Luis R. Pérez
Especialista en Nutrición de Rumiantes
GRUPO NUTEC®
Un mineral es un elemento o compuesto químico inorgánico puro, uniforme y normalmente cristalino, que ha sido formado como resultado de procesos geológicos; son estables a temperatura ambiente, tienen estructura química ordenada y ésta estructura puede ser representada por una fórmula química. No son sintetizados en el organismo animal, pero son nutrientes esenciales que participan en prácticamente todas las funciones estructurales, fisiológicas y metabólicas del organismo animal por lo que deben ser consumidos de manera continua.
Las fuentes naturales de las cuales los bovinos obtienen minerales son los forrajes, concentrados (granos, pastas, subproductos) y el agua. El contenido de minerales de los forrajes, granos y sus subproductos depende de varios factores: 1) Tipo de planta (especie, familia, género, variedad), 2) Madurez o estado fenológico de la planta ( a mayor madurez, menor cantidad de minerales), 3) Parte de la planta ( mayor cantidad de minerales en hojas), 4) Tipo de forraje (verde, heno, paja, ensilaje), 5) Clima y época del año, 6) Prácticas culturales, 7) Salinidad y contenido mineral del agua de riego, y 8) Tipo de suelo del cultivo. El contenido de minerales del agua dependerá de su origen (pozo, red de distribución pública, bordos, presa, ríos, lagos), del tipo de suelo del origen y el material del sistema de almacenamiento, tratamiento y conducción, y de la presencia de contaminantes.
Una segunda fuente de minerales, no natural, es la suplementación de premezclas minerales mezcladas en alimento y los suplementos minerales ofrecidos a libre acceso. La eficiencia de la utilización de los minerales en premezclas y suplementos dependerá del tipo de mineral utilizado. Actualmente en el mercado están disponibles minerales de origen inorgánico (carbonatos, óxidos, sulfatos), minerales orgánicos (minerales ligados a moléculas orgánicas, como aminoácidos, proteínas, polisacáridos) e hidroximinerales (minerales unidos a múltiples grupos OH).
En nutrición los minerales se catalogan en dos grupos con base en su concentración en los tejidos y su requerimiento: 1) Macrominerales.- minerales que se encuentran en mayor concentración en los tejidos y su requerimiento es igual o por encima de 70 mg/día o 100 mg/kg MS. Este grupo incluye al Azufre, Calcio, Cloro, Fósforo, Magnesio, Potasio y Sodio. 2) Micro minerales, Oligoelementos o Minerales traza.- minerales que se encuentran en menor concentración en los tejidos y su requerimiento es menor a 70 mg/día o 100 mg/kg MS. En este grupo se incluyen Cobalto, Cobre, Cromo, Hierro, Manganeso, Selenio, Yodo y Zinc.
Los minerales constituyen 4 – 5% del peso vivo del animal y participan en la formación, crecimiento y mantenimiento de epitelios, músculo, hueso, cartílago, ligamentos, pezuña, cuerno y pelo. Participan además en el metabolismo de proteínas, grasas y carbohidratos, en reacciones de transferencia de energía, en el funcionamiento y mantenimiento de los sistemas inmune y nervioso, y la regulación de la actividad neuro-muscular; son componentes y/o activadores de casi todas las enzimas; son componentes o precursores estructurales fundamentales como en las vitaminas; intervienen en el funcionamiento y mantenimiento de sistemas hormonales; son los encargados de mantener funciones vitales de regulación fisiológica (balance ácido-básico, el pH sanguíneo y de fluidos corporales, presión osmótica, permeabilidad de membranas, transporte de oxígeno), tienen función antioxidante e incluso participan en procesos de transferencia genética (RNA).
