Uso de modelos de formulación de dietas para las vacas lecheras en la situación actual:

Aplicación practica de resultados científicos

N.D. Luchini, Ph.D. -  Adisseo USA

“La proteína cruda de la dieta provee el nitrógeno requerido para los microorganismos ruminales y la vaca, pero las interacciones entre la

dieta, los microbios y el animal que determinan la producción de proteína animal son complejas”

Peter J. Van Soest “Nutrición Ecológica del Rumiante” 1982

Resumen

A pesar de que en los últimos años, desde el punto de vista científico, hemos adquirido conocimientos que nos ayuda a diseñar dietas mas precisas para satisfacer los requerimientos de las vacas en lactancia, la transferencia de esos conocimientos a la práctica diaria en hatos comerciales es relativamente lenta.

Desde el unto de vista practico y específicamente para el balance de amino ácido, los modelos estiman la cantidad de proteína metabolizable disponible para satisfacer los requerimientos diarios de la vaca.  Además, especifica los gramos de Lisina y Metionina disponibles; como estos son los aminoácidos que limitan la producción de leche, conocer estos valores para asegurarse que estén en la proporción adecuada es importante para optimizar la producción de leche.  Las ventajas de proveer la cantidad suficiente de estos aminoácidos en la proporción ideal son que podemos ofrecer una dieta con menor cantidad total de proteína resultando en una dieta más económica desde el punto de vista monetario y fisiológico. 

Introducción

Annison en 1956, fue uno de los pioneros en describir el metabolismo del nitrógeno de los ovinos. A partir de sus descubrimientos se han logrado muchos avances en el conocimiento de la nutrición proteica en los rumiantes.  En ese trabajo, el autor indica que la capacidad de los microorganismos ruminales de utilizar la proteína de la dieta fue reconocida por Sym en 1938 y confirmada por Pearson y Smith en 1948.  Pero no fue hasta la década de los ’70 que se reconoció la importancia que tienen los amino ácidos en limitar a la producción de leche.  Desde entonces y hasta la fecha, grupos de investigadores en distintas partes del mundo siguen estudiando las interacciones que

ocurren entre los microorganismos ruminales y la vaca.  Y solo recientemente (CNCPS, 1997, NRC, 2001) se han desarrollado modelos de computación que describen estas interacciones y permiten la incorporación de estos conocimientos en el diseño de raciones con el objetivo de maximizar la producción y hacer un uso eficiente de la proteína cruda de la ración.

Los laboratorios de análisis de forrajes determinan la  proteína en términos de proteína Cruda (PC).  La PC resulta de multiplicar en contenido de N de la dieta por 6.25 asumiendo que el contenido de N promedio de la proteína es del 16% (100/16 = 6.25).  El método de referencia para determinar el contenido de N del alimento data de 1883, publicado por Johans Kjeldhal. Desafortunadamente, no es indicativo fiel de la calidad nutricional de la proteína.  Por ejemplo, un heno de alfalfa y un silo de alfalfa pueden tener 20% de PC, pero, desde el punto de vista nutricional, las vacas que consuman estas distintas formas de alfalfa responderán con distintos niveles de producción.

La determinación del contenido de la proteína de la leche se obtiene multiplicando el contenido de N por 6.38 que es el valor promedio de N de la proteína verdadera de la leche.  Pero, como en todos los alimentos, hay distintos compuestos nitrogenados que determinan valor alimenticio de la leche.  El  % de la proteína verdadera de la leche es de importancia económica para la manufactura de quesos, ya que el rendimiento de queso por cantidad de leche depende en gran medida de la calidad de proteína verdadera de la leche.  Típicamente, la proteína verdadera de la leche es entre el 95 al 97% de la proteína cruda (PC). En promedio, la PC de la leche es de 3.1% mientras que la proteína verdadera es del 3.0%, la  diferencia entre estos dos valores es el nitrógeno no proteico y esta compuesto por amoniaco, urea, creatina, ácido úrico, ácido hipúrico, pépticos cortos y amino ácidos.  El componente mayor del nitrógeno no proteico de la leche, es nitrógeno ureico, constituyendo entre el 20 al 75% del total del nitrógeno no proteico (DePeters, 1992). 

Como podemos aumentar la cantidad y mejorar la composición de la leche?

