Post on 10-Jan-2016
description
1Nutricin Animal
CURSO DE NUTRICION ANIMAL 2011
Tema 9 . BIOENERGETICA
Material elaborado por:
Ing. Agr. Roberto Bauzarbauza@fagro.edu.uy
Montevideo Uruguay
ENERGIA1. Introduccin:
* Principios y Definiciones* Requerimientos celulares de energa y su satisfaccin
2. Energa de los alimentosEsquema convencional de particin de la energa
3. Requerimientos* Estimacin* Particin de los requerimientos
- mantenimiento- produccin
* Expresin de los requerimientos
Estudio de los cambios energticos(transferencia y utilizacin de la energa) que acompaan las reacciones qumicasen los organismos vivos.
Estudio del aporte alimentario y de losrequerimientos de energa de los animales
BIOENERGTICAPrincipios y definiciones
Energa = capacidad de realizarun trabajo
Trabajo biolgico= todo proceso llevado a cabo por el animal para crear y mantener su organizacin esencial: Generacin de gradientes elctricos y
qumicos para transportes activos Sntesis de macromolculas Contraccin de msculos para realizar
movimientos al interior o exterior del cuerpo
Formas de la energa Energa qumica: E retenida o liberada cuando
los tomos se reordenan en una nueva configuracin molecular
Energa elctrica: E obtenida por la separacin entre cargas positivas y negativas
Energa mecnica: E del movimiento organizado
Energa cintica o calor: E de la materia debida al movimiento continuo al azar de sus tomos y molculas
UNIDADES DE EXPRESIN DE LA ENERGA
calora: calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua 1 C(de 14,5 a 15,5 C ) a 1 atm de presin.
joule: energa necesaria para desplazar una masa de un quilogramo una distancia de un
metro con una aceleracin de un metro/segundo
2Conversiones:
1 calora 4,184 joules
1 Kcal (quilocalora) 1000 cal
1 Mcal (megacalora) 1000 Kcal
Idem para los joules
Formas de expresin de la concentracin energtica de un
producto Base fresca:
Mcal/kg de producto
Base seca: Mcal/kg de MS
Energa para los animales Los animales utilizan la energa qumica
liberada por ruptura de los enlaces de losproductos orgnicos para realizar lostrabajos celulares.
La energa elctrica y la mecnica se pueden utilizar para algunos trabajosfisiolgicos
La energa trmica no puede ser utilizadapara ningn tipo de trabajo fisiolgico
Energa para los animales Parte de la energa de los alimentos es
retenida en tejidos del animal (o productos) en forma de energa quimica
Parte de la energa se pierde en el proceso de sntesis, en forma de calor(ineficiencia)
La energa utilizada en la realizacin de trabajos se transforma (pierde) en calor
Requerimientos celulares de energa
Almacenada como energa qumica
Trabajo mecnico
Energa qumica celular
Pool metablico de
energa qumica
Trabajo osmtico
Trabajo elctrico
Energa trmica
Energa destinada a trabajos celulares
Clula
Satisfaccin de los requerimientos celulares de energa
TAG,Protenas, Glucgeno....
Trabajo mecnico
CHOPROTENAS
LPIDOS
AA,Glu, AG,AGV
ATP
GlucosaAA
AGVTAG,AGNE
Trabajo osmtico
Trabajo elctrico
Energa trmica
Energa destinada a trabajos celulares
Alimento
Clula
3BALANCE ENERGETICO DE DIETAS
Aporte alimentarioRequerimiento del animal
Nivel de produccin
ConsumoConcentracinUt. Digestiva
Ut. metablica
EspecieEstado fisiolgicoPotencial gentico
Funcin
Ganancia de pesoKg de leche
ENERGA ALIMENTARIA
Energa qumica alimento
Energa en heces
Energa absorbida
Biosntesis
Mantenimiento
Trabajo externo(trabajo interno)
Crecimiento:Energa en
tejidos Energa en productos
Energa mecnica
CALOR
Energa en orina
Energa en gases
Cuantificacin de las prdidas
18 - 20Metabolismo1 - 2Digestin5 - 6Fermentacin
Calor
3 - 7Orina (Eo)8 - 10Gases (Eg)
20 - 50Heces (Eh)% de la EB consumidaPrdida
ENERGIA BRUTA (EB)
ENERGIAHECES (Eh)
ENERGIADIGESTIBLE (ED)
ENERGIAMETABOLIZABLE
(EM)ENERGIAGASES (Eg)
ENERGIAORINA (Eo)
ENERGIA NETA (EN)ENERGACALRICA
ESQUEMA CONVENCIONAL DE PARTICION DE LA ENERGIA
ENERGIAPRODUCCION
ENERGIAMANTENIMIENTO
ENERGIA BRUTA (calor de combustin)
- Energa liberada como calor cuando unasustancia orgnica es oxidada totalmentea CO2 y H2O.
