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UNVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE VETERINÁRIA E ZOOTECNIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA ANIMAL
SEMINÁRIO APLICADO
NITRATO NA NUTRIÇÃO DE RUMINANTES
Ernane Peixoto de Araújo
Orientador: Juliano José de Resende
Fernandes
GOIÂNIA
2011
ii
ERNANE PEIXOTO DE ARAÚJO
NITRATO NA NUTRIÇÃO DE RUMINANTES
Trabalho apresentado a disciplina de
Seminários aplicados do Curso de
Mestrado em Ciência Animal da
Escola de Veterinária e Zootecnia da
Universidade Federal de Goiás.
Área de Concentração:
Produção Animal
Linha de Pesquisa:
Metabolismo nutricional, alimentação
e forragicultura na produção animal.
Orientador:
Juliano José de Resende Fernandes
Comitê de Orientação:
Profº Dr. Milton Luiz Moreira Lima
GOIÂNIA
2011
iii
SUMÁRIO
SUMÁRIO........................................................................................................... iii
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................... iv
LISTA DE TABELAS .......................................................................................... v
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 1
2. REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................ 4
2.1. Fermentação ruminal ............................................................................ 4
2.2. Efeito do nitrato na fermentação ruminal ............................................... 9
2.3. Metahemoglobinemia .......................................................................... 12
2.4. Produção animal com o uso do nitrato ................................................ 17
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................... 20
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 21
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Ramificações da fermentação bacteriana ruminal.............................. 6
Figura 2: Efeito do tempo de fermentação sobre a concentração de gás metano. .............................................................................................. 10
Figura 3: Efeito do tempo de fermentação sobre a concentração de gás metano (a), e a comparação entre o nitrato de cálcio e a uréia sobre a produção de metano (b). ...................................................... 11
Figura 4: Formação de metahemoglobina e redução na capacidade de transporte de oxigênio no sangue de novilhas prenhez alimentadas com 0,7 g de nitrato/kg de peso corporal........................................... 14
Figura 5: Concentração no tempo de nitrito intraruminal de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. ..... 15
Figura 6: Concentração de nitrito sanguíneo, no tempo, de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. ..... 15
Figura 7: Concentração de metahemoglobina sanguíneo, no tempo, de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. ...................................................................................... 16
v
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Consumo de matéria seca (CMS), produção de leite e teores de
gordura e proteína do leite. ............................................................. 17
Tabela 2: CMS, produção de leite corrigida (PLC), % de gordura de proteína
do leite, produção de gordura e proteína, e nitrogênio uréico do
leite (NUL), de vacas leiteiras alimentadas com uréia ou nitrato. .... 18
1
1. INTRODUÇÃO
Ruminantes são animais capazes de utilizar carboidratos estruturais
como fonte de energia e compostos de origem não protéica como fonte de
nitrogênio. Essa característica é proveniente do processo evolutivo, que conferiu a
esses animais estruturas anatômicas próprias para a realização do processo de
fermentação. A fermentação ruminal é o resultado da atividade física e
microbiológica, que converte parte dos componentes da dieta em ácidos graxos
de cadeia curta (AGCC), proteína microbiana (Pmic), vitamina k e do complexo B,
metano, dióxido de carbono e amônia. Contudo, a fermentação ruminal é
dependente: da manutenção das características do rúmen (anaerobiose,
temperatura, pressão osmótica e equilíbrio iônico); da disponibilidade constante
de substratos para a microbiota; e ainda, da capacidade do rúmen de remover os
subprodutos da fermentação (AGCC, células microbianas e resíduos não
digeridos).
As células microbianas, resultantes do processo fermentativo,
fornecem a maioria dos requisitos do animal em aminoácidos essenciais, após
serem absorvidos no intestino delgado. Enquanto que, os AGCC formados e
absorvidos no rúmen fornecem a maior parte do requerimento energético do
animal. Entretanto, no processo fermentativo há formação do metano, a partir da
atividade de bactérias metanogênicas, o que se traduz em uma fonte de perda de
energia. Segundo KOZLOSKI (2009) cerca de 18% da energia resultante do
processo fermentativo é perdida na forma de metano.
A produção de metano no rúmen apesar de ser uma fonte de perda de
energia, é um fator primordial para manutenção e eficiência desse ecossistema,
que depende de um baixo potencial redox, essêncial para a fermentação
anaeróbica. As reações envolvidas nas vias de degradação de carboidratos e
proteínas geram co-fatores oxidados, que podem inibir a fermentação caso não
sejam reduzidos. Nesse processo, o H2 presente no fluido ruminal é utilizado para
reduzir o CO2 a metano. De maneira que, quanto mais H2 é retirado do meio,
maior proporção de NADH é oxidado e maior é o rendimento de acetato e de
ATP. Ao contrario, se o H2 não fosse drenado pelas metanogênicas, ele iria se
2
acumular no meio ruminal, impedindo a reoxidação do NADH e, desse modo,
impedindo também a continuidade do catabolismo intracelular. A conseqüência
seria a morte bacteriana e cessamento da fermentação ruminal.
