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS (Pectosas: ribosa, aravinosa; Hexosas: glucosa, manosa, galactosa, fructosa). ¾ Disacáridos (sacarosa, lactosa, maltosa). ¾ Trisacáridos (rafinosa). ¾ Polisacáridos (, almidón, glucógeno, celulosa, inulina, pentosanas). ¾ Heteropolisacáridos (hemicelulosa, pectina, lignina) Como sabemos la fuente de energía para los microorganismos la obtienen por medio de la fermentación con la producción de A.G.V, que son aprovechados por el animal. A continuación mencionaremos algunos de estos procesos: 5.1.-AZUCARES Los azucares pueden provenir de los alimentos directamente, o de la hidrólisis de polisacáridos. Estos son degradados generalmente en forma rápida por los microorganismos, favoreciendo la producción de ácido butírico. Raciones ricas en azucares pueden determina la presencia de ácido láctico en el rumen. Importantes en azucares son los pastos verdes, remolacha y subproductos. Las vías para la fermentación de los principales carbohidratos de las plantas se presentan en el siguiente cuadro AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 84 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Cuadro 8: Biosíntesis de los hidratos de carbono en A.G.V. 5.2.-ALMIDÓN Y OTROS POLISACÁRIDOS SOLUBLES 5.2.1.-EL ALMIDÓN Está ampliamente distribuido en los vegetales, tanto en los granos y semillas, como en los frutos (tubérculos). En estos casos se ve una disminución del pH, lo que lleva a la modificación del complejo de microorganismos, adaptándose estos a una fermentación amilolítica. En estas condiciones se observa un aumento en la proporción de ácido propiónico. Otro polisacárido importante es la pectina, la cual es rápidamente degradada, con importante producción de ácido acético. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 85 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Parte de los polisacáridos solubles pueden quedar, luego de su hidrólisis, como sustancias de reserva de los protozoarios. Bacterias importantes en estos compuestos son Streptococcus bovis, Ruminobecter amylophilus, entre otras. Por ser un polímero de la glucosa de gran tamaño, forma coloides en presencia de agua, constituyendo miscelas estables. Está constituido por 2 fracciones: Amilosa que es el 10 –20% (soluble en agua) y Amilopectina que es el 80 – 90% (insoluble en agua) Hidrólisis del Almidón. El almidón de los tejidos vegetales liberados por acción bacteriana o mecánica se hidrata inmediatamente y este proceso es favorecido por el pH y la temperatura ruminal. Concluido este proceso comienza a ser atacado por las bacterias las amilasas (enzimas especificas que atacan el almidón) tiene origen en los microorganismos y en el tejido vegetal ingerido. Las amilasas se clasifican en Alfa amilasa (alfa-1-4glucan-4-glucano hidrolasa) porque liberan maltosa de configuración alfa y beta amilasa AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 86 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS a).-Alfa amilasa Los microorganismo de las cepas amilolitícas secretan Alfa amilasa Las alfa Amilasas por tener las características de una Endoenzima ataca las partes centrales de la molecula de almidón dando como producto una mezcla de dextrinas de variado peso molecular, cuando la acción se va acentuando, las dextrinas van a ser hidrolizadas a maltosa y queda bloqueada la acción en las puntas de ramificaciones (o sea en uniones 1-6). Estos enlaces glucosidicos forman la isomaltosa que se hidroliza por la 1-6 glucosidasa en maltosa b).- Beta amilasa (beta 1-4 glucan-maltohidrolasa) Se denominan así porque liberan maltosa de configuración terminal beta. Un ejemplo es la beta amilasa de la malta. Abunda en las semillas en los proceso de germinación o hidratación de los granos, en las papas y otros tubérculos. La cebada y el trigo no AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 87 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS germinados contienen abundante cantidad de esa amilasa. 5.2.2.-CELULOSA Constituye un componente muy importante de los vegetales yendo de 43% a 80%, dependiendo de la época del ano y la especie. La celulosa es un polisacárido de la D-glucosa de muy alto peso molecular. Las glucosas se unen en cadena lineal por unión Beta 14 ósea es un compuesto 1-4 beta poli glucósidos, con un alto grado de polimeración. Por hidrólisis enzimática se obtiene un disacárido: la celobiosa. Debido a su alto peso molecular y a las características de su molécula, es insoluble en agua, pero es capaz de absorber agua e hidratarse. Son importantes en raciones ricas en fibra. Se ha demostrado en ensayos que el mayor contenido de fibra en la dieta del animal favorece la producción de ácido acético. Hidrólisis de la celulosa La fermentación de la celulosa se produce por acción de enzimas llamadas “celulloliticas”.este proceso AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 88 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS da como resultado polisacáridos solubles de diverso peso molecular hasta llegar a celobiosa y glucosa. El sistema enzimático celulositico esta compuesto de las siguientes enzimas: Celulosas: (beta 1,4-glucan-glucano-hidrolasa). Son enzimas extracelulares que hidrolizan las unidades glucosidicas beta1-4 de la celulosa Reese y levisson denominan: 1.-Celulasa C-1 al grupo de celulasas que inician el ataque de las fibras de la celulosa nativa, dando como resultado una rápida modificación de sus estructuras especiales que se traducen en la perdida de tensión de las fibras, preparando así el ataque de otras enzimas. 2.-Celulasas C-x cortan las cadenas de polisacáridos al azar o en forma desordenada, siendo el mecanismo de estas acciones similares al de las alfa amilasas. Como producto final da celuladextrinas AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 89 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS CELULOSA NATIVA ALMIDON NATIVO α β MALTOSA ALMIDON SOLUBLE LIQUIDO RUMINAL CELULOSA CI DEXTRINA ALTO PESO MOLEC AMILO DEXTRINA ERITRO DEXTRINA ACTO DEXTRINA CELULOSA SOLUBLE CELULOSA CX DEXTRINA MEDIANO PESO MO DEXTRINA BAJO PESO MOLEC Fig 4: Esquema de degradación del almidón y la celulosa en el rumen. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 90 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Celotriosas y el disacárido celobiosa, dando 2 moleculas de glucosa Los procesos de degradación de la hemicelulosa son similares a los de la celulosa. Bacterias importantes en estos compuestos son Fibrobacter succingenes, Ruminococcus albus, R. flavefaciens, entre otras. Tanto en celulosa como en almidón encontramos Clostridium polisaccharolyticum. 5.2.3.-PECTINA Llenan los espacios intercelulares formando la lámina media del tejido vegetal. Se combinan con la celulosa y hemicelulosa en las paredes celulares de las que pueden liberarse por hidrólisis suave y convertirse en pectina soluble. El estudio de la digestión por acción de las bacterias del rumen es un hecho y se estableció que se puede llevar a ac. galacturonicos libres y que por metabolismo intracelular serian convertidos en galactosa. Enzimas pectinoliticas. Las enzimas de acción pectinolítica que cataliza varios grados de hidrólisis de las pectinas, han sido aislada: 1.-Pectinesterasa: las tienen muchos hongos y bacterias. Rompen el ester metilico de la molécula. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 91 UNIVERSIDAD DE CUENCA 2.-Poligalacturonasa: FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS se llama tambien pectinasa. Cataliza la hidrólisis del ac. galacturonico, dando como producto moléculas libres de ac. galacturonico. 3.-Pectin-despolimerasa: rompe la molécula de la pectina en pequeñas unidades. 4.-Endopoligalacturonasa: hidroliza las pectinas dando mezcla de ac. galacturónico y digalacturónico. 5.-Exopoligalacturonasa: se halla en ciertos hongos y libera ac. galacturónico del extremo terminal hidrolizando totalmente al ac. galacturónico. 5.2.4.-LIGNINA Los procesos de degradación de este compuesto lo realizan bacterias aerobias, y dado el bajo contenido de O2 en el rumen, su alteración es casi nula. Hay que tener en cuenta que los procesos de desdoblamiento e hidrólisis que se realizan en las distintas sustancias son posibles gracias a los complejos enzimáticos que poseen las bacterias, siendo diferentes según el sustrato que ataquen. Algunas bacterias tienen mayor espectro de ataque que otro dado su mayor espectro de enzimas. Además los productos de algunas bacterias sirven como AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 92 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS sustratos de otras, creándose interrelaciones y llegando a la reducción casi completa de los sustratos. 5.3.-DESTINO DE LA GLUCOSA DENTRO DE LA BACTERIA La glucosa dentro es fosforilada a Glucosa 6 (P) por la exoquinasa, puede transformarse en Glucosa 1(P) e ingerir el pool de Glu1(P) con la glucosa 1 (P) derivada de la vía fosforólica de escisión de la celobiosa y formar almidón o glucógeno bacteriano. Las bacterias que almacenan estos polisacáridos como reserva son capaces de fijar el yodo y se las llama bacterias yodófilas. Cuadro.9: Síntesis de la glucosa dentro de la bacteria Glucosa 6(P) +exoquinasa+ glucosa6(P) mutasa Glucosa 1(P) UTP o ATP Pirofosforilasa UDP+ Glu + PPI + Pirofosforilasa Pi + Pi UDP-Glu glucosil transferasa Une molécula de glucosa a residuo de almidón o glucógeno AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 93 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Este esquema metabólico usan las bacterias, ciliados y el rumiante para la síntesis de glucógeno. En el animal esta síntesis es hormona-dependiente de la insulina o glucagón. 5.4.-GLUCÓLISIS O VÍA GLUCOLÍTICA DE EMBDEN MEYERHOF Esta vía de degradación anaeróbica de la glucosa produce 2 ATP. La glucólisis se realiza tanto en el citoplasma de las celulas del rumen como en las bacterias y las enzimas se consideran solubles porque pueden extraerse con facilidad porque no estan unidas a particulas y ser solubles en H2O Comienza con la glucosa que es fosforilada a Glucosa 6(P), con 2 cargas negativas, por la exoquinasa (todos lo metabolitos son fosforilados), lo que impide que salgan al exterior por ser la membrana celular poco permeable a sustancias fosforiladas. La glucólisis puede dividirse en 2 partes: 1.- La glucosa se fosforila a glucosa 6(P) por acción de 2 enzimas + ATP, Mg o Mn. La primera es la Hexoquinasa que cataliza la fosforilación de otras hexosas, fructosa o AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 94 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS manosa. La acción enzimática es inhibida por la glucosa 6(P) o sea su producto, cuando se alcanza una concentración elevada. 2.- La Glucoquinasa especifica para fosforilar la glucosa, no fosforila otras hexosas, no es inhibida por la Glucosa 6(P) y se pone en acción cuando la concentración de glucosa es elevada. Se encuentra en higado y esta ausente en músculo. En el higado cuando la glucosa 6(P) proviene de la ruptura fosforilica del glucógeno, pierde fósforo por acción de la glucosa 6-fosfatada, esta pérdida del grupo polar negativo le permite ser permeable a la membrana celular de adentro a fuera y pasar al torrente sanguíneo. Siguiendo la vía metabólica de la Glucosa 6(P) por acción de la Glucosa6 –fosfato-isomerasa, se transforma en Fructosa 6(P). La Fructosa 6(P) es nuevamente fosforilada en el carbono 1 por el ATPP y la acción de la enzima 6 fosfofructoquinasa y produce fructosa 1-6 difosfato, esta es atacada por la fructosa-difosfatoaldolasa (o aldolasa), divide la molécula de 6 carbonos en 2 triosas que son el: ¾ glicerolaldehido 3(P) y ¾ dehidroxiacetona fosfato. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 95 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS A.-La dehidroxicetona fosfato se relaciona con la síntesis de triglicéridos debido a la acción de una deshidrogenada y NADH2, se transforma en glicerol (P), base para la síntesis de lípidos (se produce en células adiposas e intestino, esta reacción). Hasta aquí hay pérdida de 2 ATP por la fosforilación de las hexosas, isomeración, su formación de 2 triosas. B.-EL glicerol aldehído 3(P) es oxidado por la gliceraldehido fosfato dehidrogenasa, teniendo como coenzima el NAD que pasa a NADH2, permitiendo la entrada de fósforo iónico (Pi), que forma un anhídrido mixto entre el grupo carboxilo del carbono 1 y el fosfato, dando una unión de alta energía. El 3 fosfo – glicerol – fosfato por la acción de la fofoglicero quinasa transfiere el fofato de la posición al ADP y la transforma en ATP. El fosfato que está en el carbono 3 pasa a la posición de carbono 2, la reacción es catalizada por la enzima fosfo–gliceromutasa, el 2 fosfoglicerato es atacada por una enolasa que produce la perdida de una molécula de H2O entre los carbonos 2 y 3 del 2 fosfoglicerato produciéndose el fosfo–enol– piruvato, el cual transfiere su fósforo al ADP por acción de la enzima piruvato AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 96 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS quinasa Mg++ formándose un nuevo ATP, produciéndose acido pirúvico libre. Cuando el músculo es sometido a un gran esfuerzo el acido pirúvico es transformado en ácido Láctico por el NADH2, el cual pasa de la célula al hígado donde es transfomado. 5.5.-DESTINO METABÓLICO DEL ÁCIDO PIRÚVICO. El Ac. pirúvico es oxidado y convertido en Acetil CoA por la bacterias, debido a un complejo enzimático, donde la enzima principal se denomina Alfa–cetocarboxilasa y donde actúa como cofactor TPP (tiamina pirofosfato), ac. Lipoico, CoA; el resultado es acetil S-CoA o acetato activo. Puede seguir varias vías metabólicas dentro de las bacterias. La una es la que por acción de la enzima condensante el Acetil S-CoA reacciona con el acido oxalacetico y se transforma en acido cítrico para convertirse por medio del Ciclo de Krebs o Ac. Tricarboxilicos en Co2 y H2O suministrando a la bacteria 12 ATP Ac. Piruvico + (CoA,ac. Lipoico,TPP) + alfa-cetocarboxilasa AUTOR: BAYRON VISCAÍNO Acetil S-CoA o Acetato 97 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 5.6.-FORMACIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO POR LAS BACTERIAS Se puede realizar por 2 vías las síntesis de Ac. Acético: a).-Los Clostridium y las bacterias celulolíticas en anaerobiosis, utilizan la vía llamada “fosforoclástica”, que requiere como coenzimas HSCoA, Fe++ y Tiaminapirofosfato (TPP). Cuadro.10: Formación de AC. Acético a partir de Ac. Pirúvico Ac. Pirúvico + HPO4 = HSCoA + TPP + Fe +FAD Complejo fosforoclasico-dehidrogenasa Acetil-CoA + PO3H3 Fosfatotranscetilasa Acetil-fosfato + HSCoA + ADP Acetoquinasa Ac. Acetico + ATP b).-Una vía similar da como productos finales ac. fórmico y acetil fosfato 5.7.-UTILIZACIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO POR EL ANIMAL AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 98 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Es alrededor de un 60% del total de los A.G.V producidos por las bacterias atraviesa las paredes del rumen, por vías sanguínea llega a hígado, tejido adiposo, mamas, y músculo donde es transformado en Acetil-CoA, siendo sustancia de alto valor energético y precursor de otros productos. Cuadro 11: Formación de CoA a partir de ac. acético Ac. Acético + ATP Acetil CoA sintetasa Acetil CoA + AMP 5.8.-FORMACIÓN DE ACIDO LÁCTICO POR LAS BACTERIAS En las bacterias del rumen, el ácido pirúvico puede seguir en el músculo varias vías, cuando es reducido a Acido láctico por acción de las respiración anaeróbica, proceso idéntico al del músculo, sale fuera de la célula porque no lo puede utilizar mas o se transforma en acido propiónico que también es expulsado al rumen como material de deshecho. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 99 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS El acido láctico se produce por la fermentación del almidón por acción de las cepas amilolitícas. Un 1 mol de glucosa produce 2 mol de acido láctico con ganancia de 2 ATP. De allí que el animal tiene 2 fuentes de acido láctico; la que proviene del músculo y la del rumen y ambos son convertidas en glucosa por síntesis de gluconeogénesis. Cuadro 12: Formación de ac. láctico a partir de ac. pirúvico NADH2 Acido pirúvico + NAD Láctico deshidrogenasa Ácido láctico 5.9.-FORMACIÓN DE ÁCIDO PROPIÓNICO POR LAS BACTERIAS Es un A.G.V formado por la degradación de Carbohidratos y se halla en un 19% del total de A.G.V, cuando el sustrato fermentable es celuloso. Tiene 2 vías: la una es la vía relacionada con el ciclo de Krebs. La otra vía se llama vía de Ac. Acrílico y es la más usada por las bacterias. El ac. Pirúvico a través de lacticodehidrogenasa forma el acido láctico, este es AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 100 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS transformado por Acetil-CoA y la enzima acetil-CoAtransferasa en Lactil-CoA El lactil-CoA es atacado por lacticodehidratasa y hay pérdida de HO2, dando como resultado Acridil-CoA y este a su ves a través de NADH2 y la enzima acridil-CoA-dehidrogenasa, se transforma en propionil-CoA. Finalmente actúa la acetil-CoA-transferasa formando en acido propiónico + H-S-CoA. Cuadro13: Formación de ac. propiónico a partir de ac. pirúvico Ac. Piruvico lacticodehidrogenasa Ac. Láctico + Acetil-CoA Acetil-CoA-Transferasa Lactil-CoA -H2O lacticodehidratasa Acridil-CoA + NADPH2 Acridil-CoA-dehidrogenasa Propionil-CoA Acetil-CoA-Transferasa Acido propiónico + HSCoA 5.10.-UTILIZACIÓN DEL ACIDO PROPIÓNICO POR EL ANIMAL AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 101 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS El ácido propiónico sale al rumen, y va al hígado y músculos donde se oxida aeróbicamente dentro de la mitocondrias para dar CO2 y H2O. El ácido propiónico es activado por el Acetil CoA-sintetaza + ATP y SCoA, para transformarse en propionil S-CoA. La propionil CoA es carboxilada a D-metil-malonil S-CoA por acción de la enzima Propionil ScoA carboxilasa que contiene biotina y posteriormente por acción de una metil-malonil ScoA es convertido en L-metil-malonil SCoA, esta es catalizada por la metil-malonilSCoA mutasa y da como resultado la formación de Succinil SCoA que se integra al ciclo de krebs llegando al oxalacetato. Cuadro 14: formación del ac. propiónico en ac. succínico AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 102 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Ac. propiónico +ATP + S-CoA Acetil CoA- sintetasa Propionil S-CoA Propionil-CoA-carboxilasa D-metil-malonil-S-CoA Metil-malonil -CoA-Racemasa L-metil-malonil S-CoA Metil-malonil –CoA- mutasa Succinil S-CoA Ciclo de Krebs Oxalacetato Ácido succínico 5.11.-CICLO DE KREBS El acido pirúvico s transforma en acetil CoA para formar parte del ciclo de Krebs. Comienza con la condensación aldolica de la Acetil CoA con el grupo carbonilo que es el oxalacetato por acción del citrato sintetasa para dar el acido cítrico, liberando HS-CoA El citrato es isomerado por el isocitrato, esta isomeración es catabolizada por aconitato hidrasa o AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 103 UNIVERSIDAD DE CUENCA aconitasa que realiza FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS una deshidratación y posteriormente una hidratación del citrato. El isocitrato posee un alcohol, esto posibilita la acción de la enzima deshidrogenasa isocítrico dando como producto el acido oxalosuccinico (tiene una función cetónica). El oxalosuccinico se descarboxila espontáneamente dando como producto un acido alfa cetoglutarico. El alfa cetoglutarico es atacado por un sistema enzimático produciendo succinil CoA. El succinil CoA pierde S-CoA por fosforolisis asociado GDP en animales y en bacterias ADP. El GTP que se forma, transfiere un P al ADP para formar ATP, por acción de la enzima nucleosidasa-difosfato-quinasa (esta reacción se denomina fosforilación a nivel de sustrato) formando el succinato El succinato (ac. Dicarboxilico) prosigue la vía metabólica, que es catabolizada por la deshidrogenasa succínica con la coenzima FAD que capta 2 H y queda como FADH2 De allí resulta el fumarato y este se hidrata a través de la fumarasa y da como resultado el malato. Este se oxida por la deshidrogenasa malica que tiene como coenzima al NAD dando como producto el oxalacetato, AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 104 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS el cual reinicia el ciclo al unirse con otra nueva acetil CoA. Cuadro.15: Ciclo de Krebs Acetil CoA Oxalacetato Malato Citrato Fumarato cis-oconitrato Succinato isocitrato Succinil CoA oxalosuccinato CO2 CO2 α cetoglutarato 5.12.-SÍNTESIS DE LA LACTOSA La glándula mamaria sintetiza la lactosa, en su mayor parte de la glucosa sanguínea (60% - 80%) Cuadro 16: Síntesis de la lactosa a partir de la glucosa AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 105 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Glucosa + exoquinasa + ATP Glucosa 6(P) + fosfoglucomutasa Glucosa 1(P) + uridin transferasa (UDP) UDP- glucosa + UDP glucosa 4 epimerasa + NAD UDP-D-galactosa + NAD + lactosa sintetasa + D-glucosa Lactosa + UDP 5.13.-UTILIZACIÓN DE LA GLUCOSA Y DE LOS A.G.V En el rumen se da una competencia por los sustratos solubles (glucosa, fructuosa) entre el animal y la bacteria. Estas competencias son muy favorables a las bacterias dado a que el rumen no es permeable para los sustratos mensionados. celulosa) pero El rumiante realmente ingiere se pasto alimentan (almidón, de acido propiónico, acético y butírico, que son los productos no metabolizables de las bacterias. Los A.G.V son absorbidos como sales de sodio que pasan rapidamente al hígado, músculo y corazón donde son retenidas y metabolisadas cubriendose con ellos más del 50% de las AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 106 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS necesidades energéticas del animal. De allí decimos que hay una desviación metabólica en el rumiante hacia la utilización de los A.G.V como sustrato primario para satisfacer sus requerimientos. La glucosa como combustible proviene de las pequeñas cantidades que son absorbida en el intestino y en comparación con los polisacáridos absorbidos en el rumen es muy pequeña y no puede por si sola mantener los requerimientos. Por lo tanto suministrar al animal hidratos de carbono solubles por vía digestiva no produce aumento de glucosa en la sangre. Hiperglucemias en animales adultos son como causa el stress y alteraciones hormonales. Un factor importante es el aumento de glucosa en la sangre cuyo origen es una acidosis láctica del contenido ruminal lo que produce una alta gluconeogénesis. Si el hígado es rebozado y no puede transformado el ac. Lactico en glucosa se producirá una acidosis patológica. La hipoglucemia esta relacionado con la deficiencia de alimento o elevada producción de leche que trae como consecuencias una cetosis. 