Niveles minerales en sistemas intensivos Pablo Gรณmez Leรณn
TABLAS DE CONSULTA
INRA FEDNA NRC
Macrominerales en producción de leche %
Vacas secas
Vacas Preparto
Vacas lactación
Pequeños rumianes leche
Ca
0.44
0.48
0.6-‐0.7
0.6-‐0.7
P
0.22
0.26
0.3-‐0.4
0.3-‐0.4
Na
0.1
0.14
0.7-‐0.8
0.16-‐0.18
Cl
0.13
0.2
0.26
0.25
K
0.51
0.62
1.0-‐1.5
0.8-‐1.0
Mg
0.11
0.16
0.18-‐0.21
0.18-‐0.2
S
0.2
0.2
0.2
0.2-‐0.6
Macrominerales en producción de carne %
Terneros cebo
Pequeños rumianes carne
Ca
0.5-‐0.8
0.7-‐1.25
P
0.3-‐0.4
0.35
Na
0.2-‐0.3
0.4-‐0.9
K
0.55-‐1.1
0.4-‐0.9
Mg
0.1-‐0.3
0.1-‐0.25
S
0.15-‐0.25
0.14-‐0.3
Microminerales en producción de leche ppm
Vacas secas
Vacas Preparto
Vacas lactación
Pequeños rumianes leche
Co
0.11
0.11
0.1
0.1-‐0.2
Cu
12
18
11
7-‐11
I
0.4
0.5
0.4-‐0.6
0.5-‐0.8
Fe
13
14
1000 (max)
30-‐50
Mn
16
24
14
40-‐50
Se
0.30
0.30
0.30
0.1-‐0.2
Zn
21
30
40
50
Microminerales en producción de carne ppm
Terneros cebo
Pequeños rumiantes carne
Co
0.0.1
0.11-‐0.3
Cu
10
0-‐10
I
0.5-‐0.8
0.20-‐0.8
Fe
30-‐40
Mo
0.15-‐2.00
Mn
20-‐50
50-‐80
Se
0.1
0.1-‐0.2
Zn
30-‐50
50-‐80
• Fiebre de leche • Desórdenes metabólicos • Raqui@smo • Reducida IMS • Fer@lidad
7.0
g/kg IMS
Toxicidad
• Contracción muscular • Transmisión de impulso nerv. • Permeabilidad de la pared cel. • Formación de hueso y diente • Producción leche
Deficiencia
Función
Calcio
Requerimientos Lact.
• Toxicidad no es común • Puede causar anomalías en hueso y carGlagos • Calcinosis – deposición de Ca en tejidos blandos
7
Ca2+ Ca2+
8
Fosfolipasa
9
Fosfolipasa
10
Absorción del Ca •
En duodeno o yeyuno proximal
–
Paracelular (pasivo, no saturable)
–
Transcelular (muy bien regulado, saturable)
–
Canales identificados (TRPV6/5)
–
Transportador en enterocito identificado (Calbindina D9/28K)
–
Vitamina D3 regula los canales y el transportador
–
La salida de Ca es contra gradiente (ATPasa) y tambien depende de la vitamina D3
MarUn-‐Tereso and Martens. Veterinary Clinics of North America, 2014.
Motivo del retraso de la activación gastrointestinal
MarGn-‐Tereso and Verstegen. Nutri@on Research Reviews, 2011.
2.5
• Exceso no se almacena • Reserva no se mobiliza • Tetania de hierba • Rápido tratamiento es esencial
g/kg IMS
Toxicidad
• Respiració n celular • Función nerviosa • Integridad de hueso y diente • Ayuda absorción de Ca
Deficiencia
Funciones
Magnesio
Requerimiento Lact.
• Normal mente no es descrita • Diarrea • Letargia • Riesgo cálculo urinario
13
4.0
• Pobre IC y crecimieto • Infer@lidad • Reduce producción leche • Pica • Raqui@smo
g/kg IMS
Toxicidad
• Envuelto en casi todas las reacciones metabólicas • Balance osmó@co • Formación de hueso y diente • Producción de leche • Requerimiento para síntesis proteína microbiana y diges@on de la fibra
Deficiencia
Funciones
Fósforo
Requerimiento Lact,
• Excesso no se almacena • Excretado en heces • Riesgo de cálculo urinario • Ca:P importante – Obje@vo 2:1
14
2.9
• Pobre IC y crecimiento • Reduce fer@lidad en machos • Reduce producción de leche • Pica, lamido de urina – ansiedad por sal • Deshidratación
g/kg IMS
Toxicidad
• Fuente más común es sal (Cloruro sódico) • Balance osmó@co • Transferencia de nutrients celulares • Ingesta de agua y ape@to • Bomba Na K – para glucosa, aminoácidos y transporte de minerales • Saliva, buffer ruminal
Deficiencia
Funciones
Sodio
Requerimiento Lact.
