Pontificia Universidad Catlica de Chile Facultad de Agronoma e Ingeniera Forestal Departamento de Ciencias Animales

Adaptaciones metablicas hepticas en el perodo periparto en vacas de alta

produccin de leche

Fernando Gonzlez Munizaga e Isabel Koenekamp Sanhueza.

ENERO, 2006

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INTRODUCCIN La reproduccin en los rebaos lecheros es el principal factor a considerar para obtener una produccin eficiente que permita un sistema productivo econmicamente rentable (Colman et al, 1984; Schmidt, 1989; Plazier et al, 1997; Plaizier et al, 1998; Gonzlez et al, 2001). Los ndices reproductivos en la raza Holstein Friesian se han ido deteriorando en forma progresiva en las ltimas dcadas (Butler y Smith, 1989; Lucy, Gross y Thatcher, 1990; Staples, Thatcher y Clark, 1990; Thatcher et al, 1994), situacin de la que no escapan los rebaos lecheros en nuestro pas, mayoritariamente de esta raza, especialmente aquellos que han adoptado un sistema intensivo de produccin, en confinamiento permanente, con altas producciones de leche (Gonzlez, Contreras y Barrales, 2005). Estos sistemas caracterizan a la gran mayora de los rebaos lecheros en la zona central de Chile, concentrndose principalmente entre las regiones Metropolitana y VIII; presentan la particularidad de ser poco flexibles, operan con mayores costos por unidad de producto, requieren mayores necesidades de capital operacional, pero tambin producen una mayor cantidad de leche por vaca, presentando una utilidad aceptable en condiciones favorables del precio de la leche (Gonzlez, 2005). La necesidad de aumentar la produccin de leche en estos sistemas, ha obligado a los productores a usar toros con un alto potencial gentico para produccin de leche, lo que se ha traducido en un aumento del nivel de consanguinidad, menor capacidad de adaptacin y disminucin de la capacidad de respuesta inmune (Desvergne y Wahli, 1999; Ingvartsen y Andersen, 2000; Faith et al, 1999; Lemberger et al, 1996). Por otra parte, la alta produccin de leche ha llevado al lmite algunas funciones hepticas claves para satisfacer los requerimientos nutritivos, principalmente energticos, durante el perodo que abarca desde las etapas finales de la gestacin hasta la consolidacin de la lactancia al momento de alcanzar el peak de produccin. El hgado reacciona, producindose una serie de adaptaciones metablicas con la finalidad de abastecer la demanda extra de glucosa desde sustratos gluconeognicos endgenos diferentes a la va ms importante que es la del propionato, producto de la fermentacin ruminal (Overton, 1998; Piepenbrick y Overton, 2000; Drackley, Overton y Douglas, 2001; Greenfield, Cecava y Donkin, 2000). Como consecuencia de esto, se ha hecho cada vez ms evidente una disminucin de la eficiencia productiva en los sistemas intensivos, observndose un aumento de la eliminacin por problemas reproductivos, menor duracin de la vida productiva, escaso o nulo crecimiento del tamao de los rebaos y por consiguiente prdidas econmicas considerables que ponen en peligro la estabilidad y destino de las empresas lecheras. A estas desventajas se suma la imposibilidad de ofrecer a estas vacas, en las condiciones del mercado interno de la leche, un ambiente favorable para la expresin mxima de su potencial gentico

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de produccin de leche, producindose una respuesta menor a la esperada, posiblemente debido a interacciones gentico-ambientales desfavorables (Mallard et al, 1998; Drackley, Overton y Douglas, 2001). La necesidad de una transicin exitosa desde las etapas finales de la preez hasta la consolidacin de la lactancia ha tomado fuerza durante la ltima dcada en la medida que investigadores y especialistas en nutricin y manejo de vacas lecheras de alta produccin han reconocido la importancia de este perodo. Esta etapa de transicin se caracteriza por cambios dramticos en la demanda de nutrientes, lo que requiere de una coordinacin muy precisa del metabolismo para satisfacer los requerimientos de glucosa, cidos grasos y aminocidos, inmediatamente siguiendo al parto. En general, estas alteraciones son un reflejo de los cambios hormonales que ocurren para facilitar el proceso del parto y la preparacin de la glndula mamaria para la sntesis de leche (). El hgado, rgano central del metabolismo, es el responsable de captar las necesidades metablicas de todos los tejidos corporales y responder ajustndose a cada una de ellas, por lo que juega un papel clave en la coordinacin del flujo de nutrientes para abastecer las necesidades de la preez y la lactancia (Bauman y Currie, 1980; Seifler y Englard, 1994; Grummer, 1995). Es muy frecuente que en el perodo de transicin, dada las crecientes necesidades nutricionales por parte del feto, los cambios hormonales y la disminucin del consumo de alimento, las vacas de alta produccin entren en un estado de balance energtico negativo que va acompaado por una gran movilizacin de cidos grasos no esterificados (NEFA) desde el tejido adiposo hacia el hgado y el resto de los tejidos para satisfacer las demandas energticas. El grado de movilizacin de estos cidos grasos antes del parto tiene directa incidencia con los desrdenes metablicos posparto (Grummer, 1993; Dick, et al, 1995).