Es el punto de partida para conocer la energa de un alimento o de una racin, que es utilizada en los procesos corporales.
4ENERGIA BRUTA (Formas de determinacin)
-- Contenido de energa en un peso dado de un compuesto, medido como calor de combustin en un calormetro (bomba calorimtrica).
- Estimacin a partir de la composicin qumica (anlisis de Weende) y los valores de combustin de los carbohidratos, protenas y lpidos
Calormetro (Bomba calorimtrica)
COMPOSICIN PORCENTUAL DE CARBOHIDRATOS, PROTENAS Y GRASAS
C: Carbono; O: Oxgeno; H: Hidrgeno; N: Nitrgeno
1 gr. C 8 Kcal1 gr. H 34,5 Kcal
Maynard et al., 1979
Item C H O NCarbohidratos 44 6 50Protenas 52 6 22 16Grasas 77 12 11
EB Promedio Kcal / g
CARBOHIDRATOS 4,15
PROTEINAS 5,65
LIPIDOS 9,40
Maynard et al, 1979
ENERGIA BRUTA DE LOS COMPONENTES DEL ALIMENTO
ESTIMACION DE LA EB A PARTIR DE LA COMPOSICIN QUIMICA
EB(Mcal/Kg) = 5.65 PC+9.4 EE+4.19 FC+4.17 ELN (fracciones expresadas en proporcin de la unidad)
Ecuacin de EWAN (1989)EB (kcal/kg MS) = 4143 + (56 x %EE) + (15 x %PC) - (44 x %Ce) R2 = 0.98(se aplica en el caso de alimentos o raciones constituidas por un alto porcentaje de hidratos de carbono)
ENERGIA BRUTAENERGIA BRUTASUSTANCIAS PURAS Kcal / g
Glucosa 3,76Almidn 4,23
Casena 5,86Globulina 5,36
Ac. Actico 3,49Ac. Propionico 4,96Ac. Butirico 5,35Ac. Palmitico 9,35
Urea 2,53Acido rico 2,74Metano 13,25
5ALIMENTOS Kcal / g
Maz (grano) 4,55Trigo (afrechillo) 4,54Harina de soja 4,72Soja (poroto) 5,52Raigrs (vegetativo) 4.54Heno de alfalfa 4.37Chala de maz 4.33Sebo vacuno 9.46
Mc. Dowell, 1974 Church , 1979 - INRA, 1989
ENERGIA BRUTA (base seca)ENERGIA BRUTA (EB)
ENERGIAHECES (Eh)
ENERGIADIGESTIBLE (ED)
ENERGIAMETABOLIZABLE
(EM)ENERGIAORINA (Eo)
ENERGIAGASES (Eg)
ENERGIA NETA (EN)ENERGACALRICA
ESQUEMA CONVENCIONAL DE PARTICION DE LA ENERGIA
ENERGIAPRODUCCION
ENERGIAMANTENIMIENTO
Definiciones : ENERGIA DIGESTIBLE (ED)
Es la parte de la energa alimentariaconsumida que no aparece en las heces
ED = EB - (E heces - E endgena)
En el proceso de utilizacin de la energaingerida la prdida en las heces es la primera y, cuantitativamente, la msimportante y ms variable.
(ED = 30 - 90 % de EB)
Definiciones : ENERGIA DIGESTIBLE (ED)
Digestibilidad de la Energa: Proporcional a la digestibilidad de la MO
ENERGIA DIGESTIBLE(Determinacin)
A) PRUEBAS DE DIGESTIBILIDAD Calorimetra (bomba calorimtrica): restando
a la EB consumida la EB de las heces se obtiene la energa digestible aparente.
Estimaciones a partir de composicinqumica de ingerido y excretado
Determinacin de Nutrientes Digestibles Totales (NDT)
ESTIMACION DE ED POR CALOR DE COMBUSTIN (NRC 2001)
Cerdos: ED (Mcal/kg) = (CNED x 4.2) + (FDND x 4.2)
+ (PCD x 5.6) + (EED x 9.4) - 0.3
Fracciones expresadas como fraccin de la unidad
6ENERGIA DIGESTIBLE
B) ESTIMACION A PARTIR DE C.Q.
