Proteína metabolizable y balance proteico en el rumen

Luis R. Pérez
Gonzalo Villar
Especialista en nutrición de rumiantes
GRUPO NUTEC®

Junto con la energía, la proteína es uno de los nutrientes que representan mayor costo dentro de la dieta. La proteína es necesaria para llevar a cabo muchas de las funciones metabólicas del organismo para mantenimiento, crecimiento, lactancia, reproducción e inmunidad; si no proporcionamos suficiente proteína se interrumpen estas funciones. Es necesario además un aporte adecuado mínimo de proteína para el crecimiento de las bacterias ruminales y para que puedan realizar sus funciones de fermentación y síntesis de proteína; bajos aportes de proteína en rumen pueden ocasionar la disminución del desarrollo de las bacterias ruminales, la reducción de procesos de fermentación y baja producción de proteína microbiana.

Conceptos sobre proteína

La Proteína Cruda es la proteína total contenida en un ingrediente o dieta, medida como la concentración de nitrógeno (N) multiplicada por el factor 6.25, con base en que se considera que la concentración de N de una molécula de proteína es el 16% (1/0.16 = 6.25). Sin embargo, no todos los compuestos nitrogenados son proteína por lo que la proteína cruda se divide en dos componentes básicos:

– Proteína Verdadera, porción de la proteína conformada por aminoácidos.

– Nitrógeno No Proteico (NNP), formado por ácidos nucleicos, péptidos, nitratos, urea y amoniaco (NH3); no contiene aminoácidos, pero es utilizado por las bacterias ruminales como fuente de N para formar proteína microbiana.

La proteína cruda no es un buen indicador de la proteína verdadera y mucho menos de los aminoácidos aportados, por lo que para obtener un estimado más confiable del aporte de proteína metabolizable (PM) y del potencial de producción de proteína microbiana debemos considerar las fracciones en las que se divide la proteína cruda:

– Proteína Soluble (PSol): proteína que es degradada de manera inmediata en el rumen, formada por NNP, aminoácidos y péptidos.

– Proteína Degradable en Rumen (RDP): es la fracción de la proteína que es degradada en el rumen, formada por péptidos, aminoácidos y NH3 que serán utilizados por los microorganismos ruminales para su crecimiento y para producir proteína microbiana.

– Proteína No Degradable en Rumen (RUP): es la fracción de la proteína que no sufre cambios ni degradación en el rumen; es digerida en el abomaso y llega al intestino para ser absorbida, sirviendo como fuente de aminoácidos digestibles. Es conocida también como proteína de sobrepaso.

Además de las fracciones de la proteína de la dieta debemos considerar dos fuentes adicionales que contribuyen de manera importante a cubrir el requerimiento de PM:

– Proteína Microbiana: es la proteína sintetizada por bacterias ruminales y que llega al intestino para ser absorbida; tiene una digestibilidad del 85% y representa del 50 – 100% del requerimiento de la PM del animal, dependiendo de la capacidad del nivel de producción. Aunque no es una fracción de la proteína ingerida mediante la dieta su producción por las bacterias ruminales sí depende del aporte de las proteínas PSol y PDR aportados por la dieta.

– Proteína Endógena: es la proteína que proviene de secreciones digestivas, saliva y células epiteliales exfoliadas del tracto digestivo.

Los rumiantes no necesitan proteína como tal, sino que como otras especies animales necesitan aminoácidos; de los 20 aminoácidos 10 son considerados esenciales, y de estos 10 la Lisina, Metionina e Histidina se consideran como limitantes. Lo más recomendable es dirigir la formulación de la dieta hacia el aporte de PM y su perfil de aminoácidos, que es la proteína total que realmente estará disponible para ser absorbida en el intestino y que proviene de tres orígenes: 30 – 40% proviene de la dieta (RUP), 50 – 60% de la proteína microbiana y 10% de la proteína endógena.

