PROCESOS DE DIGESTION

PROCESOS DE DIGESTION

¿QUE ES LA DIGESTION?
Desde el punto de vista nutricional, cuando los alimentos se ingieren, no entran en el cuerpo. Sin embargo, los nutrientes que resultan de la digestión de los alimentos dentro del tracto digestivo entran al cuerpo solamente cuando son absorbidos por el flujo sanguíneo. La función principal de la digestión es convertir los nutrientes organizados en formas altamente complejas a componentes químicos más sencillos que pueden pasar por la pared intestinal. Por ejemplo, la celulosa es una forma compleja de carbohidrato que no puede ser utilizado por las células del cuerpo. Sin embargo, la fermentación en el rumen convierte la celulosa en ácidos grasos volátiles. Después de la absorción a la sangre, los ácidos grasos volátiles pueden ser utilizados como precursores para la grasa de la leche o la lactosa.
Normalmente, los alimentos no se digieren completamente y la parte que no esta digerida se elimina por las heces, sin que haya entrado al cuerpo de la vaca. Por otro lado, una parte de los alimentos consiste en compuestos sencillos que no requieren digestión antes de entrar al cuerpo. Estos compuestos (por ejemplo azúcares sencillos, aminoácidos) son típicamente muy solubles (como el azúcar que se usa en el té o el café). Sin embargo, en el caso de las vacas, estos componentes sencillos son utilizados por la población de microbios en el rumen en lugar de ser absorbidos directamente.

SITIOS DE DIGESTION
El Figura 1.4 representa el perfil de los procesos que ocurren en el tracto digestivo. Se jala el alimento recogido por la lengua hacia la boca, pasa al esófago y entra al rumen donde la población de microorganismos comienza a fermentar los alimentos. Las partículas grandes de fibra se regurgitan hacia la boca para más destrucción física (rumia) y luego pasan de nuevo al retículo-rumen. Algunos productos de fermentación (por ejemplo los ácidos grasos volátiles) pasan a la sangre a través de las paredes del retículo-rumen. El tiempo de retención de la digesta en el retículo-rumen varia. La porción más líquida de la digesta se puede quedar en el rumen de 10 a 12 horas, mientras que las partículas de fibra pueden ser retenidas en el rumen de 20 a 48 horas. La digesta que sale del retículo-rumen contiene pequeñas partículas de alimentos que han escapados la fermentación y forman una fuente rica de proteínas derivada de los microorganismos que se han multiplicado dentro del rumen.
La digesta pasa a través del orificio retículoomasal, de los pliegues del omaso, y después entran al abomaso. La fuerte acidez del abomaso detiene toda la actividad bacterial y también inicia una destrucción química de las partículas (digestión ácida). Después de sólo unas pocas horas en el abomaso, la digesta pasa a través del orificio pilórico hacia la primera sección del intestino delgado (duodeno). El páncreas secreta enzimas digestivas y el hígado secreta bilis. Ambas secreciones se mezclan con el contenido de la digesta que entra al intestino delgado donde la digestión es enzimática (digestión química).
Mientras que la digesta se mueve a través del intestino delgado, los productos de la digestión enzimática pasan por el intestino y entran a la sangre. Al final del intestino delgado, los residuos no digeridos pasan al ciego, que es un órgano colonizado por otra población de bacterias. Aquí, ocurre una fermentación parecida a la del rumen, pero a un nivel mucho menos activo. Finalmente, los residuos no digeridos pasan del ciego al intestino grueso donde se absorbe el agua. La materia no digerida forma las heces que eventualmente se eliminan por el recto.



Figura 1.4: Principales pasos, órganos y tiempo requerido para la digestión de alimentos en la vaca lechera
Función de la masticación

24 a 28 horas

BOCA
RETICULO-RUMEN

1. La rumia reduce el tamaño de partícula, y expone los carbohidratos de la fibra a la fermentación bacteriana
1. Las partículas largas en la masa fibrosa estimulan la rumia


2. producción de hasta 180 lts de saliva por día cuando una vaca mastica de 6 a 8 horas diarias; la producción de saliva se reduce rápidamente si la vaca no consume partículas grandes en la dieta.
2. Retención de partículas largas de forraje que requieren ser rumiadas



3. La saliva tiene un rico contenido de substancias neutralizantes (bicarbonato de sodio y fosfatos) que neutralizan los ácidos producidos por la fermentación en el rumen.
3. Los carbohidratos y proteínas en los alimentos son degradados por los microbios