Cerdos (Noblet y Perez, 1993) ED (kcal/kg) = 4151 - (122 x %C) + (23 x
%PC) + (38 x % EE) - (64 x % FC) R2 = 0.89
ED (kcal/kg) = 949 + (0.789 x EB) - (43 x %C) - (41 x %FDN)
R2 = 0.91
NUTRIENTES DIGESTIBLES TOTALES (NDT)
Valores fisiolgicos de combustin
Grupo nutrientes
EB Kcal/g
Prd Fecal (%EB)
ED Kcal/g
Prd. Orina % ED
VFC Kcal/g
CHO 4.15 2 4.00 0 4.00
Grasas 9.45 5 9.00 0 9.00
Protenas 5.65 8 5.2 23 4.00
NDT % = 1 x %PCD + 1 x %FCD + 1 x %ELND + 2.25 x %EED
1 kg NDT = 4.409 Mcal ED
ED (Mcal/kg) = % NDT x 0.04409
NUTRIENTES DIGESTIBLES TOTALES (NDT)
NRC 2001 NDT % = CHONEd + PCd + 2.25 EEd +
FDNd - 7
Fracciones en %
NUTRIENTES DIGESTIBLES TOTALES (NDT)
ENERGIA BRUTA (EB)
ENERGIAHECES (Eh)
ENERGIADIGESTIBLE (ED)
ENERGIAMETABOLIZABLE
(EM)ENERGIAORINA (Eo)
ENERGIAGASES (Eg)
ENERGIA NETA (EN)ENERGACALRICA
ESQUEMA CONVENCIONAL DE PARTICION DE LA ENERGIA
ENERGIAPRODUCCION
ENERGIAMANTENIMIENTO
Definiciones: ENERGIA METABOLIZABLE (EM)
- Cantidad de energa proveniente del alimentoque dispone el animal para sus procesosmetablicos
Sustrayendo a la ED la energa perdida en los productosgaseosos de la digestin y la energa perdida en la orina, se obtiene la Energa Metabolizable (EM).
EM = ED - Eg - Eo
EM = Ec - Eh - Eg - Eo
7ENERGIA METABOLIZABLE (EM)-Prdidas de E en gases
Origen: procesos de fermentacin en el TGI.
- La prdida de energa por gases ms importantecorresponde al metano.
EB del metano = 13.34 Mcal/kg
Prdidas como gases:Rumiantes: 7 - 10 % de EB consumidaCerdos: 0.1 - 3 % (en alimentos concentrados se desprecia)
ENERGIA METABOLIZABLE (EM)-Prdidas de E en orina:(Compuestos nitrogenados)
Compuesto % del N total
Urea 80 - 90Creatinina 3 - 4NH4+ 2.5 - 4.5c.rico 1 - 2 (80 %, aves)AA 1 - 2
ENERGIA METABOLIZABLE (EM)-Costo energtico de la excrecin de N:
Urea: EB = 5.50 Mcal/kg
Acido rico: EB = 6.70 Mcal/kg
ENERGIA METABOLIZABLE (EM)-Prdidas de E en orina:
rumiantes: 4 - 5 % de EB consumida
cerdos: 2 - 3 %
ENERGIA METABOLIZABLE (EM)
-Relacin promedio EM/ED
Rumiantes: 0.82 Cerdos: 0.96
ENERGIA METABOLIZABLE (EM)-Correccin por balance de N
mamferos: 7.45 kcal/g de N
Aves: 8.22 kcal/g de N
Balance negativo: se adicionapositivo: se resta
8ENERGIA METABOLIZABLE (EM)
METABOLICIDAD DE LA ENERGIAMETABOLICIDAD DE LA ENERGIA
q = EM / EB
METABOLICIDAD DE LA ENERGA (q)
Causas de variacin de q: Especie animal (tipo de digestin) Tipo de alimento
Concentrados Alimentos fibrosos Ensilados
0.61Ensilado forraje0.570.42Heno alfalfa
0.560.48Af. Trigo0.740.89Maz
RumiantesCerdosAlimento
Rangos de eficiencia de uso de la EB y ED en las dietas
Animal ED/EB EM/ED EM/EB Cerdos y Aves 60 a 98 92 a 98 55 a 97 Caballos y Conejos 30 a 90 85 a 94 26 a 85 Rumiantes 40 a 90 78 a 87 31 a 82
ESQUEMA CONVENCIONAL DE PARTICION DE LA ENERGIAENERGIA BRUTA (EB)
ENERGIAHECES (Eh)
ENERGIADIGESTIBLE (ED)
ENERGIAMETABOLIZABLE
(EM)ENERGIAORINA (Eo)
ENERGIAGASES (Eg)
ENERGIA NETA (EN)ENERGACALRICA
ENERGIAPRODUCCION
ENERGIAMANTENIMIENTO
Aporte energtico del alimento que efectivamente es utilizado por el animal.