Metabolismo de proteína en rumen

Los rumiantes no poseen proteasas en saliva; los responsables de la digestión de las proteínas en rumen y retículo son bacterias y protozoos que mediante proteasas y peptidasas rompen los enlaces peptídicos y liberan los aminoácidos. Una vez libres los aminoácidos son desaminados liberando NH3 que será utilizado por otras bacterias para formar sus propios aminoácidos, para lo que necesitan también una fuente de energía disponible, principalmente carbohidratos (almidones y celulosa). De ahí que para la producción de proteína microbiana y, por lo tanto de aminoácidos digestibles, en el rumen deben estar presentes de manera simultánea y sincronizada NH3 y una fuente de carbohidratos. El nivel de utilización de NH3 para la producción de proteína depende de la energía generada por la fermentación de carbohidratos y en promedio se producen 20g de proteína microbiana por cada 100g de materia orgánica (MO) fermentada en el rumen. La falta de carbohidratos en el rumen puede ocasionar la deficiencia de PM y aminoácidos disponibles para el animal, aún con cantidades adecuadas de N.

Una vez que las proteínas microbianas y de sobrepaso de la dieta llegan al abomaso e intestino son digeridas por enzimas proteolíticas para ser absorbidas en el intestino.

Proteína metabolizable y balance proteico en el rumen proteina metabolizable 1

¿Aumentar o no aumentar el nivel de proteína?

Debido al incremento de la capacidad de producción del ganado por el avance genético y de los sistemas sanitarios y de manejo, la proteína producida por las bacterias ruminales no es suficiente para cubrir el requerimiento de PM y aminoácidos necesarios para los elevados niveles de producción actuales, por lo que es necesario cubrir el requerimiento mediante la optimización de la producción de proteína microbiana y la suplementación de proteína adicional en la dieta, en particular RUP.

Sin embargo, debemos considerar que el incrementar la cantidad de Proteína Cruda o de RUP de la dieta no necesariamente incrementa la cantidad de PM y aminoácidos disponibles en intestino, ni su digestibilidad. Muchos ingredientes con elevado contenido de RUP son deficientes en uno o más aminoácidos, por lo que aumentar el aporte de RUP mediante el consumo de un ingrediente deficiente en un determinado aminoácido puede incrementar su deficiencia. Por otro lado, incrementar el nivel de RUP puede disminuir la producción de proteína microbiana al reducir la cantidad de RDP disponible para las bacterias.

El consumo de cantidades elevadas de proteína no metabolizable también incrementa la cantidad de NH3 producido en rumen y de urea producida en hígado. Esto representa un gasto energético adicional para el animal debido a que la energía será utilizada para eliminar el exceso de NH3 mediante la síntesis hepática de urea, reduciendo la disponibilidad de energía para producción, lo que además puede incrementar la intensidad del balance energético negativo, así como también el costo de alimentación sin obtener ningún beneficio en producción. Adicionalmente, la concentración de urea se incrementa en sangre y es transportada a la ubre y al útero ocasionando otros problemas: niveles elevados de urea en el útero reducen la fertilidad (disminuyen el desarrollo de ovocitos, alteran el pH uterino, disminuyen el desarrollo de los embriones y reducen la producción de progesterona), reducen la eficiencia del funcionamiento del sistema inmune, y niveles elevados de urea en leche (NUL) afectan los procesos de industrialización debido a que disminuyen la capacidad de coagulación de la leche lo que puede ocasionar castigos o rechazo de la leche.

En ganado lechero el nivel de Nitrógeno Ureico en Leche (NUL) es el parámetro utilizado para determinar la cantidad de urea presente en leche y se correlaciona con el nivel de urea en sangre, determinando valores de 12 a 15 mg N ureico/dl de leche como adecuados, valores que son equivalentes a 250 – 350 mg urea por litro de leche. Estos valores pueden ser utilizados también para estimar el nivel de la utilización de N en el rumen. Valores elevados y superiores a 15 mg NUL (>350 mg urea/lt) indican una baja utilización de la proteína de la dieta, que la proteína es muy soluble o degradable, que los niveles de carbohidratos fermentables en el rumen son demasiados bajos, que la proteína y los carbohidratos fermentables no están balanceados adecuadamente, o que la presencia de proteína y carbohidratos fermentables en el rumen no está sincronizada adecuadamente en el tiempo. Valores bajos e inferiores a 12 mg NUL (<250 mg urea/lt) indican una deficiencia de proteína en la dieta o que los niveles de carbohidratos fermentables en el rumen son muy elevados.

