Cambios estacionales en la degradabilidad ruminal de la proteína y en la concentración de nitrógeno amoniacal ruminal del forraje consumido por bovinos en pastoreo.

El conocimiento de la degradabilidad in situ de la proteína y así como de las concentraciones de nitrógeno amoniacal ruminal son indicadores precisos del uso de la fracción proteica del forraje consumido por los rumiantes y son indispensables para la formulación de suplementos proteicos para bovinos en pastoreo (Ramírez et al., 2001). Uno de los principales nutrientes que son considerados en la formulación de suplementos para bovinos en pastoreo, es la proteína contenida en la dieta. Los rumiantes requieren de dos fuentes de proteína: la primera se refiere a la proteína que se degrada y se fermenta en el rumen y el amoniaco resultante es utilizado por los microorganismos ruminales para la síntesis de proteína microbiana; y la segunda consiste  en la proteína no degradable que escapa a la degradación en el rumen y que es digerida en el intestino delgado (Klopfenstein, 1996).

La suma de la proteína microbiana digestible que fluye al intestino delgado y la proteína de escape digestible que llega al intestino delgado forman la proteína metabolizable. La proteína metabolizable es la proteína que el animal utiliza para el mantenimiento, crecimiento, lactación y gestación (Lardy et al.,1996). A pesar de los considerables avances en torno a la alimentación proteica de los rumiantes, los requerimientos de proteína degradable en el rumen y la porción de esta misma proteína en los forrajes no se conocen de manera precisa (Villalobos, 2000). Por ello, al expresar los requerimientos del ganado en proteína metabolizable se pueden estimar de manera más precisa el tipo y la cantidad de suplemento proteico necesario, comparado con el simple uso del sistema proteína cruda (Lardy et al., 1998). De esta manera, el conocimiento de la degradación ruminal de la proteína y de su fermentación en el rumen, adquiere relevancia al proporcionar mayores elementos que contribuyan a formular con mayor exactitud suplementos proteicos para bovinos en pastoreo.

En el presente trabajo de investigación se plantea la hipótesis, de que la degradabilidad ruminal de la proteína así como las concentraciones de nitrógeno amoniacal ruminal del forraje consumido por bovinos en pastoreo varían con las épocas del año. Por lo anterior, el objetivo del presente trabajo fue determinar los cambios estacionales en la degradabilidad in situ de la proteína y en la concentración de nitrógeno amoniacal ruminal del forraje consumido por bovinos en pastoreo.

 

Bioquímicamente se han propuesto diversas clasificaciones de las proteínas las cuales hacen énfasis en su estructura, conformación, curso y asimilación orgánica (Lehninger, 1979). No obstante, estas clasificaciones que se hacen de las proteínas, no son aplicables a la nutrición de los rumiantes. Desde el punto de vista de la nutrición de los rumiantes, las proteínas aportadas por los forrajes se dividen en proteínas degradables (PDR) y no degradables en el rumen (PNR) (NRC, 2000). En nuestro país se han desarrollado pocos trabajos tendientes a determinar el contenido de proteína degradable y no degradable de la dieta consumida por bovinos en libre pastoreo (Peyro, 2006). La mayor parte de ellos se han centrado en el estudio de los contenidos de proteína cruda (PC) de la dieta seleccionada por bovinos en apacentamiento. Villanueva et al.(2003) evaluaron la calidad nutritiva del forraje consumido en diferentes etapas fonológicas por ganado bovino en libre pastoreo y encontraron que el contenido de proteína cruda (PC) fue de 16.8 % durante la floración y de 13.9 % durante la fase de crecimiento (P > 0.05). En este trabajo se observa que el contenido de PC del forraje consumido durante las fases de crecimiento, madurez y latencia fue de 13.9, 11.4 % y 12.8 %, respectivamente. En otro trabajo realizado por Taylor et al. (1980) al evaluar la dieta consumida por vaquillas en libre pastoreo durante 3 estaciones del año encontraron contenidos de PC de 6.8 %, 7.3 % y 11.4 % en el otoño, invierno y primavera, respectivamente. Kirby y Stuth (1980) evaluaron la dieta consumida por vacas de carne en pastoreo durante 3 estaciones del año y encontraron que el contenido de PC más alto fue durante la primavera (11.6 %) y no se observaron diferencias en los contenidos de PC en el invierno (8.3 %) y el otoño (8.2 %) (P > 0.05). En otros trabajos similares Fierro et al.(1987) al estudiar el valor nutricional de la dieta consumida por novillos bajo un sistema de pastoreo de corta duración durante la época de lluvias (julio-septiembre), encontraron un 11.3% de PC.

