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Alternativas que permiten modificar la fermentación ruminal en vacas lecheras

Publicado: 4 de agosto de 2021
Por: M. Soledad Espíndola G., M. V., M.Sc. División Agropecuaria, COLUN Ltda., Esmeralda 641, La Unión.
Introducción
La simbiosis entre la vaca lechera y los microorganismos que habitan en ella es la interacción que nos interesa “modular”. Ella les aporta el lugar para vivir (su rumen) y el alimento (fibra que nosotros no podemos aprovechar) para multiplicarse y ellos con su potencial capacidad para utilizar carbohidratos se multiplican (síntesis de proteína microbiana) y generan ácidos grasos volátiles (AGVs). Estos AGVs constituyen la principal fuente de energía para cubrir las necesidades mínimas de la vaca y luego para producir leche, alimento para la creciente población humana. Sin embargo, esta natural relación es ineficiente, ya que se pierden carbonos, como metano (CH4) y nitrógeno (N) como amonio (NH4+), aún cuando la ración esté correctamente implementada, con adecuada disponibilidad de forrajes de buena calidad nutricional, y el rebaño bien manejado.
Los carbohidratos fermentan en el rumen a glucosa la que finalmente provee de energía a los microorganismos. El sistema requiere que la tasa de producción de hidrógenos metabólicos esté equilibrada con la tasa de retención de los mismos en los AGVs. La eficacia de retención de energía es máxima para el propionato (100%), intermedia para el butírico (78%) y menor para el acetato (62,5%). Los hidrógenos que se liberan al medio como CH4 son otra forma de perder energía consumida (3 a 15%). Sin embargo, debemos tener presente que esta simbiosis no es difícil desestabilizar al buscar su optimización.
Muchos estudios han demostrado que las vacas lecheras son los rumiantes más eficientes en usar la proteína cruda del alimento (N * 6,25). Sin embargo, aún excretan 2 a 3 veces más N en las heces y orina, que lo que se secreta en la leche.
En resumen, modular la fermentación ruminal tiene como objetivos:
1. Aumentar la degradación de carbohidratos estructurales (fibra) y no estructurales (almidón, pectinas)
2. Aumentar la producción de AGVs
3. Estimular la producción de propionato
4. Inhibir la producción de metano
5. Controlar la producción de lactato
6. Disminuir el NH4+
Alternativas disponibles para modular la fermentación ruminal
  • Buffers y productos alcalinizantes.
  • Probióticos o aditivos microbianos.
  • Antibióticos como ionóforos y virginiamicina.
  • Extractos de plantas como saponinas y aceites esenciales.
Buffers y Productos Alcalinizantes.
Tales como bicarbonato, sesquicarbonato y bentonita de sodio y óxido de magnesio, pueden mejorar la fermentación ruminal al disminuir la duración de los períodos de pH ruminal <6. También ayudan a superar las limitaciones de la degradación de la fibra que determinan raciones en base a ensilajes de bajo pH (< 4), ensilajes con <50% MS y < 19% FDA, forrajes finamente picados, alto uso de concentrado y/o granos finamente molidos y suplementación irregular o riesgosa.
Probióticos. Tales como:
  • Cultivos de Levaduras, compuesto de Saccharomyces cerevisiae, sin garantía de viabilidad, el medio en el cual creció y sus productos de fermentación;
  • Extractos del hongo Aspergillus oryzae que también comprende sumedio de cultivo y los productos de su fermentación, sin garantía de aportar células vivas y
  • Levaduras Vivas (Saccharomyces cerevisiae).
El medio de cultivo y los productos de fermentación, que comprenden ácidos orgánicos, vitaminas, enzimas y aminoácidos, junto a las levaduras vivas o muertas, con un mecanismo enzimático en común estimularían a las bacterias celulolíticas y hemicelulolíticas. Las levaduras vivas competirían por la glucosa con Streptococcus bovis, reduciendo su disponibilidad y la consecuente producción de ácido láctico, sobre todo cuando el aporte de carbohidratos rápidamente fermentables es alto, limitando la producción de lactato y regulando así el pH ruminal (Figura 1 y Cuadro 1). Las mismas consumen las trazas de oxígeno (tóxico para la flora fibrolítica). El aporte de vitaminas como por ejemplo tiamina, que estimula la zoosporogénesis del hongo,
Neocalimastix frontalis, también aumenta la degradación de la fibra. En algunos casos se observa un aumento en la producción de NH4+. También estimulan el crecimiento y el metabolismo de bacterias que utilizan lactato, como Megasphaera elsdenii y Selenomonas ruminantium. De la revisión bibliográfica realizada por el mismo autor, se concluye que el pH ruminal aumentó en promedio 1,6% en el 86% de los experimentos; la concentración de NH4+ aumentó en 3,2% pero sólo en el 40% de los casos; los AGVs aumentaron un 5,4% y el lactato disminuyó en 8,1% en el 65% y 72% de los casos, respectivamente. Estos resultados son contrastados por el 20% de aumento de bacterias celulolíticas en el 86% de los experimentos y porque en el 100% de los mismos, el recuento total de bacterias ruminales aumentó un 42%.
