La Respuesta Animal al Estrés Calórico. (II)

Bovinos domésticos de todas las razas muestran respuestas fisiológicas y de comportamiento que varían en intensidad cuando expuestos a elementos climatológicos, tales como: el calor,  la humedad atmosférica,  los vientos, el frio,  la altitud sobre el nivel del mar, la  presión atmosférica y  la radiación solar para nombrar aquellos relevantes a esta publicación.

Las vacas lecheras modernas requieren de ciertas condiciones ambientales específicas, en orden de poder expresar su potencial genético y valor económico al productor lechero, una de ellas es la temperatura del medio ambiente. Hemos encontrado que tanto las vacas lecheras de origen europeo como sus contrapartes especializados en carne y doble propósito, producen mejor en un medio ambiente en donde la temperatura es alrededor de los 68°F, a este factor se le ha denominado “zona termo neutral (TNZ)” de la especie. Temperaturas ambientales fuera de la zona termo neutral provocan ajustes en el metabolismo energético en los animales y tanto el frio como el exceso de calor requieren cambios drásticos en la utilización de la energía contenida en la ración; en corto, un TNZ 68°F es ideal para las vacas lecheras de origen europeo, por la simple razón que el organismo no requiere de extra calorías para termo regularse. Este hecho es esencial de tomar en cuenta por el nutricionista, al formular raciones para ganado que se encuentra fuera de la zona termo neutral, arriba o abajo de esos 68°F.

La ración diaria deberá compensar por estas pérdidas de energía o la respuesta inmediata se reflejara en la economía del rebano. Esto explica el por qué vacas lecheras de alto merito genético deberán de recibir dietas más densas en energía durante los periodos de calor y de frio (1). En aquellos países que producen grandes cantidades de leche, las universidades y la empresa privada han invertido millones de dólares en la creación de programas computarizados de raciones para vacas lecheras en producciones comerciales.

Con estos programas se lleva a cabo, lo que en la industria se conoce como “Precisión Nutricional”, otra de las palabras “coloridas” que la industria le pone a ciertas tecnologías que salen al mercado. El nombre lo dice y la intención es crear dietas altamente precisas creadas para alimentación total mixta o TMR en lecherías comerciales.  Esto demanda de los productores de leche, a utilizar los mejores ingredientes que ellos puedan producir en la finca; así como, los mejores granos que el mercado pueda ofrecer. Todo esto con la meta de producir grandes cantidades de producto y a la vez proteger la salud de sus animales.

Factores meteorológicos como el viento o la brisa y la radiación solar  participan durante el estrés calórico (EC),  tanto en lechería estabulada como en lechería en pastoreo.

En pastoreo,  debido a la mayor exposición a la radiación solar,  la acumulación y almacenamiento de calor dentro del cuerpo del animal es de mayor importancia en razas Bos taurus que en Bos indicus. La interacción de estas variables climáticas sobre los sistemas fisiológicos del animal,  conduce a cambios drásticos en el comportamiento productivo de razas B. taurus.

Las razas europeas modernas evolucionaron en regiones temperadas y con humedades ambientales muy variables  del Norte del Atlántico y  los vientos del Ártico sobre la costa Norte-Oeste europea, región donde la gran mayoría de razas lecheras y cárnicas modernas fueron seleccionadas. De tal manera que las razas modernas europeas son capaces de prosperar muy bien en ambientes de alta humedad relativa (HR); lo que no toleran bien, es la combinación de alta humedad relativa con elevadas temperaturas ambientales.

Las regiones ecuatoriales poseen 2 estaciones bien demarcadas y aunque las temperaturas ambientales y la humedad relativa son influenciadas por la latitud geográfica, es la altitud sobre el nivel del mar,  el factor más importante a tener en cuenta cuando hablamos de la zona termo neutral (ZTN) en el trópico para vacas lecheras de alta produccion. En Centroamérica y Suramérica la posición geográfica, ya sea al Este u Oeste de los sistemas montañosos que dividen ese continente de Norte a Sur es también un factor determinante, de las condiciones meteorológicas en esas regiones.

Esta situación es agravada aún más cuando tomamos en cuenta la gran cantidad de calor que rumiantes eliminan durante la digestión de forrajes. Entre más leche una vaca produce, más come y más calor su cuerpo produce. (2)(3).

Wavomba (6), muy correctamente establece el hecho ya conocido que la latitud y la altitud son dos de los factores primarios a considerar que explican las variaciones en la temperatura de la superficie de planeta. Por cada 100 metros de elevación,  la temperatura decrece 1ºC.   