La clula heptica utiliza los cidos grasos para su propio gasto energtico mediante oxidacin mitocondrial o para exportarlos como lipoprotenas de baja densidad (VLDL) hacia el resto de los tejidos con los mismos fines. Muchos nutrientes (metionina, colina, cido flico, biotina, carnitina) han sido identificados como potenciales limitantes para la utilizacin de los cidos grasos en el hgado, ya sea a nivel de la oxidacin mitocondrial o en la sntesis de la molcula VLDL (Grummer, 1993; Bauchart et al, 1998; Drackley, Overton y Douglas, 2000; Piepenbrink, 2002). La metionina es uno de los aminocidos ms limitantes para la produccin de leche y de la protena lctea (Schwab, 1994, citado por Piepenbrink, 2004) y participa de manera importante en el metabolismo heptico de los cidos grasos (McCarthy et al, 1968; Waterman y Schultz, 1972), contribuyendo a mejorar la eficiencia de la beta oxidacin mitocondrial y a la salida de los triglicridos incorporndolos a la molcula VLDL, evitando la acumulacin de estos en la clula

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heptica (hgado graso) y los efectos negativos sobre el metabolismo que esto conlleva. Los requerimientos de metionina, de acuerdo a las estimaciones propuestas por Schwab (1996) como porcentaje de los aminocidos esenciales y por Rulquin (1993) como porcentaje de la protena metabolizable, son altos y debe necesariamente ser suplementada, especialmente cuando las dietas para vacas de alta produccin son dependientes de maz en sus diversas presentaciones. Los aminocidos libres, como la metionina, son atacados rpidamente por los microorganismos del rumen (Chalupa, 1992). La forma no protegida de la DL-metionina presenta una baja proteccin a la degradacin ruminal, cercana al 22% (Velle et al, 1997; Velle et al, 1998; Volden et al, 1998), por lo que no es posible suministrarla en la dieta, debido a la baja eficiencia y alto costo que implicara, a menos que se proteja o modifique qumicamente, ya sea mediante la formacin de sales clcicas, la proteccin con polmeros, el uso de anlogos o derivados de aminocidos o la proteccin mediante encapsulamiento en grasa. El objetivo de este trabajo es analizar el estado actual de la investigacin relacionada a las adaptaciones metablicas hepticas que ocurren en las vacas de alta produccin en el perodo periparto con el propsito de comprender y mejorar la eficiencia de los procesos metablicos que ocurren en el hgado para abastecer las necesidades de glucosa que demanda la alta produccin de leche.

