INTA

PUBLICACIÓN MISCELÁNEA N°88 ISSN 0325-9137 - Febrero 1999.

Diagnóstico de dietas a partir de

componentes de la leche:

urea y cuerpos cetónicos

ESTACiÓN EXPERIMENTAL AGROPECUARIA RAFAELA Centro Regional Santa Fe

, -t' oO

DIAGNÓSTICO DE DIETAS A PARTIR DE COMPONENTES DE LA LECHE: UREA Y CUERPOS CETÓNICOS

Alejandro R Castillo 1

Silvia G Onetti 2

Rubén F Gregoret 2

1 Técnico de la EEA Rafaela del INTA 2 Personal técnico contratado

PUBLICACION MISCELANEA N° 88

* Trabajo presentado en el Congreso de Profesionales de Cambio Rural (1998).

INTA República Argentina

Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria Estación Experimental Agropecuaria Rafaela

Febrero, 1999

Resumen El objetivo de este trabajo es presentar información sobre nitrógeno ureico y cuerpos cetónicos en la leche, como así también algunas consideraciones sobre sus orígenes, metabolismo y la posibilidad que puedan ser usados como una herramienta de ayuda en el diagnóstico de la alimentación y manejo de vacas lecheras en nuestro país. A través de la información publicada en otros países y mediante comparaciones con información obtenida en pastoreo en alfalfa, se recomienda usar los datos producidos en condiciones de estabulación con precaución e ir formando una base de datos con información propia si se pretende usar en forma sistemática esta metodología como herramienta de diasnóstico.

Palabras claves: producción de leche, nutrición, urea en leche, cuerpos cetónicos en leche, diagnóstico de dietas.

Summary Milk urea and ketonic bodies have been suggested as useful tools to monitor diets, especially the energy:protein ratio and animal health in countries with intensive indoors production systems. Research on urea and ketonic bodies in milk and some considerations on their chemical origin and metabolism are discussed, as weIl as their potencial use for diet diagnosis and dairy cows management. The information produced by other countries, when compared with data obtained under alfalfa grazing conditions, must be interpreted with caution and only after taking into consideration local data, if it wiIl be used as a sistematic diagnostic too1.

Key words: milk yield, nutrition, urea in milk , ketonic bodies in milk , diet diagnosis.

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Introducción

La degradación ruminal de la proteína de forrajes frescos, especialmente leguminosas, es alta y normalmente excede los requerimientos microbiales de amoníaco. El organismo elimina estos excesos de nitrógeno amoniacal en forma de urea, ya sea a través del riñón o de la glándula mamaria. En nuestras condiciones de alimentación sobre pasturas de alfalfa, existe en algunos momentos del año una sobreoferta de proteína y una deficiencia de energía, es decir las vacas consumen un alimento con un desequilibrio en la relación energía: proteína. En esta situación se producen excedentes de nitrógeno que pueden afectar negativamente la productividad de los animales, no sólo la producción, la composición química (especialmente la fracción nitrogenada) y la aptitud industrial de la leche, sino también la eficiencia reproductiva y en la actualidad se lo asocia con problemas de contaminación ambiental (Grandison y otros, 1984; Kirchgessner y otros, 1986; Ferguson y Chalupa, 1989; Taminga, 1990, Hermansen y otros, 1994; Webb y Archer, 1994; Linn y Olson, 1995; Charmandarian y otros, 1997).

La deficiencia de energía en dietas de vacas de alta producción y al inicio de la lactancia, puede ser causa de cetosis clínica y subclínica, con la consecuente pérdida de productividad y disminución en la eficiencia reproductiva (West, 1990). Esta se manifiesta como una excesiva y/o anormal pérdida de peso durante la lactancia (excesiva movilización de reservas corporales) y puede ser diagnosticada a través de una incrementada y/o anormal concentración de cuerpos cetónicos en la sangre y/o en la leche (Anderson y otros, 1991; Gustaffson, 1993).

Las concentraciones de urea y cuerpos cetónicos en la leche han sido sugeridas desde hace mucho tiempo como posibles indicadores del diagnóstico de dietas en vacas lecheras, en especial del balance de la relación energía:proteína de la dieta (Lewis, 1957; Shultz y Myers, 1959). Trabajos publicados en otros países, indican que existe una alta correlación entre la concentración tanto de urea como de cuerpos cetónicos en la sangre y en la leche, por 10 que sería práctico y económico determinar estos componentes en el muestreo rutinario de leche con el objetivo de monitorear las dietas y mejorar la eficiencia en la alimentación de las vacas lecheras (Oltner y Wiktorsson, 1983; Andersson y Lundstrom, 1984; Kirchgessner y otros, 1986; Robertson y Van Der Westhiuzen, 1990; Reynolds, 1992; DePeters y Cant, 1992; DePeters y Ferguson. 1992; Gustaffson, 1993; Gonda y Lindberg, 1994; Verite otros, 1995; Broderick y Clayton, 1997; Hofy otros, 1997).