 

El forraje disponible en los pastizales así como los suplementos, contienen proteína degradable y no degradable en el rumen, por lo que la expresión del valor proteico de los forrajes en base a proteína cruda es obsoleta puesto que no refleja el curso orgánico de la degradación y utilización de la proteína por los rumiantes (Lardy et al.,1996).

A partir de estas limitaciones, se han desarrollado nuevos sistemas de alimentación proteica para rumiantes que reconocen la importancia de la degradación de la proteína en el rumen y su relación con la energía aportada por los forrajes, como los principales factores que determinan la proteína que se absorbe en el intestino delgado (Lardy et al.,1996). La aplicación de estos nuevos sistemas en la nutrición de los rumiantes, requieren necesariamente la determinación de la cinética de la degradación ruminal in situ de la proteína de los forrajes y en el caso de los rumiantes en pastoreo su aplicación se dificulta debido a que los principios fisiológicos que sustentan estos sistemas se originaron en rumiantes en confinamiento (López y García, 2005; Peyro, 2006).

 

Durante la época seca, la dieta consumida por bovinos en pastoreo contiene altas cantidades de carbohidratos estructurales (Palacio, 2005; Reyes, 2004). En el rumen existen bacterias que hidrolizan carbohidratos estructurales y utilizan para su sobrevivencia únicamente amoniaco como fuente de nitrógeno (Russell et al., 1992). En consecuencia si en el rumen no se encuentran las concentraciones adecuadas de amoniaco, las bacterias no degradarán eficientemente los carbohidratos estructurales de la dieta seleccionada por los animales en pastoreo. Algunos estudios en rumiantes en libre pastoreo, indican que para lograr una concentración optima de nitrógeno amoniacal en rumen se requiere de que la dieta consumida por el ganado contenga como mínimo 7 % de proteína cruda (Villalobos, 2000). Satter y Slyter (1974) sugieren que para que se favorezca una optima síntesis de proteína microbiana, es necesario una concentración mínima de N-NH₃ de 5 mg/100 ml de liquido ruminal.

El presente trabajo se desarrolló en el municipio de Durango Dgo, Mex., en un agostadero con vegetación clasificada como pastizal mediano arbosufrutescente en lomeríos del malpaís (COTECOCA, 1979). El área de muestreo se ubica a los 104° 32' 21 " longitud oeste y 24° 22'00" latitud norte. Con una altitud de 1800 msnm y un clima seco templado con lluvias en verano (BSiK). La región presenta una temperatura y una precipitación pluvial media anual de 17.5 °C y 450 mm, respectivamente (INEGI, 2003). En la figura 1 se presenta la precipitación pluvial registrada en el área de estudio a través del año.

 

En esta área, las especies vegetales predominantes son: nopal duraznillo (Opuntia leucotricha); nopal cardón (O. streptacantha); nopal tapón (O. megacantha); huizache (Acacia tuortosa); mezquite (Prosopis juliflora); gatuño (Mimosa biuncifera);cardenche (Opuntia imbricata); navajita (Bouteloua gracilis); banderilla (6. Curtipendula); navajita velluda (6. hirsuta); zacate tres barbas (Aristida divaricata); zacate Colorado (Heteropogon contortus); zacate cola de zorra (Enneapogon desvauxxi); y zacate lobero (Lycurus phleoides) (COTECOCA, 1979).