ABSORCIÓN DE MINERALES
Una vez consumidos los minerales deben ser absorbidos para ser llevados al órgano blanco en el que ejercerán su efecto o serán almacenados. El sitio de absorción dependerá del tipo de mineral; mientras la absorción de los minerales traza se lleva a cabo principalmente en el intestino delgado y la primera porción del intestino grueso, los macrominerales Ca, Cl, K, Mg, Na y P pueden ser absorbidos tanto a través de las paredes del rumen como en el intestino. Los bovinos cuentan además con un mecanismo que permite la reabsorción de minerales (Ca, K, Mg, Na y P) a nivel renal para ser reutilizados y evitar que sean eliminados a través de la orina. Un caso particular son el azufre y el cobalto, que son utilizados prácticamente en su totalidad en el rumen por las bacterias ruminales; el cobalto es utilizado por las bacterias principalmente para la producción de vitamina B12, que en su composición contiene alrededor de 4 – 4.4% de cobalto, y por las bacterias fibrinolíticas en su metabolismo, mientras que el azufre es utilizado por las bacterias para la producción de aminoácidos y proteína bacteriana, vitamina B1 y Biotina. Los productos bacterianos con cobalto y azufre en su estructura son posteriormente digeridos y absorbidos en el intestino.
La absorción de los minerales a lo largo del tracto gastrointestinal se realiza mediante dos mecanismos fisiológicos: Absorción Paracelular y Absorción Transcelular.
1) Absorción Paracelular.- Representa el 1% de la superficie de absorción mineral y es el principal mecanismo de reabsorción renal de Ca, K, Mg, Na y P. El movimiento de los minerales hacia el espacio intersticial se realiza por difusión a través de poros situados entre las uniones intercelulares del lumen de rumen, omaso, íleon, colon y túbulos renales. Para que éste mecanismo se active el mineral debe encontrarse en forma libre (ion), no debe estar unido a proteína u otra sustancia; debe poseer carga eléctrica para actuar con el gradiente electroquímico; el mineral debe estar en solución y la concentración de los minerales en el fluido del lumen gastrointestinal debe ser mayor a la concentración de minerales en el espacio intersticial.
Una variante de este mecanismo es la Absorción Paracelular por Arrastre de Agua (conocida también como Solvent Drag), en la cual los minerales solubilizados en agua son arrastrados o acarreados por el agua del lumen intestinal en su paso hacia el espacio intersticial a través de los poros de las uniones intercelulares. Aunque mediante este mecanismo los minerales unidos a aminoácidos, péptidos o Ácidos Grasos Volátiles (AGV) sí pueden cruzar al espacio intersticial, solamente moléculas con tamaño menor a 3.5 kDa y solubilizadas en agua son arrastradas al espacio intersticial. Este mecanismo depende de dos fuerzas: a) Presión Hidrostática, bajo el principio de que el agua se mueve generalmente hacia sitios con menor resistencia. Si la presión hidrostática en el espacio intersticial es baja permitirá el paso de agua; si aumenta la presión hidrostática en el espacio intersticial se suprime la absorción de agua, y con el incremento de la presión intersticial el mecanismo puede funcionar a la inversa, movilizando agua hacia el lumen arrastrando minerales desde el espacio intersticial. b) Presión Osmótica; el movimiento de agua a través de los poros hacia el espacio intersticial depende también del gradiente osmótico del espacio intersticial, el cual es controlado por sodio. En el rumen, la absorción de AGV modifica el gradiente osmótico del epitelio ruminal y permite el arrastre de agua a través del epitelio ruminal.
2) Absorción Transcelular.- Representa el 99% de la superficie de absorción e involucra tres pasos: 1) El paso de iones a través de la membrana apical del enterocito del lumen intestinal mediante sitios de absorción a los que se une el mineral en forma de ion y facilitan su paso por la membrana; 2) El movimiento del mineral a través de la célula desde la membrana apical hasta la membrana basolateral de la célula a través del citosol celular por difusión o por medio de transportadores, y finalmente 3) El transporte del mineral desde el citosol a través de la membrana basolateral del enterocito hacia el espacio intersticial mediante difusión a través de canales proteicos en la membrana basolateral o mediante transporte activo por medio de proteínas especializadas; el transporte activo requiere de energía (ATP) para llevarse a cabo lo que implica un gasto energético.
