nutriFORUM 2019 - Ponencia sobre niveles minerales en sistemas intensivos

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´´