Nutrición de precisión en rumiantes – Parte II

06/03/2018

Formulación

Formulación

Revista: NutriNews Marzo 2018

¿Qué son los “factores de seguridad” en nutrición?

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

Estos factores son necesarios debido a que las necesidades y disponibilidades nutricionales de todos los tipos de ganado, piensos y condiciones ambientales o de manejo están en desacuerdo.

Los nutrientes adicionales contenidos en estos factores de seguridad que se incluyen para asegurar que los requerimientos de nutrientes sean satisfechos aumentan a menudo la excreción de nutrientes y contribuyen a los 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 económica y ambientalmente importantes.

 

 

El nitrógeno en la nutrición de rumiantes

En los rumiantes, las pérdidas de nitrógeno del rumen se reducen utilizando menos N en la dieta, una reducción del N degradable ruminal (RDN) o una captura más eficaz del RDN por los microbios del rumen, utilizando una dieta completa, aumentando la frecuencia de alimentación.

Los rumiantes hacen un uso eficiente de las dietas pobres en proteínas, tanto en cantidad como en calidad, debido a la capacidad microbiana del rumen para capturar el nitrógeno ureico reciclado y sintetizar la proteína microbiana.

Además, las vacas lecheras utilizan la proteína mucho más eficientemente que otros animales rumiantes, pero todavía excretan alrededor de 2 a 3 veces más nitrógeno en el estiércol que en la leche.

Esta utilización ineficiente de N requiere la alimentación de grandes cantidades de proteína suplementaria, lo que contribuye al aumento de los costos de la producción de leche y la contaminación ambiental por N.

 

¿Cómo conocer el nivel óptimo de Proteína Bruta, PB?

Para conocer el nivel óptimo de PB:

  • Se añadieron incrementos escalonados 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 fue con la dieta del 16.5% de PB, como era de esperar, la urea en leche (MUN), la urea urinaria y el consumo de N, reflejaron la disminución lineal de la eficiencia de utilización del N con el aumento del nivel de proteína bruta en la dieta.

El exceso de proteína disminuyó la producción, habiendo un costo energético de aproximadamente de 7 kcal de energía neta por g de N convertido en urea (NRC 2001).

Objetivo = Mejorar la eficacia

Si el objetivo es mejorar la eficacia necesitamos poder evaluar el máximo de información posible y los modelos lineales empíricos son de fácil implementación, pero limitada utilización cuando quiero evaluar respuestas en el animal a diferentes niveles:

  • Digestión
  • Degradación
  • Absorción
  • Movilización de reservas
  • Excreción urinaria
  • Metabolismo de grasas en hígado, etc.

¿Qué tipo de modelos se utilizan en la nutrición de precisión?

¿cómo poder obtener múltiples respuestas ante un escenario concreto?

En primer lugar, un modelo matemático es una ecuación o conjunto de ecuaciones que representan el comportamiento de un sistema.

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

Lógicamente un modelo no lo puede mostrar todo y es clave distinguir entre lo superfluo y esencial.

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

  • Para la construcción de modelos es esencial realizar una descripción matemática del sistema .
  • Sin ella no se pueden tomar decisiones para aplicar en campo.
  • Hay diferentes modelos que se pueden utilizar, que pueden ir desde ecuaciones simples con un solo parámetro a complejos sistemas de ecuaciones.

Aunque estamos familiarizados con ecuaciones que son independientes del tiempo, la nutrición de precisión maneja modelos que reflejan cambios en el sistema a lo largo del tiempo.

Lógicamente la complejidad del modelo dependerá de los objetivos propuestos.

Cuando construimos un modelo matemático seguimos unos pasos sencillos:

  1. Definimos unas metas y objetivos claros.
  2. Revisamos los trabajos realizados.
  3. Una representación visual del modelo matemático, minimizando su complejidad es esencial.
  4. Optimización de los parámetros.
  5. Evaluación del modelo con datos externos.

 

MODELO DE REGRESIÓN LINEAL

Es clásico trabajar con modelos de regresión lineal del tipo: Y = a·X + b – en donde a es la pendiente de la recta y b el término independiente que como nutrólogos podríamos escribir como:

Una vez que la ingestión y la producción de heces se estabiliza, podemos obtener la digestibilidad a partir de esta ecuación de regresión lineal, pero como no hay ningún elemento “tiempo” representado en la ecuación anterior, ésta no representa la velocidad de ingestión ni el ritmo de excreción de heces a lo largo del día,

Dicho de otra manera, si cambio la dieta no podré saber la digestibilidad hasta que se estabilice nuevamente en consumo y la producción de heces. , al no poder evaluar o cuantificar el cambio de pasar de una dieta a otra, es decir, no poder estudiar o evaluar “el cambio”.