Diante disto observa-se a importância da formação de metano no meio
ruminal. Porém, além de ser uma fonte de perda de energia da dieta, ele é um
dos principais gases contribuintes para o efeito estufa. WRIGHT & KLIEVE
(2010), relatam que os ruminantes emitem aproximadamente 61 milhões de
toneladas por ano, sendo que, segundo KLIEVE (2009), esse valor contribui com
cerca de 28% do total de emissões de metano na atmosfera. Devido a isso, é de
suma importância que as pesquisas busquem alternativas para reduzir essa
emissão sem que haja prejuízos na produção dos ruminantes.
Neste sentido, tem-se a possibilidade da utilização do nitrato como
aceptor de elétrons. De maneira que no processo de conversão do nitrato a
amônia, os microrganismos utilizam oito elétrons, com isso, esse processo pode
se tornar a principal rota de dissipação de hidrogênio no rúmen, caso a
quantidade de nitrato seja suficiente para manter a fermentação ativa. Assim,
cada mol de nitrato reduzido pode diminuir a produção de um mol de metano, em
conseqüência ocorrerá a diminuição de substratos para redução de CO2 a
metano, pelas bactérias metanogênicas. Além do mais, a amônia formada a partir
redução do nitrato é uma fonte de nitrogênio para os microrganismos do rúmen,
assim, pode-se substituir parte do nitrogênio da ração pelo nitrogênio oriundo do
nitrato.
O principal processo de conversão do nitrato a amônia passa
primeiramente pela redução do nitrato a nitrito, e finaliza com a redução do nitrito
a amônia. Quando os microorganismos reduzem nitrato a nitrito acima da
capacidade de redução de nitrito a amônia, ocorre o acumulo desse intermediário
no rúmen. Esse intermediário é facilmente absorvido através da parede ruminal e,
no sangue, ele se liga a hemoglobina, formando metahemoglobina que é incapaz
de transportar oxigênio aos tecidos. A condição resultante, metahemoglobinemia,
é um estado de anóxia geral, que em casos leves pode diminuir o desempenho
animal, mas em casos graves pode ser fatal.
A condição de metahemoglobinemia é um dos principais entraves da
utilização de nitrato em dietas de ruminantes. Contudo, pode ser sanada ou
3
minimizada com estratégias que aumentem a conversão do nitrito a amônia.
Dentre estas estratégias estão a adaptação gradual dos animais ao produto e a
inclusão dietética de ingredientes que maximizem a multiplicação dos
microorganismos do rúmen.
Objetivou-se com a presente revisão avaliar o potencial de inclusão de
fontes de nitrato em rações de ruminantes e caracterizar os benefícios desta
inclusão na mitigação da emissão de gases do efeito estufa.
4
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. Fermentação ruminal
Animais ruminantes obtiveram sucesso em sua evolução devido a
possibilidade de realizar a fermentação pré-gástrica, que lhes permitiram utilizar
eficientemente carboidratos estruturais como fonte de energia e compostos
nitrogenados não-proteícos como fonte de proteína (VALADARES FILHO & PINA,
2006). Isso graças a simbiose entre o animal e os microorganismos que habitam o
rúmen. Nessa simbiose o hospedeiro fornece o ambiente e o alimento adequado
ao crescimento dos hóspedes. Esses, por sua vez, fornecem parte da energia
requerida pelo hospedeiro, na forma de AGCC, ao utilizar os componentes do
alimento para sua multiplicação. Outra contribuição dos hóspedes é o
fornecimento de grande parte das exigências de proteína do animal, isto se dá
através da digestão de microorganismos que passam dos pré-estômagos para o
abomaso e intestinos (OLIVEIRA et al., 2007).
O ambiente ruminal é um meio anaeróbico, com temperatura média em
torno de 39°C, pH normalmente entre 5,5 a 7,0, gravidade específica de 1,022 a
1,055 g/cm3, tensão superficial do líquido de 50 dinas/cm e contínua atividade
fermentativa, com intensidade variável (KOZLOSKI, 2002). Segundo OWENS &
GOETSCH (1993), a atividade fermentativa normal processa-se numa faixa de
osmolaridade variando entre 260 e 340 mOsm. Contudo essas características
variam de acordo com a dieta ingerida pelo animal.
