Importancia de la diferencia catión-anión en la alimentación






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Importancia de la diferencia catión-anión en la alimentación

FECHA DE PUBLICACIÓN:  29/11/2006

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AUTOR:  Andrés L. Martínez Marín, Veterinario

INTRODUCCIÓN.

Los avances en la alimentación de rumiantes han permitido una mejor estimación de las necesidades y aportes de los nutrientes: proteína, carbohidratos, grasa, vitaminas y minerales. El esfuerzo investigador para dividir los nutrientes “mayores” en subgrupos ha hecho posible que la formulación de las raciones sea más precisa por un mejor conocimiento de las interrelaciones entre los diferentes subgrupos.

En el caso de los minerales, la variedad de componentes que integran el grupo y la diversidad de funciones biológicas en las que participan ha dificultado la  estimación precisa de los aportes necesarios de cada uno de ellos, y sobre todo, el conocimiento de los efectos que sus interrelaciones tienen en el organismo animal. Hoy en día aún se agrupan los minerales en dos grandes grupos: macro y microminerales; esta división está basada en la concentración de los minerales en el organismo animal y carece de significado biológico, no aportando ninguna información válida para la formulación de raciones.

El concepto de la diferencia o balance catión-anión de la dieta (DCAD) ha supuesto un avance en el  conocimiento de los efectos fisiológicos que las interrelaciones entre los minerales tienen en el organismo animal y ha ayudado a la mejora de la productividad y a la prevención de trastornos metabólicos de elevado costo económico en el ganado vacuno lechero.

FUNDAMENTOS DE LA DIFERENCIA CATIÓN-ANIÓN.

Las interrelaciones entre los minerales sodio (Na) y potasio (K) –cationes- y el cloro (Cl) –anión-, pueden expresarse como su balance en el organismo animal. La premisa básica es que los tejidos vivos son eléctricamente neutros y que el equilibrio ácido-básico está determinado por la ingestión y excreción de estos iones que se denominan “iones fijos” ya que no pueden ser metabolizados a compuestos inferiores.

La DCAD de los alimentos o de las raciones se calcula en miliequivalentes por kilo o por 100 gramos de materia seca según la ecuación general (Na + K) – (Cl). Los iones están expresados en miliequivalentes. La conversión de porcentaje a miliequivalentes es: (%Na/0.023  +   %K/0.039)  -  (%Cl/0.0355), y el resultado vendría dado en miliequivalentes por cada 100 gramos de materia seca. El ión sulfato, aunque no es un ión fijo, puede acidificar directamente los fluidos orgánicos y alterar el equilibrio ácido-básico si se incorpora en altas proporciones en la ración. Por ello, el ión sulfato debe incorporarse en la ecuación anterior si se añade deliberadamente a la ración (p. ej. en raciones de vacas secas).

La elección de estos minerales particulares (Na, Cl, K) para el cálculo de la DCAD, es debida a su participación en el balance osmótico del organismo, equilibrio ácido-básico e integridad de los mecanismos de transporte de las membranas celulares. Se entiende que el cálculo es válido cuando los minerales se encuentran en la ración en valores normales, ni deficientes ni tóxicos. Para la manipulación de la DCAD se utilizan sales minerales: bicarbonato sódico  y potásico, fosfato sódico, sulfatos y cloruros de calcio, de magnesio o de amonio, etc.

Un concepto que origina confusión es  que los aniones forman residuos ácidos (es decir, son acidogénicos), y que los cationes originan residuos alcalinos (es decir, son alcalogénicos). Sin embargo, este concepto es erróneo: ej. el ión fosfato (HPO4=) y el ión amonio (NH4+) actúan como donantes de protones aunque  uno es un anión y otro un catión; igualmente no hay reacciones en las que el sodio o el potasio formen álcalis, no obstante estos iones, al igual que el cloro y el sulfato, afectan indirectamente a la concentración de iones hidrógeno (H+) en el organismo a través de los sistemas tampón orgánicos, la función renal y la respiración celular.

Por tanto, la DCAD, tal como es descrita por la ecuación (Na + K) – (Cl), no determina las propiedades acidogénicas o alcalogénicas de una ración o un alimento pero se puede utilizar para valorar el efecto que la absorción y el metabolismo de los iones considerados tienen sobre los sistemas tampón, la función renal y la respiración celular.

INFLUENCIA DEL EQUILIBRIO IÓNICO EN LOS PROCESOS METABOLICOS.

La influencia de los iones sobre los procesos metabólicos es compleja pero su conocimiento es necesario para comprender el efecto que la alteración de la DCAD tiene sobre los resultados productivos y estado sanitario de los animales. A continuación se resumen los cinco procesos metabólicos en que los iones influyen directa o indirectamente.

A) La bomba de sodio-potasio.