Aporte adecuado de proteína metabolizable y aminoácidos

La cantidad y disponibilidad de PM y de los aminoácidos dependen de la fuente proteica y no existe un ingrediente que aporte un perfil balanceado de aminoácidos. Los granos son deficientes en lisina; las leguminosas son deficientes en metionina; la harina de sangre es rica en lisina pero deficiente en metionina, y los subproductos generalmente son deficientes en metionina.

Proteína metabolizable y balance proteico en el rumen proteina metabolizable 2

El desarrollo de las técnicas y métodos de análisis bromatológicos nos permiten determinar el contenido de las diferentes fracciones de la proteína e incluso de los perfiles de aminoácidos de los ingredientes y de los alimentos, lo que permite realizar la formulación de raciones de manera mucho más precisa para cualquier objetivo de producción. Además, ahora se cuenta con métodos y tecnología que permite proteger la proteína e incrementar la cantidad de proteína metabolizable de algunos ingredientes, proteger aminoácidos para que no sean degradados en el rumen y puedan estar disponibles en intestino, y tecnologías que ayudan a maximizar la producción de proteína microbiana.

El cubrir el requerimiento de PM y aminoácidos puede lograrse mediante la combinación de ingredientes con diferentes perfiles de PDR, PNR, PM y de aminoácidos que se complementen entre sí para obtener un perfil determinado en función del requerimiento que se busca cubrir. En primer lugar debemos tratar de proporcionar el aporte correcto de PM y aminoácidos, pero al mismo tiempo maximizando la producción de proteína microbiana en rumen proporcionando suficiente RDP (péptidos, aminoácidos y amoniaco) y fuentes de energía disponibles para las bacterias (almidón, azúcares, fibra soluble y NDF digestible). Si el aporte de PM y aminoácidos de los ingredientes seleccionados no es suficiente para cubrir el requerimiento deseado el déficit debe cubrirse suplementando el faltante por medio de la inclusión de ingredientes con elevada disponibilidad de RUP y aminoácidos e incrementando en lo posible la producción de proteína microbiana, para lo cual existen varias herramientas:

  1. Ingredientes con elevado contenido de proteína de sobrepaso obtenido mediante tratamiento industrial. Pueden sustituir parcial o totalmente otros ingredientes proteicos e ingredientes con bajo contenido de proteína de sobrepaso. Son ingredientes con elevado contenido de proteína de sobrepaso que pasan por un proceso para incrementar aún más el sobrepaso de la proteína mediante diferentes tratamientos:

– Tratamiento químico; algunos químicos como el formaldehido, taninos, xilosa y ácidos carboxílicos insaturados polimerizados forman enlaces reversibles con los grupos amino, disminuyendo la solubilidad de la proteína en el pH ruminal; una vez que el alimento llega al abomaso los enlaces se rompen por efecto del pH ácido quedando la proteína disponible para su absorción en intestino.

– Tratamiento térmico; el someter a los ingredientes a temperaturas elevadas provoca lo que se conoce como reacción Maillard o Glucosilación No Enzimática de las Proteínas, que tiene como resultado la formación de enlaces entre los grupos amino, grupos aldehído y azúcares que reducen la solubilidad de la proteína en el rumen, pero es digestible a nivel intestinal.

– Tratamiento térmico y presión; es un proceso térmico similar al anterior, pero al mismo tiempo se aplica presión eliminando una mayor cantidad de aceite. En algunos productos las gomas (lecitina) son separadas del aceite y son reintegradas a la pasta incrementando aún más la cantidad de proteína de sobrepaso.

Los ingredientes más comúnmente tratados por los medios anteriores son soya y canola, aunque otros ingredientes proteicos pueden ser sometidos a los mismos tratamientos.