- Parte de la EM que es retenida como producto/s (carne, leche, huevos, etc.) y/o utilizada en las funciones de mantenimiento del organismo.
EN = EM - IC
IC = Incremento en la produccin de calor resultado de la ingestin de alimentos
DefinicionesDefiniciones : : ENERGIA NETA (EN) Incremento calrico (IC)
Incluye calor proveniente de:- Fermentaciones microbianas-Trabajo:
- movimiento del TGI- accin de enzimas digestivas
-Metabolismo de nutrientes (mantenimiento y sntesis)- Excrecin de productos de desecho
9Incremento calrico (IC)Determinacin por calorimetra directa
Produccinde calor
(Mcal/da)
Ingestin de EM (Mcal/da)
A
B
C
E
D
0
5
10
15
20
5 10 15 20
BD = Consumo EM
DC = Prod. De calor
BD DC = Energa Neta
EB = incremento calrico por ingestin de alimento
OA = Metabolismo basal
UTILIZACIUTILIZACIN DE LA ENERGIAN DE LA ENERGIAPOR EL ANIMALPOR EL ANIMAL
USOS de la EN* Mantenimiento*Produccin
Eficiencia de transformacin de EM en EN
k = EN / EM
El valor de EN de un alimento para un mismo gnero y especie animal es variable en funcin del proceso fisiolgico (mantenimiento, lactacin, crecimiento,
engorde, etc.) en el cual es utilizada la EM .
ENERGIA NETA (EN) DefinicionesEnerga Neta para mantenimiento (ENm)
Fraccin de la EN consumida destinada a mantener el equilibrio energtico del animal .
Comprende la energa destinada a:
Metabolismo basal Termorregulacin Actividad voluntaria del animal.
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
METABOLISMO BASAL
Necesidades energticas de un organismo animal en post-absorcin, reposo y ambiente termoneutro
Incluye:Funciones de servicioFunciones de mantenimiento celular
La energa empleada en estos procesos se disipa como calor, siendo - en muchas condiciones climticas - este calor suficiente para mantener la temperatura interna.
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
METABOLISMO BASAL
Funciones de servicio
trabajo de circulacin y respiracintrabajo heptico y renalfunciones nerviosasfuncionamiento de rganos vitales
10
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
METABOLISMO BASAL
Funciones de mantenimiento celular
Renovacin de protenas y lpidos
Transporte de iones (Ca y Na, principalmente)
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
METABOLISMO BASAL
Distribucin del costo energtico
Funciones de servicio: 50 60 %
Mantenimiento celular: 40 50 %
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
METABOLISMO BASAL = Produccin de calor en ayuno
Proporcional al Peso Metablico Corporal
PMC = PV0.75
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
TERMORREGULACIN:
= E destinada a mantener la T corporal
TEMPERATURA AMBIENTE Y TERMOREGULACION
a b cHipo-termia
Hiper-termia
Produccin de Calor
Prdidas deCalor por
Evaporacin
Temperatura Corporal
Temperatura ambiente
a - aumento dela produccinde calor
b - termo-neutralidad
C - aumento de la evapo-racin
Yousef, 1984
Produccin de calormxima
Temperatura crticaInferior Superior
Prdidasde calor
mximas
Energa Neta para mantenimiento (ENm)TERMORREGULACIN:
Costo energtico (cerdos) (Noblet, 1985)5.5 6.7 Kcal EN / KPV0.75 / C/da(T por debajo de la TCI)
Disminucin ingestin:1.7 % / C por encima de TCS
11
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
TERMORREGULACIN:
Costo energtico (bovinos, NRC 2000)ENm = 0.0007 * (20 T) Mcal/PV0.75/da
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
ACTIVIDAD VOLUNTARIA =
E para acostarse/levantarse, bsqueda e ingestin de alimentos y agua, etc
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
ACTIVIDAD : Gasto energtico relativo al MB en ovejas.