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II. ANTECEDENTES GENERALES II.1 Adaptaciones metablicas en vacas de alta produccin Las vacas lecheras realizan importantes ajustes metablicos y endocrinos entre finales de la preez e inicio de la lactancia. Las estrategias de alimentacin durante este perodo de transicin (desde 21 das previos a la fecha de parto hasta los 21 das post parto) pueden contribuir a aumentar los factores de riesgo asociados a trastornos metablicos que limitan la produccin en la lactancia que se inicia. Estimaciones de las necesidades de aminocidos, cidos grasos y glucosa por parte de la glndula mamaria indican aproximadamente un aumento de dos veces en la demanda por aminocidos, cinco veces en los cidos grasos y 2,5 veces la demanda de glucosa, aproximadamente 1000 g/da a 2500 g/da desde los ltimos das de gestacin al da 21 postparto; en el caso de la glucosa las necesidades en el perodo post parto exceden al abastecimiento a partir del consumo de energa dietaria en ms de 500 g/da (Bell, 1995; Overton, 1998). Overton et al (1998), midieron la capacidad gluconeognica en muestras de hgado, determinando que la conversin de propionato a glucosa, definida como la relacin de conversin de propionato marcado a glucosa (Knapp et al, 1992), comparado con la conversin a CO2 , fue 19 y 29% mayor a los das 1 y 21 postparto en relacin al da 21 preparto. Esto sugiere que controles homeorrticos pueden inducir una adaptacin del hgado durante la lactancia temprana para aumentar la eficiencia de conversin de propionato a glucosa. La capacidad del hgado para utilizar propionato en el proceso de gluconeognesis durante el perodo periparto y el inicio de lactancia, est estrechamente relacionada con el consumo de energa neta de lactancia, corregida por grasa, y el tiempo de balance energtico negativo (BEN), y parecera ser dependiente del aporte de propionato (Aiello et al, 1984; Lomax et al, 1986; Veenhuizen et al, 1988; Armentano et al, 1991). Al respecto, Gonzlez y Bas, (2001), han establecido que el BEN en vacas Holstein Friesian en rebaos de la regin Metropolitana se prolonga aproximadamente hasta los 70 das post parto. La carga metablica del hgado aumenta muy rpidamente despus del parto, de 4,4 mMoles de O2/g de tejido heptico al da 11 preparto a 8,6 mMoles/g al da 11 post parto (Reynolds et al, 2000b), lo mismo que el flujo sanguneo a hgado (Huntington, 1990). Reynolds et al (2000a) determinaron que el flujo sanguneo aument 84% desde el preparto (1140 L/h) al postparto (2099 L/h), mientras que el consumo de materia seca aument slo en un 44%, sealando que el aumento del flujo a hgado es una respuesta y no una causa de la mayor actividad metablica. Debido a que el consumo de materia seca no es capaz de sustentar el aumento en la demanda de nutrientes para la produccin de leche, el aumento en el aporte de sustratos slo explica una parte del aumento de la actividad metablica.

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La oxidacin de glucosa en todo el organismo disminuye despus del parto y aumenta la entrada de glucosa comparada con el perodo preparto (Bennink et al, 1972). Es posible que la conservacin de la glucosa est dada por el aumento de la concentracin de Somatotrofina que ocurre alrededor del parto (Simmons et al, 1994; Grum et al, 1996), puesto que su administracin exgena disminuye la oxidacin de la glucosa en el organismo (Bauman et al, 1988). Sin embargo, el clculo del aporte de glucosa a partir del consumo de energa digestible subestima la disponibilidad real de glucosa. La salida de glucosa desde el hgado en vacas durante el perodo de transicin se relaciona estrechamente con la demanda de glucosa. (Reynolds et al, 2000, a). Al da 11 postparto cuando la produccin de leche fue de 36,3 L/da la salida de glucosa heptica fue de 2760 g/da y la demanda calculada fue de 2729 g/da; lo mismo sucede al da 22 postparto, en que la produccin de glucosa en hgado fue de 3283 g/da para una produccin de leche de 41.9 L/da y los requerimientos estimados fueron de 3121 g/da (Piepenbrink y Overton 2000) (Figura 1). Figura 1. Demanda de glucosa y aporte durante el perodo de transicin en vacas lecheras. (Piepenbrink y Overton 2000). La mayor parte del aumento en los requerimientos de glucosa debe ser obtenido va gluconeognesis heptica a partir de los aminocidos absorbidos en intestino y desde sustratos endgenos como aminocidos, lactato y glicerol (Seal y Reynolds, 1993; Steinhour y Bauman, 1988; Reynolds et al, 2000 a,b). La mxima contribucin a la gluconeognesis ha sido estimada en 32 a 73% para propionato, 10 a 30% para aminocidos, alrededor de 15% para lactato y slo una pequea proporcin para glicerol (Seal y Reynolds, 1993).

