Como os cientistas medem a degradação proteica ruminal em ingredientes para rações

A otimização da nutrição de ruminantes depende da compreensão de como a proteína dietética é utilizada. Um aspecto crítico é determinar a extensão em que as proteínas da ração são degradadas por microrganismos ruminais versus a passagem pelo rúmen para digestão e absorção no intestino delgado. Os cientistas empregam vários métodos para medir isso, fornecendo dados cruciais para a formulação de rações balanceadas e a avaliação da qualidade dos ingredientes.

Cropenta Insight

Compreender a dinâmica intrincada da degradação de proteínas no rúmen, especialmente as disparidades observadas entre as metodologias in situ e in vitro para ingredientes processados, representa um desafio crítico para os formuladores de rações. Uma compreensão precisa desses resultados específicos do método é essencial para avaliar com exatidão a verdadeira disponibilidade de proteína de um ingrediente, permitindo uma formulação de ração mais precisa para apoiar o desempenho animal e a utilização eficiente de nitrogênio.

O Duplo Papel da Proteína no Rúmen

A proteína dietética em ruminantes desempenha duas funções primárias: fornecer nitrogênio para que os microrganismos do rúmen sintetizem proteína microbiana e fornecer proteína não degradável no rúmen (PNDR), também conhecida como proteína de escape, que chega ao intestino delgado para digestão direta. A fração que é degradada no rúmen é conhecida como proteína degradável no rúmen (PDR). Equilibrar a oferta de PDR e PNDR é essencial para a utilização eficiente de nitrogênio e o fornecimento de aminoácidos ao animal.

Método In Situ: Abordagem Estabelecida para Medição da Degradação Proteica Ruminal

O método in situ, frequentemente referido como técnica da bolsa de nylon, envolve a incubação de amostras de alimentos diretamente dentro do rúmen de animais canulados para avaliar a medição da degradação proteica ruminal ^{[1, 2]}. Esta técnica permite a exposição ao ambiente ruminal natural, incluindo sua população microbiana e dinâmica de fermentação. As amostras, tipicamente moídas e pesadas, são colocadas em bolsas de nylon porosas, que são então suspensas no rúmen por períodos variáveis, geralmente de algumas horas até 96 horas ou mais para ingredientes de degradação lenta ^[1].

Após a incubação, as bolsas são removidas, lavadas e o resíduo restante é analisado para proteína bruta. A perda de proteína da bolsa ao longo do tempo indica a extensão da degradação. Ao ajustar esses dados a um modelo matemático, a cinética de degradação ruminal pode ser determinada, rendendo parâmetros como a fração solúvel (S), a fração potencialmente degradável (D) e a taxa de degradação fracionária (Kd). Um conceito importante aqui é que a PNDR não é simplesmente a proteína remanescente após um tempo de incubação fixo, mas é calculada a partir dessas características de degradação em uma taxa de passagem (Kp) assumida ^[2].

Técnicas In Vitro: Abordagens Baseadas em Laboratório

Em contraste com o método in situ, as técnicas in vitro simulam a digestão ruminal em ambiente laboratorial. Esses métodos frequentemente envolvem a incubação de amostras de alimentos com fluido ruminal coletado de animais doadores ou com enzimas específicas sob condições controladas ^{[1, 3]}. Abordagens comuns in vitro incluem ensaios enzimáticos, que usam proteases para simular a degradação proteica, ou técnicas de produção de gás, que medem o gás produzido durante a fermentação microbiana como um indicador de digestibilidade ^[3]. Embora ofereçam vantagens em termos de rendimento e custo, os métodos in vitro podem não replicar totalmente o ambiente complexo e dinâmico do rúmen vivo ^{[1, 3]}.

Comparando os Métodos In Situ e In Vitro

Pesquisas têm mostrado que, embora os métodos in vitro possam fornecer estimativas, eles podem apresentar baixa correlação com as medições in situ, particularmente para ingredientes de ração protegidos por proteína ^{[1, 2]}. As técnicas in vitro podem tender a estimar uma maior proteção ruminal para proteínas que sofreram processamento como tratamento térmico ou reações de Maillard ^[2]. Essa discrepância pode surgir porque as simulações laboratoriais podem não mimetizar com precisão as interações físicas, químicas e microbianas que ocorrem dentro do rúmen ^[1].