• Ráramente visto en ruminates • No se almacena • • Excretado en urina • Diarrea • Excesiva sed
• Hipertensión
15
10.0
• Reduce ape@to y crecimiento • Debilidad muscular • Reduce producción de leche • Pica • Diarrea • Más frecuente en las raciones con mucho silo de maíz
g/kg IMS
Toxicidad
• Mantenimiento de balance ca@ón anión • Balance osmó@co • Conducción del impulso nervioso • Contracción muscular • Bomba Na K – para Glucosa, AA, y trasnporte mineral • Cofactor de enzimas • Balance Hídrico
Deficiencia
Funciones
Potasio
Requerimiento Lact.
• Edema de ubre en vacas lactantes • Predispone a tetania y a fiebre de leche • Incremento de sed y orina
16
• Transporte CO2 • Ph sangre-‐ DCAB • Regulación de presión osmó@ca y balance hídrico
3.3
• No común en animales pastoreando • Alkalosis de la sangre– respiración superficial enlentecida • Temblor muscular • Muda de pelo • Pérdida de ape@to, ganancia de peso reducida • Pica
g/kg DMI
Toxicidad
• Regulación de balance ácido base
Deficiencia
Funciones
Cloro
Requerimiento Lact.
• Raro salvo en falta de agua • Puede contribuir a una acidosis si no hay ca@ons en la dieta
17
2.0
• Disminución de crecimiento, déficit de aminoácido azufrados • Reduce diges@bilidad • Muda de pelo • Pérdida de ape@to, reducida ganancia de peso, debilidad, emaciación
Toxicidad
• Aminoácidos con@enen azufre • Componente de @amina e insulina, metabolismo de carbohidratos • Metabolismo energé@co -‐ CoA • Producción de proteína microbiana
Deficiencia
Funciones
Azufre
Requerimiento lact.
g/kg IMS
• Producción de sulfuros, tóxico para flora ruminal • Complejo thiomolibdat o junto a cobre • Pateo de vientre, reduce IMS
18
Metales Traza v Los metales traza Cu, Zn, Mn y Fe han sido esenciales desde la aparición de la vida. v Son potentes catalizadores de reacciones químicas por sus caracterís@cas Red-‐Ox. v Su reac@vidad les hace ser necesarios pero también peligrosos para las estructuras celulares si no están integrados en enzimas o en transportadores. v Todos los seres vivos @enen sistemas de control para evitar daños (Taylor y Williams, 1995) v Hoy un tercio de los enzimas necesita de ellos para poder funcionar (Ochai, 1995).
19
Importancia de minerales traza Funciones esenciales Zinc
Manganeso
Cobre
Selenio
Fer\litad
!
!
!
!
Salud de la ubre
!
!
!
Resistencia a estres (Estres oxida@vo e inmunidad)
!
!
!
Pezuña y pelo
!
!
Enzimas
!
Metabolismo energé\co
!
!
!
!
Metabolismo del Calcio
!
!
U\lización de vitaminas
! A, E
! B1, E
P C
Minerales
Funciones vitales
Zn
Zn Metalotioneina (Intes.) Zn Albúmina (sangre) Zn Keratin (faneros) …
- Desarrollo AND Y ARN celular síntesis y metabolismo - Componente de >200 enzimas -Componente de piel,cuernos, proteína del mucus.. - Afecta a la síntesis y eficacia de hormonas (testosterona, insulina..) - Respuesta inmunitaria - Índice de transformacción - Reproducción, (espermatogénesis)
Cu
Ceruloplasmina (sangre) Bilis (forma excretada) Cu Keratina (faneros) …
Transportador de oxígeno Superoxide dismutasa (SOD) Tyrosinasa Cytochromo oxidasa Lysinaoxidasa …
Mn
Porfirina (sangre) Globulina (sangre) Bilis (forma excretada)
Cholesterol Hormonas Estrógeno & progesterona Metabolismo de Carbohidrato & lipido Hueso, articulaciones Chondroitin sulfato
Fe
Hemoglobulina (sangre)
Como constituyente de la hemoglobina, hierro contiene componente que transportan oxígeno. - Oxidaciones celulares. - Metabolismo de hueso, hígado, médula y bazo. - Uso celular. - Inmunidad activa y pasiva.