4. Las substancias neutralizantes mantiene un pH neutro favoreciendo el crecimiento de las bacterias
4. Producción de ácidos grasos volátiles de la fermentación bacteriana

5. La fermentación permite el crecimiento de microbios que son ricos en proteína de alta calidad
6. Absorción AGV que son la principal fuente de energía para la vaca

7. Gases producidos por la fermentación (de 500 a 1000 lts/d) son eructados

1 a 3 horas

BOCA
RETICULO-RUMEN

1. Absorción de agua, AVG y minerales
1. Secreción de acido clorhídrico y enzimas digestivas

2. Las partículas largas son retenidas en los pliegues estructurales del omaso
2. Digestión de carbohidratos y proteínas que escapan la fermentación rumial

3. Digestión de proteína microbiana producida en el rumen (de 1 a 2.5 kg/d)

10 a 20 horas

BOCA
RETICULO-RUMEN

1. Secreción de enzimas digestivas

1. Una población bacteriana fermenta los productos no absorbidos en la digestión

2. Recibe las secreciones digestivas del páncreas y del hígado
2. Absorción de agua y de formación de heces.

3. Digestión enzimática de: proteínas, carbohidratos y lípidos

4. Absorción de: agua, minerales, aminoácidos, glucosa y ácidos grasos


Las principales funciones de masticación durante la alimentación son:
1. Mezclar los alimentos con saliva.
2. Reducir el tamaño de las partículas.
3. Incrementar la solubilización de los nutrientes disponibles dentro de los alimentos, haciéndolos accesibles a las bacterias del rumen.
4. Formar un bolo de alimentos que puede ser tragado.
El forraje fresco, los granos y los alimentos peletizados se consumen rápidamente, pero el heno seco y largo requiere más masticación antes de que se pueda tragar.
Debido a la estructura de la boca, las vacas son eficientes en moler las partículas grandes a partículas más pequeñas, pero no se han adaptado al morder. Las vacas tienen una tendencia a tragarse los tubérculos pequeños como papas, y de vez en cuando pueden atragantarse en el proceso. Por eso, los tubérculos como papas, nabos y remolachas se deben cortar antes de dárselos a las vacas.

Función de la salivación
Las cinco funciones principales de la salivación son:
1. Agregar agua al contenido del rumen para diluir los ácidos y ayudar el flujo de partículas fuera y dentro del retículo-rumen.
2. Ayudar a los amortiguadores del rumen a mantener un ambiente sano.
3. Lubricar los alimentos para formar un bolo.
4. Proveer algunos nutrientes a los microbios ruminales (nitrógeno disponible en la forma de urea, minerales como fosfatos, magnesio, cloro, etc.).
5. Tener propiedades antiespumosas. La mucina es un componente de la saliva que ayuda a prevenir la hinchazón.
La saliva de rumiantes contiene grandes cantidades de sodio (Na+) y otros minerales. La saliva también contiene una alta concentración de bicarbonato (HCO3-) y fosfatos (H2PO4-) que funciona como un amortiguador que resiste la reducción de pH (el aumento de acidez) que, de otra manera, acompaña la producción de ácidos en la fermentación dentro el rumen.
Las vacas tienen muchas glándulas que secretan saliva. La producción de saliva es aproximadamente 120 ml/min durante la alimentación y 150 ml/min durante la rumia. Cuando la vaca deja de masticar la producción de saliva continúa a una tasa de 60 ml/min. Esto implica que en una dieta de alto contenido de forraje, una vaca puede masticar más de 10 horas al día y la producción de saliva puede exceder 140 litros. La cantidad verdadera de saliva secretada cada día depende mucho de la forma física de los alimentos consumidos. En la ausencia de salivación, la acidez del rumen aumenta (acidosis) y disminuye la actividad microbiana. Durante la acidosis, la vaca pierde su apetito y en casos severos (pH bajo 4.5) toda actividad microbiana se interrumpe, lo cual puede resultar en la muerte de la vaca.