Este mecanismo celular mantiene constantemente altos niveles de potasio y bajos niveles de sodio dentro de la célula, el proceso requiere energía en forma de adenosín-trifosfato (ATP). De hecho, se estima que este proceso supone el 40% del gasto energético celular. La bomba de sodio-potasio funciona constante e independientemente de otros procesos metabólicos. El transporte de iones a través de la membrana celular se hace en conjunción con el transporte de glucosa al interior de la célula (figura I). Considerando que la glucosa es la principal fuente de energía celular, es obvio que la ralentización de la bomba impedirá que la célula funcione a su máxima capacidad. Esto es particularmente importante en las células de la glándula mamaria donde se requieren elevadas cantidades de glucosa para la síntesis de lactosa. Es evidente que la presencia de un catión en exceso sobre el otro provocará una reducción del mecanismo de bombeo, lo que ahorrará energía a la célula pero simultáneamente obtendrá menor cantidad de glucosa, o aumentará la velocidad de bombeo por encima del nivel óptimo con el consiguiente derroche de energía.

Figura I / ESQUEMA DE LA BOMBA DE SODIO-POTASIO



B) La excreción renal de sodio y potasio.

En el riñón se conserva potasio a expensas de la eliminación de sodio. El exceso de un catión frente al otro puede provocar deficiencia inducida. Por ejemplo, si el potasio se encuentra en exceso, el riñón eliminará sodio creando una deficiencia a pesar de que el sodio se encuentre en la ración en cantidades adecuadas. En esta circunstancia, un déficit de cloro agravará aún más el problema ya que se requiere cloro para la eliminación renal de potasio en exceso.

C) El equilibrio ácido-básico de la sangre.

En el intestino delgado se absorbe cloro, cuando está en exceso sobre el sodio, por intercambio con el ión bicarbonato (HCO3-) para mantener la neutralidad eléctrica. Si la presencia de sodio es insuficiente para permitir la absorción de cloro y sodio en cantidad eléctricamente neutra, ocurrirá un excesivo paso de bicarbonato desde la sangre a intestino para compensar la absorción de cloro, que creará un estado de acidosis metabólica. Alternativamente, existe la posibilidad de intercambiar el sodio ingerido por el ión hidrógeno (H+) de la sangre cuando el sodio está en exceso sobre el cloro. Esta situación puede producir alcalosis metabólica. De hecho, el efecto alcalogénico de un exceso de sodio puede afectar negativamente a los animales si no está equilibrado con el cloro, esta situación es corriente cuando se añade bicarbonato sódico (NaHCO3) a las raciones de vacas lecheras sin alterar el aporte de sal (ClNa) para compensar el aporte extra de sodio.

D) La función renal.

Figura II / FUNCIÓN RENAL





La movilización de ión hidrógeno en los túbulos proximales del riñón así como su excreción al filtrado glomerular y la formación de  amoniaco  en los túbulos distales, dependen de la reabsorción de sodio para compensar eléctricamente la reabsorción de bicarbonato desde las células tubulares a la sangre. Cuando existe acidosis leve en los fluidos extracelulares, los riñones conservan bicarbonato por reabsorción, lo contrario es cierto en caso de alcalosis. Si el cloro se encuentra en exceso en el filtrado glomerular, ocurrirá intercambio del mismo con el bicarbonato intracelular para la absorción de Cl-Na+, en consecuencia se reduce el paso de bicarbonato a la sangre. Por esto, un exceso de cloro impedirá que el organismo pueda reabsorber bicarbonato para contrarrestar una situación de acidosis leve.

E) La respiración celular.


Figura III / CAMBIO MINERAL DE LOS ERITROCITOS DURANTE LA RESPIRACIÓN.



El principal tampón de la sangre es la sal potásica de oxihemoglobina (KHbO2) presente en el interior de los eritrocitos. El dióxido de carbono producido en el metabolismo tisular reacciona con agua para formar ácido carbónico (H2CO3) dentro de los eritrocitos. Parte del ácido carbónico pasa al plasma y el resto reacciona con la sal potásica de oxihemoglobina para formar bicarbonato con la liberación de oxígeno y potasio. El bicarbonato es intercambiado por cloro presente en el plasma sanguíneo, formándose bicarbonato sódico en el plasma y cloruro potásico en el interior de los eritrocitos, para mantener la neutralidad. La reacción es reversible en el pulmón donde el cloro retorna a la sangre liberando al potasio que forma nuevamente sal potásica de oxihemoglobina, el cloro neutraliza al sodio sanguíneo liberado cuando el bicarbonato reentra a los eritrocitos para la eliminación del dióxido de carbono. El desequilibrio de los iones puede originar alcalosis o acidosis por insuficiente intercambio de bicarbonato y ácido a través de la membrana de los eritrocitos.