Una vez absorbidos los minerales son transportados a través del plasma como iones libres (ejem., Mn, Na, K, Cl), por medio de compuestos orgánicos (ejem. proteínas, aminoácidos) o como parte de compuestos iónicos (ejem. fosfatos, sulfatos). Si los minerales no son movilizados hacia el plasma o el requerimiento está cubierto, los minerales se almacenan dentro del enterocito en paquetes (ejem., Ferritina-Mn, Ferritina-Fe, MT-Cu, MT-Zn) y se activa un mecanismo de autorregulación que envía una señal a la membrana apical para inhibir la expresión de metalotransportadores, reduciendo la absorción intestinal del mineral. Una vez que se reduce la reserva mineral corporal y de los “paquetes de reserva” del enterocito, el mecanismo de autorregulación se activa a la inversa, activando la expresión de metalotransportadores, aumentando la absorción intestinal del mineral. Si por alguna razón el enterocito es eventualmente removido de la superficie del lumen intestinal se pierden los minerales almacenados en su interior.
COEFICIENTE DE ABSORCIÓN (CA), BIODISPONIBILIDAD MINERAL (BM) Y COEFICIENTE DE RETENCIÓN (CR).
Aunque en muchas ocasiones los términos se utilizan como sinónimos, el CA nos indica la cantidad de mineral de una determinada fuente que es susceptible a ser absorbido, mientras que la BM y CR es la medida de la tasa en la que un mineral es absorbido y de la cantidad de mineral que llega al sistema circulatorio para posteriormente quedar disponible (o retenido) en el tejido blanco. La absorción de algunos minerales es cercana al 100% (cloro, sodio y potasio), pero para otros (magnesio, calcio, fósforo, cobre, manganeso, selenio, zinc) la absorción es baja y en muchos casos la mayor parte del mineral ingerido no es absorbido. Por otro lado, ni el CA, la BM o el CR de los minerales son estáticos debido a la variación en los consumos de un mineral, sus antagonistas y la interacción entre ellos.
En el rumen y tracto digestivo suceden cambios químicos que permiten o impiden la absorción de los minerales y los minerales interactúan con otros minerales y con otros nutrientes de la dieta (aminoácidos, fibra, proteínas, etc.) por lo que la biodisponibilidad varía grandemente y debe considerarse al diseñar un programa de suplementación mineral, ya que ésta variación impacta en la cantidad de la fuente del miner
al necesaria para cubrir un requerimiento determinado. La cantidad de mineral absorbido está relacionado con la cantidad de mineral disponible y está determinada por varios factores: la fuente del mineral o forma química, nutrición previa del animal y su reserva mineral, interacciones con otros minerales, interacciones con otros nutrientes de la dieta y la solubilidad del mineral.
Cuando un mineral es altamente soluble es más susceptible a unirse a los antagonistas presentes en la dieta y en el rumen, como es el caso de los sulfatos que son altamente solubles, pero no altamente biodisponibles. De hecho, una característica del antagonismo mineral es la disociación del mineral en el tracto gastrointestinal antes de la absorción; una vez libre el mineral interactúa con sus antagonistas (ácido fítico, fibra, otros minerales) formando complejos y ocasionando la pérdida del mineral antes de llegar al sitio de absorción en el intestino. Además, un mineral libre en el rumen puede actuar como microbicida disminuyendo la digestibilidad ruminal, afectando principalmente a bacterias fermentadoras de carbohidratos disminuyendo la digestibilidad de la fibra y almidón.
BIODISPONIBILIDAD MINERAL RELATIVA (BMR)
La Biodisponibilidad Relativa de un mineral es simplemente el grado en el que un mineral proveniente de una fuente en particular puede ser absorbido comparando su absorción con la BMR conocida del mismo mineral pero proveniente de una segunda fuente, considerada como “estándard”. La BMR para minerales utilizada normalmente es la comparación de la absorción de un mineral de cualquier fuente con el coeficiente de absorción de los sulfatos, para los que se considera una BMR del 100% y que es tomada como referencia. Sin embargo, esto no indica que la Biodisponibilidad real de los sulfatos sea del 100%. La Biodisponibilidad Relativa nos indica cuanto más o cuanto menos un mineral de una fuente es absorbido en comparación con los sulfatos y medido en porcentaje; como se muestra en la gráfica siguiente, la BMR de los óxidos es 40-85% menor que los sulfatos mientras que la BMR de los minerales orgánicos es 5-50% mayor que los sulfatos.