Función de la rumia
Durante la rumia, un bolo del contenido del rumen regresa a la boca. El líquido y las partículas pequeñas que contiene el bolo se exprimen en la boca e inmediatamente se retragan. Las partículas más grandes del bolo se remastican por 50 a 60 segundos antes de que se traguen de nuevo. La ruminacíon es una parte vital y esencial de la digestión normal del rumiante. Las principales funciones de rumia se pueden resumir así:
1. Incrementar la producción de saliva (ver arriba).
2. Reducir el tamaño de las partículas y aumentar la densidad de partículas, dos características importantes que determinan la cantidad de tiempo que las partículas quedan en el rumen.
3. Contribuir a la separación de partículas que pueden salir del rumen y las que necesitan más tiempo para su fermentación.
4. Mejorar la digestión de las fibras exponiendo nuevas superficies para el ataque de los microbios.
La rumia es un reflejo que se logra cuando el rumen contiene alimentos de fibras largas. Las vacas pueden rumiar hasta 8 horas al día. Sin embargo, los alimentos finamente molidos pasan mucho menos tiempo en rumia, con efectos negativos en la digestión de fibra y la producción de grasa en la leche (vea Capítulo 3).
Una indicación de buena salud es cuando las vacas mastican mucho. Producen mucha saliva que provee un ambiente sano para el crecimiento de los microbios en el rumen. Una vaca sana puede hacer entre 40.000 y 45.000 movimientos de su mandíbula cada día. Una forma de comprobar si las raciones del hato contienen suficiente alimento fibroso es de contar el número de vacas que están masticando o rumiando en cualquier momento. Si al menos una tercera parte de las vacas están rumiando, hay fibra suficiente en la dieta.

Función de la fermentación ruminal
Cada mililitro del contenido del rumen lleva unas 16,000,000,000 a 40,000,000,000 bacteria y 200,000 protozoos. También, hay hongos que forman parte de la población normal de microorganismos y estos crecen y se reproducen dentro del rumen. Hay muchas especies diferentes de bacterias y protozoos. El tipo de alimento que la vaca come determina cuáles especies de bacterias predominan; éstas a su vez, determinan la cantidad y la proporción de ácidos grasos volátiles (AGV) que servirán de recurso de energía.
El ambiente del rumen es excelente para el crecimiento microbial. El pH varía de 5,5 a 7,0; la temperatura es de 39 a 40°C, la que es óptima para muchas enzimas; casi no hay oxígeno, el cual es tóxico para muchas especies de bacterias; hay suficiente alimento proveído en una forma más o menos continúa; y los productos finales de fermentación (AGV y amoniaco) se absorben por el forro del rumen. Así, una densa población de microorganismos vive en el retículo-rumen. Para la vaca, las ventajas principales de la fermentación ruminal son:
1. Obtener energía de los carbohidratos complejos que de otra manera permanecerían encerrados en la estructura fibrosa de las plantas.
2. Convertir fuentes pobres de nitrógenos, incluyendo nitrógeno no proteico (NNP) a proteína bacteriana la cual está en equilibrio respecto a las necesidades para la síntesis de proteína de la leche.
3. Sintetizar vitaminas del complejo B y vitamina K. Como resultado, las vacas normalmente no requieren suplementación de las vitaminas B ni de la vitamina K en su dieta.
4. Desintoxicación de algunos tipos de toxinas.
Sin embargo, hay desventajas de la fermentación ruminal:
1. La fermentación rápida de carbohidratos en el rumen se asocia con la pérdida de alguna energía en forma de gases (metano y bióxido de carbón).
2. Las proteínas de alto valor nutritivo se degradan parcialmente con una pérdida potencial de amoniaco, si la bacteria no puede incorporar todo el amoniaco producido para formar proteína bacteriana.
3. La vaca come una gran cantidad de fibra proveniente de plantas, que se digiere lentamente y se retiene en el rumen por un largo período de fermentación. Como resultado, cuando la dieta es alta en fibra, una vaca puede comer hasta su capacidad y todavía le faltará la energía que ella necesita.
Aunque los microbios del rumen pueden responder rápidamente a cambios en la composición de la dieta, la vaca requiere más tiempo para adaptarse a cambios en los productos finales de fermentación. De este modo, es importante que los cambios en la composición de la dieta sean graduales (durante un período de 4 a 5 días). La cantidad de bacterias producidas diariamente en el rumen varía directamente con la cantidad de energía disponible para los microbios, la cual a su vez, es directamente proporcional a la cantidad de energía ingerida. Aunque las vacas no comen bacterias, aproximadamente 2.5 kg de proteína bacterial (400 mg. de nitrógeno) que crece en el retículo-rumen puede alcanzar el intestino delgado cada día. Estas proteínas bacterianas se digieren en el intestino delgado y son la fuente principal de aminoácidos para la vaca.