RESPUESTA DE LAS VACAS LACTANTES A LA MANIPULACIÓN DE LA DCAD.

Con todo lo anteriormente expuesto es aparente que la mayor influencia de la DCAD es en la regulación del equilibrio ácido-básico. Este efecto no puede ser medido con el pH de la sangre porque éste es la suma de las reacciones totales del organismo y está altamente tamponado. La modificación del estado ácido-básico activa los mecanismos compensatorios orgánicos favoreciendo cambios fisiológicos que nos pueden interesar desde el punto de vista productivo.    

La influencia de la manipulación de la DCAD en vacas lactantes es diferente según exista o no una situación de  estrés por calor.

1) Efecto de la DCAD cuando no hay estrés por calor.

La manipulación de la DCAD afecta diversos parámetros productivos y fisiológicos de las vacas lactantes. El aumento de la DCAD por manipulación del contenido en sodio, potasio o cloro (cuadro I) aumenta el consumo de materia seca y la producción de leche. La producción de grasa  no es modificada. La producción de proteína aumenta ligeramente. El pH ruminal aumenta linealmente sin que se altere el patrón  de fermentación. El pH de la sangre tiende a aumentar debido a la pérdida de protones (H+) a nivel intestinal para compensar la mayor absorción de sodio y potasio. El pH urinario aumenta de forma lineal primero y luego de forma cuadrática. Desde el punto de vista fisiológico, el aumento del pH plasmático más allá de cierto punto conlleva el aumento del pH urinario ya que,  para el mantenimiento de la homeostasis, el organismo compensa la pérdida de ácido en la sangre y la alteración de la relación bicarbonato a dióxido de carbono, aumentando la excreción renal de bicarbonato. Las concentraciones de sodio y potasio en la sangre no son significativamente afectadas por la DCAD, este fenómeno asociado a una mayor presencia de estos cationes en la orina y a una menor concentración de cloro en la sangre sugiere que ocurre una mayor excreción de cationes en la orina que se acompaña  de la pérdida de cloro para mantener la neutralidad eléctrica a nivel renal. El hecho de que la respuesta sea igual, independientemente del ión manipulado, sugiere que la respuesta observada es achacable enteramente a la diferente DCAD de las raciones. Parece ser que la máxima ingesta de materia seca, producción de leche y producción de leche corregida al 4% de grasa se obtiene con una DCAD de +38 meq/100 gramos de materia seca, no obstante, la magnitud de la respuesta es pequeña entre +25 y +50 meq/100 gramos de materia seca (figura IV).

Cuadro 1 / EFECTOS DE LA DCAD SOBRE DIVERSOS PARAMETROS  EN VACAS LACTANTES

 

 

             DCAD = (Na + K) - Cl,   meq/100 gr ms

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-10

0

10

20

 

 

 

 

 

 

 

 

IMS KG/DIA

 

16.8 a

18 b

18.3 b

18.6 b

 

 

 

 

 

 

 

 

LECHE KG/DIA

18.5 a

19.5 a

19.6 ab

20.1 b

 

 

 

 

 

 

 

 

GRASA KG/DIA

0.71

0.71

0.72

0.76

 

 

 

 

 

 

 

 

PROTEINA KG/DIA

0.6 a

0.66 b

0.65 ab

0.65 ab

 

 

 

 

 

 

 

 

pH SANGRE

 

7.34 a

7.38 a

7.42 b

7.43 b

 

 

 

 

 

 

 

 

HCO3 SANGUINEO meq/l

19.3 a

21.1 b

22.2 c

23.2 c

 

 

 

 

 

 

 

 

PRESIÓN DE CO2 mmHg

34.4 a

37.1 b

35.5 ab

36.3 ab

 

 

 

 

 

 

 

 

pH ORINA

 

6.1 a

6.1 a

6.4 a

7.6 b

 

 

 

 

 

 

 

 

ACETATO RUMINAL %

61

64

63.5

63.2

 

 

 

 

 

 

 

 

PROPIONATO RUMINAL %

24.6

21.2

22

22.3

 

 

 

 

 

 

 

 

BUTIRATO RUMINAL %

11.5

11.9

11.4

11.1

 

 

 

 

 

 

 

 

ISOVALERATO RUMINAL %

1.5 a

1.7 a

1.7 a

2.0 b

 

 

 

 

 

 

 

 

A.G.V. TOTALES mmol/l

104.9 b

98.3 ab

91.5 a

94.8 ab

 

 

 

 

 

 

 

 

pH RUMINAL

 

6.45 a

6.63 ab

6.73 b

6.76 b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(LOS VALORES CON DIFERENTE LETRA INDICAN UNA DIFERENCIA SIGNIFICATIVA, p<0.05)

 

 

 

 

 

 

 

(DE TUCKER ET AL. 1988)

 

 

 

 

 
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