Los taninos como alternativa homeostática en los rumiantes (Parte II)

Se reporta que las concentraciones de amonio en el rumen se reducen en virtud de la inhibición de las enzimas proteolíticas que reducen, consecuentemente, la degradación de la proteína de la dieta.

Los efectos de los TC sobre los procesos de la digestión están relacionados con la capacidad que tienen para unirse a diferentes moléculas. Esta unión depende de la estructura química de los taninos y de diferentes moléculas como celulosa, enzimas digestivas, proteínas, polisacáridos y membranas de bacterias y hongos.

En relación con las interacciones entre los TC y las proteínas se mencionan cuatro tipos de enlaces: covalentes, iónicos, puentes de hidrógenos e interacciones hidrofóbicas, de los cuales los más frecuentes son los dos últimos; informándose además que los enlaces son reversibles y pH dependientes (Min et al., 2003). Así, cada proteína tiene su pH distintivo y óptimo para unirse a los TC, como la albúmina del suero bovino que forma enlaces con los TC en pH de 4,1, y en pH de 6,1 los TC se unen a la fracción 1 de las proteínas, reportándose que los TC también pueden unirse con proteínas en pH cercano a la neutralidad (3,57,5) y disociarse y liberar a estas cuando el pH es menor a 3,5 (Jones y Mangan, 1977, citados por Min et ál., 2003).Otros factores que influyen en el grado de enlaces TC-proteína son el peso molecular, la estructura y la concentración de los TC, así como la compatibilidad de los sitios de unión de las moléculas TC-proteína, el punto isoeléctrico y la configuración de las proteínas. Ahora bien, el significado de estas interacciones en los procesos digestivos para la formación de complejos TC-proteínas es que estos se llevan a cabo en el rumen con pH entre 5,5-7,2, situación que hace indigestibles a las proteínas por parte de la microflora ruminal, siendo solubles en el abomaso y en el intestino delgado con pH < 3,5 y >8, respectivamente (Andrabi et ál., 2005), lográndose la liberación de las proteínas para que sean digeridas y absorbidas por parte del animal (Hervás et ál., 2003; Min et ál., 2005, McSweeney et ál., 2008).

Las enzimas son otras moléculas sobre las cuales los TC se unen produciendo efectos inhibidores sobre la actividad de estas, en particular sobre las siguientes enzimas: celulasa, ureasa, alfa-amilasa, proteasas y beta-glucosidasa, señalándose que la reducción de la actividad celulolítica puede obedecer a la disminución de la digestibilidad de la materia orgánica en el rumen. Asimismo, se reporta que las concentraciones de amonio en el rumen se reducen en virtud de la inhibición de las enzimas proteolíticas que reducen, consecuentemente, la degradación de la proteína de la dieta (McSweeney et ál., 2001; Min et ál., 2005).

La capacidad de los TC para unirse a otras moléculas constituye el aspecto más importante para comprender los efectos que se les atribuyen sobre los procesos de digestión. Debido a su estructura química poseen la capacidad de unirse a diferentes compuestos como proteínas, polisacáridos, minerales, carbohidratos, celulosa, células de las membranas bacterianas y enzimas involucradas en la digestión de los compuestos antes mencionados. Durante estos procesos,compuestos antes mencionados. Durante estos procesos, los taninos pueden tener efectos positivos y negativos sobre el valor nutritivo de los forrajes según la concentración en la que se encuentren. Así, a altas concentraciones, 6-10% de la MS deprimen el consumo voluntario y la palatabilidad de las especies forrajeras. También reducen la digestibilidad de la materia seca, de la materia orgánica, de la fibra, de la proteína, y de los carbohidratos, y por consiguiente afectan negativamente el desempeño productivo de los animales (Barry y col 1986; Reed y col 1990). En moderada y baja concentración, (2-4 % de la MS), su efecto es beneficioso; previenen infecciones y aumentan la distribución de nitrógeno no amónico y de los aminoácidos esenciales desde el rumen (Barry y Manley 1984; Mc Nabb y col 1993). La concentración de los taninos en la dieta, con un rango de valores medidos que variaron entre 0 - 12 % de MS, presentaron respuesta lineal y positiva en la formación de complejos taninos proteínas (Barry y MacNabb 1999).

No obstante los resultados contradictorios en relación con los efectos benéficos y perjudiciales de los TC sobre la digestión, existe consenso entre los investigadores sobre los principales efectos de los TC sobre la digestión de los animales, particularmente en rumiantes, y dentro de estos, los ovinos. Si bien son varios los efectos que los TC producen en la digestión (tabla 4), los principales efectos ocurren en la salivación, la fermentación del rumen, la microflora ruminal, la absorción intestinal, la producción de los animales y la salud animal, especialmente los efectos relacionados con las propiedades antihelmínticas que exhiben estos compuestos sobre los nematodos gastrointestinales de los ovinos, especie en la cual se han llevado a cabo la mayor parte de los estudios (Kaplan y Díaz, 2000; Nguyen et ál., 2005; Iqbal et ál., 2007; Cenci et ál., 2007, Alonso et ál., 2008).