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 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 107 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS intermediario universal en la síntesis de los A.G.V. 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. Los ácidos acético, propiónico y butírico conforman la mayoría (>95%) de los ácidos producidos en el rumen. Cuadro 17: Biotransformación del acido pirúvico en A.G.V AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 108 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Cuadro 18: Utilización de la glucosa y de los A.G.V A.G.V Deposito de grasa Ácido propiónico Glucosa Aminoácidos glucogénicos Oxalacético Glicerol de grasa Producción de energía 6.- METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS Y COMPUESTOS NITROGENADOS. El abastecimiento protéico para el rumiante se realiza a nivel del intestino delgado. A pesar de esto los procesos en el rumen juegan un papel muy importante, dado que los microorganismos son los encargados de la lisis (proteína proveniente de la ración) y la síntesis de proteínas. Mencionaremos a continuación las rutas de los procesos del nitrógeno. Parte de las proteínas que provienen del alimento pueden llegar al intestino (proteína by pass), pero el resto es generalmente degradada por los microorganismos, transformándola en amoníaco y ácidos grasos principalmente. El amoníaco es utilizado para la síntesis de proteína bacteriana. Estas AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 109 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS bacterias son finalmente arrastradas al intestino donde son degradadas. El contenido de proteína bruta contenida en las bacterias es de entre 40 y 65 %, con un valor biológico del 70 % y digestibilidad de 70 %. Parte del amoníaco no utilizado por las bacterias es absorbido por las paredes del rumen, pasando al torrente sanguíneo para ser excretado en orina o reutilizado, dado que puede regresar en forma de urea a la saliva para volver a introducirse al rumen. Cuadro18: relación entre los A.G.V, pH, concentración y velocidad de fermentación. CELULOSA ALMIDÓN AZUCARES Concentración Baja Alta Baja 6.2 - 6.7 5.2 – 6.0 4.8 – 5.4 Lenta Rápida Muy rápida > acético < acético < acético < propionico > > butirico bacteriana pH ruminal Velocidad de fermentación A.G.V relativa propionico 6.1.-METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS POR BACTERIAS DEL RUMEN AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 110 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Las proteínas vegetales son fuentes nitrogenadas, que por vía directa e indirecta son administradas a los rumiantes en forma de aminoácidos, para mantener y formar sus estructuras. Los compuestos nitrogenados no protéicos provienen de la urea, del catabolismo de las bases puricas y pirimidicas, resultado de la degradación de ácidos nucleicos. Para que se libere proteína vegetal debe producirse, una trituración adecuada facilitando el ataque de las enzima. El rumen debe tener bacterias celulolíticas y peptinoliticas para que provean de enzimas necesarias para la ruptura de la célula vegetal, liberando así las proteínas plasmáticas, que son aprovechadas por las celulas. La digestión de las proteínas por lo microorganismo del rumen va de 43 – 90%. El resto es digerido en el intestino. La proteína microbiana esta formada por aminoácidos provenientes de la hidrólisis de la proteína vegetal y en gran parte por aminoácidos de una nueva formación (con nitrógeno proveniente de la fijación del NH3). El 90% es digerido en el intestino, una vez destuida la bacteria. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 111 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Los protozoos colaboran en la destrucción de las bacterias y además aportan con sus propias proteínas al líquido ruminal. 6.2.-DEGRADACIÓN DE LAS PROTEÍNAS EN EL RUMEN. Una vez rota la célula vegetal es atacada por las cepas bacterianas proteolíticas. El complejo enzimático que actuan cerca de un pH neutro y se divide en 2 grupos de acuerdo al estado de degradación del sustrato sobre el que actúa: 1.-) Proteínas: enzimas que atacan a proteínas nativas, hidrolizándolas a polipéptidos de diversos pesos moleculares. Las enzimas están localizadas en la pared bacteriana y actúan en pH ácido o alcalino. 2.-) Peptidasas: enzimas que actúan sobre los pépticos de diversos pesos moleculares, llevándolos a péptidos de bajo peso molecular, los que dan como producto final de degradación, “dipéptidos” y aminoácidos libres. Las enzimas que atacan los polipéptidos de bajo peso molecular se hallan en la pared celular mientras que las que hidrolizan los dipéptido son intracelulares. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 112 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Las proteínas vegetales, animales o microbianas sometidas a enzimas del complejo ruminal en general siguen el mismo camino. Los aminoácidos pasan libremente a través de la pared bacteriana, en ambos sentidos, también existe un pasaje activo posiblemente regulado por un sistema de transportadores, pues hay bacterias que pueden acumular en su protoplasma ciertos aminoácidos contra gradientes de concentracion. Los factores que estimulan la actividad proteolítica son: 1.-) Solubilidad de la proteína: cuando se suministra proteínas solubles o polipéptidos se incrementa la utilización del nitrógeno protéico y el desarrollo de cepas bacterianas como Butirovibrios, selenomonas y cocos. Debe considerarse como solubilidad de las proteínas a los índices de solubilidad que presenta el rumen, esto es debido a la concentración salina o iónica y a la presencia de otros metabolitos. 2.- La naturaleza química y estructura de las proteínas: las proteínas son degradadas en diversos porcentajes, dependiendo esto de su peso molecular, estructura y solubilidad. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 113 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Las enzimas bacterianas del rumen demuestran especificidad marcada sobre las proteínas vegetales y animales (excepto de origen lácteo) 3.- El tiempo de permanencia de la proteína en el rumen: si el tiempo es corto, las proteínas solubles pasan directamente al abomaso y las acciones degenerativas de las bacterias serán incompletas. La solubilidad esta en relación inversa con el tiempo de retención, en cambio el grado de hidrólisis que sufre está en relación directa con el tiempo de permanencia. Ósea si el tiempo de permanencia es corto, debido a que las proteínas solubles pasan rápidamente al librillo las acciones degradativas de las bacterias serán incompletas 4.- La presencia de Carbohidratos en la dieta: la acción proteolítica están en relación directa con la concentración de glúcidos aprovechables, pues estos suministran la energía protéica bacteriana, como así también la síntesis de la cadena carbonada para la formación de nuevos aminoácidos a partir del NH3. 5.- La regularidad, composición y cantidad de la ración: Es posible controlar el desarrollo de las cepas microbianas e incluso efectuar variaciones en la misma, controlando la dieta. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 114 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 6.-El pH del medio ambiente: el pH óptimo es el 6.5 para la actividad proteolítica 6.3.-DESTINO DE LOS AMINOÁCIDOS. A las bacterias les quedan los siguientes caminos: 1.- Aprovechar los aminoácidos derivados de la hidrólisis de las proteínas. 2.-Sintetizar aminoácidos nuevos a partir de las estructuras derivadas de los carbohidratos y el amoniaco o por la transaminasa. A poco tiempo de ingerido el alimento los polipéptidos de diversos pesos moleculares y los aminoácidos libres comienzan a aumentar su concentración al igual que el nitrógeno amoniacal. La acción de las desaminasas, pueden ser el responsables de los picos de amoniaco, al igual que es en el mismo tiempo que hay la concentración más alta de aminoácidos. Existen 2 pool (reservorios o fondo común) de aminoácidos: 1.- El pool externo, constituido y alimentado por la continua degradación de AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 115 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS las proteínas. 2.- El pool interno, dentro de las bacterias. Estos pools se hallan en el proceso dinámico de recambios continuos y difieren entre si en la concentración total y parcial de cada aminoácido. Del pool externo pasa a través de la pared bacteriana al pool interno, para satisfacer las necesidades de aminoácidos, los que serán utilizados en la síntesis proteica y como fuente de energía. Hay una activa resistencia de aminoácidos en el pool interno de las bacterias para la cual el catabolismo de los aminoácidos libres del amoniaco rumen suministraría necesario para la específicamente síntesis de el nuevo aminoácidos, siguiendo las cadenas carbonatadas. Los siguientes destinos: 1.- Producir energía. 2.-Ser eliminadas una vez transformadas en A.G.V. 3.-Servir de base para la formación de otros aminoácidos. Las bacterias eliminan aminoácidos que no usan, al exterior, los catabolizan y los devuelven al rumen en forma de NH3, CO2, cetoácidos y A.G.V. En general las bacterias Gram negativas (-), sintetizan la mayoría de los AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 116 UNIVERSIDAD DE CUENCA aminoácidos. Los FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS protozoos con repecho a los aminoácidos actúan en forma parecida a las bacterias. Una vez que los aminoácidos penetran dentro de las bacterias pueden seguir varios caminos: A).-DESAMINACIÓN: Es la pérdida del grupo amino de los aminoácidos, por acción enzimática y la siguiente formación de cetoacidos. Este es un fenómeno preeliminar a la utilización posterior del aminoácido como fuente de energía, en cambio la síntesis de los nuevos aminoácidos por las bacterias consiste en la aminación de los cetoácidos, derivados de los carbohidratos y también de las proteínas. La desaminación puede ser: 1).-Desamiación oxidativa: actua sobre el aminoácido a través de la enzima de flavopdoteina (FAD) lo convierte en iminoacido más el FADH2. El iminoácido a través de hidratación da como resultado a cetoacido + NH3. Aminoácido + Enzima de flavopdoteina (FAD) Iminoacido + FADH2 + H2O Cetoácido + NH3 La alanina puede desaminarse dando ácido pirúvico Aminoácido AUTOR: BAYRON VISCAÍNO Ácido pirúvico + NH3 117 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 2).-Desaminación reductiva: Hay formación de un ácido saturado a partir de un aminoácido (alanita) Aminoácido Ácido propiónico + NH3 3).-Desaminación hidrolítica: Hay formación un Hidroxiacido a partir de un aminoácido Aminoacido Ácido láctico + NH3 B).-TRANSAMINACIÓN: Consiste en una transferencia intermolecular del grupo NH2, sin que libere NH3. La reacción es reversible y catalizada por la transaminasa. C).