FISIOLOGIA DEL RUMEN

Ana Ramos Fisiologa/Fisiologa Animal 2008 Facultad de Ciencias

INTRODUCCIN SISTEMA DIGESTIVO DE LA VACA ECOSISTEMA MICROBIANO RUMINAL DIGESTIN RUMINAL IMPORTANCIA DE LOS PRODUCTOS FINALES DE LA DIGESTIN RUMINAL PARA EL HESPED RESUMEN BIBLIOGRAFA

1-INTRODUCCIN
Rumiantes: herbvoros Preestmagos: retculo, rumen y omaso. Abomaso equivale al estmago de los monogstricos Retencin pregstrica de los alimentos y fermentacin por microorganismos simbiticos (bacterias, hongos, protozooos).

2-SISTEMA DIGESTIVO DE LA VACA

DeCullison & Lowry, Alimento y alimentacin(1987).

Anatoma de los preestmagos

1 Retculo 2 Rumen (saco craneal) 3 Rumen (saco dorsal) 4 Rumen (saco ciego dorsal) 5 Rumen (saco ventral) 6 Rumen (saco ciego ventral) 7 Omaso 8 Abomaso 9 Orificio retculo-omasal 10 Cardias 11 Pliegue retculoomasal 12 Pilar craneal 13 Pilar longitudinal 14 Pilar caudal 15 Pilar coronario dorsal 16 Pilar coronario ventral

2.1-RETCULO-RUMEN
60-90% de la digestin del alimento ocurre en este compartimento. Ataque microbiano de alimentos (20 a 48 h). Fermentacin: metabolitos microbianos (sntesis de protena microbiana).

Rumen
Capacidad: 7075% del total del tubo digestivo. Superficie interior: epitelio crneo papilado (absorcin de AGV y NH3) Se conecta al retculo.

Retculo
Mucosa reticulada, papilas absorbente. Circulacin de partculas; inicia contracciones, motricidad de reservorios pregstricos.

Retculo
Hacia atrs conecta con el omaso por el orificio retculo-omasal (ORO). Alimentos disminuyen de tamao en el rumen; enzimas microbianas, masticacin, rumia (varias horas). Para salir por el ORO el tamao de partcula <1-2mm y densidad >1,2g/ml.

2.2-OMASO
Redondeado. Superficie interna: epitelio queratinizado, papilas. Reabsorcin de agua, minerales (Na y P) y AGV residuales.

2.3- ABOMASO
Libera pepsina y cido para la tpica digestin proteica.

3- ECOSISTEMA MICROBIANO RUMINAL

Rumen, fermentador continuo que aloja una poblacin bacteriana de varias especies, hongos y protozoos. Poblacin bacteriana: 109-1010 clulas/ml de contenido ruminal. Protozoos: 1 milln/ml Hongos anaerobios: 103 106 hongos/ml Digesta ruminal: aprox 100Kg.

3.13.1- Bacterias anaerobias estrictas

+ de 200 especies y + de la mitad de la biomasa microbiana total. Por el sustrato que degradan: Por su reparticin en el Celulolticas rumen: Hemicelulliticas bacterias adheridas a Amilolticas partculas (SAB) Sacarolticas bacterias libres en el lquido Proteolticas (LAB) Lipolticas bacterias fijadas a la pared Metanognicas del rumen (flora epimural). bacterias que utilizan los cidos bacterias que utilizan AA como fuente de energa (Hungate, 1966).

 son SAB, ej las celulolticas que atacan paredes celulares intactas del alimento. Bacterias celulolticas; requerimientos especficos de NH3, esqueletos carbonados, P, S, AGV (isobutrico, isovalrico, metilbutrico) y oligoelementos. Sntesis de protena a partir de NH3. Complementariedad; los AGV necesarios para las bacterias celulolticas son producidos por otras bacterias que nos lo utilizan; las bacterias celulolticas no utilizan glcidos simples de la hidrlisis de la celulosa y hemicelulosa sino que las fermentan otras bacterias.