UTILIZACIÓN Y VÍAS DE PERDIDA O ELIMINACIÓN DE MINERALES
Los minerales son utilizados diariamente en funciones metabólicas. Adicionalmente, los animales pierden y eliminan minerales continuamente mediante dos vías principales: a) Excreciones.- Sustancias de desecho del metabolismo incluyendo a la orina y las heces, que también sirven como ruta de excreción regulada de minerales consumidos y absorbidos en exceso; b) Secreciones.- La pérdida de minerales también se presenta mediante líquidos producidos por glándulas y células, como la saliva, sudor, respiración y leche en hembras lactantes.
Tanto la utilización de minerales en el gasto metabólico como las pérdidas mediante excreciones y secreciones determinan la cantidad de minerales que será necesario consumir para mantener adecuados niveles fisiológicos de minerales.
REQUERIMIENTO DE MINERALES. El requerimiento de un mineral se define como “la cantidad de mineral que debe ser absorbida diariamente para mantener la salud del animal, mantener y optimizar la producción de leche y el crecimiento, permitir el desempeño reproductivo, la gestación y al mismo tiempo, reemplazar los minerales perdidos por excreción, secreción y/o utilizados en funciones metabólicas, manteniendo adecuadas reservas minerales en el organismo”. Los requerimientos diarios de minerales dependen de la edad, sexo, estado fisiológico, nivel de producción y estado sanitario y se clasifican en requerimientos diarios de Mantenimiento, Gestación, Producción y Reproducción. Los requerimientos minerales totales se componen de la suma de los requerimientos diarios particulares (REQ. MINERAL FISIOLÓGICO TOTAL DIARIO = REQ. MANTENIMIENTO + REQ. GESTACIÓN + REQ. PRODUCCIÓN + REQ. REPRODUCCIÓN).
REQUERIMIENTO DE MANTENIMIENTO. Representa entre 30 y 50% del requerimiento mineral total, y son las cantidades mínimas de minerales requeridas por un animal “no productivo” (no gestante, no lactante) para mantener las funciones metabólicas sin reducir las reservas corporales de minerales considerando las pérdidas endógenas, fecales, urinarias y por sudor. La magnitud del requerimiento es diferente para los diferentes minerales.
REQUERIMIENTO PARA GESTACIÓN. El requerimiento mineral neto para gestación se compone de dos partes: 1) Requerimiento mineral para retención fetal, placenta, útero y fluidos fetales en cada día de gestación a partir de los 190 días de gestación; los requerimientos para gestaciones menores a 190 días son consideradas muy pequeños y dentro del requerimiento para mantenimiento, y 2) Requerimiento para crecimiento de tejido de glándula mamaria y acumulación de calostro antes del parto. El requerimiento se incrementa de manera exponencial durante la gestación, con su pico al final de la gestación y cubrir adecuadamente el requerimiento depende de las reservas minerales de la madre.
REQUERIMIENTO PARA PRODUCCIÓN. El requerimiento mineral neto para producción está determinado por el contenido mineral de cada unidad de producción (kilos de ganancia de peso, litros de leche producidos). Generalmente el requerimiento permanece constante para cada unidad de producción, y es adicional al requerimiento de mantenimiento, y si es el caso, al requerimiento de gestación. Los requerimientos para la lactancia son determinados por la concentración de mineral en la leche, multiplicado por el rendimiento de leche corregida al 4%, mientras que para la engorda y crecimiento se considera la cantidad de mineral retenido por cada kg de ganancia de peso.
REQUERIMIENTO PARA REPRODUCCIÓN. El requerimiento mineral neto para reproducción implica cubrir primero los requerimientos de mantenimiento y los requerimientos de producción. Los minerales tienen un papel muy importante en la fertilidad, manteniendo la integridad de la membrana celular, activando y modulando la producción hormonal y manteniendo el sistema inmune. Los principales minerales involucrados en la fertilidad son los macrominerales Ca, P y Mg, y los micro minerales Cu, Mn, Se y Zn.
EXPRESIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS MINERALES. Los requerimientos de minerales se expresan de varias maneras: a) Como requerimiento mineral por día (mg/día, g/día), b) Como unidades proporcionales, generalmente en base seca (ppm, %) o c) Como unidades de masa, generalmente en base seca (mg/kg, g/kg). En bovinos la manera más precisa de expresar los requerimientos y suministrar minerales es considerar el requerimiento mineral por día (g/día, mg/día) y de acuerdo con el tipo de animal, estado fisiológico y el nivel de producción.
Sub dosificar minerales resulta en una deficiencia que ocasiona el incremento de problemas de salud, pobre desempeño reproductivo, disminución de la producción y del crecimiento. Por el otro lado, sobre dosificar minerales puede ocasionar intoxicaciones (de leves a severas), causar la interferencia en la absorción de minerales que finalmente ocasionará una deficiencia, permite el incremento de minerales excretados en heces y orina y una excesiva concentración de minerales en productos de origen animal, además de incrementar los costos de la suplementación mineral.
INTERACCIONES ENTRE MINERALES
Los minerales pueden presentar dos tipos de interacciones: antagonismo y sinergismo.
1) Antagonismo.- El término “interacción antagonista” generalmente se utiliza para referir la inhibición mutua de la absorción de dos minerales a nivel intestinal o cuando un mineral interactúa con otro mineral interfiriendo con su absorción y/o utilización, generalmente cuando está presente en exceso e involucra la competencia e interferencia por los sitios de absorción y transportadores. Por ejemplo, cantidades elevadas de molibdeno y azufre interfieren con la absorción de cobre; cantidades elevadas de azufre interfieren con la absorción de selenio; cantidades elevadas de potasio interfieren con la absorción de calcio y magnesio; el hierro interfiere la absorción de zinc, cobre y manganeso, y la absorción de zinc disminuye en presencia de elevadas cantidades de calcio.
Sin embargo, el antagonismo puede ocurrir entre dos o múltiples minerales, un mineral y otros elementos presentes en la dieta (fibra, ácido fítico) y puede ocurrir a nivel ruminal, intestinal y a nivel celular.
2) Sinergismo. – El sinergismo puede ocurrir entre dos o múltiples minerales y puede ocurrir a nivel ruminal, intestinal y a nivel celular; puede ser de dos tipos: 1) El aumento en la concentración de un mineral favorece la absorción de otro, y 2) La presencia de un mineral u otro elemento es necesario para la absorción de otro mineral. Ejemplos de sinergismo son el cobre que facilita la movilización del hierro hepático como constituyente de la enzima Ferroxidasa; y el sodio, que es transportado hacia el interior de la célula junto con moléculas de glucosa mediante proteínas transportadoras especiales localizadas en la membrana apical del enterocito.
BALANCE MINERAL
Existe balance mineral cuando un mineral es consumido en cantidades suficientes para cubrir un requerimiento, pero sin interferir con la disponibilidad y la absorción de otros minerales. Algunos minerales comparten receptores en los sitios de absorción intestinales, como el hierro y manganeso, hierro y zinc, y algunos comparten transportadores, como el cobre y el zinc, hierro y manganeso. Cuando se rompe el balance entre minerales se presenta una “Interacción Antagonista” entre los minerales, que ocasiona la competencia por los sitios de absorción en la que el mineral en mayor concentración ocupará una mayor cantidad de sitios de absorción y utilizará una mayor cantidad de transportadores disminuyendo la absorción del mineral presente en menor cantidad. Actualmente se han establecido valores con intervalos de referencia que establecen las cantidades adecuadas de minerales que se consideran seguras y no ocasionan interacciones entre antagonistas conocidos.