-DESCARBOXILACIÓN: Consiste en la pérdida del grupo carboxilo de los aminoácidos, con eliminación de CO2 y la formación de la amina correspondiente, con un átomo de carbono menos. Se efectúa por la acción de la enzima carboxilasa. Es poco vigente ya que la enzima necesita un pH menor a 5. 6.4. IMPORTANCIA DE LA SÍNTESIS MICROBIANA. En forma simultánea en el rumen se degradan las proteínas vegetales y se sintetiza las proteínas microbianas a partir de 2 fuentes: 1.- Por incorporación directa de aminoácidos libres 2.- Por síntesis de aminoácidos nuevos a partir de NH3 libre. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 118 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Muchas de las bacterias del rumen sobre todo las aeróbicas utilizan, el NH3 como fuente primaria de nitrógeno, todos tiene acción celulolítica muy marcada. Para la síntesis protéica se usan NH3 aun en presencia de aminoácidos libres, este hecho se debe a que las cepas necesitan A.G.V ramificados como requerimiento absoluto debido a que no pueden incorporar o sintetizar las cadenas de los amoniacos de cadena ramificada. 6.5. CICLO DEL AMONIACO EN EL RUMEN. Las bacterias como están rodeadas de agua, secretan el NH3 al rumen y también pueden captarlo cuando lo necesitan. El NH3 es permeable en la pared de las bacterias. El NH3 pasa a la sangre, es fijado por el acido aspartico, la vena porta lo lleva al hígado donde se transforma en urea. 6.6. SÍNTESIS DE LA UREA. Una parte de la urea producida en el animal (25 – 40%) vuelve al rumen a través de la sangre arterial y saliva. Esta urea es atacada por las ureasas bacterianas AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 119 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS y transformada en NH3 que es captada por las bacterias para la síntesis de nuevo aminoácidos. De esta forma las bacterias tienen una fuente de nitrógeno, cuando la hidrólisis de proteínas recién comienza y la concentración de aminoácidos es baja. El ciclo regenerado proteico en los rumiantes se basa en la capacidad de los microorganismos ruminales de sintetizar proteínas a partir de compuestos nitrogenados no proteicos (NNP). La absorción de NH3, producto altamente tóxico para el cuerpo animal, por la pared ruminal incrementa su concentración en la circulación portal de la que el hígado, desarrollando su papel detoxicante, lo toma para sintetizar urea por lo que la concentración de amoniaco en la sangre sistémica es muy baja. El incremento de NH3 en el contenido ruminal aumenta su absorción a través de la pared ruminal por lo que cantidades excesivas pueden resultar con la muerte rápida del animal por la toxicidad del mismo. La urea, sintetizada en el hígado a partir del nitrógeno que es absorbido como amoniaco en la pared ruminal o del nitrógeno originado por la desaminación de los aminoácidos endógenos, será aportada por la sangre de la circulación sistémica al rumen directamente por difusión o indirectamente por la saliva. En la saliva, el nitrógeno ureico representa AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 120 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS aproximadamente el 70% del nitrógeno total contenido en la secreción salival de las glándulas parótidas. Una vez en el saco ruminal rápidamente la urea es convertida en NH3 para su entrada en el sistema sintetizador proteico de los microorganismos. Cuadro 19. Metabolismo nitrogenado en los rumiantes. 7.- METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS EN EL RUMEN. Trataremos a las grasas centrándonos en el concepto como esterificaciones de ácidos grasos con glicerina. Estas grasas difieren en los tipos de ácidos AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 121 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS grasos que intervienen, en número de carbonos y distinto grado de instauración. En primer término las grasas son hidrolizadas por lipasas producidas por algunas bacterias (ej. Anaerovibrio lipolytica), luego los ácidos grasos insaturados son saturados por hidrogenación por otros microorganismos (ej. Butiryvibrio fibrisolvens). De este modo la proporción de ácidos grasos insaturados que llegan al intestino es mínima. La importancia de la hidrogenación es: 1) La presencia de ácidos grasos insaturados puede causar tensión superficial en la bacteria, alterando la permeabilidad, inhibiendo el proceso fermentativo; Además la adherencia a las fibras vegetales de estos ácidos produce la reducción en la digestibilidad. 2) El proceso de reducción química por hidrogenación alcanza también a otros compuestos que pueden resultar tóxicos como por ejemplo algunos fenoles, alcaloides, etc. 3) Distrofias musculares son producidas cuando los niveles de vitamina E no son elevados y son AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 122 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS absorbidas grandes cantidades de ácidos grasos insaturados. 4) Productos secundarios del proceso de reducción son ácidos grasos de cadena ramificada, los cuales pueden detectarse posteriormente en leche por ejemplo. De aquí la importancia de la hidrogenación, dado que son responsables del olor y sabor de la leche, y estos productos secundarios pueden ser distintos a los ingeridos en la ración. Estudios han demostrado que pueden llegar al intestino mayores cantidades de ácidos grasos que los que se ingieren, debido a la fracción de grasas de los microorganismos. 7.1. LÍPIDOS MICROBIANOS. Las bacterias son importante en la síntesis de los lípidos y su posterior utilización por parte del animal. Los lípidos de los microorganismos de rumen podrían ser la fuente A.G de cadena ramificada y de A.G de número impar de átomos de carbono encontrados en tejido adiposo y leche. Estos lípidos microbianos son en su mayoría provenientes del novo y se encuentran tanto en el protoplasma y la membrana celular de las bacterias; posiblemente tenga origen en la acetil–CoA proveniente del metabolismo intermedio de la celulosa y celobiosa. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 123 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Pero no todos los gérmenes ruminales han de poseer ácidos grasos ramificados. Muchas bacterias producen A.G ramificados. Los protozoos también los producen. En las bacterias celulolíticas es casi inexistente lo triglicéridos. La importancia que tienen los lípidos bacterianos es que en su mayor parte no son hidrolizados a nivel del rumen y sus A.G no son modificados, sino a nivel de intestino delgado (son aislados por el animal) 7.2. DIGESTIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LOS LÍPIDOS POR LA FLORA MICROBIANA. Las grasas de los alimentos sufren una hidrólisis por la flora microbiana. La hidrólisis que se producen en el rumen, comprende 2 acciones enzimáticas: 1.-Liberación de A.G por hidrólisis de la función Ester. 2.-Liberación de la galactosa y del galactoglicerido, principal combinación en que se encuentran los lípidos en las hojas verdes. Estos 2 procesos son el resultado de la actividad enzimática microbiana en el rumen. Los A.G pueden ser liberados de: ¾ Galactolípidos. ¾ Esteroles. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 124 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS ¾ Triglicéridos. ¾ Fosfolípidos. Los microorganismo del rumen poseen alfa y beta galactosidasa, el cual hidrolisa mono y di galactogliceridos y liberan la galactosa cuando la molecula esta entera. Los protozoos también poseen alfa y beta galatosidasa y pueden efectuar la liberación de la galactosa de los galactosilglicerol. Los fosfolípidos son hidrolizados por fosfolipasas A y B, dando lisoderivados y glicero-fosforilcolina; los cuales vuelven a ser hidrolizados dando como producto glicerol, acido fosfórico y colina. Los A.G de cadena larga de origen vegetal no experimentan ninguna degradación apreciable. Prácticamente no se absorben a traves de la pared del rumen 7.3. FERMENTACIÓN DEL GLICEROL Y LA GALACTOSA. Estos productos liberados por acción de las enzimas lipolíticas bacterianas son rápidamente metabolizadas a A.G.V. el glicerol, da como producto final acido propiónico y vestigios de acido succínico y láctico. El glicerol, (10% de triglicéridos) cuando queda libre puede ser utilizado AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 125 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS por el organismo y las bacterias, siguiendo las siguientes vías metabólicas: Cuadro 20: Fermentación del glicerol Glicerol + ATP ADP glicerol fosfato quinasa Glicerol fosfato Deshidrogenasa + NAD NADH2 Aldehído glicérido 3 fosfato Convertirse en glucosa, Oxidado totalmente, Ciclo de la glucolisis, Metabolizado (Emdber Meyerhof) en A.G.V 1.- Es convertido en glucosa. 2.-Es utilizado nuevamente en la síntesis de glicéridos o de los fosfolípidos. 3.- Es susceptible de ser oxidado totalmente. 4.- Es metabolizado a A.G.V. La galactosa puede ser metabolizada por varios microorganismos proteolíticos del rumen entre estos los Butyrovibrios. 7.4. HIDROGENACIÓN. Los microorganismos del rumen pueden realizar hidrogenación de la A.G no saturados dando como resultado A.G saturados. El mecanismo de hidrogenación AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 126 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS se produce por vías metabólicas anaeróbicas en que se sintetiza los A.G saturados, en cambio siguiendo la vía aerobia se sintetiza los A.G no saturados. Los productos de hidrólisis microbiana como ácidos grasos, esteroles libres, pequeñas cantidades de monogliceridos, digliceridos y otros residuos metabólicos pasan al abomaso sin sufrir ninguna alteración y van a ser absorbidos en el intestino. Cuadro 21: Metabolismo de los lípidos. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 127 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 7.5.-FORMACIÓN Y METABOLISMO DE LOS CUERPOS CETÓNICOS - CETOSIS. Los cuerpos cetónicos se forman en el hígado que no es capaz de metabolizarlos y pasan a la circulación general para ser eliminados por riñón, músculo y ser oxidados a CO2 y H2O. El acido aceto – acético se forma por la condensación de 2 moléculas de Acetil CoA a través de la tiol-esterasa. Cuando hay un aumento acentuado en la utilización de A.G compuestos. productores de energía por inanición debido a ingestión escasa o enfermedades o por exceso de ordeñe sin que se suministre una alimentación compensatoria o por alteración de la flora microbiana con escasa producción de A.G.V.; el aumento de consumo de A.G se acompaña de un aumento de cuerpos cetónicos y sangre y orina. Como el ácido aceto-acético y el betahidroxibutirico son ácidos orgánicos relativamente fuertes, su acumulación produce Acidosis Metabólica. Esto se da debido: ¾ En el hígado, la actividad elevada de la enzima cetoacetil-desacilasa en contraposición de la baja actividad de la tioquinasa y la falta o escasez del sistema tio-férrico. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 128 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS ¾ Cuando la producción de acetil-CoA sobrepasa la capacidad de metabolizarse en el ciclo de Krebs debido a la insuficiente cantidad de oxal-acetato, derivado de la glucosa o del acido propiónico. ¾ Disminución manifiesta del glucógeno hepático Este proceso puede ser revertido frenando la producción de cuerpos cetónicos, mediante el suministro endovenosa de glucosa + insulina. 