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500

1000

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4000

-19 -11 11 22 33 83

Das relativo al parto

Glu

cosa

(g/d

)

Demanda estimada

Aporte estimado

Aporte real

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An cuando no son el sustrato primario, los aminocidos hacen una contribucin importante a la gluconeognesis en rumiantes, excepto leucina y lisina, los cuales son completamente cetognicos; alanina y glutamina contribuyen entre el 40 y 60% del potencial glucognico de todos los aminocidos (Wolf et al, 1972; Bergman y Heitman, 1978; Bergman, 1986). La contribucin de los aminocidos a glucosa puede ser, por lo menos parcialmente, dependiente de su abastecimiento (Lindsay y Williams, 1971; Reilly y Ford, 1971; Judson y Leng, 1973). Danfaer et al (1995), infundieron propionato o aminocidos hacia la vena mesentrica de cabras alimentadas con dietas basadas en heno de alfalfa. Aunque el flujo de glucosa no fue afectado por el tipo de infusin, propionato contribuy con el 62% de la glucosa sintetizada y los aminocidos con un 24%, cuando ambos fueron infundidos separadamente. La contribucin de aminocidos a la sntesis de glucosa aument desde 19% cuando propionato fue infundido a 36% cuando se infundieron los aminocidos. La infusin de propionato en la vena mesentrica en vacas lecheras no produjo diferencias en el flujo de propionato al tejido heptico, pero aument la liberacin de alanina y disminuy levemente la liberacin de urea (304 v/s 240 mmol/h) por el tejido heptico, sugiriendo que los cambios en la disponibilidad del sustrato afectan la utilizacin individual de los precursores de glucosa (Casse et al, 1994). Datos recientes sealan que el msculo esqueltico es el principal abastecedor de aminocidos que sustenta el aumento de la gluconeognesis durante el perodo postparto (Bell, 1995; Bell et al, 2000). Los resultados de Overton et al (1998) confirman lo anterior, al encontrar que la conversin de propionato a glucosa al da 1 y 21 postparto fue 119 y 129% de la conversin al da 21 preparto, siendo la conversin de alanina a glucosa, en el mismo perodo, 198 y 150% de la conversin al da 21 preparto. Similares resultados fueron obtenidos en hepatocitos aislados de corderos a los que se les administr fluorizina para aumentar la prdida urinaria de glucosa, donde la conversin de alanina a glucosa fue un 285% mayor que el control, mientras que la conversin de propionato a glucosa aument slo un 166% (Overton et al, 1999). Los cambios en la capacidad para convertir alanina a glucosa comparada a los cambios en el metabolismo del propionato, sugieren un aumento de la actividad de la enzima piruvato-carboxilasa (PC), que canalizara cadenas de carbono hacia glucosa desde sustratos que son convertidos a piruvato, incluyendo lactato y los aminocidos alanina, cistena, glicina, serina y treonina (Figura 2). Greenfield et al (2000), encontraron que el mRNA para PC en hgado aument 75 veces al da 1 postparto comparado con valores al da 28 preparto, para luego disminuir a valores preparto al da 28 postparto. En contraste, el mRNA para la enzima fosfoenolpiruvato-carboxykinasa (PEPCK) aument ms lentamente, solamente un 50% al da 28 postparto comparado a los valores preparto, confirmando los resultados de Overton et al (1998). La PEPCK mitocondrial, la cual no responde a la regulacin hormonal o al estado fisiolgico, es responsable de ms del 60% de la formacin de glucosa en el hepatocito de rumiantes (Aiello y Armentano, 1987) y puede que no tenga la misma restriccin sobre la gluconeognesis como la tiene en no-rumiantes (Greenfield et al, 2000).

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El aumento de la capacidad de conversin de aminocidos glucognicos a glucosa pudiera resultar en que gran cantidad de los aminocidos absorbidos en intestino sean convertidos a glucosa. La relacin de 3-metil histidina a creatinina en orina, usada como indicador del rango de degradacin proteica en el msculo esqueltico, aument por sobre tres veces los valores preparto al da 3 postparto y luego disminuy a un nivel de 2 veces a los das 7 a 10 postparto (Overton et al, 1998). Estos datos confirman los resultados reportados por Simmons et al (1994) e indican que la protena muscular sufre una movilizacin sustancial durante los primeros das postparto Figura 2. Participacin del ciclo de cido ctrico en transaminacin y gluconeognesis. (Harper, H. A., V.W. Rodwell, P. A Mayes: Review of Physiological Chemistry, 17th ed. Lange, 1979, en Ganong, W. F. Review of Medical Physiology. 10th ed. Lange, 1981). Existen dos vas principales en el hgado de mamferos para detoxificar el amonio producto de la oxidacin de los aminocidos: ureagnesis y sntesis de glutamina (Haussinger, 1990). La concentracin de amonio en el plasma se mantiene entre los 30 a 80 M en rumiantes (Hemingway et al, 1972; Davidovich et al, 1977; Remond et al, 1993). La hiperamonemia en rumiantes es asociada con una alimentacin alta en nitrgeno no proteico (urea), con un exceso absoluto de protena degradable en rumen o a la falta de carbohidratos solubles. Cuando el amonio plasmtico excede los 470 M ocurre toxicidad clnica aguda (Bartley et al, 1976). Una hiperamonemia subclnica es ms comn y puede afectar el metabolismo intermediario (Visek, 1984).