 Competencia. Equilibrio entre especies: depende de la dieta y pH creado por la fermentacin. Equilibrio dinmico. Gran parte de las bacterias del rumen pasan al retculo y al abomaso libres en el lquido o fijadas a pequeas partculas de alimentos. A mayor cantidad de elementos degradables en el rumen, mayor actividad digestiva, mayor rapidez de multiplicacin, mayor densidad bacteriana en rumen y ms masa bacteriana escapa del rumen.

3.2- Protozoos
Mayora ciliados anaerbicos, algunos flagelados. Mayora utiliza su almidn de reserva que fermentan lento. Ciliados: celulolsis, rol importante en protelisis del alimento y de bacterias. Su principal fuente de N son las bacterias (fagocitosis). Secuestrados en rumen, aportan no ms del 20% de protena microbiana que sale del rumen. Experimentos de defaunacin.

3.3- Hongos
Anaerbicos estrictos. 5 gneros distintos. Rol importante en la celulolsis; se fijan a tejidos vasculares de tallos y hojas, desarrollan un micelio dentro de los tejidos a partir de las fracturas causadas por la masticacin o por orificios naturales como estomas. Fermentan los monosacridos resultantes (fructosa, glucosa, xilosa) de la degradacin de las paredes celulares.

4- DIGESTIN RUMINAL
4.1- Motricidad ruminal Circuitos de contracciones obligatorios. Contracciones principales o primarias y contracciones secundarias.

Esquema del rumen y del retculo en un plano vertical y horizontal. Las flechas indican el movimiento del contenido ruminal (Waghorn et Reid, 1977).

Contracciones primarias: nacen en el retculo duran 4 seg ritmo 1,5/min durante la comida y 1/min resto tiempo. se dirigen hacia parte posterior del rumen se siguen de contracciones secundarias. Contracciones secundarias: parten del fondo ventral del rumen se desplazan opuesto a las primarias.

 Al terminar una contraccin primaria, inmediatamente se inicia una secundaria, forman un ciclo que se repite de 1 a 3 veces/min, mayor frecuencia durante la alimentacin. Las contracciones estn controladas por el SNC (nervio vago); pero las condiciones dentro del rumen como el pH pueden afectar significativamente la motilidad. Para qu las contracciones?: para mezclar el alimento, eliminar gases producidos (eructo) y propulsor del contenido ruminal.

 Rumen: regiones segn su densidad. Los slidos se mueven lento en el rumen pero el agua circula rpido. Las contracciones hacen que el material liviano quede arriba y el denso y pequeo caiga en el retculo y en el saco craneal del rumen hasta ser eyectado a travs del ORO.

 El flujo de alimento y de lquidos implica que el rumen se vaca por: 1-Destruccin casi total de los tejidos con paredes no lignificadas y evacuacin de productos terminales de fermentacin (absorcin y eructacin). 2- Evacuacin hacia delante en el tracto digestivo de partculas fibrosas no degradadas.

4.2- Masticacin y rumia

Masticacin: y deglucin de fragmentos con saliva y arrastre hacia atrs en el rumen por contracciones reticulares causa la hidratacin del alimento, +densidad y tamao. Rumia: sucesin de ciclos, < 1min. Inicia con una contraccin suplementaria del retculo segundos antes de la contraccin primaria.

www.delaval.es

 Rumia:

Un bolo del contenido reticular o del saco craneal del rumen es aspirado en el esfago y remonta a la boca por peristalsis reversa. Se mastica y reingiere. Masticacin

intensa. Para que sirve la rumia? Reduce tamao de partcula, aumenta superficie expuesta a microorganismos, aumenta densidad y se agrega saliva. Aumenta probabilidad de escape del rumen atravesando el ORO.

 Saliva: 40 a 150L /da segn alimento que consuma. Tiene 2 funciones importantes; buffer de pH ruminal (acidosis) y evitar la espuma en el rumen (hinchazn). Meteorismo.