Hay tres áreas que tienen una influencia directa en mejorar la cantidad y la composición de la leche.  La estrategia a largo plazo, es mediante el mejoramiento genético del hato.  Por otro lado, la salud del hato tiene una influencia directa sobre la producción y la calidad de la leche y la nutrición adecuada es fundamental para maximizar la eficiencia de producción.

De acuerdo a la NRC (2001) es importante alimentar la cantidad adecuada de proteína para aprovechar al máximo el potencial genético

de producción de la vaca.  Por otro lado, si sobrealimentamos proteína no solo la vaca no aumentará el volumen de leche o la cantidad de proteína producida sino que además tendrá un costo energético para eliminar el exceso de N.  Además de que podemos afectar negativamente la reproducción, el exceso de N eliminado aumenta la contaminación ambiental.

Los amino ácidos que limitan la producción de leche son  la lisina y la metionina (NRC, 2001).  El  % de estos en la proteína metabolizable es importante para maximizar la producción de proteína en la leche.  A partir de la década del ’90, los nutrologos tienen acceso a programas de computación que no solo estiman los gramos de proteína metabolizable sino que también estiman los gramos (y %) de cada amino ácido.  Estos modelos, facilitan la formulación de la dieta para ofrecer los nutrientes de acuerdo a la producción esperada.  Además, nos brindan la posibilidad de incorporar distintos ingredientes para hacer un uso efectivo y económico de los nutrientes.  Estos modelos nos ayudan a ajustar los amino ácidos de la dieta para maximizar la utilización de la proteína cruda de los alimentos de tal manera que la vaca produzca más leche y de mejor calidad nutricional.

Uso del N de la dieta por los microorganismos del rumen

El uso mas eficiente del N total ofrecido se logra cuando proveemos la cantidad y composición adecuada para los microorganismos ruminales y para la vaca.  Parte de la proteína de la dieta será utilizada en el rumen y el resto pasara al intestino donde será absorbida y utilizada por el animal.  Los microorganismos ruminales tienen la capacidad de utilizar fuentes de nitrógeno no proteicas, urea y amoniaco, como fuentes de N para formar sus propias proteínas; esta es una ventaja natural de los rumiantes, y en teoría no dependen de fuentes de proteína verdadera para su subsistencia.  Virtanen (1966) estudio la capacidad de los microorganismos ruminales de proporcionar proteína de alta calidad a partir de nitrógeno no proteico.  El ofreció dietas purificadas a vacas que contenían urea y sales amoniacales, almidón, celulosa y sucrosa de tal manera que todo el nitrógeno de la dieta provenía de fuentes no proteicas.  De esta manera, estudió la capacidad que tienen los microorganismos ruminales para transformar nutrientes simples en proteína verdadera para proveer a la vaca con los nutrientes esenciales (amino ácidos) requeridos para su mantenimiento y para soportar la producción de leche. Los resultados indicaron que los el metabolismo nitrogenado ruminal produjo suficiente cantidad de proteína microbiana tal que las vacas pudieron producir unos 12 Kg. de leche por día. Estos resultados demostraron la gran capacidad que tienen los microorganismos ruminales y la gran adaptación de la vaca para poder producir leche (proteína verdadera) a partir de fuentes de N no proteico.

A pesar que as vacas mostraron signos estruales, estas requirieron de varios servicios para quedar preñadas, además de perder el pelo en algunas partes del cuerpo indicando la importancia de ofrecer fuentes proteicas en la dieta. Estos resultados fueron pioneros en determinar los requerimientos de N por los microorganismos del  rumen y a pesar que esos resultados se publicaron hace mas de 40 años, aun hay muchas preguntas por responder respecto a la utilización y requerimiento de fuentes nitrogenadas para los microorganismos.  Actualmente se reconoce además de las fuentes de N no proteico,  los microorganismos tienen requerimientos específicos de amino ácidos y péptidos, particularmente, la población bacteriana fibrolitica.  Indirectamente, esto es una indicación que debemos balancear la dieta para alimentar al rumen y a la vaca no solo por cantidad de N sino también por calidad de compuestos nitrogenados.  El objetivo es de maximizar la producción de proteína microbiana supliendo los nutrientes requeridos para los microorganismos y hacer un uso eficiente de la dieta supliendo además las fuentes de AA requeridos por la vaca.

