Departamento Técnico de Pancosma
Introducción
En la práctica, la utilización de antibióticos promotores del crecimiento ha existido por más de 50 años y representa al mercado europeo estimado en aproximadamente 200 millones de Euros. Tradicionalmente, en las dietas de rumiantes, los antibióticos convencionales (avoparcina, flavofosfolipol y virginiamicina, zinc bacitracina) y los ionoforos (lasalocid, salinomicina, monesina sódica) han sido utilizados para incrementar la baja digestibilidad, modificar favorablemente la población microbiana del rumen, e incrementa la respuesta productiva (por ejemplo, rendimiento en leche, composición, etc.). Sin embargo, la producción animal siempre está en este momento bajo una presión social, económica, y política, tendiente a desarrollar estrategias alternativas para los sistemas de producción animal actuales. La calidad y seguridad en la alimentación, preocupa de manera similar a consumidores, legisladores y a expertos de la industria, sobre la presencia de residuos y patógenos resistentes en los alimentos, han llevado, en parte, a la prohibición de la mayoría de los antibióticos como aditivos de alimentos desde el año 1999 en Europa y 2007 en Estados Unidos.
La Necesidad de Estrategias Nutricionales en Sistemas de Alta Producción Lecheros.
Muchos de los establos de altas producciones tienen actualmente un promedio superior a los 11.000 litros de leche. En un futuro cercano, los desarrollos genéticos y el manejo proveerán a los establos la oportunidad de promediar los 13.000 litros de leche. Por este motivo, estamos obligados a incorporar nuevos conceptos de nutrición en programas nutricionales para sincronizar el balance entre los niveles óptimos de proteína y de energía.
La proteína es requerida para mantenimiento, crecimiento, lactancia y reproducción. El NRC (1989) recomendó la concentración dietaria del 19% durante las 3 primeras semanas posteriores al parto y 16-18% luego de éste, dependiendo de la cantidad de leche que se produzca. Justo después del parto, las vacas son sometidas a tremendos cambios metabólicos, por ejemplo cambian de un estado homeostático a homeorético para priorizar la producción de leche. La demanda de glucosa se vuelve intensa y la gluconeogénesis prominente. Se movilizan a menudo durante los primeros 60 días de lactancia más de 16 kg de proteínas de las reservas de proteínas en el cuerpo y tejidos. La ruta de degradación de cada aminoácido requiere la separación del grupo amino del esqueleto carbonado y estas estructuras ingresan al ciclo de Krebs, o bien son canalizados en gluconeogénesis. En esta conversión de aminoácidos a glucosa, se liberó amonio y debe ser transformado a urea por el hígado para prevenir la toxicidad del amonio. La desintoxicación del amonio a urea, por el hígado, es un proceso que consume energía.
Este proceso continúa a expensas del animal hasta que todos los requerimientos de proteína y de energía puedan ser cubiertos a través del consumo de la dieta. Pero usualmente esto no ocurre hasta la 6-10 semana después del parto. Si se consumió más proteína de la que efectivamente puede ser utilizada, la urea y el amonio aumentan en los tejidos y fluidos del cuerpo. Esto dificulta la fertilización, el desarrollo del embrión, y la implantación del concepto, con lo cual, debido a esto, se retarda la génesis de un nuevo ternero.
Se han investigado ya desde hace varios años, nuevos aditivos alimenticios para reducir la degradación de las proteínas a amonio, y maximizar metabolismo energético. Una de estas soluciones está basada en los extractos naturales de plantas y sus fitomóleculas de bioactividad secundaria, de familias diversas en estructura, modo de acción, y metabolismo y beneficios para los animales (Kamel, 2003).
La Metodología
Nueve años atrás, se inició una propuesta multidisciplinaria, con los siguientes objetivos:
1). La identificación y depurado de un panel de 25 metabolitos secundarios de plantas, representando una exhaustiva investigación de la literatura publicada.
2). La validación de sus efectos in vitro y en animales canulados vivos.
3). Los efectos del nivel de inclusión y obtención de moléculas seleccionados en la performance zootécnica en producción lechera y de carne.