DIGESTION EN EL ABOMASO Y EL INTESTINO DELGADO
Empezando en el abomaso, la digestión es similar a la de otros animales. En el abomaso, toda la actividad bacteriana cesa completamente debido al ambiente ácido. El abomaso secreta el ácido clorhídrico y las enzimas, pepsina y renina. Es sólo cuando la acidez de la digesta en el abomaso alcanza un nivel muy fuerte (pH=2) que el píloro se abre y deja la digesta, la cual se llama ahora quimo, y pasa al duodeno. La secreción del páncreas, del hígado y de las glándulas de las paredes intestinales entran al duodeno y se mezclan con el quimo. Estas secreciones contienen enzimas que pueden hidrolizar proteína (proteasas), almidón (amilasas), y grasa (lipasas). Las proteínas se reducen en péptidos y amino ácidos. El almidón y otros polisacáridos se hidrolizan en azúcares sencillos tales como glucosa, fructuosa, etc. Las grasas se hidrolizan a su estructura básica de glicerol (azúcar) y tres ácidos grasos, los cuales consisten en largas cadenas de carbones que terminan en grupos ácidos.

ABSORCION EN LOS INTESTINOS
La absorción de los productos de digestión en los intestinos ocurre principalmente en la segunda parte del intestino delgado. Los aminoácidos y los péptidos pequeños resultantes de la digestión de proteína y azúcares sencillos, tales como glucosa de la digestión de carbohidratos, pueden pasar las células que forman los intestinos y entrar a los capilares sanguíneos. La absorción de los ácidos grasos de cadena larga es más compleja y requiere la presencia de sales biliares. Los intestinos gruesos no secretan enzimas digestivas, pero la absorción, especialmente de agua, ocurre aquí.

HECES Y ORINA
Las heces que salen del recto por el ano se componen de lo siguiente:
1. Residuos de alimentos no digeridos.
2. Enzimas digestivas.
3. Células eliminadas del tracto intestinal.
4. Residuos de microorganismos no digeridos (bacteria).
La cantidad de heces producida cada día puede variar considerablemente según la tasa de ingestión y la composición de la dieta. Las vacas alimentadas con una dieta alta en forraje producen más heces que las vacas alimentadas con concentrados que tienen un alto contenido de granos. Por promedio, una vaca de 600 kg produce aproximadamente 10,000 kg de heces y orina al año. El Cuadro 1.2 indica la composición del estiércol (heces más orina) producido por vacas lecheras. La materia seca del estiércol contiene aproximadamente 85% materia orgánica y 15% minerales. Además del nitrógeno, fósforo y potasio, otros minerales del estiércol de las vacas lecheras incluyen magnesio, calcio, sodio, azufre, hierro, zinc, manganeso y cobre. La orina contiene 50% del total de potasio en el estiércol. Sin embargo, las heces contienen 90% del fósforo.
Cuadro 1.2: Composición del estiércol de las vacas lecheras.

Componente Estimación
1* 2**
Agua, % 76.5 79.0
Materia seca, % 23.5 21.0
Total 100.0 100.0
% de materia seca
Nitrógeno (N) 2.2 2.3
Fósforo (P2O5)*** 1.3 1.1
Potasio (K2O)*** 0.8 2.9

* Dairy Science Handbook. 1990. Volumen 20, p 41.
** Ensminger et al., 1990. Feeds and Nutrition p 478.
*** P2O5 se puede convertir en a fósforo (P) dividiendo las figuras por 2.29, y K2O se puede convertir en potasio (K) dividiendo por 1.2.

RESUMEN
La estructura y función del tracto digestivo de la vaca lo hace especialmente eficiente en la utilización de alimentos fibrosos, cuyas consecuencias son:
• Los forrajes deben formar parte de la dieta para estimular la rumia esencial para mantener una vaca sana.
• Cuando usted alimenta la vaca, primero está alimentando sus microbios ruminales.
• Las vacas utilizan una gran variedad de dietas, pero los cambios deben ser graduales y realizados durante un período de 4 a 5 días.
• Las heces de las vacas son ricas en materia orgánica, contienen nitrógeno, fósforo y potasio, son un fertilizante excelente.