 

Suplemento adecuado de amino ácidos para maximizar la eficiencia de producción de leche

  Desde el punto de vista nutricional y para satisfacer los requerimientos de AA para el mantenimiento y producción, es importante suplir una cantidad adecuada de fuentes nitrogenadas parar alimentar al rumen y para suplir a la vaca con la cantidad necesaria de proteína metabolizable.  Debido a que el exceso de proteína consumido por la vaca termina siendo eliminado, es importante optimizar la cantidad y la calidad nutricional para maximizar a eficiencia de producción.  De acuerdo a la NRC (1989), a la vaca, le cuesta 7.2 Kcal. de E metabólica por cada extra gramo de N que se elimina en forma de urea además de contaminar el ambiente con el exceso de N.  Si el exceso de la proteína en la dieta es elevado, el nivel ureico en la sangre afecta negativamente la reproducción, resultando en pérdidas económicas. 

En los últimos años varios grupos de investigadores enfocaron su trabajo en determinar cual es el nivel óptimo de PC de la dieta para maximizar la eficiencia del uso del N.  Olmos y Broderick (2006), reportaron que la eficiencia del uso de la proteína de la dieta, expresado como gramos de proteína secretado en la leche en relación a los gramos de proteína consumidos se logro con la ración del 13.5 % (36.7%) y la eficiencia disminuyo linealmente con el aumento de proteína (25.5%) con la dieta del 19.4% de PC.  Los autores concluyeron que la vacas maximizaron la producción de leche con dietas entre el 16.8 y el 17.1% de PC.  En este

caso, las dietas de mayor contenido de PC suplieron un exceso de N que las vacas debieron eliminar en la orina con un costo metabólico reflejado en una menor producción de leche.

La eficiencia del uso de la proteína de la dieta además, se puede mejorar cuando el perfil de los amino ácidos de la proteína metabolizable es el mismo que el perfil de AA que la vacas requiere para satisfacer sus requerimientos. Los modelos de la NRC (2001), CPM (2008) y CNCPS (2009) estiman no solo los gramos de PM que la vaca recibe por día sino que además reportan el perfil de los AA.  Cada sistema estima los resultados basados en modelos biológicos distintos, por ende, los resultados generados difieren entre si, este concepto se debe tener en cuenta cuando se formulan dietas con cada modelo.  Schwab y asociados (2009) hicieron una comparación de las diferencias en los resultados cuando la misma dieta se cargo a los distintos modelos y generaron recomendaciones específicas para cada modelo.

    Requerimientos para maximizar el tenor proteico

 

Relación Lis:MetNRC(2001)

Lis 6.8 3.0:1Met 2.3  

CPMv.3.0.10

Lis 7.5 2.9:1Met 2.6  

AMTSv.2.1.1

Lis 6.7 2.8:1Met 2.4  

A medida que el perfil de amino ácidos de la proteína metabolizable sea más parecido a los que la vaca requiera para su mantenimiento y producción, mejor será la eficiencia de su utilización.  Si bien este concepto es reconocido y utilizado en la nutrición diaria de las aves y cerdos, la biología de los modelos de la NRC, CPM o CNCPS aun no son lo suficientemente robustos para incorporar este concepto de “eficiencia” en las dietas de las vacas en producción.  Resultando en una perdida de oportunidad de hacer un mejor uso de los ingredientes de la dieta y, en muchos casos, sobrealimentamos el tenor proteico de la ración.  Específicamente, la eficiencia metabólica de utilización de la proteína para producción de leche en los modelos actuales es constante, cuando sabemos que la eficiencia cambia de acuerdo al perfil de AA. Además, cada modelo utiliza una eficiencia distinta, el modelo de la NRC utiliza una eficiencia metabólica de utilización de la proteína para producción de leche del 67%, el CPM del 65% y el CNCPS (v.6) del 67%.  La realidad es que le eficiencia cambia de acuerdo al perfil de los amino ácidos y varia desde un 60% hasta un 70%.  Para tener una idea de que tipo de variación puede haber en esta eficiencia, resultados de trabajos de investigación revisados por Garthwaite y asociados (1998) y asociados,