El objetivo de este trabajo es presentar información sobre nitrógeno ureico y cuerpos cetónicos en la leche, como así tambien algunas consideraciones sobre sus orígenes, metabolismo y la posibilidad que puedan ser usados como una herramienta de ayuda en el diagnóstico de la alimentación y manejo de vacas lecheras en pastoreo en nuestro país.

Urea

La proteína degradable, el nitrógeno no proteico de la dieta y la urea tanto de origen salival como plasmático, son los precursores del amoníaco en el rumen, siendo este utilizado por los microorganismos para su crecimiento y reproducción (producción de proteína microbial). Para una eficiente utilización del amoníaco en el rumen, éste debe ser producido a una velocidad comparable a la digestión de los carbohidratos (energía), tanto de rápida (almidones) como de lenta (fibra) degradación. Este "acople o sincronización" en la liberación del nitrógeno y de la energía en el rumen es actualmente motivo de investigaciones que tratan de maximizar el uso del

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nitrógeno de la dieta en relación a la productividad de los animales y especialmente a los componentes de la leche de mayor valor económico (Herrera-Saldana y otros, 1990; Beever, 1993. Garnsworthy y otros, 1995; Castillo y otros, 1998).

El exceso de amoníaco ruminal, producido por un desbalance de la relación energía:proteína de la dieta, es absorbido a través de la pared del rumen pasando al torrente sanguíneo a través del sistema porta, y siendo posteriormente transformado a urea en el citoplasma de los hepatocitos con un alto costo de energía (glucosa), siendo posteriormente eliminado por orina y leche (Symonds y otros, 1981; Beever,1993). La sobrealimentación con proteína en pastoreo está relacionada con altas concentraciones de N amoniacal en rumen (Castillo y Gallardo, 1995) y de nitrógeno no proteico en sangre y leche (Castillo y otros, 1993,1998; Comeron y otros 1995). Según McDowell (1972) y Kaufmann (1980) la urea aporta la fracción mayor y más variable (30-80%) de los componentes del nitrógeno no proteico de la leche bovina. La urea en los fluidos corporales no solamente es derivada de un exceso de proteína degradable de la dieta, sino también del metabolismo normal del animal (anabolismo y catabolismo de tejidos) y en algunos casos, de un excesivo aporte de aminoácidos en el intestino (proteína no degradable). Los aminoácidos absorbidos en intestino, que no son convertidos a proteína de la leche o a tejidos, ya sea porque están en exceso o por un desbalance en su composición, son usados como fuente de energía (precursores de la gluconeogénesis) y pueden contribuir a aumentar por desaminación la concentración de urea tanto en sangre como en leche (Barej, 1986).

La formación de la urea, que como se mencionó tiene lugar en el hígado con un alto consumo de energía como ATP (Symonds y otros, 1981), es catalizada por un mecanismo CÍclico denominado ciclo de la urea o ciclo de la ornitina-citrulina (Lehninger, 1995), cuya principal función en rumiantes es transformar el amoniaco tóxico proveniente del rumen en urea no tóxica en la sangre (Van Soest, 1994). El ciclo se inicia con la incorporación de dos grupos aminos y una molécula de dióxido de carbono. El primer grupo amino que entra al ciclo llega en forma de amoníaco libre desde el rumen y es incorporado a partir del paso de ornitina a citrulina. El segundo grupo amino, necesario para la síntesis de urea, llega en forma de aspartato. De los dos átomos de N usados para la formación de urea, el aspartato actúa en determinados momentos como limitante, debido a que también es derivado en forma competitiva para la producción de glucosa (gluconeogénesis) y en menor medida para la sínteisis de nucleótidos (ver Figura 1).

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I

wf

MI TOGONDRIA Propionato Aminoácidos

C02 NH3 oxj{ac~ Ornitina ~ ! --------c..... Citrulina

f t

Aspartat~ ~ ~ Malato

t Ornitina Citrulina Aspartato Ma\ato

urea--\ 7U~ ~~ Arginina ~

Glucosa

GITOSOL ureagénesis ...... -- ~ gluconeogénesis

Figura 1. Vias metabólicas de la ureagénesis y la gluconeogénesis en las células hepáticas (adaptado de Barej, 1986).