Solo con la ecuación anterior se podrá predecir exactamente la producción de heces después de que el animal haya consumido la dieta por el tiempo suficiente hasta que las condiciones del tracto digestivo sean constantes.

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

 

MODELOS DINÁMICOS

En el lado opuesto se encuentran los modelos dinámicos. Son aquellos que incorporan “el tiempo” en la ecuación o modelo y, por tanto, permiten 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 o ecuación.

Por ejemplo, yo puedo predecir la cantidad del aminoácido lisina protegida [Metabolito (t)] presente en el torrente circulatorio en cada momento, conociendo su nivel inicial de suminitro [Metabolito Inicial], y la velocidad a la que abandona el torrente circulatorio (k) destino a la glándula mamaria por unidad de tiempo.

Otro aspecto de interés es que, aunque la regresión lineal es simple y rápida de trabajar, no permite incorporar otros niveles de organización.

Por ejemplo, a nivel de un animal yo puedo medir el peso vivo, la ingestión de materia seca, la digestibilidad, la producción de leche, y crear mi modelo. Posteriormente puedo realizar una predicción a partir de información de otros autores, pero este enfoque empírico no captura los mecanismos relacionados con la producción de leche.

 

MODELOS MECANICISTAS

Otros tipos de modelos son los mecanicistas, son dinámicos (incluyen tiempo) y tratar de capturar funciones fisiológicas que están a niveles inferiores, es decir, trabajan a diferentes niveles de agregación. Por tanto, este tipo de modelos nos permiten evaluar el porqué de los cambios producidos a lo largo del tiempo.

Por ejemplo, si yo quiero predecir la proteína en leche:

– un modelo empírico solo capturará la relación entre la ingestión [energía ingerida (EI) y nitrógeno ingerido (NI)] y la proteína en leche.

 

– mientras que un modelo mecanicista tratará de definir mecanismos claves que estarán relacionados con la proteína en leche. Por ejemplo, número de células en la glándula mamaria, aminoácidos esenciales (AAE), ATP, RNAm, número de ribosomas por célula, etc.

 

Estos modelos que trabajan con diferentes niveles de agregación se representan con compartimentos (depósito) que acumulan información y luego flujos entre compartimentos (movimiento de esa información de un compartimento a otro a lo largo del tiempo).

  • A nivel organismo tenemos compartimentos como el rumen, intestino delgado y grueso, etc.
  • A nivel corporal también podemos definir compartimentos como la glándula mamaria, tejido adiposo, hígado, riñón, etc.

Los flujos representan el paso de la digesta a través del intestino, síntesis de proteína, etc. Y nuestra salida (output) del modelo suele ser la producción de leche, excreción de heces y orina, etc.

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

 

EJEMPLO DE FLUJO DE CONTENIDO EN NITRÓGENO

Vamos a mostrar un ejemplo en el que, dado un contenido en nitrógeno en la dieta (dieta que se suministra una vez al día a primera hora de la mañana), evaluaremos su excreción en heces y orina, así como su excreción en leche a lo largo del día.

Para ello se ha diseñado un modelo con 5 compartimentos (ver Cuadro 3);

  • Rumen
  • Abomaso
  • Intestino
  • Metabolismo
  • Corporal

Una vez conectados los flujos entre los compartimentos, podemos visualizar durante 24 horas cómo el nitrógeno de la dieta se distribuye por los diferentes compartimentos hasta la excreción final en heces, orina y leche.

Cuadro 3. Diagrama de flujos y Modelo del Nitrógeno en ejecución

Una vez que el modelo se pone en marcha podemos observar en el Cuadro 4 como hay un “movimiento”, del nitrógeno ingerido, a lo largo del día (ver los compartimentos).

Esta misma evolución en el tiempo la podemos representar gráficamente.

En el Cuadro 5 se representa el flujo del nitrógeno por el tracto digestivo y en el Cuadro 6 la excreción de nitrógeno en heces, orina y leche.

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

  • un 27% se pierde en heces
  • un 34% en orina
  • y un 25% va a proteína en leche.

Pero también nos permite estudiar que sucede a las 10, 18, horas post ingestión, por ejemplo, e incorporar nueva información al sistema.

Además, es posible forzar el modelo a diferentes escenarios, con lo cual se podrá evaluar la precisión con la que se utilizan determinados nutrientes y mejorar su eficacia de utilización o reducir su excreción.

  • El modelo que presentamos es una simplificación. El modelo original incluye sub-modelos para cuantificar el nitrógeno en el rumen y el nitrógeno en leche.

 

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