fueron evaluados, los autores determinaron que la eficiencia de utilización de la proteína metabolizable destinada a la producción de leche cambio del 62% al 66%.  Piperbrink (1999), confirmo que la eficiencia cambio de 57% al 66%. Tomando como referencia al relación lisina:metionina de 2.9:1 para maximizar la producción de proteína, y analizando los resultados de acuerdo al CPM, la cantidad de lisina y metionina de la proteína metabolizable de las dietas llego a ser la ideal (2.9:1) pero, la dieta que presento una relación mas adecuada resultó en menor cantidad de lisina sobrealimentada y las vacas en ese régimen lograron ser mas eficientes.

Desde el punto de vista práctico, en estudios realizados a campo en Estados Unidos, diseñados con el objetivo de reformular las dietas para balancear los amino ácidos, las vacas responden a estos cambios.  La importancia de la incorporación de este concepto radica en que no solo podemos diseñar dietas mas específicas para suplir los requerimientos de la vaca además podemos eliminar exceso de nitrógeno en el ambiente y reducimos el costo de la dieta resultando en un mejor retorno a la inversión.  Este concepto fue estudiado bajo condiciones controladas en el hato de la Univesidad de New Hapshire.  La dieta de hato original se modificó con el objetivo de disminuir el tenor proteico de la ración, resultando en un balance negativo del total de la proteína metabolizable.  Pero los ingredientes de la dieta se cambiaron para aumentar que el % de Lisina y Metionina de la proteína metabolizable y mejorar la relación Lisina:Metionina.  El resultado fue mejorar la eficiencia metabólica de utilización de la proteína para producción de leche del 58% al 67%.  Es interesante notar que el volumen de leche producido por vaca no aumentó, pero, la cantidad de proteína de la leche aumentó del 2.87% al 3.13%  y la grasa de la leche aumentó del 3.32% al 3.78% y el nitrógeno Ureico en la leche bajó de 14.7 mg/dl y 11.4 mg/dl.  Este concepto de reformulación de dietas con el objetivo de balancear los amino ácidos de la dieta y a su vez, mantener el costo de alimentación fue demostrado en rodeos comerciales utilizando el CPM como base para reformular las dietas.

Conclusiones

Los conocimientos científicos adquiridos en los últimos 50 años se han incorporado a la biología de modelos de computación que sirven a los nutrólogos para reformular dietas, de tal manera que se mejore la eficiencia de utilización de los componentes nitrogenados de la dieta ofrecida a las vacas en producción.

 

Referencias

Annison, E.F. – 1956 – Nitrogen Metabolism in the Sheep.  Protein Digestion in the Rumen.  Biochemical Journal 64:705

DePeters, E. J. and J. D. Ferguson – 1992 – Nonprotein Nitrogen and Protein Distribution in the Milk of Cows. J. Dair y Sci. 75:3192

Garthwaite, B. D., C. G. Schwab and B. K. Sloan. - 1998 – Amino Acid Nutrition of the Early Lactation Cow. Cornell Nutrition Conference.  Rhone Poulenc Animal Nutrition Pre-Conference Symposium

National Research Council – 2001- Nutrient Requirement of Dairy Cattle. Seventh Edition

Olmos Colmenero, J. J. and G. A. Brodeick – 2006 – Effect of Dietary Crude Protein Concentration on Ruminant Nitrogen Metabolism in Lactating Dairy Cows.  J. Dairy Sci. 89:1694

Pipenbrink, M.S., C. G. Schwab, B. K. Sloan and N. Whitehouse. – 1999 – Importance of Dietary Concentrations of Absorbable Lysine on Maximizing Milk Protein Producion of Mid Lactation Cows. J. Dairy Sci. 82: (Suppl. 1):93 (Abstr.)

Schwab C., N. Whitehouse, D. Luchini, T. Tylutki, and B. Sloan  - 2009 -Comparison of Optimal Lysine and Methionine Concentrations in Metabolizable Protein Estimated by the NRC (2001), CPM-Dairy (v.3.0.10) and AMTS.Cattle (v.2.1.1) Models – J. Dairy Sci. 2009 In Press.

Virtanen, A. – 1966 – Milk Production of Cows on Protein Free Diets.  Science. September 1966 page 1603