Según Linn Y Olson (1995), la forma más común de expresar la urea en los fluidos corporales es como nitrógeno ureico. Las concentraciones en sangre, suero, plasma y leche son comúnmente expresadas en miligramos (mg) de nitrógeno ureicoll 00 mililitros (mI) de fluido, indicado indistintamente como mg/l00ml, o mg% o mg/dl. En otras situaciones la concentración de urea es expresada como tal, en milimoles de urea (mM)/ litro, en mg de urea/ litro y en porcentaje. Las siguientes fórmulas pueden ser usadas para convertir diferentes formas de expresar la urea en nitrógeno ureico (adaptado de Linn y Olson, 1995):

mM de urea/litro x 2.80 = mg de nitrógeno ureico/l00m1 mg de urea/litro x 0.0467 = mg de nitrógeno ureico/l00m1 e) % urea x 467 = mg de nitrógeno ureicollOOml

La interpretación de las concentraciones de nitrógeno ureico en la leche, ya sea de leche de una muestra conjunta (muestra de tanque) o de un pool de vacas en un momento específico de la lactancia, puede ser muy diferente. La leche obtenida de un tanque, proveniente de vacas en diferentes estados de la lactancia nos puede dar solamente una idea muy aproximada de problemas de sobre o subalimentación energética y/o proteica. Broderick y Clayton (1997), recomiendan muestrear como mínimo 4 vacas, que estén con la misma dieta y en el mismo momento de la lactancia, para lograr una confiabilidad en el diagnóstico del 95%.

En la Tabla 1 (Linn y Olson, 1995), se muestran los rangos de valores que podrían ser utilizados como herramientas de diagnóstico en nuestro país, hasta tanto no se disponga de información propia. Según los autores se podrían identificar no sólo problemas de alimentación y desbalances de nutrientes, sino también problemas reproductivos. Nelson (1996, citado por Broderick y Clayton, 1997), indica que el uso de la urea en leche como herramienta de diagnóstico y balance

1 Actualmente algunas empresas lácteas en nuestro país están informando a sus productores la composición química de la leche, la cual incluye la urea en porcentaje (Milkoscan).

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de dietas, traería aparejado un mejoramiento en la producción animal y una reducción en los costos de alimentación, que podría representar un beneficio de 10 veces el costo de los análisis.

Tabla 1. Interpretación del contenido de Nitrógeno ureico en leche en función del estado de a lactancia y el contenido de proteína en la leche. (Linn y Olson, 1995)

Estado de la Proteína en lactancia leche (%)

Ba.io < 12 < 3.0 Deficiencia de

proteína o de CPD1

Inicio 3.0 - 3.2 Bajo CPD (O a 45 días) respecto a

energía >3.2 Bajo CPD.

AA balanceados. Exceso energía

<3.0 Deficiencia de proteína, CPD o CPND

Período 3.0 -3.2 Bajo CPD o CPS reproductivo (46 a 150 días)

>3.2 Bajo CPD o exceso CNE

< 3.0 Bajo CPD, CPS yCNE

Mitadafmde 3.2 -3.4 Bajo CPD y CPS lactancia en relación a

(>de 150días) energía

>3.4 Balance de AA Restricción de ENl6

lCPD= consumo de proteína degradable. 2CPS= consumo de proteína soluble. 3CPND= consumo de proteína no degradable. 4CNE= carbohidratos no estructurales. s AA= amino ácidos. ~Nl= energía neta de lactación.

Nitrógeno ureico en leche (mg/100m1)

Moderado 12-18 Alto> 18 CPS2/CPD adecuado. CPS y CPD en exceso Bajo CPND3 y en relación a CNE. consumo de CNE4 Desbalance de AA5

Dieta balanceada. Exceso CPD. Energía y AA balanceados.

Dieta adecuada. Exceso ·CPD. Energía Exceso de energía y AA en exceso.

Dieta balanceada. CPS y CPD en exceso en relación a CNE. Desbalance de AA

Dieta balanceada. Exceso CPD. Energía y AA balanceados.

Dieta balanceada. CPS y CPD en exceso en relación a CNE.

Adecuado CPS y CPD CPS y CPD en exceso AA desbalanceados. en relación a CNE

Desbalance de AA o déficit energía

Dieta balanceada. ExcesoCPD. Energía y AA balanceados.