Aumento enSITUACIN ref. al MB
Metabolismo basal 100
Brete pequeo 116 16%
Alta disp. de pastura 134 34%
Baja disp. y agua lejos (5Km) 172 72%Terreno escarpado 153 53%
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
ACTIVIDAD ACTIVIDAD : Incremento del costo energtico de mantenimiento
General : 10 a 15 % cuando la actividad se realiza a la intemperie.Vacas lecheras en lactacin:
10 %en buenas pasturas 1,4 Kg leche20 % en pasturas pobres 2,6 Kg leche
(NRC , 1988)Ovinos:20 a 30 %: pastoreo 1 - 2 hrs./da , buena disponibilidad
de pasturas.50 a 100%: pastoreo 6 - 8 hrs./da, baja disponibilidad
de pasturas
Energa Neta para mantenimiento (ENm)Costo energtico de la actividad voluntaria
(bovinos)
ACTIVIDAD cal / Kg PV / hora
Comer 0,55Rumiar 0,24Parado 0,12Caminar:
horizontal 0,6 / Kmvertical 6,45 / Km
Energa Neta para mantenimiento (ENm)Costo energtico de la actividad voluntaria
(cerdos, NRC 1998)
ACTIVIDAD Costo
Comer 24 - 35 Kcal/kg alimentoParado 6,5 Kcal/KMC/100 minCaminar: 1,67 Kcal/KPV/Km
12
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
BovinosReq. bovinos carne y leche :ENm = 0.077 Mcal / KPV0.75
Eficiencia en la utilizaciEficiencia en la utilizacin de la EM del alimento n de la EM del alimento para mantenimiento: para mantenimiento:
km = 0.28 q + 0.554 (INRA)
km = 0.64 (NRC)
Fuente: NRC (2000)
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
REQUERIMIENTOS PARA MANTENIMIENTO:
Cerdos
ENm = 0.077 Mcal / KPV0.75
Km = 0.67
Energa Neta para mantenimiento (ENm)
REQUERIMIENTOS PARA MANTENIMIENTOEjemplo de clculo:
Peso vivo = 65 kg = 22.9 kg PMCReq. EN/dia: 1.763 McalEM = 2.63 Mcal/da
(aprox. 0.8 kg alimento con 3.2 Mcal EM/kg) + costo de termorregulacin + actividadCerdosENm = 0.077 Mcal / KPV0.75
Km = 0.67
Energa Neta para produccin (ENp)
= Energa retenida en los tejidos sintetizados Incorporados = ganancia de peso Exportados: p.ej: produccin de leche
Energa Neta para produccin (ENp)UtilizaciUtilizacin de la n de la energiaenergia metabolizablemetabolizable
E retenida
Ingestin de EM
0
Energa Neta para produccin (ENp)
EN para ganancia de peso:
Costo de la ganancia
Protena: 10.6 Mcal /kgGrasa. 12.5 Mcal /kg
[tejido magro = 20 23 % Protena][tejido adiposo = 80 -95 % Grasa]
Costo de 1 kg de tejido magro: 5.5 McalCosto de 1 kg de tejido adiposo: 9.5 Mcal
13
Energa Neta para produccin (ENp)
Bovinos:
Uso de la EM del alimento para ganancia:
kg = 0.78 q + 0.006
Valor promedio kg = 0.5
ENg (Mcal/kg) = 1.42 EM - 0.174 EM2 + 0.0122 EM3 - 1.65
Fuente: NRC 2000
Energa Neta para produccin (ENp)
Cerdos:kg = 0.60 0.7
Energa Neta para produccin (ENp)
EN para produccin de leche
Bovinos:
E retenida en la leche (Mcal/kg) = 0.0929 x % EE + 0.0547 % PC + 0.192
Uso de la EM para producir leche:kl = 0.64
kl = 0.6 + 0.24 (q 0.57)
Energa Neta para produccin (ENp)
AVES
EN para ganancia de peso
kg = 0.75 - 0.8
EN para produccin de huevos
Gallinas:kh = 0.69
BALANCE ENERGETICO DE DIETAS
Aporte alimentarioRequerimiento del animal
Nivel de produccin
ConsumoConcentracinUt. Digestiva
Ut. metablica
EspecieEstado fisiolgicoPotencial gentico
Funcin
Ganancia de pesoKg de leche
Aplicacin prctica
E. consumida
E. Metabolizable
Mantenimiento
Produccin
km
kg/kl
q