Las altas elevaciones arriba de los 1600 metros incrementan las necesidades de energía de mantenimiento en el alimento y así mantener un estado de homeostasis térmico con el medio ambiente. Elevaciones superiores gradualmente contienen menores cantidades de “oxigeno” atmosférico y animales deben de compensar por esa deficiencia también.  Producción lechera puede muy bien llegar a afectarse a altitudes mayores  a los 2000 metros (7). La literatura muestra suficientes estudios que se refieren a la adaptación fisiológica  que el sistema hematopoyético lleva a cabo para compensar con la menor cantidad de O2 en el aire atmosférico en altas elevaciones geográficas.

El impacto que la era industrial en que vivimos está causando  en el hábitat de animales y plantas no puede ser ignorado ya que es palpable, inclusive para muchos que lo negaban tiempo atrás.  Se observa en: los polos, regiones costeras y en elevadas altitudes. 

Hay dos categorías de cambios climáticos acaecidos en regiones elevadas: aquellos físicamente ligados a “metros sobre el nivel del mar”,  tales como: la presión atmosférica, temperatura y opacidad atmosférica (turbidity) y aquellos que nos son específicos a la altura, como: la radiación solar, humedad, viento, duración de la estación, geografía y el efecto del uso y abuso de la tierra por seres humanos ahí localizados (5).

Vamos a explorar  como el cuerpo de estos bovinos intercambian energía (calor) con el medio ambiente que los rodea, esto incluye la respuesta fisiológica al calor + humedad y las altas presiones atmosféricas de las zonas bajas sobre el nivel del mar, encontradas en el Trópico Húmedo Bajo de Latinoamérica o THBL.

Mencionaremos factores meteorológicos que interfieren con el intercambio de calor entre la piel del animal y el medio ambiente, siendo:

Los mecanismos biológicos encargados de homeostasis térmica en bovinos bajo estrés calórico (EC); tales como: los hormonales y enzimáticos, y  siguen precisamente las  instrucciones impresas en el DNA de cada individuo.

La presencia de multitud de “estresores ambientales”,  tales como: hambre, sequia, enfermedades,  parásitos externos e internos, desnutrición, las altas humedades del calor tropical, son fuentes de “variación genética”  (mutación),  impresas en el ADN de cada especie animal existente en el planeta y de “valor económico” a ser incluida en los programas de reproducción en los trópicos, una gran oportunidad para genetistas y reproductores comerciales en explorar.

Hoy en día la clasificación de las razas está tomando el asiento de atrás y son los genotipos especializados en determinados sistemas de producción (dentro de la misma raza),  los que están llamando la atención de productores comerciales. Este tipo de selección especializada en ciertos caracteres económicos de importancia económica, solamente puede ser llevada a cabo eficientemente por métodos genómicos.

Es aquí en el establecimiento de registros genotípicos, donde el futuro de la ganadería en Latinoamérica debe dirigirse. 30% del GDP en agricultura de países subdesarrollados es ocupado por la ganadería. Lo que es interesante es que la ganadería de los países pobres representa el 40% en el GDP en agricultura a nivel mundial (World Bank, 2009). La ganadería es una industria importante en los trópicos y sub trópicos;  pero su desplazamiento por el crecimiento de la población humana, es inevitable. Conflicto y una competencia de productos de origen animal similares y accesibles de otras regiones productoras,  son serios competidores a los productores locales. 

Finalmente,  la identificación de genotipos y selección de los mismos es una tarea difícil por la casi ausencia de records de producción existentes en los rebaños locales, en países tropicales;  es muy posible que la ganadería lechera especializada, sea una excepción y pueda beneficiarse mejor con el empleo de esta tecnología.  

La regulación celular de la temperatura corporal es un componente del sistema nervioso que se encarga de las repuestas fisiológicas y de comportamiento ante cambios de temperatura en el medio ambiente.

A lo largo de la superficie de la piel existen sensores nerviosos especializados  en detectar cualquier variación ambiental de la temperatura atmosférica. Cualquier disrupción en la zona “termo neutral (ZTN)” de 68°F en bovinos de razas europeas, desencadena una respuesta, involucrando a la piel como mecanismo termorregulador en el sistema.

Conforme las vacas empiezan a acumular calor en sus voluminosos cuerpos, los “mecanismos evaporativos de la piel” o (EVHL) entran en acción bombeando sudor a la superficie de la epidermis.