Esos “modestos cambios” son consistentes con los cambios en producción. El consumo de materia seca y la eficiencia de conversión del alimento aumenta cerca del 1,2 % en el 81% y 75% de los experimentos, respectivamente y la producción de leche consistentemente aumenta cerca del 3,4%. En otras palabras, esperamos un aumento promedio en producción de leche de + 0,58 kg/vaca/día (con un aumento promedio de consumo de 0,32 kg MS/vaca/día) a + 1,40 kg/vaca/día (con un aumento promedio consumo de 0,54 kg MS/vaca/d). No hay cambios significativos ni consistentes en el contenido de proteína y grasa de la leche. Como sucede con otros aditivos, características de la dieta influirán sobre la respuesta a observar, por ejemplo, la digestibilidad de la materia orgánica es mayor cuando la degradabilidad del N es > 60 % y la digestibilidad de la FDN es mayor cuando la digestibilidad de la fibra es lenta. A la fecha (2008) existen 4 cepas de Saccharomyces cerevisiae autorizadas de forma permanente en la Unión Europea. La cepa más estudiada con resultados consistentes es la 1026.
Figura 1. Variaciones del pH ruminal de una vaca sin o con levadura (CNCM 1077) adicionada a su dieta alta en energía. Bach y col 2007.
Figura 1. Variaciones del pH ruminal de una vaca sin o con levadura (CNCM 1077) adicionada a su dieta alta en energía. Bach y col 2007.
Cuadro 1. Resumen de las variaciones de pH ruminal sin (NY) y con suplementación (YS) de levadura CNCM 1077 observadas en todo el ensayo.
Cuadro 1. Resumen de las variaciones de pH ruminal sin (NY) y con suplementación (YS) de levadura CNCM 1077 observadas en todo el ensayo.
Antibióticos. Tales como la Virginiamicina que actúa sobre bacterias Gram+ responsables de la producción de lactato, como Streptococcus bovis y Lactobacillus sp. Su acción permite mejorar la degradabilidad de la fibra y regular el pH ruminal -con lo que disminuye el riesgo de acidosis- incluso, tiende a aumentar la producción de leche. En la Figura 2 se compara la variación del pH ruminal de una dieta rica en concentrado sin aditivos, con la misma dieta con bicarbonato o virginiamicina y con ambos, y en la Figura 3 vemos el efecto de la virginiamicina en producción de leche.
Figura 2. Variaciones del pH ruminal de vacas lecheras con una ración base rica en concentrado, sin aditivo (■), con 20 g/kg de bicarbonato de sodio (□), con 30 mg/kg de Virginiamicina (●) o Virginiamicina (30mg/kg) + Bicarbonato de sodio (20g/kg) (○). Clayton y col 1999.
Figura 2. Variaciones del pH ruminal de vacas lecheras con una ración base rica en concentrado, sin aditivo (■), con 20 g/kg de bicarbonato de sodio (□), con 30 mg/kg de Virginiamicina (●) o Virginiamicina (30mg/kg) + Bicarbonato de sodio (20g/kg) (○). Clayton y col 1999.
Figura 3. Variaciones en la producción de leche en vacas alimentadas con pellet con alta concentración de granos y sin Virginiamicina (●) o adicionado con 30 mg/kg de Virginiamicina (○). Clayton y col 1999
Figura 3. Variaciones en la producción de leche en vacas alimentadas con pellet con alta concentración de granos y sin Virginiamicina (●) o adicionado con 30 mg/kg de Virginiamicina (○).	Clayton y col 1999
Ionóforos. Son un tipo de antibióticos que modifican el transporte de iones a través de la pared celular de bacterias Gram+ que consumen aminoácidos y proteína microbiana para producir acetato, butirato, hidrógeno y lactato. De este mecanismo de acción resultan favorecidas aquellas bacterias que producen propionato. Así se optimiza el metabolismo energético y nitrogenado y se reduce el riesgo de timpanismo y acidosis láctica.