A dieta é, provavelmente, o fator mais importante que influência o
número e a proporção relativa das diferentes espécies de microorganismos
ruminais. Assim, dietas com altos teores de proteína favorecem microorganismos
proteolíticos, enquanto as ricas em amido, que são baixas em fibra, estão
associadas a uma grande população de utilizadores de amido. Já dietas ricas em
fibras favorecem o crescimento dos utilizadores de celulose, hemicelulose e
pectina (VALADARES FILHO & PINA, 2006).
5
No rúmen existem três grandes grupos de microrganismos ativos no
processo de fermentação: bactérias, protozoários e fungos. Cerca de 20 espécies
de bactérias predominam o ambiente ruminal, com sua população variando em
torno de 109 a 1011 células/mL. Os protozoários são encontrados por volta de 106
células/mL, sendo em sua maioria, ciliados. A biomassa dos protozoários
corresponde a cerca de 10%, podendo alcançar até 50% da biomassa microbiana
total. As espécies de fungos, estritamente anaeróbicos, têm população próxima a
104 zoósporos/mL, formando 8% da biomassa microbiana total e os bacteriófagos
de 108 a 109 /mL (LANA, 2005).
O processo fermentativo inicia-se com a associação e adesão dos
microorganismos ao alimento. De acordo com VALADARES FILHO & PINA
(2006), isto ocorre dentro de cinco minutos após a ingestão. Onde, as partículas
de forragem e de grãos são colonizadas por uma população microbiana diversa.
Isso devido a complementaridade dos microorganismos do rúmen, pois uma única
espécie não seria capaz de produzir o complexo de enzimas requerido para
digerir química e estruturalmente todos os tecidos das plantas. Assim, o
estabelecimento desse consorcio é um processo sequencial, dessa forma,
microorganismos digestivos primários aderem as superfícies do alimento via seus
glycocalyces e proteína ligantes, posteriormente se dividem e atacam as
partículas insolúveis através de suas enzimas digestivas, liberando substratos
solúveis que atraem colonizadores secundários, formando um biofilme ao redor
das partículas.
Seguindo o processo fermentativo, KOZLOSKI (2009) afirma que os
substratos solúveis chegam ao interior da célula bacteriana através de vários
sistemas de transporte: difusão passiva, difusão facilitada, transporte ativo, próton
e sódio simporter, sistema choque sensitivo e pelo sistema fosfotransferase. A
difusão passiva é utilizada por ácidos graxos de cadeia longa (hidrofóbicos), pelas
formas não ionizadas de pequenos ácidos orgânicos e pela amônia. A difusão
facilitada, por sua vez, permite a passagem de moléculas polares. No transporte
ativo ocorre a passagem de monossacarídeos, aminoácidos, oligopeptideos e
ácidos orgânicos. No transporte próton e sódio simporter açúcares, ácidos
orgânicos e aminoácidos são levados para o interior da célula, sendo esse o
sistema predominante nas bactérias ruminais. O sistema choque sensitivo é
6
usado em menor proporção, porém tem alta afinidade e especificidade nas
bactérias ruminais, sendo crucial nas situações de deficiência de substrato. Já o
sistema fosfotransferase é pouco utilizado, mas é importante em caso onde há
baixa disponibilidade de substrato, baixa taxa de crescimento bacteriano e em pH
próximo ao neutro.
Mais adiante, no metabolismo dos carboidratos, KOZLOSKI (2009)
relata que uma parte dos monossacarídeos que entram na célula microbiana é
utilizada em reações de síntese, principalmente de polímeros associados a
parede celular. A maior parte deles, no entanto, é fermentada pelas bactérias
ruminais a AGCC. As hexoses são metabolizadas principalmetne pela rota
glicolítica de Embden-Meyerhof-Parnas. As pentoses são fosforiladas e a partir
daí seguem pela via fosfocetolase ou pela via não oxidativa do ciclo das pentoses.
Os ácidos urônicos, resultantes da degradação de pectina, são metabolizados em
reações que seguem a rota de Entner-Doudoroff do metabolismo da glicose.
No fim de todas essas rotas tem-se o intermediário comum do
catabolismo dos carboidratos, o piruvato. Ele segue varias rotas, podendo ser
metabolizado a produtos mais oxidados, como acetato e butirato, ou para outros
mais reduzidos, como o propionato e lactato. A ramificação das rotas metabólicas
no processo fermentativo permite uma maior flexibilidade e maior capacidade de
adaptação das bactérias as variações do ambiente ruminal, de maneira que, a
proporção dos produtos finais será dependente da concentração de NADH e H2
na célula (KOZLOSKI, 2009). As ramificações da fermentação microbiana podem
ser observadas na Figura 1.