DEFICIENCIA MINERAL
La deficiencia mineral es la carencia o presencia de minerales en cantidades inferiores a las requeridas, ya sea de manera temporal o permanente. Con base en su origen se reconocen dos tipos de deficiencias:
- a) Deficiencia Primaria, causada por el inadecuado consumo de uno o más minerales; b) Deficiencia Secundaria, ocasionada por varios factores: 1) Causada por interferencia en la absorción y distribución de uno o más minerales, 2) Causada por retención de uno o más minerales, 3) Ocasionada por el incremento en la tasa de eliminación de un mineral, 4) Ocasionada por una enfermedad preexistente o parasitosis y 5) Como resultado de interacciones minerales. Las deficiencias primaria y secundaria pueden presentarse de manera simultánea y la deficiencia de un mineral puede también ocasionar el exceso en la absorción de otro mineral.
Los animales pueden ajustar el metabolismo a consumos sub-óptimos de minerales, reduciendo la concentración mineral en los tejidos y redirigiendo los minerales hacia funciones metabólicas esenciales, lo que ocasiona la disminución de la producción y la fertilidad. Sin embargo, los efectos de la deficiencia de minerales no son perceptibles en el corto plazo, con excepción de la presentación de enfermedades metabólicas como la hipocalcemia, retención de placenta y mastitis, y en general son cuantificables al mediano y largo plazo. Los minerales participan en prácticamente todos los procesos fisiológicos y metabólicos por lo que la deficiencia mineral puede ocasionar una gran variedad de problemas que incluyen la disminución de la producción, enfermedades metabólicas, disminución de la fertilidad, anormalidades clínicas y patológicas e inmunosupresión. Estos problemas pueden permanecer imperceptibles por algún tiempo y presentarse de forma aislada o como una secuencia de eventos.
En el caso de la leche, la concentración de minerales normalmente se mantiene estable durante episodios de deficiencia; este mecanismo prioriza y garantiza el aporte mineral para la cría, pero a expensas de la madre, lo que impide recargar las reservas minerales de la madre.
RECOMENDACIONES PARA EL APORTE Y SUPLEMENTACION MINERAL
Debido a que los minerales son nutrientes esenciales y no son sintetizados en el organismo animal deben ser consumidos de manera continua para cubrir los requerimientos diarios. Sin embargo, al suplementar minerales y para aportar las cantidades correctas sin sub dosificar ni sobre dosificar debemos considerar que cada especie animal y cada tipo de animal tiene requerimientos particulares, cada etapa de producción tiene requerimientos específicos y puede haber contraindicaciones por el consumo de algún mineral entre especies y entre etapas de producción dentro de una misma especie.
Al establecer un programa de suplementación mineral, el seleccionar la fuente mineral a utilizar con el criterio de mayor biodisponibilidad y menor solubilidad, disminuye el costo de la suplementación mineral al ser utilizado y no excretado, así como también la pérdida de minerales en rumen e intestino y minimiza el efecto de los minerales sobre la microbiota ruminal. Es importante también considerar las recomendaciones de balance mineral para evitar la competencia por los sitios de absorción e interferencia de la absorción, disminuir la presentación de antagonismos entre minerales y disminuir la formación de complejos que ocasionan la reducción de la cantidad de minerales disponibles para absorción.
Aún y cuando se incluyan minerales en la dieta es recomendable la suplementación mineral continua a libre acceso; esto permite cubrir deficiencias de minerales en la dieta y cubrir requerimientos minerales extras que pueden presentarse en un grupo de animales debido a diferencias de peso, edad, genética, nivel de producción y variaciones en el consumo de alimento.
BIBLIOGRAFÍA
- Jesse P. Goff; 2018. Mineral absorption mechanisms, mineral interactions that affect acid–base and antioxidant status, and diet considerations to improve mineral status. J. Dairy Sci. 101:2763–2813
- Jerry W. Spears, 2003. Trace Mineral Bioavailability in Ruminants. 11th International Symposium on Trace Elements in Man and Animals, Volume: 133
- Neville F. Suttle; 2010. Mineral Nutrition of Livestock, 4th Edition. CABI.
- Patiño, P. Rene; Da Silva Filho, C. José; Pérez, P. Jorge. 2011. Modelos de predicción de exigencias minerales para rumiantes. Rev. Colombiana Cienc. Anim. 3(2).