El resultado del meta-análisis sobre el impacto del ionóforo monensina en producción de leche resultó finalmente de 71 ensayos y concluye que significativamente disminuye el consumo de materia seca en 0,3 kg, aumenta la producción de leche en 0,7 kg en dietas bajas en forraje y en 1,5 kg en dietas bajas en concentrado y/o en base a pastoreo; y mejora la eficiencia 
de producción un 2,5%. Disminuye el porcentaje de grasa láctea 0,13%, pero no tiene efecto sobre la producción de grasa; sin embargo, es una variable que
mostró mucha heterogeneidad influenciada por la dieta. Al aumentar la proporción de C18:1 en la dieta disminuye la producción de grasa. El porcentaje de proteína en leche disminuyó un 0,03%, pero la producción de proteína aumentó en 0,016 kg/d. La condición corporal aumentó en 0,03 el puntaje y la ganancia de peso en 0,06
kg/d. Además, aumentó significativamente la concentración de ácido linoleico conjugado en la leche de vacas suplementadas (22%). El resultado estaría afectado también por la forma de entrega de la monensina, encontrándose una mejor respuesta en producción de proteína cuando se entrega en la sala o sobre el alimento a diferencia del bolo de liberación controlada o dispersa en una ración totalmente mezclada. Otros ionóforos que producirían similar respuesta serían el lasalocid, salinomicina, lisocelina, narasina y tetronacina.
La mayor conciencia de los peligros para la salud humana asociados al uso de aditivos antibióticos y químicos en producción animal, ha acelerado las investigaciones de plantas y sus extractos como aditivos para la alimentación animal. Las dos clases en estudio hasta ahora son las saponinas y los aceites esenciales.
Saponinas. Tienen propiedades surfactantes o detergentes naturales dados sus componentes solubles en agua y grasa. Las plantas a las que podemos extraer saponinas son Yuccaschidigera y Quillaja saponaria. Su acción se centraría en inhibir la producción de metano y la reproducción de protozoos ciliados en el rumen. Las bacterias son la principal fuente de proteína de los protozoos, por lo tanto, la defaunación reduce la liberación de amoníaco y el reciclado de N dentro del rumen, mejorando la síntesis de proteína microbiana. Además, el extracto de Yucca puede atrapar NH4+ cuando su concentración ruminal es alta, y liberarlo si ésta baja aportando un continuo y adecuado aporte de NH4+ para la síntesis de proteína microbiana.
Aceites esenciales.Su nombre “esencia” significa aroma o gusto y corresponden a moléculas lipofílicas con actividad antimicrobiana frente a bacterias Gram + y -, a diferencia de monensina y virginiamicina, constituyendo una de las más recientes alternativas para modular la fermentación ruminal. El resultado observado es una disminución en la deaminación y en la metanogénesis y un aumento en las concentraciones de butirato y propionato, sin embargo, estos efectos dependen de las características de la dieta y del pH ruminal en gran medida. Por otro lado, la concentración de los principios activos varía según las condiciones del cultivo, el método de procesamiento e incluso entre variedades de una misma planta lo cual ha limitado su investigación y comercialización. En el Cuadro 2 se muestran los aceites con su actividad antimicrobiana.
Cuadro 2. Aceites esenciales con actividad antimicrobiana, sus principales componentes activos y los microorganismos susceptibles.
Cuadro 2. Aceites esenciales con actividad antimicrobiana, sus principales componentes activos y los microorganismos susceptibles.
Por ultimo se puede informar que existen a nuestra disposición más alternativas para modular la fermentación ruminal de las que nos hubiésemos imaginado, y otras como anticuerpos específicos frente a microorganismos ruminales, lo estarán en el mediano a largo plazo. Entendiendo los objetivos de la modulación y los mecanismos de acción de cada una de estas alternativas podemos considerarlos frente a las diferentes y dinámicas realidades que experimenta la alimentación de las vacas en el sur de Chile. El potencial para optimizar la utilización de nuestros forrajes a través de la integración de estas alternativas existe y en este sentido, resulta desafiante desarrollar trabajos experimentales en nuestras condiciones productivas.
Esta publicación pertenece al Trabajo del Consorcio Lechero, “Rumen: Morfología, trastornos y modulación de la actividad fermentativa” editado por Pedro Contreras y Mirela Noro. ISBN: 978-956-332-778-6 3ed. Valdivia: América. 135p.

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Eduardo Calistro
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Abelardo Valdivieso Scott
Sintetic Mexicana S.A de C.V
8 de junio de 2022
interesante artículo......mi pregunta es si estos productos que modifican la fermentación se deben de aplicar in situ al momneto de alimentarlas o es más recomendable que ya vengan en el alimento balanceado?
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