Novillos en pastoreo de alfalfa o rumiando. Lofgreen et al., J Animal Sci 16:773, 1957

4.3- Fermentacin ruminal

Fermentacin microbiana convierte glcidos en AGV, cido lctico y etanol; retienen la mayor parte de energa de los sustratos.

http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/glossary.html

 Endocelulasas: enlaces 1-4 glucosa internos en cadenas lineales. Polmeros parietales por degradacin dan osas que se fermentan en anaerobiosis dando AG de cadena corta y gas. Microorganismos obtienen ATP y C. Energa potencial disponible para el rumiante: microorganismos y productos de fermentacin.

Productos finales de la digestin ruminal.

1glucosa 2acetato+2CO2+8H 1glucosa 1butirato+2CO2+4H H inhibe crecimiento celulolticas CO2+8H CH4+2H2O A menor pH +c. propinico y lctico 1glucosa+4H 2propionato (consume H) 1glucosa+H lactato Balance final: glucosa ATP+AGV+AA (protena microbiana)

Variacin de proporcin C2/C3+C4 Dieta basada en forrajes

Dieta alta en granos o concentrado

4.4- Fermentaciones celuloltica y amiloltica

Orgen; condiciones ruminales totalmente diferentes de acuerdo a la dieta. Saliva alcalina; buffer de pH pH normal del rumen 6,2-6,5. Bacterias celulolticas; pH aprox 6,5. Bacterias amilolticas, pH<5,5.

 Dieta rica en forraje: hay mucha fibra y mayor masticacin y rumia, se secreta saliva con accin buffer de pH, el pH sube y aumentan las bacterias celulolticas generndose una fermentacin actica. Dieta rica en granos; pH bajo; bacterias amilolticas, fermentacin da propinico y lctico.
Instituto Babcock

Esquema del metabolismo de los carbohidratos.

FORRAJE GRANOS RUMEN: AGVs, NH3, GAS, OSAS, ENERGA AA BUTIRATO, ACETATO, PROPIONATO, LACTATO GLUCOSA ACETATO CETONAS MSCULO: PROTENAS, ENERGA GLUCOSA ACETATO CETONAS GLNDULA MAMARIA: LACTOSA, GLUCOSA GRASA ACETATO, CETONAS AG.CORTOS TEJIDO ADIPOSO: TG Y ENERGA HIGADO: METABOLISMO LPIDOS Y PROTENAS INTESTINO: ALMIDN, GLUCOSA GLUCOSA HECES: FIBRA Y ALMIDN NO DIG

Esquema del metabolismo del N

FORRAJE GRANOS RUMEN: PROTENAS (DIETA Y MICROBIANA), AA, NNP, NH3 AA NH3 RECICLAJE DE UREA POR SALIVA Y SANGRE AA MSCULO Y OTROS TEJIDOS: PROTENAS UREA RIN: UREA EXCRETADA EN ORINA HIGADO: AA, NH3, UREA, PROTENAS HECES:N INTESTINO:PROTENA BY-PASS Y MICROBIANA; MICROBIANO METAB N UREA Y DIETA

UREA, AA GLNDULA MAMARIA: UREA, PROTENA LCTEA

4.5- Utilizacin de nitrgeno no proteico

N no proteico (NNP): protenas microbianas, fuente de AA requeridos por el animal. Bacterias y protozoos degradan protenas a NH3. El NH3 en exceso se absorbe en pared ruminal, pasa a hgado y se elimina en el rin como urea. Parte de urea se recicla en rumen va saliva y sangre; otra parte pasa al intestino. La protena alimentaria no degradada en rumen (protena de by-pass) llega hasta el intestino delgado y se digiere como en monogstricos. Urea y sales amoniacales.