La piel es pues  en superficie,  el órgano más extenso en el ganado moderno y es diferente entre las diferentes especies bovinas; aun,  entre razas de la misma especie puede ofrecer diferencias anatómicas notables entre individuos.

Cuando la temperatura del cuerpo incrementa en las razas B. indicus que se han adaptado por miles de años a esta situación,  a través de mutaciones y selección natural, la respuesta fisiológica es diferente. Por ejemplo,  la taza de sudoración en B. tauruses más baja que en las razas indicas, indicativo que Bos taurus posee un menor número de glándulas sudoríparas por centímetro cuadrado de piel (18). La histología de las glándulas sudoríparas en B. taurus es también diferente a las razas indicas.

La transferencia de calor hacia la piel,  que es producido durante el metabolismo de los alimentos,  es menor en razas europeas; esto parece ser debido a una mayor resistencia del tejido adiposo presente y su predisposición genética a acumularse o distribuirse en áreas bajo la piel, en el:  cuello, espalda y tronco (incluyendo la base de la cola), precisamente las áreas de la piel que reciben más radiación solar durante el día; sin embargo,  característica muy útil en regiones frías y templadas.

El ganado europeo presenta también resistencia a la eliminación de calor corporal a través de la piel; por ejemplo: el pelo es más largo y denso por cada centímetro cuadrado que en razas indicas. Todo esto, confirma una mayor acumulación de calor en el cuerpo (18).

Es fácil en deducir el simple hecho que las razas europeas evolucionaron durante un periodo pos glacial y sus cuerpos estaban adaptados en la conservación del calor, que los largos inviernos de esa época imprimieron en el genoma de los bovinos de esa época. Por el contrario, las razas pertenecientes al Bos indicus fueron seleccionados de bovinos que crecieron en medios más cálidos y secos.

La cantidad de calor que un cuerpo vivo pueda perder a través de la piel, depende lógicamente del tamaño de esa piel. Animales de una masa corporal voluminosa o grande, tendrán más problemas en perder calor debido a que la superficie de la piel es pequeña en proporción al volumen y peso del animal. La piel de algunos de estos animales de gran masa corporal esta desprovista de pelo (elefantes, hipopótamos, etc.). Por el contrario, la piel de un ratón es proporcionalmente más cercana a la masa corporal y peso del individuo. Estos animales son más sensibles al frio que al calor. Durante el invierno es muy posible que tengan que recurrir a la invernación.

Los mecanismos involucrados en la regulación de la temperatura del cuerpo en bovinos, están bajo control del “hipotálamo”, en la parte inferior del cerebro.

El sudar o “perspirar” es el mecanismo por el cual el cuerpo de algunos animales  elimina calor. Para llevar a cabo esta función fisiológica, no todos los animales están dotados del número de glándulas sudoríparas necesarias  para llevar a cabo esta función eficazmente. Los seres humanos son excelentes ejemplos de adaptabilidad a diferentes temperaturas en el planeta, y nuestra piel posee enormes cantidades de estas glándulas por cada centímetro cuadrado, lo que nos hace un animal muy especial en este sentido.

No sucede lo mismo con la gran mayoría de animales de presa, incluidos los bovinos los cuales con sus cuerpos masivos, pronto sucumben al cansancio e ineficiencia de los sistemas termorregulador del calor. Predadores,  como los lobos y chacales saben esto, y pueden perseguir a la presa durante horas,  hasta que el cansancio e hipertermia dejan una presa que es hasta 10 veces el tamaño del cazador, completamente vulnerable.

Humanos pertenecientes a ciertos grupos de cazadores en el Sur Africano,  son capaces de correr por horas,  siguiendo de cerca el rastro de un animal,  hasta que el cansancio  hace que la presa se  postre y se convierta en fácil presa para el cazador. Individuos arriba de los 65 años de edad participan en estas cacerías que pueden durar días a la vez. Estos cazadores corren detrás de la presa durante horas y a temperaturas arriba de los 40°C. El intercambio de calor se lleva a cabo a través del  “enfriamiento evaporativo del sudor”, producido por la piel de estos guerreros africanos durante el trote detrás de la presa. 

Las glándulas sudoríparas están muy bien irrigadas e inervadas en la dermis. El sudor al enfriarse extrae el calor de la piel y lo elimina como “vapor de agua”,  mecanismo conocido como “evaporación”.

Un incremento en la carga de calor acumulada y la gran mayoría de animales, responden con una reducción en el apetito y consumo diaria de materia seca o CMS. El consumo de materia seca en un rebano lechero, puede ser reducido hasta en un 30%. Es tradicionalmente aceptado como la reducción en el consumo de MS más seria en regiones temperadas durante los meses de verano y el causante de pérdidas de hasta un 20% en producción de leche en hatos lecheros alrededor del mundo (6).