  1. Aminoácidos de sobrepaso. Actualmente se encuentran disponibles aminoácidos protegidos mediante encapsulación (Lisina y Metionina) que al ser consumidos no sufren degradación en el rumen y pueden llegar al intestino para ser absorbidos, lo que los hace una herramienta útil para cubrir requerimientos de aminoácidos dentro de la formulación. La inclusión de aminoácidos de sobrepaso ofrece varias ventajas: pueden sustituir parcialmente ingredientes proteicos de costo elevado; permiten la inclusión de menor cantidad de concentrados sustituyéndolos con forraje; permiten una mayor inclusión de subproductos de un menor costo pero generalmente deficientes en lisina y metionina, y permiten disminuir la concentración de proteína cruda total de la dieta.
  1. Análogos de Metionina. Los análogos de Metionina (MHA, Hidroxi Análogo de Metionina) son aminoácidos sintéticos a los que se les sustituye el grupo amino con un grupo hidroxilo. Los MHA son degradados en el rumen de manera lenta y son parcialmente absorbidos en rumen y omaso; el 60% es utilizado en el rumen (una parte es utilizada por las bacterias y otra parte es absorbida) y el 40% es absorbida en el intestino. Con la inclusión de MHA obtenemos las mismas ventajas que obtenemos con los aminoácidos de sobrepaso.
  1. Urea. Las bacterias ruminales tienen la capacidad de utilizar N para sintetizar proteína microbiana. El N llega al rumen a través de la dieta en forma de NNP como componente de la proteína, o por recirculación de la urea sintetizada en el hígado a partir del NH3 producido y absorbido en el rumen para posteriormente ser recirculada vía sanguínea hacia el rumen y saliva. Ya en el rumen, la urea se solubiliza e hidroliza para producir NH3 y bióxido de carbono (CO2) por medio de ureasas bacterianas. Con base en este principio la urea puede proporcionarse como fuente de N para las bacterias ruminales reemplazando ingredientes proteicos de baja calidad, ingredientes de mayor costo o para asegurar una cantidad determinada de N en el rumen. Sin embargo, la urea se solubiliza y eleva el nivel de NH3 en el rumen muy rápidamente y en ausencia de carbohidratos disponibles para que las bacterias lo conviertan en proteína el NH3 es absorbido en rumen y dirigido al hígado para ser convertido nuevamente en urea. Si la producción de NH3 es demasiado elevada puede saturar la capacidad del hígado para transformarlo en urea y ocasionar intoxicación, por lo que el consumo debe restringirse, debe ser introducida de manera paulatina para permitir la adaptación de las bacterias ruminales y se debe garantizar la presencia de carbohidratos fermentables en el rumen para su utilización.
  1. Urea de lenta liberación. La urea encapsulada cumple la misma función que la urea convencional, pero con la diferencia de que libera NH3 de manera controlada y consistente en un periodo de 6 – 8 horas lo que permite a las bacterias utilizarlo en sincronía con la tasa de fermentación de los componentes de la dieta optimizando la producción de proteína microbiana. La urea encapsulada se solubiliza a menor velocidad que la urea convencional facilitando su utilización, evitando la acumulación de NH3 en rumen y disminuyendo el riesgo de intoxicación.
  1. Modificación de la población ruminal. Existen compuestos Fitobióticos que tienen la capacidad de disminuir la población de protozoos y bacterias proteolíticas y productoras de NH3 con lo que disminuye la degradación de proteínas de la dieta a péptidos y/o evitando la desaminación, lo que incrementa la cantidad de proteína de sobrepaso (péptidos y aminoácidos) y su biodisponibilidad en el intestino delgado; al mismo tiempo se reduce la producción de NH3. El uso de Fitobióticos permite disminuir la concentración de proteína cruda total de la dieta y sustituir parcialmente ingredientes proteicos de costo elevado con la inclusión de subproductos de un menor precio.

Conclusiones

Una cantidad elevada de PC y RUP de la dieta no necesariamente garantiza una cantidad adecuada de PM y aminoácidos digestibles para cubrir los requerimientos de producción. La formulación de las dietas debe dirigirse hacia el aporte adecuado de PM y aminoácidos digestibles, no proteína cruda, mediante el mantenimiento del balance entre el aporte de RDP para un adecuado funcionamiento ruminal y la óptima producción de proteína microbiana y del aporte de RUP para un adecuado aporte de aminoácidos digestibles. Al mismo tiempo, la dieta debe garantizar el aporte de fuentes de carbohidratos disponibles para las bacterias de manera sincronizada con la presencia de NH3 en el rumen para el eficiente metabolismo proteico y la eficiente producción de proteína microbiana.

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