17 Oct. 2018

Nutrición y Alimentación

Nutrición y Alimentación

Nutrición de precisión en rumiantes – Parte II: Un abordaje práctico

Escrito por: Fernando Bacha

Una evaluación precisa de las necesidades de los animales y el suministro de nutrientes en la dieta es importante a nivel económico y ambiental.

Los nutricionistas formulan raciones según recomendaciones nutricionales que con frecuencia contienen “factores de seguridad” significativos.

Los factores de seguridad son esenciales, ya que las necesidades y la disponibilidad nutricional es variable según los animales, piensos y condiciones ambientales o de manejo.

Los nutrientes adicionales contemplados en los factores de seguridad, que se incluyen para asegurar que los requerimientos nutricionales sean satisfechos, suelen aumentar la excreción de nutrientes y tienen efectos adversos sobre la calidad del agua y del aire.

 

Una evaluación precisa de las necesidades de los animales y el suministro de nutrientes en la dieta es importante a nivel económico y ambiental.

 

 

En los rumiantes, las pérdidas de nitrógeno del rumen se reducen:

  • Utilizando menos nitrógeno en la dieta. Reduciendo el nitrógeno degradable ruminal (RDN).
  • Logrando una captación del RDN más eficaz por parte de la microbiota ruminal, utilizando una dieta completa o aumentando la frecuencia de la alimentación.

Los rumiantes son capaces de hacer un uso más eficiente de las dietas pobres en proteínas, tanto en cantidad como en calidad, gracias a la capacidad microbiana del rumen para captar el nitrógeno ureico reciclado y sintetizar la proteína microbiana.

Las vacas lecheras utilizan la proteína de forma mucho más eficiente que otros rumiantes, pero aún así excretan alrededor de 2 a 3 veces más nitrógeno en el estiércol que en la leche.

La utilización ineficiente del nitrógeno hace necesaria la ingestión de grandes cantidades de proteína suplementaria, contribuyendo al aumento de los costes de producción de la leche e incrementando la contaminación ambiental por nitrógeno.

 

La determinación de los niveles óptimos de Proteína Bruta (PB) se logra mediante el estudio del efecto de la adición de diferentes porcentajes de PB en la dieta, tal y como ilustra el siguiente ejemplo:

  • Adición de PB siguiendo una progresión escalonada de 1,5 unidades porcentuales, de 13,5 % a 19,4% de PB, a una ración de 50% de forraje (Olmos Colmenero y Broderick 2003).
  • La producción más alta se logró con la dieta con un 16,5% de PB.
  • Como era de esperar, la urea en leche (MUN), la urea urinaria y el consumo de nitrógeno, indican una disminución de la eficiencia de utilización del nitrógeno proporcional al aumento del nivel de proteína bruta en la dieta.
  • El exceso de proteína afecta negativamente a la producción, con un coste energético de aproximadamente 7 kcal de energía neta/g de N convertido en urea (NRC 2001).

 

Si el objetivo es mejorar la eficacia, necesitamos evaluar la máxima cantidad de información posible. Los modelos lineales empíricos son fáciles de implementar, pero tienen limitaciones a la hora de evaluar la respuesta del animal a diferentes niveles:

 

EL PODER DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS

Un modelo matemático es una ecuación o conjunto de ecuaciones que representan el comportamiento de un sistema.

Nuestro sistema puede ser un animal, un conjunto de animales o una explotación ganadera, todo depende de los objetivos planteados.

Lógicamente, un modelo no puede mostrarlo todo y es esencial distinguir entre lo superfluo y lo esencial.

La nutrición de precisión se basa en la construcción de modelos matemáticos que tratan de dar múltiples respuestas según unas determinadas entradas (inputs).

Para construir modelos matemáticos, es esencial realizar una descripción matemática del sistema, ya que sin ella, no se pueden tomar decisiones que se puedan aplicar en el campo.

Hay diferentes modelos que se pueden utilizar, que van desde ecuaciones simples con un solo parámetro a complejos sistemas de ecuaciones.

 

CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO MATEMÁTICO PARA LA NUTRICIÓN DE PRECISIÓN

La nutrición de precisión se basa en modelos que reflejan los cambios en el sistema a lo largo del tiempo, y su complejidad depende de los objetivos propuestos.

 

TIPOS DE MODELOS MATEMÁTICOS UTILIZADOS EN LA NUTRICIÓN DE PRECISIÓN

MODELO DE REGRESIÓN LINEAL

Los nutrólogos trabajan con frecuencia con modelos de regresión lineal como el siguiente, en el que se utilizan parámetros como la producción de heces y el nivel de ingestión:

Los modelos de regresión lineal permiten determinar la digestibilidad de la dieta una vez que la ingestión y la producción de heces se haya estabilizado, pero al carecer del elemento “temporal” de una ecuación previa, no se puede representar la velocidad de ingestión ni el ritmo de excreción de heces a lo largo del día.