Figura 1: Ramificações da fermentação bacteriana ruminal. Fonte: KOZLOSKI (2009).
7
Segundo VAN SOEST (1994) para a síntese de acetato (reação 1),
propionato (reação 2 e 3) e butirato (reação 4) tem-se as seguintes reações:
Acetato:
Piruvato → C2H4O2 + CO2 + 4H (1)
Propionato:
Piruvato + CO2 → fumarato + 2H → C3H6O2 + CO2 (via succinato, 2)
Piruvato → lactato + H2O → acrilato + 2H → C3H6O2 (via acrilato, 3)
Butirato:
Piruvato → C4H8O2 + CO2 +2H (4)
Observa-se que como resultado da produção dos AGCC (exceto o
propionato) ocorre produção de hidrogênio em excesso (como se pode observar
nas reações descritas anteriormente), que precisa ser removido do rúmen para o
processo de fermentação e crescimento microbiano continuar de forma eficiente
(IMMIG, 1996). Isso porque se o H2 não fosse drenado, ele iria se acumular,
impedindo a reoxidação do NADH. Portanto, quanto mais H2 é retirado do meio,
maior proporção do NADH é convertida a H2 e maior é o rendimento de acetato e
de ATP por mol de açúcar fermentado (KOZLOSKI, 2009). Em geral, o hidrogênio
é removido através da atividade das bactérias Archaea metanogênicas, que
reduzem o dióxido de carbono e hidrogênio a metano e água (Reação 5). Para a
maioria das rações consumida pelos ruminantes, a metanogêneses é a principal
via de eliminação de hidrogênio (BEAUCHEMIN et al., 2008).
CO2 + 8H → CH4 + 2H2O (5)
O metano resultante da metanogêneses representa uma perda de
energia da dieta para o animal. Segundo KOZLOSKI (2009),
8
estequiometricamente essa perda pode representar até 18% da energia bruta.
Para VALADARES FILHO & PINA (2006) essa perda pode variar de 6 a 8% da
energia da dieta. Apesar da discrepância dos valores, as perdas são
consideráveis. Além disso, o metano é um dos principais gases causadores do
efeito estufa (STEINFELD et al., 2006). Segundo KLIEVE (2009) os ruminantes
contribuem com 28% do total de emissões de metano na atmosfera. WRIGHT &
KLIEVE (2010), relatam que isso representa aproximadamente 61 milhões de
toneladas por ano.
Este alto nível de produção de gás do efeito estufa é relacionado com a
fermentação anaeróbia de alimentos ricos em fibra, que levará a formação
principalmente de acetato. Embora muitas estratégias alimentares tenham sido
propostas para diminuir a produção de metano provenientes de ruminantes
(MARTIN et al., 2010), poucas têm mostrado uma diminuição persistente in vivo.
A persistência na redução de metano é uma exigência absoluta para qualquer
estratégia dietética a ser bem sucedida em diminuir as emissões de gases do
efeito estufa provenientes de ruminantes (VAN ZIJDERVELD et al., 2011).
Embora seja primordial remover o excesso de hidrogênio, não é
necessário que isso ocorra pelo processo de metanogêneses. Há uma ampla
gama de vias bioquímicas alternativas e, em algumas circunstâncias, estas
podem ser competitivas com a produção de metano. Dentre as possibilidades,
pode-se aumentar a inclusão de grãos na dieta que irá favorecer a
propiogêneses, pela proliferação de microorganismos que produzem propionato
(que consome hidrogênio). Pode-se também, induzir a acetogêneses redutora
pela inserção, no rúmen, de bactérias que promovem esse processo, que reduz
CO2 e H2 a acetato e água (Reação 6). Outra possibilidade é o fornecimento de
nitratos e sulfatos ao animal, de maneira que as bactérias, por exemplo a e. g.
Desulfovibrio spp. e a Bacillus benzoevorans, consumam hidrogênio no processo
de redução a amônia (KLIEVE, 2009).
2CO2 + 4H2 → CH3COOH + 2H2O (6)
No entanto, segundo BEAUCHEMIN & MCGINN (2006), a introdução
de precursores da propiogêneses em dietas de ruminantes resulta em efeitos
9
variáveis sobre a produção de metano. E as tentativas de estabelecer bactérias
que promovem a acetogêneses redutora falharam por causa de uma menor
afinidade ao H2 em comparação com as metanogênicas. De acordo com NOLLET
et al. (1997) as bactérias metanogênicas possuem de 10 a 100 vezes mais
afinidade pelo H2 que as bactérias acetogênicas redutoras, sendo difícil de ocorrer
essa reação no ambiente ruminal. Já a inclusão de nitrato, segundo VAN
ZIJDERVELD et al. (2010), tem grande potencial para redução de metano, pois a
molécula é um ótimo aceptor de elétrons.