Balance de AA y ENl Exceso CPD. Balance de AA y ENl

A los fmes prácticos y de muestreo, es importante destacar que el pico de urea en plasma sanguíneo se produce 1.5 a 2 horas después del pico de concentración de amoníaco ruminal, mientras que en la leche se produce 1 a 2 horas desfasado con respecto al plasma (Gustaffson, 1993; Gustaffson y Palrnquist, 1993). En condiciones normales de pastoreo de alfalfa, la aparición del pico de amoníaco ruminal se produce alrededor d.e 3 ó 4 horas después del ingreso de los animales a la pastura (Castillo y otros, 1992, 1995). Para el análisis de urea en leche con

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fines estrictamente de diagnóstico de dietas, se podrían considerar las variaciones asociadas al tiempo de alimentación en relación al tiempo de muestreo, para tratar de encontrar la máxima expresión de la concentración de urea en la leche. Sin embargo, Broderick y Clayton (1997), encontraron una mayor confiabilidad en los valores de urea promedio (muestras compuestas mañana y tarde) con respecto a valores de muestras de ordeños individuales (am o pm), a partir de datos obtenidos en diferentes ensayos realizados en la Universidad de Wisconsin en condiciones de estabulación. Estos autores publicaron diferentes ecuaciones de regresión para realizar diagnósticos de dietas a partir de nitrógeno ureico en leche.

Cuando se enfrentan datos de ensayos realizados bajo condiciones controladas de pastoreo (Castillo, 1998 y datos no publicados) con las ecuaciones mencionadas en el párrafo anterior, por ejemplo para estimar eficiencia de uso del nitrógeno (medido como nitrógeno consumido en relación al excretado en leche) y el porcentaje de proteína bruta de la dieta, no se logran buenas predicciones (ver Gráficos 1 y 2). Para las condiciones en que se realizaron los ensayos· de pastoreo de alfalfa con suplementación, se encontraron niveles más altos de proteína consumida y consecuentemente una menor eficiencia de uso del nitrógeno. Estudios realizados en Francia (Verite, 1995) encontraron un pobre aporte de la urea en leche como estimadora de parámetros relacionados con la alimentación, y sugieren además, que en pastoreo podría haber diferencias metabólicas en la utilización del nitrógeno respecto a las condiciones de estabulación, lo cual es coincidente con observaciones realizadas en nuestro país en' pastoreo de alfalfa (Castillo y otros, 1992).

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12 O 5 10 15 20 25

Nitrógeno Ureico en Leche (mg Nl100ml)

Grafico 1. Relación entre la concentración de nitrógeno ureico en la leche y el porcentaje de proteína bruta de la dieta. Comparación de la ecuación propuesta por Broderick y Clayton (1997) con datos obtenidos en la EEA Rafaela INTA en pastoreo de alfalfa (puntos).

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0.1 O 5 10 15 20 25

Nitrógeno Ureico en Leche (mg N/100ml)

Grafico 2. Relación entre la concentración de nitrógeno ureico en la leche y la eficiencia del nitrógeno consumido/nitrógeno excretado en la leche. Comparación de la ecuación propuesta por Broderick y Clayton (1997) con datos obtenidos en la EEA Rafaela INTA en pastoreo de alfalfa (punto).

Cuerpos cetónicos Los rumiantes, especialmente las vacas lecheras y las ovejas mellizeras, están propensos a sufrir cetosis clínica y subclínica como consecuencia de su gran dependencia por la gluconeogénesis. Los cuerpos cetónicos son compuestos químicos sintetizados principalmente en el hígado a partir de los ácidos grasos libres provenientes de la movilización de la grasa corporal (West, 1990; Van Soest, 1994). Son pequeñas moléculas débilmente ácidas, y a pesar de ser derivadas de grasas, son solubles en agua. El acetoacetato, el betahidroxibutirato y la acetona son los principales cuerpos cetónicos encontrados en rumiantes (Figura 2) (Rich, 1990).

CH3 o I 11

CH3 O

I 11 CH C

/ ~ /~ OH CH. OH

/CH C

o/ ~CH'/ ~OH B-Hidroxibutirato Acetoacetale Acetona

Figura 2. Moléculas de cuerpos cetónicos y sus interacciones.

Las cetosis clínica y subclínica ocurren normalmente en el inicio de la lactancia cuando la demanda de energía (glucosa) es muy alta y el balance energético corporal es negativo (West, 1990; Gustaffson, 1993). En el caso de vacas lecheras de alto mérito genético, esta demanda de glucosa es máxima en el inicio de la lactancia y es debida a los requerimientos específicos para la síntesis de leche en la glándula mamaria, especialmente lactosa. Por ello, bajo condiciones normales los animales pierden peso utilizando sus reservas de energía endógenas, el uso de los cuerpos cetónicos en la leche como herramienta de diagnóstico de dietas, se limita sólo a los primeros 50-60 días posparto, excepto en rodeos muy mal alimentados (Gustaffson, 1993, Gustaffson y Palmquist, 1993).

