Microorganismos del rumen: funciones y equilibrio microbiano
El rumen alberga un ecosistema complejo con las siguientes características:
- pH entre 6.3 y 7
- Temperatura entre 39 y 40 ºC
- Humedad abundante por tratarse de un medio acuoso
- Ambiente anaerobio con baja concentración de oxígeno
- Alto grado de homeostasis interna, que regula la concentración de las sustancias disueltas en el líquido ruminal y el intercambio continuo de las mismas a través de las paredes ruminales.
Los microorganismos que promueven la actividad ruminal son poblaciones de protozoos, bacterias y hongos.
Protozoos
Son microorganismos de gran tamaño que se hallan en concentraciones de 105 y 106 por ml. Tienen una acción fermentadora sobre monosacáridos, son capaces de digerir partículas de almidón e incluso fagocitar a protozoos más pequeños y bacterias, de donde obtienen la fuente de proteína. Los protozoos compiten con las bacterias y parece ser que su presencia influye poco en el funcionamiento ruminal, aunque su presencia es indicadora de buena salud ruminal.
Bacterias
Existen alrededor de 200 especies distintas y son los microorganismos más abundantes y los responsables de la mayor parte de la degradación del alimento. Se encuentran en concentraciones que van desde 1.000 a 10.000 millones por ml de líquido ruminal. Constituyen una población activa y compleja que se encuentra en su mayoría adherida a las partículas de alimento y que junto con éstas llegan al abomaso donde son digeridas. En una vaca se producen por día alrededor de unos 2 kg de MS de bacterias. La mayoría de las poblaciones son anaerobios estrictos y celulolíticos.
Se clasifican según el sustrato sobre el que actúan:
- Amilolíticas: degradan almidón.
- Celulolíticas: degradan la celulosa.
También se clasifican dependiendo del producto que generan:
- Butíricas
- Metanogénicas
- Lácticas
Existen numerosos procesos de interrelación entre las distintas poblaciones de microorganismos, tales como simbiosis, competición y predación, de tal forma que se establecen equilibrios que podrán verse alterados en diversas circunstancias. Entre otras alteraciones se pueden citar, como muy importantes, las variaciones de pH ruminal.
Así, las poblaciones amilolíticas proliferan a pH menores que 6, mientras que las celulolíticas necesitan un pH neutro alrededor de 6.5-7 para que se desarrollen en condiciones óptimas. Las poblaciones celulolíticas van a disminuir su actividad e incluso desaparecer a pH menor que 6, siendo uno de los procesos que desembocan en acidosis ruminal.
La acidosis ruminal es un proceso patológico frecuente en explotaciones con grandes desequilibrios nutricionales debido, sobre todo, a la falta de fibra en la ración y al exceso de concentrados. Los síntomas serán más o menos evidentes dependiendo de la gravedad de la acidosis:
- Casos subclínicos: apetito irregular y un bajo contenido de materia grasa en la leche.
- Casos agudos: retenciones de secundinas, nacimiento de crías débiles y un bajo nivel de Ca en sangre.
- Casos graves: baja motilidad ruminal e incluso parada de la rumia, meteorismo, diarrea y fiebre.
Hongos
Recientemente se han descrito algunas poblaciones en el interior del rumen. Se fijan en las paredes de los tejidos de sostén de los vegetales y parece que son capaces de degradar celulosa y hemicelulosa recubiertas de lignina.
Equilibrio microbiano
Los microorganismos van a obtener la energía necesaria para su desarrollo de la fermentación de los hidratos de carbono del alimento que se encuentra en el rumen. Primero son fermentados los azúcares más solubles y, junto a éstos algunos aminoácidos libres procedentes del alimento. A continuación, se produce una hidrólisis de los almidones hasta azúcares simples que son fermentados a su vez. Las poblaciones celulolíticas producen la degradación de la celulosa y otros polisacáridos estructurales hasta azúcares simples, que de nuevo desaparecen rápidamente por acción de otras bacterias.
Todos los polisacáridos son reducidos en mayor o menor medida hasta azúcares simples, que son inmediatamente fermentados dando origen a los ácidos grasos volátiles (AGV) que van a constituir los principales productos de la citada fermentación junto con el dióxido de carbono y el metano.
El equilibrio microbiano asegura el buen funcionamiento ruminal y, como consecuencia del mismo, el máximo aprovechamiento de los alimentos ingeridos con la obtención de la mayor cantidad de energía y proteína útil para el animal. Dicha energía se obtendrá fundamentalmente por la transformación de los carbohidratos hasta AGV que se absorberán en las paredes ruminales.
El citado equilibrio es fácilmente alterable por:
- El tipo de alimento
- La forma de reparto de alimentos a lo largo del día y la presentación de los mismos
- Los cambios bruscos de régimen alimenticio o lo que es lo mismo, sustitución en la dieta de unos alimentos por otros de forma brusca
- Variaciones estacionales de la dieta
Podemos dar una serie de pautas a seguir que eviten este tipo de alteraciones y faciliten el manejo de la alimentación de los rumiantes:
- Suministrar alimento ricos en fibra, que mantienen el pH ruminal y favorecen la acción de poblaciones celulolíticas, evitando problemas de acidosis.