2.2. Efeito do nitrato na fermentação ruminal
De acordo com LENG & PRESTON (2010) a conversão de nitrato à
amônia por organismos anaeróbicos é altamente competitiva com a produção de
metano, pelo fato de consumir 8 elétrons no processo, traduzindo-se em um
potente inibidor da metanogêneses nos sistemas de digestão fermentativa. Assim,
segundo VAN ZIJDERVELD et al. (2010), essa rota pode se tornar a principal
fonte de escoamento de hidrogênio, de forma que cada mol de nitrato reduzido
diminuiria a produção de um mol de metano, isso se houver nitrato suficiente no
sistema fermentativo.
A rota principal de conversão do nitrato a amônia passa por duas
reações. Na primeira o nitrato é reduzido a nitrito (reação 7) e, na segunda o nitrito
é reduzido a amônia (reação 8). Essas reações produzem mais energia do que a
conversão de dióxido de carbono e água a metano, -598 kJ contra -131 kJ
respectivamente. No entanto, existem rotas secundárias para a redução do nitrito
a amônia (reações 9, 10 e 11) (LENG & PRESTON, 2010). Outra vantagem do
nitrato é a utilização da amônia gerada, no anabolismo de aminoácidos das
bactérias, podendo assim, substituir parte da proteína da dieta (VAN ZIJDERVELD
et al., 2010).
NO3- + 2H+ → H2O + NO2 (7)
10
NO2 + 6H+ → H2O + NH3 (8)
3HCO2 + NO2 + 5H+ → 3CO2 + NH4 + 2H2O (9)
3H2 + NO2 + 2H+ → NH4 + 2H2O (10)
3HS + NO2 + 5H+ → 3S + NH4 + 2H2O (11)
Corroborando com o exposto, VAN ZIJDERVELD et al. (2011),
reafirmam que a redução de nitratos por via anaeróbia é energeticamente mais
favorável do que a redução de CO2, e a presença de nitratos no rúmen
redireciona H2 da metanogêneses para redução de nitratos, diminuindo assim a
produção de metano.
INTHAPANYA et al. (2011) trabalhando em um sistema in vitro, testaram a
produção de metano em dietas a base de mandioca (raiz e folhas) com nitrato de
cálcio (5,5% da MS da dieta) ou uréia (2% da MS da dieta), e concluíram que a
percentagem de produção de metano foi menor na inclusão do nitrato, contudo a
diferença foi diminuída com o aumento do tempo de incubação (Figura 2).
Figura 2: Efeito do tempo de fermentação sobre a concentração de gás metano. Fonte: INTHAPANYA et al. (2011).
Meta
no, %
Tempo de fermentação, h
11
Fato não observado por PHOMMASACK et al. (2011), que encontraram
resposta consistente na redução da produção de metano (Figura 3a), também em
trabalho realizado in vitro. Neste experimento, os autores trabalharam com dietas
a base de cana de açúcar e folhas de mandioca, frescas ou secas, comparando a
inclusão de nitrato de cálcio (3,8% da MS) com a uréia (2% da MS), onde
observaram redução de 22% na produção de metano (Figura 3b).
Em experimento com cordeiros, VAN ZIJDERVELD et al. (2010),
encontraram uma redução de 32% na produção de metano, quando compararam
dietas com nitrato de cálcio (3,4% da MS) ou uréia (1,5% da MS), observando
valores na produção de metano de 17,3 l/d e 25,5 l/d, respectivamente. Em
carneiros, NOLAN et al. (2010) observaram uma redução de 23% quando
incluíram 4% de nitrato de potássio na dieta. SILIVONG et al. (2011) também
observaram redução de 23% na produção de metano quando compararam a
inclusãos dietéticas de 3,8% de nitrato de cálcio com a de 2% de uréia na matéria
seca da dieta de caprinos. Já em vacas leiteiras alimentadas com dietas contendo
8,8% de nitrato de cálcio ou 3,5% de uréia, VAN ZIJDERVELD et al. (2011),
constataram redução persistente da emissão de metano. Contudo, houve uma
redução menor do que nos outros trabalhos, cerca de 16% na emissão de
metano.