 Cambio de dieta

En el caso de un cambio de dieta, solo con una ecuación previa se podrá predecir exactamente la producción de heces, ya que es necesario que el animal consuma la dieta durante el tiempo suficiente para que las condiciones del tracto digestivo sean constantes.

Si la dieta cambia, no podremos predecir la producción de heces de forma precisa hasta que vuelva a estabilizarse el tracto digestivo.

 MODELO DINÁMICO

Los modelos dinámicos incorporan “el tiempo” en la ecuación o modelo, permitiendo predecir y estudiar los cambios que se producen a lo largo del tiempo, sin tener que esperar a una situación constante o estable.

La variable tiempo está explícitamente definida en el modelo, de forma que se puede predecir la cantidad de un aminoácido [Metabolito (t)] presente en la sangre en cada momento, conociendo:

  • Su nivel inicial [Metabolito Inicial]
  • La velocidad con la que abandona el torrente circulatorio (k) hacia a la glándula mamaria.

A pesar de que la regresión lineal es sencilla y rápida de trabajar, no permite incorporar otros niveles de organización. Sin embargo, en el caso de los modelos dinámicos se puede medir a nivel del animal:

Posteriormente, se puede realizar una predicción a partir de información de otros autores, pero este enfoque empírico no captura los mecanismos relacionados con la producción de leche.

 

MODELO MECANICISTA

Los modelos mecanicistas, al igual que los modelos dinámicos, incluyen el factor tiempo, pero también reflejan las funciones fisiológicas que están a niveles inferiores, es decir, trabajan en diferentes niveles de agregación, permitiendo determinar la causa de los cambios producidos a lo largo del tiempo.

 

PREDICCIÓN DE LA PROTEÍNA EN LECHE MODELO EMPÍRICO VS MODELO MECANICISTA

Si queremos predecir la proteína que habrá en la leche, con un modelo empírico solo podremos establecer una relación entre la ingestión y la proteína presente en la leche, mientras que con un modelo mecanicista podremos definir los mecanismos clave relacionados con la proteína en la leche (número de células en la glándula mamaria, aminoácidos esenciales, ATP, ARNm, número de ribosomas por célula, etc.).

 

Todos estos modelos, que trabajan a diferentes niveles de agregación, requieren del empleo de ecuaciones diferenciales que permitan cuantificar los cambios que se producen por unidad de tiempo.

 

 

NIVELES DE AGREGACIÓN DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS

Los niveles de agregación empleados en los modelos matemáticos descritos se representan con compartimentos que acumulan información, pudiendo verse el flujo de esta información entre los compartimentos a lo largo del tiempo.

Compartimentos de información

  • A nivel organismo: rumen, intestino delgado y grueso, etc.
  • A nivel corporal: glándula mamaria, tejido adiposo, hígado, riñón, etc.

Tabla 1. Ventajas y limitaciones de los modelos matemáticos utilizados en la nutrición de precisión.

Los flujos representan el paso de la digesta a través del intestino, la síntesis de proteína, etc. siendo el resultado final o “output” del modelo la producción de leche, excreción de heces y orina, etc.

FLUJO DE METABOLITOS POR LOS COMPARTIMENTOS

Una vez establecido el modelo matemático, se elabora un diagrama de flujos del metabolito, por ejemplo el nitrógeno de la dieta (suministrada a primera hora de la mañana), por los distintos compartimentos para evaluar su excreción en heces, orina y leche a lo largo del día.

El diseño de un modelo con 5 compartimentos permite visualizar el “movimiento” del nitrógeno ingerido entre los distintos compartimentos a lo largo del día.

Figura 1. Diagrama de flujo del nitrógeno por los distintos compartimentos del organismo. *K: Velocidad de flujo del nitrógeno por los distintos compartimentos

ESTA MISMA EVOLUCIÓN EN EL TIEMPO LA PODEMOS REPRESENTAR GRÁFICAMENTE.

Gráfica 1. Flujo del nitrógeno por el tracto digestivo de un rumiante

Este modelo nos permite estudiar lo que sucede a las 10, 18 y 24 horas postingestión, e incorporar nueva información al sistema.

Gráfica 2. Excreción de nitrógeno en heces, orina y leche

Este modelo nos indica que, del total de nitrógeno ingerido:

 27% se pierde en heces

 34% en orina

25% va a proteína en leche

Este modelo es una simplificación del modelo original, que incluye submodelos para cuantificar el nitrógeno en el rumen y en la leche. Se puede enfrentar a diferentes escenarios para evaluar la precisión con la que se utilizan determinados nutrientes y mejorar su eficacia de utilización o reducir su excreción.

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