- Evitar cambios bruscos en la alimentación.
- Realizar un buen manejo en la distribución de los concentrados.
- Mezclar de forma homogénea todos los alimentos que integren la dieta en lo que se llaman raciones integrales.
Rutas digestivas de los hidratos de carbono
La complejidad de la digestión en rumiantes nos lleva a hacer una diferenciación entre los procesos de degradación ruminal y los productos finales de dicha degradación, y los posteriores procesos de digestión y absorción que se producen en el abomaso (estómago) y en el intestino. Algunos de los productos de la fermentación ruminal, como los AGV, pasan directamente al torrente sanguíneo a través de las paredes ruminales. Otros, como los propios microorganismos, pasan al cuajar donde serán digeridos para obtener, sobre todo, proteína de alta calidad.
A continuación nos vamos a referir, sobre todo, a qué ocurre con los hidratos de carbono que ingiere el animal.
Los glúcidos más simples que encontramos en las raciones están en forma de monosacáridos (azúcares). Éstos, junto con el almidón, son rápida y casi totalmente degradados por las poblaciones amilolíticas, hasta AGV, CO2, CH4.
Los componentes estructurales de las paredes de las células vegetales, celulosa y hemicelulosa, sufren una degradación lenta y en menor proporción, en este caso, por la acción de las poblaciones celulolíticas, hasta obtener azúcares simples, que son rápidamente degradados hasta AGV, CO2, CH4 o son incorporados, de nuevo, como azúcares del esqueleto carbonado de los microorganismos.
La lignina no sufre degradación alguna y pasa a ser expulsada en las heces junto con los demás desechos de la digestión.
En una ración basada en forrajes, la fracción de dichos ácidos grasos que se absorben es aproximadamente de 65-70 % de acético, 15-20 % de propiónico y 10-15 % de butírico. Estos nutrientes representan entre el 55 y el 65 % del total de la energía absorbida en el tracto digestivo. Otra fracción de estos AGV es absorbida en el libro y tan sólo una mínima parte pasa al cuajar e intestino.
Rutas digestivas de las materias nitrogenadas
Las proteínas que llegan al rumen van a ser en su mayor parte degradadas hasta amoníaco. Los productos de la fermentación proteica son básicamente amoníaco y AGV obtenidos de la fermentación de la estructura carbonada de los aminoácidos.
El amoníaco liberado en el rumen va a ser utilizado por la mayoría de los microorganismos para sintetizar proteína microbiana. Cuando existe un exceso, parte del amoníaco puede ser absorbido por las paredes ruminales, pasando a la sangre y de aquí al hígado donde es transformado en urea. Parte de esta urea llega a los riñones donde es excretada por la orina y otra parte pasa a la saliva con lo que el nitrógeno retorna al rumen durante los procesos de ingestión o rumia del alimento. Esta urea, además, puede llegar directamente hasta el rumen, o bien hasta el interior del intestino grueso, por un proceso de difusión de la misma desde los capilares que riegan las paredes ruminales e intestinales.
La particularidad de poder utilizar fuentes de nitrógeno no proteicas para la síntesis de proteína microbiana permite utilizar en determinadas ocasiones productos como urea y biuret, así como amoníaco (en pajas tratadas con amoniaco u otros productos). De esta forma se puede complementar la fuente nitrogenada de los alimentos y así obtener una mayor eficiencia de aprovechamiento en determinadas situaciones productivas.
La proteína microbiana, junto con la proteína no degradada, pasan al cuajar y al intestino donde son digeridas hasta aminoácidos que posteriormente son absorbidos. Sólo un tercio de la proteína sintetizada en rumen pasa a ser digerida en tramos posteriores debido al gran reciclaje de materia nitrogenada que se realiza en el rumen.
Rutas digestivas de los lípidos, minerales y vitaminas
Parte de los lípidos pueden pasar directamente al cuajar e intestino donde son degradados hasta ácidos grasos de cadena larga por la acción de las lipasas gástricas y pancreáticas y posteriormente son absorbidos. Otra parte puede sufrir un ataque microbiano y ser transformados en ácidos grasos volátiles, o bien pasar a formar parte de algunas estructuras lipídicas microbianas. Los AGV son absorbidos por la pared ruminal, mientras que el resto de los lípidos pasan a tramos posteriores donde sufren los procesos de digestión ya descritos.
Los minerales procedentes del alimento, del agua de bebida o de la saliva, son utilizados y fijados en primera instancia por los microorganismos del rumen. Estos microorganismos al pasar al abomaso son digeridos de forma que los minerales quedan disponibles de nuevo y pasan al intestino donde se absorben finalmente.
En el rumen existe una importante producción de vitaminas del grupo B y K por parte de las bacterias que allí se desarrollan. Dichas vitaminas son perfectamente asimiladas en el intestino y en situaciones normales cubren las necesidades que de estos nutrientes tiene el animal.