Figura 3: Efeito do tempo de fermentação sobre a concentração de gás metano (a), e a comparação entre o nitrato de cálcio e a uréia sobre a produção de metano (b). Fonte: PHOMMASACK et al. (2011)
Meta
no, %
Tempo de fermentação, h
Meta
no, %
(a) (b)
Folha seca Folha fresca
12
A metanogênese não é o único mecanismo dissipador de hidrogênio no
rúmen. O hidrogênio pode também ser usado para a produção de ácidos mais
reduzidos como o propionato e o valerato (CZERKAWSIK, 1972). Dessa forma, a
redução do nitrato pode competir com o uso do hidrogênio para a propiogêneses,
pois é uma reação termodinamicamente mais favorável (UNGERFELD & KOHN,
2006). De fato, foi demonstrado que a alimentação de vacas leiteiras com 2% de
nitrato aumenta a proporção molar de acetato, a custa de propionato e butirato
(FARRA & SATTER, 1971). Todavia, NOLAN et al. (2010) não constataram esse
fato, apesar de haver uma tendência de redução do propionato e butirato, e uma
tendência de maior produção de acetato.
Outra possível alteração devido a inclusão de nitrato na dieta de
ruminantes é a redução da digestibilidade da fibra, e consequentemente da
matéria seca, pois o nitrato tem efeito tóxico sobre os microorganismos
celulolíticos (MARIAS et al., 1988; citado por LENG & PRESTON, 2010). Porém,
GLENN & ELY (1981) não observaram diferença na digestibilidade da MS e da
fibra em detergente ácido (FDA) da festuca em dietas de carneiros alimentados
com inclusão de 0,8% de nitrato de potássio.
Esse resultado corrobora com as observações de NOLAN et al. (2010),
que também não observaram alteração na digestibilidade total e na taxa de
degradação da MS, em dietas contendo 4% de nitrato de potássio. VAN
ZIJDERVELD et al. (2011) também não constataram redução na digestibilidade
da fibra em detergente neutro (FDN), do amido e nem do extrato etéreo em dietas
de vacas em lactação, quando se incluiu 8,8% de nitrato de cálcio. Com isso
pode-se inferir que o efeito toxico aos microorganismos celulolíticos não é tão
grande a ponto de afetar da digestibilidade da matéria seca.
2.3. Metahemoglobinemia
Desde 1895, o nitrito (NO2) tem sido conhecido como tóxico aos
ruminantes. Isso porque, a redução do nitrato a nitrito ocorre em uma taxa maior
do que a redução de nitrito a amônia, resultando em acúmulo desse intermediário
no rúmen, a partir disso ele é absorvido pela correte sanguínea (BRUNING-FANN
13
& KANEENE, 1993). No sangue ele se liga a hemoglobina, promovendo a
oxidação do ferro, formando a metahemoglobina, que é incapaz de transportar
oxigênio para os tecidos, impedindo assim as células de gerar energia através da
cadeia respiratória (SANTOS, 2006). Sendo essa reação reversível, segundo
PREWITT & MERILAN (1958) a metahemoglobina é gradualmente reduzida a
hemoglobina, voltando a sua função normal.
De acordo com SANTOS (2006), quando 40% a 60% da hemoglobina é
convertida a metahemoglobina, o animal começa a apresentar sintomas clínicos
de intoxicação por nitrato, como dispnéia, respiração forçada pela boca, fraqueza
muscular, ataxia, cianose e até mesmo aborto causado pela anóxia. Já, quando
mais de 75% da hemoglobina é convertida, há grande risco de vida, podendo
ocorrer a morte pela anóxia celular por causa da incapacidade dos eritrócitos em
transportar oxigênio.
JAINUDEEN et al. (1964) forneceram 0,7 g de nitrato/kg de peso
corporal a vacas prenhez, dividido em duas aplicações diárias. Eles observaram
que com o passar do tempo foi aumentando a concentração de metahemoglobina
no sangue, chegando ao pico quatro horas após a alimentação, a curva inversa
foi percorrida pela capacidade de transporte de oxigênio pelo sangue (Figura 4).
Nesta mesma publicação eles testaram o fornecimento a novilhas prenhez de 0;
0,4 e 0,7 g de nitrato/kg de peso corporal, e encontraram valores médios de
metahemoglobina de 4,6%; 25% e 44% da hemoglobina, respectivamente, e sem
detectar qualquer sinal clinico nessas novilhas.
BURROWS et al. (1987) visando testar a influência da dose do milho
(0; 1,6 e 3,2 kg/vaca dia), sobre o metabolismo do nitrato (dose de 3 g de nitrato
de sódio/kg de peso corporal), observaram que o fornecimento de 3,2 kg de milho
favoreceu o metabolização do produto, pois verificaram redução da concentração
de nitrito no rúmen (Figura 5) e no sangue (Figura 6), e ainda uma menor
formação de metahemoglobina (Figura 7).