Se utilizaron 4 novillos fistulados del rumen de 350 ± 3 Kg de PV, los cuales durante los meses de muestreo se mantuvieron permanentemente en el área de estudio. Los periodos de muestreo tuvieron una duración de 9 d y se realizaron durante los meses de marzo y mayo representativos de la época seca, y julio y septiembre representativos de la época de lluvia del año 2008.

En los días 1 y 2 del periodo de muestreo, se obtuvieron muestras de forraje consumido por los animales por medio de la técnica de vaciado de rumen (Gutiérrez, 1991). Los muestreos se realizaron por la mañana (7:00 h; am) extrayendo la  totalidad del contenido ruminal de cada novillo, se pesó y se depositó en bolsas de polietileno negro; enseguida, a los novillos se les permitió pastorear durante 45 minutos. Una vez concluidos los 45 minutos, se tomaron dos tipos de muestra: a) del forraje consumido por los animales a través de la fístula ruminal y b) muestras de contenido ruminal que previamente se había extraído. Con las muestras de forraje y de contenido ruminal se determinó la tasa de pasaje (Kp) al dividir el contenido de ceniza insoluble en detergente ácido (g/h) en el forraje consumido por los animales entre la cantidad total de ceniza insoluble en detergente ácido (g) en el contenido ruminal (Odgen et al., 2005). La Kp se utilizó para estimar la proteína degradable en el rumen por medio del siguiente modelo: PDR= a + [(b*c)/(c+kp)] (Elizalde et al. (1999). Las muestras de forraje obtenidas se conservaron en hielo durante su transporte hasta el laboratorio y se secaron a 60°C por 48 h. Posteriormente, las muestras se molieron en un molino Wiley con malla de 2 mm para la determinación de la degradabilidad in situ y a 1 mm para otros análisis de laboratorio.

 

Durante los días 3, 4, 5, 6 y 7 del periodo de muestreo se determinó la degradabilidad in situ por incubación en el rumen de bolsas con 10 g de muestra molida a 2 mm. Se utilizaron bolsas de 10 x 20 cm de poliéster, micro-filamento blanco, selladas con calor y libres de ceniza y nitrógeno, con un tamaño de poro de 53 µm (ANKOM^®). Se incubaron dos bolsas por tiempo y animal en orden inverso, a intervalos de 0, 6, 12, 24, 36, 48, 72 y 96 hrs, durante el pastoreo de los animales. Una vez extraídas las bolsas del rumen, se lavaron con agua común hasta la obtención de agua clara. Enseguida, se secaron a 55^oC durante 48 h y se pesaron para determinar el residuo seco. La degradabilidad de la PC al tiempo "0" se determinó por inmersión en el rumen de bolsas con 10 g de muestra durante 1 min; enseguida se lavaron de la misma manera que las demás (Ellis et al., 2005). A los residuos de cada tiempo de incubación en el rumen, se les determinaron los contenidos de MS y PC. Los datos de degradabilidad de la PC se corrigieron, restando a los residuos obtenidos de cada tiempo de incubación, la PC ligada a la fibra detergente ácido (N-FDA x 6.25) (Klopfenstein et al., 2001). Con el modelo propuesto por Orskov y McDonald (1979) se estimaron los parámetros "a" (fracción soluble); "b" (fracción potencialmente degradable); "c" (tasa constante de degradación de "b"), "a+b" (degradabilidad potencial de la PC). Con los valores de PDR, PNDR y DVIVMO se estimaron los valores de proteína metabolizable del forraje consumido por los animales a partir de los fundamentos establecidos por la NRC, (2000). Estos fundamentos establecen los cálculos siguientes:

Proteína microbiana (Pmi): 10 % del TND o de la MOD del forraje

PM proveniente de la Pmi= Pmi*0.80

0.80= Digestibilidad de la Pmi en el intestino delgado

PM proveniente de la PNDR= PNDR*0.80

0.80= Digestibilidad de la PNDR en el intestino delgado

 

Durante los días 8 y 9 del periodo de muestreo se tomaron muestras de líquido ruminal de los 4  novillos fistulados del rumen. Durante el primer día de muestreo y antes del inicio del pastoreo, se tomaron muestras de 10 ml de liquido ruminal de cada novillo, el cual se filtró en cuatro capas de gasa y se depositó en frascos de plástico provistos con 0.3 ml de acido sulfúrico al 50 % como conservador y se mantuvo en congelación hasta su análisis de nitrógeno amoniacal (McCollum et al., 1985). Una vez concluido lo anterior, los animales salieron a pastorear y nuevamente se tomaron muestras de líquido ruminal a las 4, 8 y 12 h después de iniciado el pastoreo. Las muestras obtenidas de líquido ruminal en los diferentes tiempos, se manejaron  de la misma forma que las muestras obtenidas antes del pastoreo.

 

A las muestras de forraje se les determinaron los contenidos de materia seca (MS), materia orgánica (MO) proteína cruda (PC), fibra detergente neutro (FDN); fibra detergente acido (FDA) lignina y ceniza ácido insoluble (CAI) (AOAC, 1994); digestibilidad in vitro de la MS y MO (Ankom, 2004) A las muestras de contenido ruminal se les determinaron los contenidos de CAI (AOAC, 1994). Las concentraciones de N-NH₃ ruminal se obtuvieron por espectrofotometría ultravioleta (Galyean, 1980).

 

Los datos se sometieron a análisis de varianza para un diseño de bloques completos al azar. Las concentraciones de nitrógeno amoniacal (N-NH₃) obtenidas por tiempo, se sometieron a análisis de varianza para un diseño de parcelas divididas en el tiempo (Hicks y Turner, 1999). En donde las parcelas mayores fueron las épocas del año y las parcelas menores los tiempos de muestreo a través del día. En el análisis estadístico de los datos se utilizaron los procedimientos MIXED y NLIN de SAS (2003).

A manera de referencia en el cuadro 1, se presentan los datos de composición química del forraje consumido por los animales y son similares a los reportados por Johnson et al. (1998) en el forraje consumido por bovinos en pastoreo.

 

*P < 0.05; **P < 0.01.

Como se muestra en el cuadro 2 los contenidos de PC, PDR, PNDR y PM fueron afectados por la época del año (P < 0.01). La PC registrada en la época de lluvia fue superior en 50.4 % a la observada en la época de seca; mientras que los contenidos de PDR y PM observados en la época de lluvia fueron superiores en 21.3 % y  17.7 % comparados con la época de seca, respectivamente.

 

**(P < 0.01).

 

Estas diferencias pueden explicarse por la fenología de los pastizales, puesto que en la época de lluvia los pastizales se encuentran en crecimiento y floración y por lo tanto su contenido de proteína soluble es superior al observado en la época seca que es cuando los pastizales presentan altos contenidos de fibra (Ramírez et al., 2001). El mayor contenido de PM registrado en la época de lluvia en relación con la época seca, se explica por los mayores aportes de proteína microbiana y de energía del forraje consumido por los animales en la época lluviosa (Juárez et al., 2004). En contraste, la PNDR observada en la época seca fue superior en 26.2 % a la registrada en la época de lluvia. Esta diferencia entre épocas se explica principalmente por una fracción de la proteína del forraje seleccionado por animales que se encuentra ligada a la pared celular la cual es indigestible para los microorganismos ruminales (Klopfenstein, 1996). En otros estudios se han encontrado variaciones estaciónales significativas en los contenidos de PC, PDR y PNDR de la dieta de bovinos en pastoreo similares a los observados en el presente estudio (Olson et al., 2002).