21
PALABRAS CLAVE ABSORCIÓN DISPONIBILIDAD RETENCIÓN ESPECIACIÓN
ABSORCIÓN
23
ABSORCIÓN 1. Regulación del animal según status nutricional. 2. Presencia de antagonistas en la dieta. 3. Forma química en la que son aportados.
24
ANTAGONISTAS AZUFRE THIOMOLIBDATOS HIERRO FIBRA
AZUFRE • 0,2-‐0,5% fuerte antagonista del Cu. • Sulfuro, provenientes de reducción de azufre inorgánico y/o la degradación de aminoácidos azufrados. • Alto contenido DDG o Gluten aumenta nivel de azufre, pudiendo causar reducción de Cu.
TIOMOLIDATOS • Complejos formados por Mo, S y Cu. • Complejos no absorbibles, ni siquiera en condiciones extremas de acidez. • Ú@l para evitar intoxicaciones por Cu en Peq. rumiantes.
HIERRO • Trabajamos con niveles de x5, las necesidades de Fe (Heno, subproductos, agua..) • Comparte (compite) receptor específico con Manganeso, DMT1 (Hansen,2010) • Reduce la absorción del Cu. • La biodisponibilidad del Fe no siempre es Buena, condiciones de ensilado (acidez), aumentan la disponibilidad (Spears,2009)
FIBRA • Componentes provenientes de Fibra como Fitatos o oxalatos, son quelantes de mucho de los minerales. • Forman complejon no solubles que no van absorberse.
Enlace Sulfatos Iónico Óxidos Iónico Quelado mineral aminoácido Covalente (>1 enlace)
Ligando Sulfato (SO4) Oxido (O) Aminoácido
Quelado mineral aminoácido Covalente Aminoácido específico (>1 enlace) específico Quelado mineral proteína Hidroxi minerales
Ejemplo Sulfato de cobre Oxido de zinc Aminoácido inespecífico de zinc Lisinato de cobre Glicinato de zinc
Covalente Cadenas de (>1 enlace) aminoácidos
Proteinatos
Covalente Hydroxy cloruro
IntelliBond
30
Variación de Ph según la digestión
pH 8
pH 6 pH 7 pH 6.5
pH 2.5-3.0 pH ?
pH en el pienso 6,5
Modo de acción ZnX ZnX ZnX CuX CuX Cu X MnX MnX MnX
ZIP 1
CTR 1
DMT
Zn OTM Zn
Cu OTM Cu
Mn OTM Mn
IB Zn
IB Cu
IB Mn
Zn:FX ytato
Cu:SX ulfido
Zn:SXulfido
Cu:FiXtato
Tracto intes@nal
32
Absorción intestinal del Cu Paso 1. Captar el Cu mediante un receptor específico.
Paso 2. Cu es unido y transportado a través del enterocito con un transportador.
Paso 3. Cu se libera a sangre y llega a hígado
Paso 4. 95% del Cobre sérico en forma de ceruloplasmina se dirige al tejido o excretado.
Proteína relacionadas con el Cu . Superóxido dismutasa . Tirosinasa . Citocromo oxidasa . Lisina oxidasa
Ceruloplasmina
Bilis
33
DISPONIBILIDAD
34 Â
Regulación positiva de la absorción
Transportadores Inespecíficos Complejos Solubles
Complejo transportador Reductasas Complejos Insolubles
CARA BASOLATERAL (sangre)
Transportadores específicos
CARA APICAL (intestino) 35
Regulación negativa de la absorción Transporte pasivo
Flujo indeseable
compartimentalización metalotioneina Metal libre abundante
Transportadores frenados
CARA BASOLATERAL (sangre)
CARA APICAL (intestino) 36
REGULACIÓN Metalo\oneína • La can@dad de metalo@oneína es directamente proporcional a la de metal.