BURROWS et al. (1987) constataram ainda que nos tratamentos de 0 e
1,6 kg de milho muitas vezes as concentrações de metahemoglobina
ultrapassaram 50%, oito horas após a administração do nitrato de sódio. De
maneira que foi possível observar sinais clínicos quando a concentração de
metahemoglobina foi superior a 60%. Quando isso ocorreu, rapidamente, foi feito
14
o tratamento com azul de metileno, que aliviou os sinais. Contudo, deve-se levar
em consideração que quatro das 12 observações de sinais clínicos de vacas
recebendo 0 kg de milho foram necessárias administrações de azul de metileno,
enquanto apenas duas das oito observações de vacas que receberam 1,6 kg de
milho foram necessário tratamento com azul de metileno.
Figura 4: Formação de metahemoglobina e redução na capacidade de transporte de oxigênio no sangue de novilhas prenhez alimentadas com 0,7 g de nitrato/kg de peso corporal. Fonte: JAINUDEEN et al. (1964).
Isso confirma os relatos de SANTOS (2006), que afirma que para
prevenção da intoxicação com nitrato deve-se estimular a proliferação da
microbiota do rúmen. Nesse contexto, pode-se adicionar a dieta fontes de
carboidratos fermentescíveis no rúmen que irá favorecer a utilização de amônia, e
também fazer o uso de L-cisteina em dosagens de 0,5 a 0,6 g/kg de peso
metabólico, o que supre cerca de 60% das necessidades de enxofre dos
ruminantes. A L-cisteina, além de estimular o crescimento microbiano, inibe a
redução de nitrato a nitrito, o que minimiza os riscos de intoxicação.
15
Figura 5: Concentração no tempo de nitrito intraruminal de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. Fonte: BURROWS et al. (1987).
.
Figura 6: Concentração de nitrito sanguíneo, no tempo, de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. Fonte: BURROWS et al. (1987).
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Figura 7: Concentração de metahemoglobina sanguíneo, no tempo, de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. Fonte: BURROWS et al. (1987).
Para PROVIMI HOLDING B. V. (2011) o fornecimento de fontes de
enxofre estimula o aparecimento de bactérias (M. elsdenii) que inibem a redução
do nitrato a nitrito, diminuindo o risco de intoxicação dos animais. Além disso,
essas bactérias tem a capacidade de reduzir o nitrito pelas rotas secundárias,
aumentando a redução a amônia, e diminuindo ainda mais o risco de uma
possível intoxicação.
No trabalho de VAN ZIJDERVELD et al. (2010), a concentração
máxima de metahemoglobina observada foi de 7% da hemoglobina, em uma
inclusão de 3,4% de nitrato de cálcio na matéria seca, equivalendo a uma dose de
1,6 g de nitrato/kg de peso corporal. A explicação dos autores para essa baixa
concentração de metahemoglobina está no período de adaptação realizado e na
forma de fornecimento. O aumento gradual da dose de nitrato no período de
adaptação permite que os microorganismos do rúmen elevem a capacidade de
reduzir o nitrato a amônia. E a forma de fornecimento parcelada evita picos de
nitrito no rúmen, que por sua vez, diminui a elevação da metahemoglobina no
sangue. Além do suprimento das exigência de enxofre dos animais.
17
Os dados obtidos por VAN ZIJDERVELD et al. (2011) corroboram com
a afirmação anterior, pois trabalharam com uma alta inclusão de nitrato de cálcio
em dietas de vacas leiteiras (8,8% da MS) e observaram concentração máxima de
15,3% de metahemoglobina. Contudo, a metahemoglobina foi consistentemente
superior para as vacas submetidas a dieta com nitrato.
2.4. Produção animal com o uso do nitrato
Segundo MERTENS (1987) o consumo de matéria seca responde por
60 a 90% das variações no desempenho de ruminantes e os 10 a 40 % restantes
são explicados pela digestibilidade da dieta. Devido a isso, reduções no consumo
de matéria seca aumentam a probabilidade da diminuição do desempenho dos
animais. Portanto, pelo fato do número restrito de trabalhos que avaliaram o
desempenho dos animais recebendo nitrato, serão relatados trabalhos que não
avaliaram o desempenho, mas que mensuraram o consumo.
FARRA & SATTER (1971) não observaram diferenças estatisticamente
significativas no consumo de matéria seca, na produção de leite, na % de gordura
e proteína do leite de vacas holandesas quando se incluiu ou não de 2% de
nitrato de potássio na matéria seca da dieta (Tabela 1). Contudo, pode-se
observar uma redução de 22% e 17% no consumo e produção de leite,
respectivamente. Também se observa um incremento de 16% no teor de gordura
do leite, o que pode ser reflexo de uma maior produção de acetato no rúmen.