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I! V

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Es importante destacar que el ácido propiónico (uno de los principales ácido grasos volátiles del rumen y principal precursor de glucosa), y muchos aminoácidos provenientes en su gran mayoría de la proteína microbial, son los principales precursores de la gluconeogénesis (fuente de producción de la mayor parte de la glucosa en bovinos) (Figura 1), De alli la importancia de lograr una óptima fermentación para obtener una mayor producción y absorción de propionico y proteína en el rumen.

Los cuerpos cetónicos son normalmente expresados como acetona en leche en milimoles por litro (mMll) (Gustaffson, 1993). En la Tabla 2 se presenta un resumen de los resultados obtenidos en relación a las concentraciones de urea y cuerpos cetónicos (acetona) en la leche de un trabajo realizado en Suecia sobre 474 rodeos lecheros y más de 23 mil vacas lecheras (Gustaffson, 1993). La interpretación conjunta de ambos componentes durante la lactancia temprana, cuando el balance energético· es negativo, se debe a la manifiesta interacción que existe entre el metabolismo de la energía y la proteína. Los autores mencionan que signos manifiestos de cetosis clínica, como reducción en el consumo de materia seca, pueden afectar la interpretación de los datos.

Tabla 2. Interpretación del estado nutricional de vacas con diferentes concentraciones de acetona y urea en leche, durante el período de balance energético negativo 1-50 de lactancia) (Gustaffson, 1993). Concentración de Concentración de Nitrógeno ureico (mg/100 mi) Acetona (mM/l) Da.jo « 10) Normal « 0.7) Restricción del

CPD1

Moderado (0.7-1.4) Restricción del CPD yCNE2

Alto (> 1.4) Restricción del CPD,CNEy posiblemente del CPND3

'CPD= consumo de proteína degradable. 2CHO= carbohidratos no estructurales. 3CPND= consumo de proteína no degradable.

~oderado(10-17) Alto (> 17) Exceso del CPD

Restricción del CNE Exceso del CPD Restricción del CNE

Restricción de Restricción del CNE y posiblemente CNEy delCPND posiblemente del

CPND. Exceso CPD

Como complemento de la información ya presentada, el autor antes mencionado, observó que podrían existir problemas reproductivos cuando las concentraciones de nitrógeno ureico de la leche superan 15.4 y 18.2 mg/lOO mI entre los días 51 - 110, y más de 110 días respectivamente.

A pesar de que las Tablas 1 y 2 tienen diferentes orígenes, existe bastante coincidencia en los rangos de nitrógeno ureico propuestos para el diagnóstico. Como fuera mencionado, los valores de las tablas fueron obtenidos bajo condiciones de estabulación, por ello, se recomienda tomar los mismos con precaución e ir formando en forma comparativa una base de datos con información propia, si se pretende usar en forma sistemática esta metodología.

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Consideraciones Finales. En condiciones normales, e independientemente del consumo y de la calidad de la dieta, los sistemas de producción de leche pastoriles están muy influenciados por las condiciones ambientales, sufriendo los animales pérdida de estado o de condición corporal en determinadas épocas del año. En nuestro país y muy especialmente en los últimos años, como consecuencia del incremento de la carga, los efectos climáticos han tenido una mayor incidencia negativa sobre la producción de los animales. Aún en ensayos controlados en situaciones de estrés ambiental, realizados en la Estación Experimental Agropecuaria Rafaela del INTA, ha resultado dificil mantener los consumos y en consecuencia la producción de leche. Es por ello que tanto la concentración de urea como de cuerpos cetónicos en la leche podrían ser interesantes herramientas futuras de diagnóstico de dietas en sistemas pastoriles, para lo cual resulta imprescindible generar información propia y ajustar las ecuaciones de predicción a nuestras condiciones de pastoreo.

Finalmente, y a diferencia de lo que ocurre con la urea, la información aparentemente publicada hasta el momento sobre cuerpos cetónicos en la leche es escasa y en algunos casos contradictoria, debido probablemente a problemas metodológicos en las determinaciones de los mismos (Andersson, 1992).

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Impreso en los talleres gráficos de la Estación Experimental Agropecuaria Rafaela del INTA

Tirada: 200 ejemplares - Febrero de 1999

INTA Macrorregión Pampeana Norte

Centro Regional Santa Fe ESTACiÓN EXPERIMENTAL AGROPECUARIA RAFAELA

Tel.: (034921440121/125 - Fax.: (034921440114 -C.C. 22 - (23001 RAFAELA - Santa Fe Correo electr6nico rafaela@inta.gov.ar

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