• Fe<Zn<Pb<Bi<Cu<Ag<Hg<Cd 37
RETENCIÓN
38
Nutrición de Zinc en el vacuno lechero Zn en la ración ENFOQUE CLÁSICO
Zn en el animal
ENFOQUE MODIFICADO
15 ppm Orgánico Zn 90ppm±45 Inorgánico Zn 75ppm Inorgánico Zn
30ppm±15 Basal ingredientes
30ppm±15 Basal ingredientes
MarGn-‐Tereso, Nutreco R&D
105ppm±55 RESIDUOS
20 ppm±5 Retenido por el animal
``La mitad del Zinc en tracto intestinal es endógeno´´
Esquema cortesía del Prof Wilhelm Windisch 2011, sin publicar
Vía endógena
Ingesta
Dieta baja en Zinc 14
Absorción
Urinario
Fecal
(39ppm)
Dieta alta en Zinc
Absorción aparente 18
Absorción aparente 18
26
Retención aparente 16
32
2
Retención aparente 16
44
39 21
(141ppm)
2
141 123 Adaptado de Weigand y Kirchgessner
Metales pesados en los suelos
Oficinas centrales de estadís@ca , Países Bajos
ESPECIACIÓN
43
Interacciones entre Metales traza y macrominerales
44
Digestión de los minerales traza Entrada de la dieta ü Minerales provenientes de ingredientes ü Minerales supplementados • sales inorgánicas • Organicas(complejes/quelados)
Bajo pH pepsina
Salida al duodeno ü Ca@ones de metal libres ü componentes insolubles ü Complejos solubles quelados
Hidrólisis de la materia orgánica ü Grupos prosté@cos ü Enzimas metálicas ü Liberación de enlaces § Orgánicos ( aa’s) § Inorgánicos (fosfato)
Hidrolisis de los metales suplementados ü Ionización de sales solubles ü Parcial ionización de las sales insolubles (óxides) ü Hydrolisis de los complejos débiles ü Integridad de los quelatos fuertes
45
Absorción en duodeno Entrada desde el estómago ü Bajo pH ü Metales ionizados insoluble s y solubles complejos/quelados Aporte de Páncreas& sales biliares ü Excreción de metal ü Buffer Absorción de metal soluble ü Ac@vo ü Pasivo University of Delaware (www.udel.edu)
Salida de intes@no a heces ü Componentes de metal insolubles ü Exceso de metal no absorbido
46
47 Â
48 Â
Efecto de los minerales traza en la digestión de celulosa in vitro
Mar\nez and Church, 1970, J. Anim. Sci. 31:982-‐990
Fuentes de Azufre
• Sulfato proveniente de cobre, zinc & manganeso: 0.02%
Ingredient S, % of DM Alfalfa 0.26 Beet pulp 0.30 Brewers grains 0.36 Canola meal 0.42 Corn DGS 0.44 Corn distillers solubles 1.43 Corn gluten feed 0.44 Corn gluten meal 0.83 Corn silage 0.14 Cottonseed 0.23 Fish meal 1.16 Grass hay 0.21 Soybeans 0.31 Wheat 0.15 Whey 1.15 Goff, 2018, J. Dairy Sci. 101: In Press NRC, 2001
Efecto de la Fuente de Zinc y la producción de ácidos grasos volátiles 100 90
88,2 78
80 Total VFAs, mM
82,5
*
70
62
* 90,1
*90 ppm ZnSO4 vs 90 ppm IBZ (p < 0.05)
60 50 40 30 20 10 0 Control
30 ppm ZnSO4 90 ppm ZnSO4
30 ppm IBZ
Shaeffer, 2006, MS Thesis, North Carolina State University
90 ppm IBZ
Digestión de materia orgánica
Control vs Sulphates (p = 0.03) Control vs IntelliBond (p = 0.18)
Genther and Hansen, 2015. J. Dairy Sci. 98:566-‐573
Fuente de mineral traza y digestibilidad de FND
10 ppm cobre 35 ppm zinc 33 ppm manganeso
+1.4
+2.9
+3.4
* Faulkner and Weiss, 2017. J. Dairy Sci. 100:5358-5367 ** Micronutrients trial number 2017R110USCZM
CONCLUSIONES • No se debe olvidar que los minerales @enen intereacciones entre sí, por lo que la suplementación debe tener en cuenta el mantenimiento de la homestasis. • El margen de seguridad debe ser aportado por la naturaleza de las fuentes, no deben cambiar de forma. • La suplementación excesiva aumenta la incer@dumbre
``El objeCvo para garanCzar un status ópCmo de minerales, es proveer en duodeno, de una canCdad de mineral suficiente y no excesiva, en forma soluble´´