Outro fato interessante nesses dados é a inversão entre os teores de gordura e
proteína do leite, fato explicado pela dieta dos animais que era deficiente em fibra.
Tabela 1: Consumo de matéria seca (CMS), produção de leite e teores de gordura e proteína do leite.
Controle Nitrato
CMS (kg/d) 15,3 11,9
Produção de leite (kg/d) 16,9 14,1
Gordura (%) 2,33 2,7
Proteína (%) 3,54 3,62
Fonte: FARRA & SATTER (1971).
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NOLAN et al. (2010) não avaliaram o desempenho dos animais, porém
não constataram diferença no CMS, na digestibilidade da MS e nem na
concentração de amônia ruminal, entre dietas contendo uréia ou 4% de nitrato de
potássio. VAN ZIJDERVELD et al. (2010) também não avaliaram o desempenho
dos cordeiros do experimento, mas observaram CMS igual em dietas a base de
silagem de milho com a substituição da uréia (1,5% da MS) por nitrato de cálcio
(3,4% da MS).
SILIVONG et al. (2011) também não encontrou diferença no consumo
de matéria seca de carneiros alimentados com uréia (2% da MS da dieta) ou
nitrato de cálcio (3,8% da MS da dieta). Por outro lado, Kaneene (1993), citado
por VAN ZIJDERVELD et al. (2010), relatou efeitos negativos sobre o consumo de
ração em ovinos quando a inclusão de nitrato dietético foi de 3% da MS.
VAN ZIJDERVELD et al. (2011) avaliaram o desempenho de vacas
leiteiras recebendo uma dieta contendo 8,8% de nitrato de cálcio ou 3,5% de
uréia, e não foi constatado diferenças no CMS, na produção de leite corrigida, na
% de gordura, na produção de gordura e proteína do leite, e nem na concentração
de nitrogênio uréico do leite (Tabela 2).
Tabela 2: CMS, produção de leite corrigida (PLC), % de gordura de proteína do leite, produção de gordura e proteína, e nitrogênio uréico do leite (NUL), de vacas leiteiras alimentadas com uréia ou nitrato.
13 -17 d 37 – 41 d 61 – 65 d 85 – 89 d P
Uréia Nitrato Uréia Nitrato Uréia Nitrato Uréia Nitrato
CMS (kg/d)
17,9 18 19 19,7 19,4 19,2 19,7 19,7 0,87
PLC (kg/d)
28,1 27,7 27,9 27,9 26,6 26,4 25,7 26,4 0,99
Gordura (%)
4,27 4,02 4,28 4,02 4,24 4,07 4,19 4,04 0,35
Proteína (%)
3,09 2,95 3,24 3,05 3,25 3,09 3,24 3,09 0,04
Gordura (kg/d)
1,165 1,133 1,152 1,132 1,097 1,079 1,052 1,077 0,85
Proteína (g/d)
860 834 884 864 818 821 821 823 0,54
NUL (mg/dL)
12,1 12,4 12 11,9 13,2 12,3 12,2 12,3 0,73
Fonte: VAN ZIJDERVELD et al. (2011).
19
O teor de proteína do leite diminuiu com a inclusão de nitrato, porém a
produção diária de proteína de leite não foi afetada pelo tratamento, portanto,
a menor concentração de proteína pode ter sido a conseqüência da diluição.
Os dados de NUL refletem que o metabolismo do nitrato e da uréia se
comportaram de forma semelhante, não havendo perdas demasiadas de
amônia no rúmen, esse dado aliado com a produção de proteína do leite
evidencia o que não houve problemas na utilização de nitrato pelas bactérias
ruminais (VAN ZIJDERVELD et al., 2011).
20
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A inclusão do nitrato na dieta de ruminantes afeta consistentemente a
fermentação ruminal, redirecionando o hidrogênio. O que reduz a
metanogêneses, na média dos trabalhos observados ocorreu uma redução de
23% na produção de metano, isso consiste em uma expectativa de reduzir,
aproximadamente 14 milhões de toneladas de metano/ano. E ainda, tende a
aumentar a acetogênese e diminuir a propiogênese.
A dose a ser utilizada é dependente da forma de fornecimento, do
método de adaptação dos animais, da inclusão dietética de carboidratos
fermentescíveis no rúmen e do atendimento das exigências nutricionais de
enxofre pelos animais. Partindo do pressuposto que todos esses requisitos serão
preenchidos, pode-se incluir o equivalente nitrogênio da uréia sob a forma de
nitrato.
Em relação aos efeitos sobre a produção dos animais, é inseguro
afirmar que não há alteração na produtividade. Contudo todos os dados trazidos a
essa revisão não apresentaram alteração no desempenho dos animais.
21
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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