8.- ALGUNAS ENFERMEDADES O DISFUNCIONES POR CAMBIOS EN LA MICROBIOLOGÍA DEL RUMEN. 8.1.- ACETONEMIA Es una carencia de energía caracterizada por el aumento de los cuerpos cetónicos, especialmente la acetona, el ácido, betahidroxibutirico y el ácido oxalacético en la sangre. Se presenta especialmente en ganado lechero, al iniciarse la lactancia, después del parto y se puede prolongar en forma aguda hasta 6 semanas después y la forma crónica se presenta toda la lactancia. La cetosis subclínica baja la producción de leche hasta un promedio de 10,5 lt. La vaca que no son tratadas AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 129 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS produce hasta una cuarta parte de su producción total. Este problema es la razón por la cual las vacas no entran en celo, ni conciben antes de 10 o 12 semanas del parto, ya que la preñez ocurre solo cuando se satisfacen las necesidades nutricionales. ETIOLOGÍA. La alta demanda energética para producción es el factor predisponente para la acetonemia, dicha necesidad no se alcanza a satisfacer con el consumo, puesto que en época de lactancia la ingestión de materia seca se afecta por el ambiente, el tipo de alimento, la tasa de producción y la capacidad ruminal. Cuando se presenta déficit energético el organismo recurre a las reservas a las grasas de reserva, las cuales por falta de energía, no puede completar su oxidación luego de ser catabolizadas y, por lo tanto, los productos intermedio, cuerpo cetónicos, se incrementan en la sangre dando lugar a la acetonemia Otros factores que producen esta enfermedad son trastornos metabólicos que disminuyen el apetito, la AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 130 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS obesidad en la época del parto, mastitis deficiencia energética por el metabolismo. PATOGENIA. Al presentarse una deficiencia energética se produce una disminución del nivel del azúcar sanguíneo asociado a un incremento en la cantidad de cuerpos cetónicos; es decir se presenta hipoglucemia o hipercetonemia, que lleva a acidosis y baja capacidad de transporte del anhídrido carbónico y, por tanto, disminuye la oxidación celular de los tejidos. Estas condiciones pueden producir un estado de coma e, incluso, la muerte. Con frecuencia hay alto niveles de amoniaco. SÍNTOMAS. Se presentan en el posparto entre la segunda y tercer semana. El primer síntoma es la perdida del apetito rechazando el alimento o disminuyendo su consumo. Otro síntoma es la baja brusca de la producción de leche, somnolencia o excitación. En muchos de los casos el ambiente es posible sentir el olor a acetona en el aire expirado por la vaca o la leche, Cuando AUTOR: BAYRON VISCAÍNO se presenta 131 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS excitación el animal brama, camina en círculos y tienen temblores e incluso tetania. En la forma aguda el animal baja de peso rápidamente, tiene heces secas, el rumen disminuye sus movimientos, incapacidad para levantarse, el animal cae en coma y finalmente muere. DIAGNOSTICO. Se realiza al determinar los niveles de acido betahidroxibutirico en la sangre, asimismo bajo nivel de glucosa acompañado de altos valores de bilirrubina TRATAMIENTO. A veces la vaca puede curarse en forma espontánea en 20 días, en otras debe tardarse. Para controlar la forma aguda se suministra energía; soluciones de hasta 50% de glucosa en dosis de 500 ml. Se debe repetir la dosis cada 12 – 24 horas, pues el aumento de glucemia es solo temporal. Administra propilenglicol en dosis de 400 a 500 ml, 2 veces al día diluida en igual cantidad de agua durante 4 a 5 días, ofrece la ventaja de degradarse AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 132 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS lentamente en el rumen, para pasar al hígado y transformarse en glucosa. Se puede usa propinato de Na pues ocurre de igual forma. Se puede usar ACTH o glucocorticoides pues son gluconeogénicos y anabólicos, que han demostrado buenos resultados, otras sustancias que son efectivas son al insulina y la nacía. PREVENCIÓN Se debe evitar las deficiencia de energía por lo tanto se debe: adaptar gradualmente a la hembra gestante, desde la segunda a la tercera semana antes del parto, a la utilización de niveles altos de energía, además, se debe usar , al hincar la producción un alimento formado por materias primas similares a las que consumió antes del parto. Evitar la sobrealimentación en el periodo seco de la vaca y controlar el estado de carne. Vigilar el apetito y detectar y corregir cualquier factor que la pueda afectar. Aumentar el suministro de alimento de acuerdo con el incremento de la producción, al iniciar la lactancia. Utilizar un concertado que tenga entre 15 – 18% cruda, también es conveniente que la formula de alimento tenga maíz o subproductos. Evitar cambios bruscos en la ración.(18) AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 133 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 8.2.- ACIDOSIS RUMINAL. La acidosis ruminal son aquellas afecciones de la digestion de los preestomagos caracterizado por un pH que va desde los 6 a 4.los bovinos con diestas de celulosa y proteina tienen tendencia a la acidosis. ETIOLOGÍA. Se produce por la ingestion de excesiva de hidratos de carbono facilmetne digestibles, como maiz, concentrados, etcel motivo para uqe la acidosis aparezca es un brusco cambio de la dieta a una rica en hidratos de carbono. La composicion de la flora ruminal se modifica de manera que primeramente se producen muchos A.G.V. y luego aumenta la produccion de acido láctico. PATOGENIA. Por la presencia de Hidratos de carbono aumetan las bacterias gram + como el streptococcus bovis que es productor de acido lactico, En condiciones normales, el ácido láctico metabolismo es un ruminal. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO intermediario Aunque son minoritario del numerosas las 134 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS bacterias que sintetizan láctico, Streptococcus bovis es probablemente la más importante. Sin embargo, la mayor parte del ácido láctico producido se metaboliza en el rumen, siendo Megasphera eldesnii la especie que más contribuye a este proceso. En la mayor parte de los casos, el desarrollo de acidosis se debe más a la no metabolización del ácido láctico que al incremento de síntesis. El proceso suele iniciarse con la fermentación rápida de hidratos de carbono no fibrosos (HCNF) y el crecimiento de grupos bacterianos productores de ácido láctico (S. bovis). El desarrollo lento de las bacterias utilizadoras de láctico favorece su acumulación. Cuando el láctico se acumula y el pH se reduce por debajo de 5,5, las poblaciones mayoritarias utilizadoras de láctico (M. Eldesnii) y la población productora de ácido láctico (S. bovis) desaparecen, pero es sustituida por lactobacilus productores de láctico. En la acidosis el rumen sube su presion osmotica muy por encima de lo normal lo que constituye un impedimento para la resorcion de agua ruminal. El organismo trata de combatir la acidosis con la salivacion e incorporacion de líquido organico a la ingesta. En la AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 135 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS acidosis ruminal aguda se hallan altas concentraciones de acido láctico. La acidosis ruminal subaguda (SARA pos sus siglas en ingles) se presenta en periodos de depresiones moderadas del pH ruminal (sobre 5-5.8) con una duración entre aguda y crónica. El ácido láctico no se acumula consistentemente en los fluidos ruminales; la depresión en el pH ruminal del ganado con SARA se debe a la acumulación de ácidos grasos volátiles (AGV) totales y no a la acumulación de ácido láctico. En la sangre cambian sus componentes aumentando el piruvato, lactato y glucosa, produciendo una acidosis metabólica. Debido a la muerte de bacterias Gram (-) se produce la liberación de endotoxinas, provocando una endotoxemia y daños en diferentes órganos parenquimatosos. Además de las endotoxinas que se liberan en el rumen, también aumenta la concentración de histamina, triptamina y tiramina. El aumento en la concentración de histamina en sangre es la causa de la laminitis. SÍNTOMAS. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 136 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS En los casos leves hay una inapetencia pasajera, baja produccion, poca actividad del rumen. Incluso en estos caso la acidosis pude cursar en forma subclinica, sin una notable afeccion del apetito. En los casos intermedios o acidosis aguda se observa: anorexia, dolor abdominal, taquicardia, taquipnea, diarrea, cesan la producción de leche, deshidratación, letargia, tambaleo, recumbencia y finalmente la muerte (en menos de 12 horas) si no se les da tratamiento. Las vacas que sobreviven a los efectos sistémicos iniciales de la acidosis ruminal aguda, pueden sucumbir más tarde, por complicaciones severas de rumenitis bacteriana o causada por hongos. En casos graves estos signos aparecen a las 12 a 24 horas de haber consumido el alimento. Hay taquicardia de 90 a 100 latidos. No hay actividad de los preestomagos. En los casos sobreagudos se presentan en decubito y en estado comatoso, con frecuencia cardiaca de 120 a 140 latidos por minuto y si al aniaml no se lo da tratamiento en 12 horas muere. (15) CONSECUENCIAS. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 137 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Las altas concentraciones de ácidos que se mantienen por semanas o meses en la acidosis subaguda, pueden provocar lesiones en la mucosa del rumen, trastornos metabólicos, así como daños en hígado, pezuña y otros órganos. Una vez que se inflama el epitelio ruminal, las bacterias (Fusobacterium necrophorum y Arcanobacter pyogenes) pueden colonizar las papilas y escapar por la circulación porta. Estas bacterias pueden causar abscesos en el hígado o bien peritonitis por la formación de un absceso en la cavidad abdominal. Estos abscesos pueden ser únicos o múltiples, y cuando están situados cerca del hilio del hígado, predisponen a la vaca para el síndrome de la trombosis de la vena cava caudal. Si las abscesos del hígado drenan por vía hematica, pueden colonizar los pulmones, las válvulas del corazón, los riñones, o las articulaciones. La pulmonía, la endocarditis, la píelonefritis y la artritis que resultan de esta patología son difíciles de diagnosticar antes de la muerte del animal. DIAGNOSTICO. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 138 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS El diagnóstico se basa en la anamnesis (tipo de alimentación), en los signos clínicos y en el examen del líquido ruminal. La muestra de este tiene un color lechoso grisáceo y olor ácido picante; por lo general hay ausencia de gas, flotación y sedimentación de partículas sólidas. A la prueba del azul de metileno para ver la actividad microbiana, se encuentra aumentada (más de 10 minutos) y al medir el pH con tiras reactivas este marcara un valor ácido (5 o incluso por debajo de este). PRONOSTICO. Es muy variable porque depende de el tipo de acidosis que padesca y el tiempo. Va desde leve hasta resevado o fatal. En los casos de diagnosticar a desprendimietno de la musoca y negrosis el animal debe ser comercializado. TRATAMIENTO. La dificultad para saber la forma aguda o subaguda en cuanto a tiempo, hace un enigma el tratamiento. La acidosis sobreaguda demanda una acción rápida, la AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 139 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS rumenotomía y remoción del contenido ruminal, seguido de una terapia de fluidos y electrolitos para compensar el pH ácido es una práctica común. 