En el cuadro 3 se muestran los valores de los parámetros de degradabilidad in situ de la proteína del forraje consumido por los animales. Los valores de la fracción soluble "a", en la época de lluvia fueron superiores en 19.2 %, a los observados en la época de seca (P < 0.01).

 

*P < 0.05; **P < 0.01

Un criterio que se toma en cuenta para determinar si la fracción soluble de la proteína se encuentra en un rango aceptable para su optima asimilación por los microorganismos del rumen, es que esta fracción no exceda 45% de la proteína degradable en el rumen (NRC; 2000). En las épocas de lluvia el valor de la fracción soluble de la proteína "a" representó 47.9% de la proteína degradable en el rumen, lo cual indica que la capacidad de captura de nitrógeno amoniacal por los microorganismos ruminales fue sobrepasado. Lo anterior indica que durante la época de lluvia los animales requieren de suplementación energética con el propósito de optimizar la captación de nitrógeno amoniacal por los microorganismos del rumen (Villalobos, 2000). De igual manera, los valores de la fracción insoluble pero potencialmente degradable "b" fueron 10.7 % mas altos en la época lluviosa en comparación con la época seca (P < 0.05). Los valores de "b" en ambas épocas del año, indican que la proteína del forraje consumido por los animales fue degradada lentamente (Haugen et al., 2006). Sin embargo, en situaciones donde la concentración ruminal del N no es limitante, una alto contenido de la fracción "b" tiene un efecto benéfico para los animales, puesto que una porción de la fracción potencialmente degradable que no se degrada en el rumen se absorbe en el intestino delgado suministrando proteína metabolizable adicional para mejorar el rendimiento productivo del ganado (Newman et al., 2002). La tasa de degradación "c" de la proteína fue mas rápida en la época de lluvia (5.1 %/h) en relación con la época seca (3.3 %/h) (P < 0.05). Estas diferencias estacionales  en los valores de "c" pueden explicarse a partir de que durante la época de lluvia los pastizales se encuentran en crecimiento y floración lo que se traduce en menores contenidos de material lignificado y como consecuencia menor dificultad de las proteasas microbianas para degradar la proteína disponible del forraje (Foster et al., 2007). La degradabilidad potencial "DP" de la proteína  fue 11.9 % mas alta en la época de lluvia en relación con la época de seca (P < 0.01). Se esperaban diferencias entre épocas en la DP del forraje consumido por los animales puesto que los valores de los parámetros "a" y "b" fueron diferentes entre épocas.

 

Se detectaron interacciones entre época y tiempo de muestreo a través del día en la concentración de N-NH₃ ruminal (P < 0.05), por lo que se compararon las medias de cada tiempo de muestreo a través del día entre épocas del año (Cuadro 4). Las concentraciones de N-NH₃ obtenidas a las 0 h, 4 h y 8 h en la época de lluvia fueron superiores en 2, 3.5 y 4.7 mg/dL a las registradas en la época seca (P < 0.05). También, la concentración de N-NH₃ ruminal registrada a las 12 h después de iniciado fue 7.2 mg/dL mas alta en la época de lluvia comparada con la época  seca (P < 0.01). Las concentraciones de N-NH₃ obtenidas en el presente estudio son similares a las reportadas por McCollum et al. (1985) en las épocas de seca y lluvia.

*P < 0.05; **P < 0.01

 

El crecimiento microbiano y la degradación de la fibra se limitan si la concentración de N-NH₃ ruminal es inferior a 5mg/dL de liquido ruminal (Funk et al., 1987). En el presente estudio, la concentración de N-NH₃ registrada en la época seca a las 0:00 h fue inferior a 5mg/dL. Sin embargo, en los tiempos después de iniciado el pastoreo de los animales en ambas épocas del año, las concentraciones de N-NH₃ fueron las óptimas para el crecimiento microbiano y como consecuencia se garantiza la digestión de los carbohidratos del forraje seleccionado por los animales.

 

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