Por exemplo, um estudo comparando métodos in vitro e in vivo (in situ) para estimar a degradação da proteína bruta ruminal em vários alimentos comumente usados para gado de corte encontrou diferenças em suas capacidades preditivas ^[1]. O método in situ oferece uma avaliação mais direta e biologicamente relevante da medição da degradação proteica ruminal, refletindo as condições reais dentro do animal ^[2].

Da Degradação à Proteína Não Degradável no Rúmen (PNDR)

Os dados obtidos de estudos de degradação in situ, especificamente os parâmetros cinéticos (S, D, Kd), são usados para calcular o valor de PNDR de um ingrediente. Este cálculo requer uma taxa de passagem ruminal (Kp) assumida, que reflete a rapidez com que as partículas de alimento saem do rúmen. Os valores de PNDR dependem da Kp assumida, portanto, os valores só devem ser comparados com a mesma taxa de passagem ^[2]. Uma Kp mais alta geralmente leva a uma porcentagem de PNDR calculada mais alta, pois há menos tempo disponível para a degradação microbiana.

De acordo com os fabricantes de Bypass Soy Protein MP e Bypass Rapeseed MP, esses valores foram medidos in vivo por um instituto de pesquisa independente sob o protocolo holandês in situ ^{[4, 5]}. É importante notar que uma alta porcentagem de PNDR por si só não indica necessariamente valor nutricional completo; ela deve ser avaliada em conjunto com a digestibilidade intestinal ^[2].

Digestibilidade Intestinal e Proteína Metabolizável

Após escapar da degradação ruminal, a fração de PNDR deve ser digerida no intestino delgado para fornecer aminoácidos utilizáveis ao animal. A digestibilidade intestinal, frequentemente medida usando a técnica da bolsa de nylon móvel em vacas com cânulas duodenais, quantifica a proporção de PNDR que é realmente digerida e absorvida. Uma PNDR alta com baixa digestibilidade intestinal pode resultar em proteína utilizável limitada, enfatizando a necessidade de avaliar ambos os parâmetros ^[2].

O conceito de proteína metabolizável (PM) integra PNDR e digestibilidade intestinal, juntamente com a síntese de proteína microbiana, para estimar a oferta total de aminoácidos ao animal ^[2]. Sistemas como o holandês DVE/OEB ou o alemão nXP/RNB traduzem essas características de degradação e digestibilidade medidas em valores de formulação. Essas avaliações abrangentes permitem que os formuladores otimizem a oferta de proteína, apoiando o desempenho animal e a utilização eficiente de nitrogênio.

No entanto, observações de campo sugerem que os valores de PNDR declarados podem nem sempre se alinhar com as medições in situ. Em ensaios de alimentação de gado leiteiro na Alemanha comparando farelo de colza tratado física e termicamente ou tratado com lignossulfonato, as medições in situ encontraram PNDR abaixo das proporções utilizadas nos cálculos de ração. O farelo tratado fisicamente mostrou apenas uma pequena diferença em relação ao farelo não tratado, e o tratamento com lignossulfonato, embora significativo, rendeu menos PNDR do que o esperado, especialmente em comparação com os tratamentos históricos com formaldeído ^[6].

Resumo técnico

A medição da degradação proteica ruminal é crucial para a formulação de dietas para ruminantes. O método in situ, utilizando animais canulados, é fundamental para determinar a cinética de degradação e calcular a proteína não degradável no rúmen (PNDR) a uma taxa de passagem assumida. As técnicas in vitro oferecem alternativas laboratoriais, mas podem apresentar discrepâncias na proteção, especialmente para proteínas tratadas. Uma avaliação abrangente exige a análise tanto da PNDR quanto de sua digestibilidade intestinal subsequente para estimar com precisão a oferta de proteína metabolizável para o animal.

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