8.3.- ALCALOSIS RUMINAL. Esta patología se caracteriza porque se produce un aumento del pH del rumen con un aumento de la digestion proteica y baja digestion de hidratos de carbono. ETIOLOGÍA. En rodeos de explotacion intensiva se suele producir por alimentos que estimulan la produccion lactea. El factor perjudicial es el alto contenido proteico de la racion y una baja presencia de carbohidratos; las mismas consecuencias pueden desencadenarse luego de administrar compuestos no proteicos, asi como cambios bruscos en la racion. PATOGENIA. Hay presencia de NNP en abundancia lo cual las bacterias protioliticas en un inico las desboblan pero AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 140 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS luego se va aumentando en nivel de amoniaco lo cual hacev que el p ascienda incluso puede llegar ahsta 8. La flora ruminal se inactiva a este nivel y el amoniaco pasa a la sangre SÍNTOMAS. En vacas lecheras hay reduccion de grasa de la leche,estados semejantes a la parecia, tambaleo, permanecen hechados mucho tiempo. En toros hay disminucion del apetito, poca rumiacion y motilidad ruminal. Tambien hay diarreas temporales. El liquido ruminal en estos casos es alcalino y muy pocas veces tiene olor a NH3 TRATAMIENTO. Se recomiendo administrar por algunos dias 50g de lactato, acetato de sodio. Como el tratamiento basicamente consiste en cambiar el pH del rumen se puee administrar acido acetico 0.5 litros al 80% diluida en 10 llitros de agua. Tambein se administra antihistaminicosy protectores hepaticos. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 141 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS PROFILAXIS. Se debe evitar los cambios bruscos de alimentos, tambien se debe cuidar a los animales a que no ingieran los alimentos con el rocio ode la mañana. 9. MANIPULACIÓN DE LA DIETA Y DEL ECOSISTEMA RUMINAL. Este capitulo así como los otros es muy importante, en vista a su aplicación. Después de conocer cada una de las reacciones que se presentan dentro de las células podemos decir estamos preparados para poder administrar de una mejor manera los alimentos, procurando así aprovechar todo el potencial del animal y a su vez de la microflora ruminal Existen tres objetivos principales que hay que perseguir cuando se pretende manipular la fermentación ruminal con la finalidad de elevar la productividad. • Mejorar la digestibilidad de los carbohidratos refractarios en el rumen • Aumentar la proporción de ácido propiónico en los AGV (relación G/E) AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 142 UNIVERSIDAD DE CUENCA • Equilibrar FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS la relación proteína-energía en los productos finales de la digestión. 9.1. Aumento de la digestibilidad de la fibra en el rumen. En general la deficiencia de un nutriente necesario para los microorganismos ruminales, reduce la biomasa microbial, disminuyendo a su vez la digestibilidad de los alimentos, particularmente los fibrosos. El primer criterio a tener en cuenta para manipular el ecosistema ruminal en una dieta debe ser el de proveer los substratos esenciales para un crecimiento microbial eficiente. 9.2. Amoniaco ruminal. En la mayoría de dietas basadas en subproductos agroindustriales y forrajes de baja digestibilidad, el principal limitante del crecimiento de microorganismos en el rumen, probablemente sea la concentración de amoniaco en el líquido ruminal. Este debe estar por encima del nivel crítico durante una buena parte del día. La cantidad de amoniaco que permite una digestión máxima en el rumen y a su vez una población alta de AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 143 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS microorganismos, variará de acuerdo a la dieta. El nivel crítico se reporta desde 50 a 250 mg de nitrógeno amoniacal/litro de líquido ruminal (ver Capítulo 3). Álvarez et al (1983) resaltaron que en el caso de forrajes con alto contenido de proteína, es muy probable que los microorganismos, que se adhieren a la fibra, dependan del contenido de nitrógeno presente en las paredes celulares de las plantas. La eficiencia de crecimiento de éstos puede verse afectada en menor grado por el nivel de amoniaco en e fluido ruminal. Para alimentos fibrosos, bajos en nitrógeno, o dietas en las cuales los carbohidratos son muy solubles (ej. La caña de azúcar), las concentraciones críticas de amoniaco deben ser más altas que en los alimentos ricos en proteína. Es importante que las concentraciones de amoniaco en el rumen permanezcan altas. Por ejemplo la urea es utilizada ineficientemente en el rumen cuando se ofrece en una sola comida en dietas a base de pajas. La urea se convierte rápidamente en amoniaco y la concentración llega a su punto máximo después de ser ingerida la comida, pero durante el resto del día, los niveles se mantienen por debajo del punto crítico (Fig. 5.1). La digestibilidad de la fibra por los microorganismos llega a AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 144 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS su máximo, de 5-6 horas después de la comida. De forma similar, en los rumiantes en pastoreo la suplementación con urea una vez al día muchas veces no es efectiva por las mismas razones anotadas anteriormente. Se ha comprobado que el suministro de la misma cantidad de urea repartida en varias comidas durante el día es más efectivo que una sola dosis. Las deficiencias en amoniaco dan lugar a un sistema microbial ineficiente. Al cambiar de una dieta con concentraciones de amoniaco ruminal altas a unas concentraciones bajas (inferiores al nivel crítico), el efecto sobre la eficiencia de fermentación solo se observará después de que la reserva de microorganismos se haya disminuido en forma significativa. Se presentará un periodo de receso mientras que la eficiencia disminuye de un Y atp de 14 a cerca de 8, cambiando la razón de proteína-energía de 23 a 12 g de proteína/MJ (ver Tabla 3.11). Cuando se reduce la reserva de microorganismos, también se reduce la digestibilidad de los alimentos y se disminuye el consumo. Por lo tanto los animales alimentados a base de dietas fibrosas con bajo contenido AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 145 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS de nitrógeno, pueden demostrar valores inferiores de digestibilidad alimenticia. Sin embargo, la disminución en la digestibilidad puede tomar un tiempo para desarrollarse cuando ocurre el cambio de una dieta alta en nitrógeno a una baja en este elemento. La reserva de nitrógeno amoniacal en el rumen es poca y amplias variaciones en las concentraciones de amoniaco pueden ser el resultado de cambios pequeños en el aporte de nitrógeno, aún en aquellas dietas que tienen contenido de nitrógeno moderado o alto. Es importante que cuando el substrato energético se esté fermentando las concentraciones de amoniaco en el líquido ruminal estén por encima del nivel crítico. Por ejemplo, si se suministra a bovinos alimentados con paja, un suplemento de urea en las horas de la mañana, la concentración de amoniaco en el rumen puede incrementarse durante un periodo corto, pero es muy probable que esta se disminuya cuando la mayor parte de los carbohidratos de la paja se consuman o estén disponibles para la fermentación. El porcentaje de proteína de una dieta no puede servir de guía para establecer si el nivel de amoniaco va a ser adecuado. Si la proteína está protegida de la AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 146 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS fermentación ruminal (ej. Torta de algodón extraída por solvente, secada y paletizada), los niveles de amoniaco en el rumen pueden llegar a ser bajos (Fig. 5.3). En estas condiciones la fuente de amoniaco en el rumen proviene de la urea en el plasma sanguíneo. Los mecanismos de este proceso son: los aminoácidos del suplemento proteico son absorbidos en el tracto digestivo posterior, luego pasan al hígado donde se produce la desaminación, y el amoniaco producido se convierte en urea la cual se secreta en el rumen (a través de la saliva o de las paredes ruminales). 9.3. Disponibilidad de los péptidos y de los aminoácidos. Existen evidencias que la disponibilidad de los aminoácidos y péptidos puede limitar la eficiencia del crecimiento microbial y a su vez la digestibilidad del alimento. Parece ser que los microorganismos obtienen sólo un 70% de su nitrógeno del amoniaco ruminal, lo cual sugiere que las bacterias toman además péptidos y aminoácidos. Oldham et al (1985) observaron que en novillas en crecimiento la digestibilidad de una dieta a base de granos de cereal, paja tratada y ensilaje de maíz AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 147 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS se aumentó al suplementarse con harina de pescado, sugiriendo esto, que algunos compuestos (aminoácidos y quizás otro rango de compuestos) están presentes en la harina de pescado, aumentando la eficiencia de crecimiento microbial. Sin embargo, Coombe (1985) mostró que la digestibilidad de la paja de avena era más alta cuando se utilizaba un suplemento proteico que cuando se utilizaba urea sola (ver Tabla 8.6). Se observaron efectos similares en dietas de ensilaje de gramíneas suplementadas con harinas de pescado o maní. Sin embargo, los efectos siempre han sido pequeños (Tabla 5.1). Tabla 5.1: La suplementación de una dieta a base de ensilaje con proteína sobrepasante (harina de pescado o de maní) aparentemente aumenta de manera significativa la digestibilidad. Sin Harina Harina Suplemento Pescado Maní % digestibilidad de componentes ensilados Materia seca 54 56 55 Materia 56 58 57 AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 148 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS orgánica Celulosa 68 70 67 Fuente: Gill y England (1984). Tabla 5.2: La adición de gallinaza (500 g/d) a una dieta de miel final/urea suplementada con pasto elefante (a un nivel de 3% del peso vivo en base fresca) parece reducir la proporción de butirato e incrementar la de propionato en los AGV del rumen. Gallinaza Total AGV Sin Con 46 52 (mM) Molar: (%) HAC 65 62 HProp 16 23 HBr 21 12 Fuente: Marrufo (1984) 9.4. Conservación de un reservorio grande de organismos celulolíticos nadando libres en el líquido ruminal. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 149 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Los materiales insolubles que entran al rumen deben ser colonizados por microorganismos para que pueda iniciarse la fermentación. Los forrajes de alto valor nutritivo aportan celulosa, la cual es fácilmente accesible a los microorganismos, es decir, es material de digestibilidad o solubilidad alta. Las pajas y los residuos de cosecha lignocelulósicos poseen componentes fibrosos insolubles. Existen evidencias que indican que si antes de suministrar alimentos refractarios, se proporcionan fuentes de celulosa altamente digestibles, se podría incrementa la reserva de microorganismos celulolíticos que flotan libremente en el líquido ruminal. De esta forma el suplemento aumenta la tasa de colonización de las partículas alimenticias e incrementa la fermentación de la fibra. Lo anterior se comprobó por estudios realizados in Vitro, que mostraron el efecto de la pulpa de remolacha (con 80% de digestibilidad) sobre la degradación de la paja (Juul-Nielson 1981; Silva y Orskov, 1985). Estas observaciones están respaldadas por estudios realizados en ovejas fistuladas, alimentadas con dietas a base de pulpa de sisal, en las cuáles el suministro de pasto fresco aumentó la tasa de degradación de celulosa AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 150 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS en bolsas de nylon suspendidas en el rumen (Fig. 5.4). Además se ha demostrado que la paja incubada en el rumen de ovejas alimentadas con paja amonificada desaparece más rápido que cuando se alimentan con paja sin amonificar (ver Tabla 5.3). Tabla 5.3: Efecto del ambiente ruminal (determinado por la dieta del huésped) sobre la degradabilidad de paja, paja amonificada y heno, en bolsas de nylon en el rumen. Pérdida en bolsa nylon (% MS/24h) Dieta Paja Paja-NH3 Heno Alimento en la bolsa Paja 44 61 61 Paja-NH3 54 65 65 Heno 50 63 64 Fuente: Silva and 0rskov (1984). Tabla 5.4: La eliminación de protozoarios (-P) en el rumen de corderos, aumentó la ganancia de peso vivo (Gan PV) y crecimiento de lana (C.lana). Los corderos se alojaron en jaulas individuales y se alimentaron con una dieta básica de azúcar. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 151 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Dieta Consumo Gan PV C. lana (gN/kg) MS (g/d) (g) 390 -11 0.93 450 37 1.42 650 75 1.53 690 133 1.92 660 146 1.82 690 159 2.62 750 179 2.54 740 154 3.17 870 122 8.0 890 135 10.8 870 122 7.9 930 132 11.0 (g/d) +P 22 -P +P 25 -P +P 27 -P +P 30 -P +P 20 -P +P 29 -P Fuente: Bird y Leng (1985). Cuando se adicional forrajes verdes de alto valor nutritivo a dietas basadas en pajas, el número de esporangios de hongos en la paja N se aumentó enormemente; además hubo un aumento concominante de zoosporos móviles en el fluido ruminal (Tabla 3.6 y 3.7). Por lo tanto una parte del efecto que produce una AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 152 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS pequeña cantidad de forraje de alto valor nutritivo se debe aparentemente al estímulo sobre el crecimiento de hongos. El resultado global es incrementar la digestibilidad de henos o pajas. El efecto de un forraje de alto valor nutritivo, o de celulosa soluble, sobre el aumento en la proporción de bacterias libres en solución fue observado bajo condiciones de laboratorio in vitro. Las bacterias adheridas a la fibra del rumen se desprenden cuando se mezclan las fibras con metil celulosa (la cual es insoluble) permitiendo que se tomen muestras de esta reserva importante de microorganismos (Orpin y Letcher, 1984). El efecto favorable de los forrajes de alto valor nutritivo sobre la función ruminal en dietas basadas en pajas de cereales, explica por qué en Asia los campesinos suministran pequeñas cantidades de material verde a los animales, buscando un estímulo en la utilización del forraje seco. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 153 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 9.5. Los protozoarios y la digestibilidad de los alimentos fibrosos. Los animales sin fauna ruminal, es decir, sin protozoarios en el rumen, han demostrado mejor productividad que los animales con fauna, sobre un amplio rango de dietas. Esto provoca interrogantes ya que en algunas de las comparaciones la población de protozoarios en el rumen de animales con fauna no era más del 5 al 10% de la biomasa microbial total. En el trabajo original que se llevó a cabo por Bird y Leng (1978) se seleccionaron dietas con cantidades considerables de azúcar, las cuáles producían altas concentraciones de protozoarios. Las ovejas y los corderos son fauna que consumían pasto seco tuvieron una productividad más alta que los animales con fauna ruminal (ver Tablas 5.4, 5.5 y 5.6). En un ensayo llevado a cabo en Bélgica (ver Tabla 5.7) se alimentaron animales con pajas tratadas con álcalis, y se observó que la eliminación de la fauna ruminakl aumentaba la tasa de crecimiento en un 37%. Más adelante, en Australia, Bird y Lenf (1984b) encontraron que en ovejas que consumían únicamente paja amonificada, la eliminación de la fauna produjo un AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 154 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS aumento del 35% en el crecimiento de lana, mientras que cuando la paja se suplementó con heno de alfalfa y torta de algodón solo se obtuvo un aumento del 24% (ver Figura 8.5). Tabla 5.5: Tasa de crecimiento de la lana y ganancia de peso de ovejas con fauna (+P) y sin fauna (-P) pastoreando especies nativas. En 1982 las pasturas estaban secas y bajas en nitrógeno; en 1983 y 1984, el crecimiento del pasto fue abundante y con niveles de nitrógeno altos. Aumento PV Prod. Lana (g/día) (g/día) No. Período Ovejas de +P -P +P -P estudio (sem.) Ovejas 1982 32 23 -48 -48 3.6 4.4 1983 39 23 67 73 6.6 7.0 1984 37 52 8 0 7.5 7.5 Corderos AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 155 UNIVERSIDAD DE CUENCA 1983 49 16 FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 85 98 7.2 7.6 Fuente: Bird y Leng (1985). Los animales que consumían este tipo de dietas tenían poblaciones de protozoarios bajas en el líquido ruminal; por lo tanto parece que las causas del aumento en la productividad son diferentes a las que se presentan en las ovejas alimentadas con dietas que promueven una alta población de protozoarios. En el último caso, la ausencia de éstos en el rumen conlleva a un aumento de la tasa P/E en los productos finales de la fermentación. Se comprobó que cuando se alimentaban los protozoarios del rumen de ovejas alimentadas con paja y suplementadas con urea y minerales, se presentaban grandes aumentos en el número de zoosporos de hongos. A su vez, se observaron aumentos en la digestibilidad de la materia seca de la paja en bolsas de nylon dentro del rumen. También se determinaron aumentos en la colonización de la paja por hongos como lo indicó el conteo de esporangios sobre el área foliar de la paja. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 156 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS La tasa de digestión y pulverización de las partículas en el rumen son los principales factores que limitan el consumo voluntario de los rumiantes alimentados con dietas fibrosas.Sin embargo, cuando se alimentaron ovejas a las cuales se les había eliminado la población de protozoarios, con dietas balanceadas, la digestibilidad se disminuyó. 9.6. Intensificación de la producción de ácido propiónico en el rumen. Un número de compuestos químicos, que son incluidos en las dietas de los rumiantes, alteran las proporciones relativas de loa AGV producidos en el rumen (ver Chalupa, 1980). Al parecer, los compuestos químicos inhiben metanogénicas, el crecimiento reduciéndose de el las bacterias proceso de metanogénesis y aumentándose la tensión de hidrógeno dentro del rumen. Esto inhibe el crecimiento de bacterias productoras de hidrógeno (que producen gran cantidad de ácido acético), pero estimula el crecimiento de las bacterias que producen ácido propiónico. Parece que este AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 157 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS fenómeno da origen también a un aumento en la síntesis de grasa de los microorganismos del rumen (O’Kelley, comunicación personal). Esto es ventajoso para el animal porque: ¾ Se presenta un aumento en la energía total disponible a partir de los AGV (siempre y cuando no se presenten bajas en la producción de AGV) y de lípidos micro viales. ¾ El ácido propiónico se utiliza más eficientemente por el animal que el ácido acético (ej: más ATP disponible por mol). ¾ Hay más energía glucogénica disponible y esto puede aumentar la productividad de los rumiantes en dietas que exigen la digestión fermentativa. La incorporación de pequeñas proporciones (de 10 a 15% de la dieta) de gallinaza en dietas a base de miel final, provocó un aumento en la producción de propionato (Marrufo, 1984; Fernández y Hughes-Jones, 1981). Uno de los objetivos de las estrategias de suplementación debe ser el incrementar la producción de propionato en el rumen sin deprimir la función de fermentación. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 158 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 9.7. Manipulación de la relación proteína: energía (P/E). 9.7.1. Sustancias químicas que inhiben la proteólisis o la desaminación de los aminoácidos. Una forma para aumentar la disponibilidad de la proteína en los rumiantes, es reduciendo la degradación de los aminoácidos de la dieta en el rumen mediante el uso de sustancias químicas (ej. Compuestos de diariliodenum, ver Chapula, 1980) las cuáles inhiben la proteólisis y/o la actividad de la desaminaza. Cuando se agregan estas sustancias químicas a dietas ricas en proteína se puede aumentar la cantidad de amoniácidos que llegan y se absorben en el intestino delgado. También se puede aumentar la concentración de aminoácidos en el líquido ruminal y a su vez se puede aumentar la eficiencia del crecimiento microbial (Oldham, 1980; Gordon, 1980). En general la respuesta animal a la manipulación del rumen a través del suministro de sustancias químicas, ha sido relativamente pequeña, siendo poco más que un aumento en la eficiencia AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 159 UNIVERSIDAD DE CUENCA alimenticia más bien FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS que un incremento de la productividad real. Algunas veces estas sustancias químicas deprimen la fermentación ruminal (dependiendo de su nivel de aplicación), permitiendo así que una mayor proporción de la dieta pase al tracto digestivo posterior. Esto puede ser benéfico cuando la dieta contiene almidón, pero puede ser contraproducente cuando la dieta contiene materiales refractarios procedentes de la pared celular de las plantas. 