Durante el proceso de masticación, cerca del 60% de las células de las plantas se rompe, dejando a los TC dispuestos a ligarse con la saliva y con las proteínas de las plantas, reduciéndose la proporción de proteína soluble en la ingesta y, por tanto, reduciendo la tasa de degradación de proteína. La saliva producida en la masticación contribuye, por un lado, a la formación del bolo alimenticio y a la lubricación del mismo, facilitando la ingestión y, por otro, el bicarbonato y los fosfatos de la saliva cumplen las funciones de buffer para el mantenimiento del pH en el rumen en un rango de 5,8- 6,8. En consecuencia, las proteínas de la saliva, especialmente en los rumiantes ramoneadores, mediante la unión con los taninos de la dieta (Waghorn, 2007).

Uno de los órganos productores de abundante saliva son las glándulas parótidas, especialmente en las cabras (especie ramoneadora), que tienen este órgano de gran tamaño en relación con su peso corporal (Vaithiyanathan et ál., 2001), y cuya saliva contiene altas cantidades de proteína rica en prolina (PRP), la cual se une fácilmente a los taninos, dejando menor proporción de TC disponible para unirse a las proteínas en el rumen, siendo esta la razón principal por la cual las ramoneadoras son más tolerantes a los TC que los ovinos y bovinos.

Los TC afectan la tasa de fermentación en el rumen por la acción que ejercen sobre las bacterias del rumen y sobre las proteínas de las plantas, debido fundamentalmente a la disminución de la proteólisis realizada por las bacterias ruminales y a la unión estable que se da entre los TC y las proteínas. En general, es conocido que la degradación de las proteínas en el rumen ocurre de manera rápida, lo cual implica un uso ineficiente de N para la síntesis de proteína microbial y, por lo tanto, una pérdida de N, debido a que la tasa de degradación de proteínas a amonio es más rápida que la tasa de amonio incorporado a la proteína microbial. En consecuencia, la presencia de TC en la dieta genera una proporción de proteína pasante, no sujeta a degradación en el rumen, pero que posteriormente será sometida a hidrólosis enzimática en el abomaso para ser absorbida en el intestino delgado. Más adelante, los TC forman complejos con las membranas de bacterias y con enzimas extracelulares secretadas por las bacterias, los cuales alteran el crecimiento bacterial y reducen la actividad de las enzimas proteolíticas (Jones et ál., 1993, y McNabb et ál., 1998, citados por Min et ál., 2005).

A los taninos se les identifica como inhibitorios del crecimiento de algunas bacterias del rumen, aunque los mecanismos involucrados no se hayan esclarecido suficientemente. Sin embargo, es probable que las interacciones de los taninos con las bacterias y enzimas producidas por estas inhiban el transporte de nutrientes en la célula y retarden, por lo tanto, el crecimiento de las bacterias (McSweeney et ál., 2001). Existen diferentes plantas, como el Lotus corniculatus, cuyos TC reducen el número de bacterias del rumen o producen cambios morfológicos, ocasionando una reducción sustancial de la actividad proteolítica de muchas bacterias. Por ejemplo, Bae et ál. (1993, citado por McSweeney et ál., 2001) reportaron que la actividad de la bacteria Fibrobacter succionegenes y su enzima extracelular endogluconasa fue inhibida por una concentración de 100-400 μg/ml de L. corniculatus bajo condiciones in vitro. Situación similar ocurrió con el crecimiento inhibido de las bacterias proteolíticas Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminobacter amylophilus y Streptococcus bovis, por parte de TC (<600 μg/ml) Onobrychris cuneata, aunque la cepa Prevotella ruminícola fue tolerante a esta concentración de TCl, lo cual indica que algunas bacterias proteolíticas son relativamente no afectadas por los taninos (Min et ál., 2005).

Los mecanismos involucrados en la defensa de las bacterias de los taninos son la secreción de un polisacárido extracelular que impide la formación del complejo bacteria-tanino, y la formación de una capa gruesa de glicoproteína que tiene alta afinidad por los taninos (Broker et al, 1994, citado por McSweeney et ál., 2001). Debido al interés manifiesto por identificar los microorganismos tolerantes a los taninos condensados e hidrolizables, se ha logrado aislar cepas que incluyen a S. gallolyticus, cepa muy relacionada con S. bovis, Clostridium sp., provenientes de ovinos, cabras y venados (Broker et al., 2000, citado por McSweeney et ál., 2001).