 Mec de transformacin de NH3 a AA en las bacterias: NH3 incorporado como amida en glutamina o asparagina y se usan para aminar el -cetoglutarato en glutamato. Sntesis de alanina y aspartato; otros AA por transferencia de aminas. Los AA se utilizan para sintetizar protena microbiana y cidos nucleicos. Protozoos usan AA libres, bacteriano y de protenas vegetales poco degradadas para asegura su crecimiento.

4.6- Esquema del metabolismo lipdico

FORRAJE GRANOS RUMEN: DEGRADACIN, BIOHIDROGENACIN; SNTESIS AGVs, LPIDOS MICROBIANOS INTESTINO: AG SATURADOS, LPIDOS BACTERIANOS LIPOPROTENAS RICAS EN TG HIGADO: METABOLISMO LPIDOS LIPOPROTENAS RICAS EN TG TEJIDO ADIPOSO: TG Y ENERGA LIPOPROTENAS POBRES EN TG HECES: LPIDOS NO DIGERIDOS

BUTIRATO, ACETATO, PROPIONATO, LACTATO

LIPOPROTENAS RICAS EN TG GLNDULA MAMARIA: GRASA LCTEA

4.7- Vitaminas
En el rumen se sintetizan las vitaminas: del grupo B (B1, B2, B6 y B12) vitamina K cido nicotnico Nicotinamida cido pantotnico Biotina cido para-aminobenzoico cido lipoico cido flico. Rara vez casos de deficiencias de ellas.

5- IMPORTANCIA DE LOS PRODUCTOS FINALES DE LA DIGESTIN RUMINAL PARA EL HESPED 5.1-AGV como fuente de energa 5.1energ Los AGV de la degradacin de los glcidos son la principal fuente de energa de los rumiantes. En el rumen atraviesan su pared y se transportan por las venas ruminales hasta la vena porta y pasan al hgado.

 El butirato pasa a -hidroxibutirato en la pared ruminal. Neoglucognesis heptica a partir de propionato. Los AGV son utilizados para sintetizar la grasa y la lactosa de la leche.

5.2- Protena microbiana

La mitad del N total que llega a intestino delgado es microbiano; a veces ms segn el nivel de protenas de la dieta. Sntesis de protena microbiana en rumen depende de ATP disponible; reciclado de urea. Protena microbiana+ protena alimentaria se digieren en intestino delgado. Protena microbiana es de alta digestibilidad (aprox 80%) y AA equilibrados.

6- RESUMEN
Contenido ruminal constante, fermentador contnuo de microorganismos anaerbios. Concentracin de agua alta: 85-90%. T constante: 39 a 40 C. pH 6 a 7 tamponado por aporte regular de saliva. P osmtica cercana a la sangunea. Aporte regular de agua y nutrientes por ingestin y rumia.

 Eliminacin contina de productos del metabolismo: absorcin, pasaje a parte posterior de tubo digestivo y eructos. Atmsfera gaseosa constante en el saco dorsal del rumen Mezcla permanente por contracciones peridicas de la pared y por la rumia. Medio particularmente bien adaptado al desarrollo de un ecosistema anaerobio de bacterias y protozoos principalmente.

 Una buena actividad del rumen es esencial para lograr maximizar la utilizacin de la energa de los vegetales de la dieta. Principal mecanismo de digestin de alimentos: la celulolsis. Eficaz degradacin de los glcidos parietales.

BIBLIOGRAFA
Babcock Institute for International Dairy Researchand Development. Dairy Essentials. University of Wisconsin Madison. Lofgreen et al., J Animal Sci 16:773, 1957. Obispo,N. 1992. Los hongos anaerbicos del rumen. Zootecnia Tropical, 10(1):91-107. Van Soest, P. J. 1994. Nutritional ecology of the ruminant. Ed. P. Van Soest, Cornell University Press, United States of America. 476 pp. http://www.delaval.es/Dairy_Knowledge/EfficientF eeding/Basic_Physiology.htm http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/di gestion/herbivores/ferment.html

MUCHAS GRACIAS!!!