9.7.2. Tasa de dilución. Isaacson et al (1975) mostraron que el Y atp para un cultivo continuo de bacterias ruminales puede incrementarse desde 8 hasta aproximadamente 17, a medida que se aumenta la tasa de dilución del medio. Este cambio representa un aumento en la relación P/E de 12 a 27 gramos de proteína por MJ de energía en forma de AGV (Fig. 3.11). Esto indica que un reservorio grande de microorganismos de crecimiento lento utilizará el ATP con menor eficiencia que uno pequeño de microorganismos con crecimiento rápido. Estos daños han sido la base para creer que un aumento en la tasa de AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 160 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS recambio de la digesta ruminal debe conllevar a un aumento en las células microbiales y en el Y atp. Esta teoría se apoya en los resultados de unos ensayos en los cuales la tasa de recambio del líquido ruminal se incrementaba mediante la infusión o el suministro de sales en la dieta. Al variar el nivel de alimentación se provoca un cambio en la velocidad de paso de la digesta a través del rumen; sin embargo, no se produjo ningún efecto sobre la eficiencia de producción de proteína en el rumen (Hagemeister et al, 1980; ver también Fig. 7.5). En el laboratorio de los autores se realizaron ensayos (trabajos no publicados), que indicaron que el aumento en el consumo alimenticio mediante la eficiencia de producción de células microbiales en el rumen de ganado bovino, alimentado con caña de azúcar descortezada. Es posible que la teoría que sostiene que un incremento en la velocidad de recambio de líquido ruminal provoca un aumento en el rendimiento de las células microbiales y el Y ATP, sea demasiado sencilla, ya que los organismos que posiblemente responden a un aumento en la velocidad de dilución son los que están presentes en la fase líquida. En los animales alimentados AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 161 UNIVERSIDAD DE CUENCA con dietas FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS fibrosas, los únicos microorganismos presentes en la fase líquida son los que están en tránsito entre las partículas de la digesta. Si éstos se eliminan del rumen puede ser contraproducente. 9.7.3. Eliminación de los protozoarios. No hay duda que la presencia de una población grande de protozoarios en el rumen altera la proporción de proteína/energía en los productos de la digestión. En el Capítulo 3 se presentó evidencia comprobando que los protozoarios son retenidos dentro del rumen. Está claro que los protozoarios requieren de cantidades altas de energía para su mantenimiento, además de que consumen gran número de bacterias (Coleman, 1975). También aumentan intrarruminal (Nolan el y recambio Leng, 1977), de de nitrógeno nitrógeno amoniacal a nitrógeno bacterial y de nuevo a nitrógeno amoniacal. Esto debe producir una ineficiencia en la utilización de ATP. (ej: el Y atp se reduce lo cual a su vez merma la relación de proteína a energía en los nutrientes disponibles al animal). AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 162 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Bird y Leng (1985) hicieron un resumen de varias investigaciones recientes acerca de la productividad de las ovejas con fauna y sin ella. Los datos muestran los efectos favorables de la eliminación de la fauna ruminal sobre el incremento en la tasa de crecimiento y lana (Tablas 5.4, 5.5 y 5.6). El trabajo más reciente de estos autores, con dietas a base de paja de trigo amonificada y paja no tratada y con la utilización de distintos suplementos (Fig. 8.5), proporciona pruebas adicionales que muestran las ventajas de la eliminación de la fauna ruminal. Los datos en la Tabla 5.7 muestran que las mejores repuestas a la eliminación de la fauna ruminal se presentaron en ovejas alimentadas con miel final o paja tratada con álcalis, en las cuáles la ganancia de peso se incrementó en 37 y 54% respectivamente. Tabla 5.7: En tres de cuatro experimentos (con 5 animales/grupo), las ovejas sin fauna (-P) crecieron más rápidamente que las ovejas con fauna (+P). La respuesta fue mayor con la dieta basa en miel final. Aumento AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 163 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS de PV (g/día) Dieta Período de +P -P 91 181 213 Paja-Na0H/miel final 56 102 140 Paja Na0H/miel final/yuca 35 239 Miel final/proteína 49 135 estudio (d) Pulpa remolacha/urea/minerales 208 Fuente: Demeyer et al (1982). Se han realizado pocos estudios comparando bovinos con y sin fauna ruminal. Los resultados de dos ensayos hechos en ganado alimentado con dietas a base de miel final, o pasto de clima templado, se muestran en la Tabla 5.8. En la dieta a base de miel final/urea, con un suplemento de proteína sobrepasante en cantidades inferiores al nivel óptimo, las tasas de crecimiento del ganado joven se aumentaron en un 43%, por efecto de la eliminación de los protozoarios del rumen. La tasa de crecimiento del ganado en pastoreo fue baja y los AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 164 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS animales sin fauna tuvieron un aumento de un 50% más que los animales con fauna. Tabla 5.8: El ganado sin fauna presentó una mayor tasa de crecimiento que aquel con una población normal de protozoarios en el rumen. Los animales (200 kg) se alimentaron con miel final/urea (3%) y paja de trigo y, mientras que unos no recibieron suplemento (grupo con baja proteína) los otros se suplementaron con 240 g/d de una harina proteica (PP) durante 50 d. Los animales del ensayo con pasto (70 d) fueron terneros destetos (120150 kg) de la raza Holstein levantados desde el nacimiento sin protozoarios. Dieta Pasto2 Miel final Miel final (baja N)1 (+240g PP)1 18 18 32 +P 0.45 0.53 0.24 -P 0.49 0.76 0.36 +P 3.8 4.2 - MS/d) -P 3.7 4.2 - Conversión (kg +P 8.3 7.8 - MS/kg) -P 7.4 5.6 - No. de animales Aumento PV (kg/d) Consumo (kg AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 165 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Fuentes: 1. Bird y Leng (1978) 2. H Perdock y R A Leng (datos sin publicar) La puesta en marcha de esta práctica está sujeta al desarrollo de sistemas que permitan controlar los protozoarios en el rumen.(14). AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 166 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS IV.-CONCLUSIONES. La importancia que hoy en día tiene la alimentación en el ganado bovino de leche y carne, es de vital magnitud en vista de que el hombre lo tiene como fuente primaria de nutrición. Es por ello que cada vez se has realizado estudios profundizando cada vez más en el ámbito de la nutrición animal, para lograr obtener el mejor producto pero en menos tiempo. Después de conocer las estructuras más simples que forman los nutrientes administrados por el animal sea este: hidrato de carbono, proteína o lípido, se puede determinar cual es su papel (en este caso imprescindible) de los microorganismos del rumen. De igual modo se ha logrado tener un conocimiento amplio de la fisiología de la alimentación en el rumiante, con lo que se puede llegar a evitar las patologías muchas veces presentes por una mala manipulación de las raciones alimenticias, conociendo cual es su patogenia y llegando a establecer un tratamiento mucho más profundo y evitando las perdidas que esto produce AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 167 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS Finalmente podemos decir que cumple un papel muy importante la manipulación de la dieta, y de la microflora del rumen para así poder obtener la máxima producción sea esta en carne o en leche. Debiendo tomar en cuenta que la visión del ganadero y del profesional es, la de obtener un producto final, de una muy buena calidad y en un menor tiempo, dándoles a los animales la calidad de vida que ellos necesitan. Concluimos diciendo que;”Para saber bien las cosas, es necesario saber los detalles, y como estos son casi siempre infinitos, nuestros conocimientos son siempre superficiales e imperfectos”. (La Rochefoucauld). AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 168 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS V.- BIBLIOGRAFIA. 1.- D.C. CHURCH PhD, (1974). Fisiología digestiva y nutrición de los rumiantes. Volumen I. 2.- THOMAS R. PRESTON, PhD, DSc y RONALD A LENG, PhD, (1989). Adecuando los sistemas de producción pecuaria a los recursos disponibles: aspectos básicos y aplicados del nuevo enfoque sobre la nutrición del rumiante en el trópico. 3.-MONTALBETTI ANDREA. Microbiología del Rumen. Publicado en Argentina. (10 de Febrero de 2004). Disponible en la web: http://www.ilustrados.com/publicaciones/EpZyuyAlApvcK niVWu.php 4.- CUAUHTÉMOC NAVA CUÉLLAR, ANTONIO DÍAZ CRUZ. Introducción a la Digestión Ruminal. Departamento de Nutrición Animal Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia UNAM Publicado en México. (16 de junio de 2001). Disponible en la web: AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 169 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS http://www.fmvz.unam.mx/fmvz/enlinea/Ruminal/ANATO MOF.HTM 5.- Dr JIM QUIGLEY, 1997 Disponible en la web: http://www.calfnotes.com/pdffiles/CN027e.pdf. 6.- BAVERA GUILLERMO ALEJANDRO. Producción bovina de carne. Profesor de la Facultad de medicina Veterinaria de la Universidad de Río Cuarto – Córdoba – Argentina (2005). Disponible en la web: http://www.produccionbovina.com/informacion_tecnica/de stete/35destete_hiperprecoz.htm 7.- DR. SEGRIO. L. MAIDANA (1990). Bioquímica de la digestión ruminal. Primera Edición. 9.- Dr WERNER SAELZER.(1989) KAUFMANN, Fisiología Digestiva DR. VÍCTOR Aplicada Del Ganado Vacuno Editorial Acribia Zaragoza – España 10.- DUKES Y M.J. SWENSON, (edición mexicana 1981) Fisiología De Los Animales Domésticos, tomo 1,H.H. AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 170 UNIVERSIDAD DE CUENCA 11.- DR. SERGIO FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS MAIDANA (Dr. En Ciencias Veterinarias, profesor de Química Biológica, Facultad de ciencias Veterinarias Corrientes, Universidad Nacional del nordeste, Argentina.), Bioquímica De La Digestión Ruminal, 12.- ERICH KOLB, Fisiología Veterinaria. (1971) 13.- ALEJANDRO RELLING. GUILLERMO MATITIOLI Fisiología Digestiva Y Metabólica De Los Rumiantes. Cátedra De Fisiología. Facultad De Ciencias Veterinarias. Editorial De La Universidad De La Plata (2002) 14.- DÍAZ CASAS RAMÓN FRANCISCO. Modulo De Fisiología De La Nutrición Animal. Profesor Titular Consultante de Nutrición y Producción Animal en el Dpto. de Zootecnia y jefe del Grupo de Producción Animal del Centro de Investigaciones Agropecuarias, Facultad de Ciencias Agropecuarias. Universidad Central de Las Villas (UCLV). Cuba. (2004) 15.- ROSEMBERGER GUSTAVO. Enfermedad de los Bovinos. Tomo I. Editorial Paul Parey, Berlin UND Hamburgo (1988) AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 171 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 16.- S. CALSAMIGLIA y A. FERRET, PATOLOGÍA DIGESTIVA: Fisiología Ruminal Relacionada Con La Patología Digestiva: Acidosis Y Meteorismo. Departamento de Ciencia Animal y de los Alimentos Universidad Autónoma de Barcelona. Disponible en la web: http://www.etsia.upm.es/fedna/capitulos/2002CAP_VI.pdf 17.-EMILIO BLANDO GARAY. Acidosis Ruminal Y Sus Consecuencias. Departamento De Producción Animal: Rumiantes, FMVZ UNAM –México. Disponible en la web: http://www.fmvz.unam.mx/bovinotecnia/BtRgClig013.pdf 18.- GONZÁLEZ AGUDELO GUSTZVO. (2001) Fundamentos de nutrición animal aplicada. Editorial Universidad de Antioquia 19.- RAMÍREZ MANUEL. (1990) Manual de Microbiología Veterinaria. Metabolismo y producción de engría: Fermentación y Respiración AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 172 UNIVERSIDAD DE CUENCA FAC. CIENCIAS AGROPECUARIAS 20.- NESTOR OBISPO, Los Hongos Anaeróbicos Del Rumen, CENIAP - Instituto de Investigaciones Zootécnicas. Maracay. Disponible en la web: http://www.ceniap.gov.ve/bdigital/ztzoo/zt1001/texto/biblio grafica.htm AUTOR: BAYRON VISCAÍNO 173