4). La trazabilidad de estas fito moléculas individuales en el alimento, en el rumen y su posible identificación en productos lácteos y cárnicos.
Resultados
Este proyecto ha identificado al menos cinco metabolitos secundarias de plantas distintos, los cuales tienen el potencial para mejorar la productividad del ganado lechero y de carne, modificando uno o más de los siguientes parámetros:
• Mantener un pH de rumen deseable.
• Estimular la síntesis de proteína microbiana del rumen y/o producción ácidos grasos volátiles.
• Incrementar la tasa de pasaje o flujo de nutrientes fuera del rumen.
• Mejorar la digestión del almidón y fibra en el rumen.
• Estabilizar el ecosistema del rumen.
Como trabajan estos productos en la reducción de la degradación de proteínas?
La proteína es la fuente más importante de nitrógeno para el crecimiento microbiano. La proteína es degradada rápidamente por las bacteria rumen en péptidos, aminoácidos y amonio.
Seleccionando entre más de 30 extractos de plantas y fito moléculas se ha demostrado que sólo una pequeña parte de estas pueden reducir la degradación de proteínas. De las testeadas, el cinamaldehido (de Cinnamomum spp, la canela) ha brindado repetidamente los efectos más fuertes reduciendo N-amonio (Tabla 1), comparado con 4 mg/d de monensina. A un nivel de 100 mg/d, la reducción en N-amonio fue 16.7% comparado con el control.
Extractos de plantas como modificadores de Rumen para mejorar la productividad en vacas lecheras
En la tabla anterior, es interesante notar que, incrementando 10 veces la dosis (1000 mg/d de cinamaldehido) no tuvo un efecto mayor en la reducción del amoniaco-N que en la menor dosis. Esto fue confirmado en una prueba siguiente de dosis-respuesta, que demostró que incrementar la dosis de cinamaldehido no conduce a una mayor reducción de N-amonio (Figura 1)
Extractos de plantas como modificadores de Rumen para mejorar la productividad en vacas lecheras
Investigaciones adicionales realizadas con un sistema de fermentación de cultura doble y continua han demostrado que cinamaldehido interfiere con la degradación de proteínas a nivel de la lisis de péptidos y deaminación (Busquet et al., 2003; Cardozo et al., 2003). Ferme et al. (2003) demostraron por el perfil molecular, que el cinamaldehido puede proporcionar la misma respuesta metabólica que los ionóforos aunque apuntando a diferentes poblaciones y/o actividades microbianas. Los resultados de estos cambios se pueden explicar los pasos específicos en los cuales cinamaldehido afecta los caminos metabólicos involucrados con las proteínas. Como se verá en una sección posterior, la inclusión de cinamaldehido en dietas pastoriles conduce a una reducción significativa en el nitrógeno ureico en leche.
Como trabaja este producto en mejorar la energía metabólica?
Los carbohidratos son la fuente principal de energía para los microbios del rumen. Sin estos, el ecosistema del rumen deja de funcionar. Los carbohidratos son degradados a ácidos grasos volátiles (acetato, propionato, butirato, etc.). De estos, el propionato tiene un esqueleto de 3 carbonos, el cual es usado como un precursor para la síntesis de glucosa. Como más del 80% de todas las vacas lecheras sufren un balance energético negativo luego del parto, por lo tanto son importantes las estrategias que incrementan la energía del animal. Es más, la glucosa incrementa la sensibilidad de los folículos a la estimulación de las hormonas para que se optimice la ovulación.
Muchas preparaciones comerciales basadas en combinaciones de aceites esenciales de plantas están limitadas en sus efectos por mejorar el metabolismo energético en el rumiante. Investigando individualmente los extractos de plantas surgieron varios candidatos que afectan individual o totalmente a los ácidos grasos volátiles. Entre estos, el aceite del clavo de olor, cuyo ingrediente activo principal es el eugenol, se ha demostrado que baja la relación C2:C3, al disminuir el acetato e incrementar los niveles de propionato (Tabla 2) en una forma similar al monensina.