Recientemente  se ha demostrado que la baja en el consumo de materia seca (DMI) durante el estrés calórico y  el efecto en la reducción de la producción de leche, es una consecuencia directa en los cambios en el metabolismo de los hidratos de carbono que es el nutriente principal responsable durante estrés térmico (ET) (9).

En contraste a los mono gástricos los rumiantes absorben muy poca glucosa de la dieta diaria;  en otras palabras,  la dieta de los mono gástricos contiene una mayor cantidad de azucares solubles y almidones en comparación a la de los rumiantes.

La tasa más elevada en gluconeogénesis ocurre inmediatamente después de cada comida. Carbohidratos complejos se forman en el rumen a través de la fermentación ruminal.  Los más importantes proveedores de energía son los Ácidos Grasos Volátiles o VFA’s,  conocidos comúnmente como: acetato, butirato y propionato. Propionato es el glucogénico más importante en la producción de glucosa proveniente de la fermentación ruminal. Otros precursores pueden participar para complementar las necesidades de glucosa: aminoácidos, lactatos, glicerol, glicol, etc.

Aun así, cuando comparamos entre la energía o calor producidos por la glucosa y la de AGV, las diferencias son tremendamente grandes.

1 mol de glucosa produce 30 mols de ATP.

1 mol de la glucosa contenida en AGV produce solamente 3 mols de ATP.

 El metabolismo de la glucosa es mayormente influenciado por una variedad de “estímulos y señales”,  incluyendo: hormonas, citoquinas y el estado fisiológico en que el animal este (preñez, producción, problemas de nutrición, enfermedad), todos contribuyen a un incremento en el radio de gluconeogénesis hepática (10) (11).

La respuesta que el ganado ha demostrado en situaciones de estrés es notable y un fenómeno bien conocido como la  “Expresión de  Genes” o  gene expresión. La abundancia de mRNA para la producción de enzimas gluconeogenicas detectables en los tejidos, lo demuestran así. (12)

Hormonas como el glucagón y catecolaminas actúan como reguladores de la gluconeogénesis por vías bioquímicas que no vamos a discutir aquí, baste decir que las alternativas son caminos bioquímicos muy especializados, todos ellos determinados en la producción máxima de glucosa en ese organismo (13).

El estrés calórico  altera marcadamente la homeostasis de la glucosa. Utilizando un test de tolerancia a la glucosa, se puede observar una mayor cantidad de glucosa disponible circulante en bovinos confrontando estrés térmico, en comparación con bovinos en zona termo neutral (14).

Es una respuesta fenotípica en la vida de un animal  cuya causa es ambiental. Es un proceso de homeostasis térmica, no bajo la influencia del ADN del individuo y regulado a largo plazo  por el sistema endocrino (15) (16).

La evidencia que hoy tenemos indica que las alteraciones en “expresión de genes” y los cambios en “señales celulares” (cellular signaling), son componentes clave del proceso (15). La cantidad de tiempo requerida para la “aclimatación” varía de acuerdo al tipo de tejido. Puede ser de unos días a varias semanas. Cambios en el metabolismo en respuesta al estrés calórico ocurre sobre un periodo de varios días (17). Cambios en el pelo toma varias semanas.

Cambios en la expresión de los genes en respuesta al estrés calorico y que son asociados con aclimatación incluyen: la elevación de estrés térmico proteínas o ETP, las cuales inician una cascada de eventos bioquímicos como respuesta al EC, tales como:

a) una sensibilidad alterada a la homeostasis del sistema

b) producción de insulina y catecolaminas (15).

Estos cambios están asociados con una partición nutricional de emergencia, y pueden muy bien contarse como parte de la perdida en producción de leche, debido a EC. Los mecanismos de control a nivel de “transcripción y translación de genes”  en el ribosoma,  no se conocen bien y son el foco actual de una intensa investigación.

La familia “bovidae” se propago muy bien durante la inmensa abundancia de pastos que crecían durante la última era glacial. Esta masiva propagación de inmensos rebaños de herbívoros pastoreando las praderas europeas,  sucedió en una forma u otra, en todos los continentes, con excepción de Australia y Antártica.  Evolucionaron,  debido a cruzamientos y mutaciones en el ADN;  todo esto y muy probablemente más,  para crear sectores en el ADN especializados en tomar las medidas necesarias con respuesta al exceso de cambios de temperatura ambiental y el estrés calórico. No solamente en rumiantes estas transformaciones sucedían, los animales de presa que las seguían, debieron también haberse adaptado genotípicamente a las mismas.