En un experimento con ovinos, Min et al. (2003) observaron que cuando cambiaron la dieta de ryegrass/trébol blanco, que no contenía taninos, por una dieta de L. corniculatus (32 g TC/kg MS), la población de bacterias ruminales proteolíticas Clostriodium proteoclasticum B316, Eubacterium spp. C12b, Streptococus bovis B315 y Butyrivibrio fibrisolvens C211 decrecieron de 1,6 x 108, 2,7 x 108, 2,7 x 106 y 1,2 x 106 a 5,1 x 107, 1,5 x 108, 1,6 x 106 y 1 x 106 por ml, respectivamente, con lo cual demostraron que la acción de los TC en los forrajes reducen notablemente el crecimiento bacterial proteolítico en el rumen. Se ha sugerido que la presencia de altas concentraciones de taninos libres pueden interactuar con otro tipo de proteínas, como algunas enzimas secretadas por las bacterias del rumen, inhibiéndose, por lo tanto, la fermentación de carbohidratos en el rumen (Barry y Manley, 1986, citados por Min et ál., 2003).

De otro lado, si bien se conoce poco sobre los efectos de los TC sobre la hidrólisis de la ribulosa-bifosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco, fracción 1 de la proteína) o acerca de las actividades específicas de miroorganismos del rumen sobre el Rubisco (Min et ál., 2005), Aerts et ál. (1999, citado por Min et ál., 2003), encontraron que los TC extractados de L. corniculatus y de L. pdeunculatus (237477 μg TC/ml) protegieron fuertemente a Rubisco de la degradación por parte de los microorganismos del rumen.

Se acepta que los TC incrementan siempre el paso de la proteína de las plantas al intestino, reduciendo la absorción neta de amoniaco en el rumen, aunque ello no signifique que necesariamente la proteína sea digerida en la porción ácida del abomaso al disociarse de las proteínas en pH por debajo de 3,5. Adicionalmente, cualquier cantidad de TC que no esté ligada a la proteína de las plantas puede ligarse a enzimas endógenas y al lumen intestinal, provocando alteraciones en la absorción intestinal (Waghorn, 2007) de monogástricos, como ratas y cerdos, pero especialmente pollos; como lo demostró el estudio de Ortiz et ál. (1994, citado por Waghorn, 2007) al observar que el suministro de bajas concentraciones de TC en la dieta (1020 g/kgMS) ocasionaba acortamiento de las vellosidades intestinales, distorsión y atrofia de las mismas y proliferación de secreción mucosa, con la consecuente inhibición de la absorción de aminoácidos.

El impacto de los TC sobre la función intestinal en rumiantes no está bien dilucidado, aunque parece que los ovinos son menos sensibles a sus efectos que los monogástricos. Así, por ejemplo, Walton et al. (2001) no observaron cambios en las estructuras de las vellosidades intestinales de ovejas alimentadas durante cuatro semanas con Lotus. Sin embargo, en el estudio de Robins y Broker (2005) se observaron reducción de la actividad enzimática entre un 50% y 70%, daños abomasales y muerte de las criptas abomasales e intestinales al alimentar a ovejas durante cuatro semanas con altas concentraciones de taninos astringentes (Acacia aneura). Estos cambios sugieren que estos compuestos inhiben la capacidad de las enzimas endógenas para desdoblar las proteínas en péptidos y aminoácidos, e inhiben también su absorción, con lo cual se reducen la tasa de hidrólisis de las proteínas y la inhibición de la absorción de aminoácidos. Adicionalmente, la actividad enzimática endógena puede exceder los requerimientos para la protéolisis, pero cuando los TC se unen a la superficie de las bacterias o a las proteínas de las plantas, pueden reducir el acceso y actividad de las enzimas.

Lo anterior indica que los TC son un arma de doble filo a la hora de valorar sus bondades alimenticias, pues ellos no son digeridos por la microflora y el esqueleto carbonado no se absorbe; de esto se infiriere que altas concentraciones de taninos pueden reducir la disponibilidad potencial de MS para la digestión.

Uno de los aspectos más esclarecidos, hasta ahora, es que la respuesta de los rumiantes a dietas que contengan TC depende de su estado fisiológico o productivo (lactantes, jóvenes o adultos); la condición fisiológica afecta sus demandas nutricionales, la calidad de la dieta en su conjunto (fibra, concentración de proteína) y la astringencia de los TC. Así, en varios experimentos se observó que corderos machos jóvenes o lactantes alimentados con leguminosas templadas incrementaron su peso debido a que su organismo respondió favorablemente a las adiciones suplementarias de proteína en la dieta; en cambio no sucedió lo mismo en los animales en los que los aminoácidos no son una limitante para su desempeño (Waghorn, 2007).