Extractos de plantas como modificadores de Rumen para mejorar la productividad en vacas lecheras
Validación del XTRACT en pruebas sobre vacas lecheras
La formulación del XTRACT para rumiantes adultos es la culminación de 3 años de una intensa investigación en fitomoléculas ideales a una dosis ideal. El objetivo permaneció firme: optimizar el metabolismo del rumen. Esto condujo a la selección de 2 componentes: cinamaldehido, para sus efectos reduciendo el N-amonio, y el eugenol, para sus efectos incrementando el propionato y reduciendo la relación de acetato y propionato. Varias pruebas en animales han demostrado que la inclusión de XTRACT condujo a reducciones en amoniaco ruminal y nitrógeno ureico en leche. Una de estas pruebas, mostró que la inclusión de XTRACT en el concentrado proteico de la dieta, en vacas lecheras en pasturas, coincidió con una reducción mensual de la concentración de nitrógeno ureico en leche (Figura 2)
Extractos de plantas como modificadores de Rumen para mejorar la productividad en vacas lecheras
Están en desarrollo, pruebas intensivas para mostrar los beneficios de agregar XTRACT en concentrados y TMRs (Raciones Totales Mezcladas). Un estudio de este tipo, fue desarrollado en la Universidad de Purdue (USA) en el cual mostró los beneficios del XTRACT en TMR en lactancia temprana en materia seca consumida, producción y composición de leche (Tabla 3).
En esta prueba, se registraron beneficios significativos en el consumo de alimento. Esto condujo a un aumento de más de un litro por día en la producción de leche en el grupo de XTRACT. El rendimiento en composición de leche, fue también significativo para grasa, proteína y sólidos no grasos. Y aunque el nivel de nitrógeno ureico en leche estaba ya a muy bajo nivel (12.3 mg/dL) la inclusión del Xtract disminuyó el MUN en un 2.5% adicional.
Extractos de plantas como modificadores de Rumen para mejorar la productividad en vacas lecheras
Recomendaciones de uso
La figura 3 representa el ciclo fisiológico normal en una vaca adulta de una vaca lechera. Con esto en mente, se pueden hacer las siguientes recomendaciones de uso de base científicas para XTRACT en base a datos in vitro y in vivo.
Extractos de plantas como modificadores de Rumen para mejorar la productividad en vacas lecheras
Los beneficios de reducir la degradación de las proteínas e incrementar el metabolismo energético indican que la aplicación del XTRACT debería comenzar en los primeros 100 días siguientes al parto (vaca fresca y en periodo de lactancia temprana). Esto es cuando el rumiante adulto está enl riesgo de caer en un balance enértico negativo, con altos niveles de urea en la sangre, conduciendo a una producción de leche por debajo del nivel óptimo, como también a problemas de salud y de fertilidad. Sin embargo la aplicación continuada de XTRACT durante el ciclo entero de lactancia generará tambien beneficios al mejorar la producción y composición de leche en plena lactancia tardía cuando los niveles de producción tienden a disminuir. Además, mejorar los niveles de producción de leche en la última lactancia ha sido correlacionado con incrementos en los niveles de fertilidad. (Alta incidencia de ovulación)
Referencias
- Busquet, M., Calsamiglia, S., Ferret A., Kamel, C.2003. Screening of the effects of plant extracts and secondary plant metabolites on rumen microbial fermentation in a continuous culture system. Submitted.
- Busquet, M., Calsamiglia S., Ferret, A Kamel, C.2003. Effects of cinnamaldehyde, garlic and monensin on nitrogen metabolism and fermentation profile in continuous culture. J.Anim.Sci.81 (Suppl.1):148.
- Cardozo, P.W., Calsamiglia, S., Ferret A., Kamel C. 2004. Effects of natural plant extracts on protein degradation and fermentation profile in continuous culture. Submitted.
Ferme, D., Banjac, M., Calsamiglia, S., Busquet, M., Kamel, C.,Avgustin, G.2003. The effects of plant extracts on microbial community structure in a rumen simulating continuous culture system as revealed by molecular profiling. Folia Microbiologia. In press. - Kamel, C.2003. Plant extracts and their application for improving animal productivity. In Alternatives to the use of growth-promoting antibiotics in animal feeds, Carro, M.D. and M.J. Ranilla, General Council of Veterinary Colleges, Spain. In press.