Cambios de expresión genética, incluyen:

1) Transcripción del factor de shock térmico o factor STF1.

2) Un incremento de las proteínas de shock térmico o ETP, junto con un descenso en la producción de otras proteínas no esenciales.

3) Incremento de glucosa y oxidación de amino ácidos, junto a una reducción del metabolismo de ácidos grasos.

4) Activación del sistema endocrino que responde a amenazas.

5) Activación del sistema inmunológico, vía secreción extracelular de ETP.

La persistencia de estos “estresantes” hace que genes de expresión en el ADN, desencadenen cambios fisiológicos en el animal, mejor conocidos como “aclimatación”. Este proceso es controlado por el sistema endocrino del animal. Durante este periodo el metabolismo sufre varios cambios drásticos con el fin de minimizar los efectos nocivos del exceso de calor acumulado durante el metabolismo de los alimentos.

El papel de las “proteínas estresantes de calor” o ETP es la retro alimentación del sistema inmunológico y endocrino (aunque esta es un área que necesita mayor investigación). La variación de los “mecanismos evaporativos de la piel” o (EVHL), entre animales y el rol central de factor STF1 en coordinar mayor tolerancia al calor, sugiere aquí la existencia de una oportunidad en investigación de los mismos;  por ejemplo, adonde se encuentran localizados en el genoma y la posibilidad de manipularlos  para poder así editarlos, vía tecnología genómica y  poder ser mejor aplicados en el futuro de animales comerciales mantenidos bajo climas cálidos,  “edición genética”.

Determinando las bases “genéticas” que alteran el metabolismo de la energía durante estrés  calórico, nos guiarían a un mejor entendimiento de las posibles soluciones y enmiendas en la dieta diaria de bovinos bajo condiciones de calor tropical.

Finch demostró en una publicación (18), que el ganado indígena adaptado a las altas humedades del clima tropical y a las altas temperaturas del verano, eran capaces de “controlar” la resistencia interna a la perdida de calor o “transferencia de calor”  hacia el medio ambiente o “intercambio de calor (heat exchange),  regulando así su temperatura corporal. Esto lo hacían mejor y más eficientemente que las razas Bos taurus.

 Resumiendo.

Pareciera entonces que las consecuencias son bastante obvias para aquellos que se encuentran en una posición de retarlas y se empeñen en tratar de explotar animales de las razas Bos taurus en el Trópico Húmedo bajo de Latinoamérica (THBL).

Condiciones climáticas, tales como: temperatura, radiación, viento y lluvia que fueron características de una determinada región, ya no lo son hoy en día y será un tema de discusión de los errores cometidos por nuestra generación y que vamos a heredar a las futuras generaciones, para que sean ellos las que las corrijan y paguen por ello.

El clima del planeta Tierra se ha calentado desde los últimos 100 años, entre 0.74±0.18°C, con los 1990’s y 2000’s los anos más calurosos en los records (IPCC, 2007).

Modelos corrientes en cambios climáticos predicen un incremento en la temperatura de 0.2°C cada 10 años. También indican, que la temperatura acumulada en la superficie del planeta seria entre: 1.8°C a 4°C para el año 2100 (IPCC, 2007).

Hay que tomar en cuenta que estas calculaciones son generales y basadas en promedios. Es diferente a las temperaturas que podrían experimentarse en ciertas regiones del planeta, donde la geografía, topografía y la altura sobre el nivel del mar incrementan el riesgo.

Los factores climáticos que han influenciado mayormente la propagación de la ganadería en el planeta, han sido: la temperatura del aire durante el año, la humedad ambiental durante las diferentes estaciones del año y la radiación solar, esta última de consideración importante en sistemas de pastoreo.  

Animales de alto merito genético no prosperan en aquellas regiones tropicales, sub tropicales y semi desérticas a las que son expuestos; tardan más en crecer y engordar, producen menos leche y tienen problemas de fertilidad.

La única posibilidad de que vacas lecheras Bos taurus podrían llegar a superar esos climas extremos,  seria bajo sistemas creados por el hombre,  en donde los animales permanecen protegidos de estos elementos en una forma artificial semi o permanente.

Estos sistemas artificiales son costosos en el Trópico Húmedo de Latinoamérica y  serán el tema de discusión en mi próxima publicación.