MetioninaSerinaCistenaTreoninaGlicina

LACTATO

PIRUVATO ACETYL-CoAAlaninaTRIPTFANOPC

OXALACETATOP-EnolPiruvato

PEPCK

GLUCOSA

TirosinaFenilalanina

FUMARATO

ASPARTATO

Transaminasa

CITRATO

CO2

-CETOGLUTARATO

CO2

SUCCINIL-CoA

GLUTAMATO

Transaminasa

IsoleucinaMetioninaValina

PROPIONATO

HistidinaProlinaHidroxyprolinaArginina

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La acumulacin de triglicridos en hepatocitos de bovinos, disminuye la de detoxificar amonio a urea (ureagnesis) in vitro (Zhu 1997; Strang et al, 1998), disminuyendo la capacidad gluconeognica desde propionato. Se han reportado comportamientos similares en diferentes modelos de hgados grasos en ratas (Blanding y Tremblay, 1982) y en humanos (Kaiser et al, 1988). La ureagnesis es una va de remocin de bicarbonato y de reduccin del pH sanguneo (Atkinson y Bourke, 1984; Haussinger et al, 1984). La inhibicin de la sntesis de urea causada por un hgado graso producira una alcalosis en vacas periparturientas, incluso en ausencia de una toxicidad directa por amonio, pudiendo producir una disminucin de la movilizacin del Ca++ desde el hueso (Barzel y Jowsey, 1969) y del Ca++ sanguneo (Philippo et al, 1994). A la fecha, no existen datos que avalen una relacin entre hgado graso, pH sanguneo, bicarbonato y Ca. En incubaciones in vitro de hepatocitos aislados con cloruro de amonio, se inhibi fuertemente la capacidad de sntesis de glucosa a partir de propionato, por lo que pudiera ocurrir una inhibicin de la gluconeognesis in vivo cuando se acumulan triglicridos en el hgado durante el perodo de transicin; el mecanismo es probablemente modulado por el aporte de amonio al hgado (Overton y Piepinbrink, 2002). Zhu et al (2000), determinaron que las concentraciones perifricas de amonio se duplicaron cuando las concentraciones de triglicridos en el hgado aumentaron durante los dos primeros das posparto (Tabla 1). Tabla 1. Concentraciones plasmticas de urea y amonio en sangre perifrica alrededor del parto y su relacin con triglicridos en el hgado (Zhu et al, 2000) Tiempo relativo al

parto Amonio (M) Urea (mg/dl) TG en hgado(%)

-27 d 33.4 5.96 2.58 + 12 h 61.1 6.34 ----- + 16 h 64.8 6.08 ----- + 22 h 44.2 5.78 13.10 + 35 d 28.1 5.68 7.89

Error estndar 5.5 0.35 2.81 II.1.2 Regulacin endocrina de la gluconeognesis. Las adaptaciones en relacin a la gluconeognesis parecen comenzar antes del parto, en algn momento hacia el final de la gestacin (McNamara, 1991; Bell, 1995; Grummer, 1995). Las hormonas que actan aumentando la gluconeognesis en el hgado de vacas lecheras en el periparto incluyen a insulina, glucagn, somatotrofina (bST) y cortisol. La concentracin de bST e insulina aumentan al parto (Kunz et al, 1985; Simmons et al, 1994; Grum et al, 1996), mientras que glucagon no vara (de Boper et al, 1986). Pocius y Herbein (1986), determinaron que bST aumenta la conversin de [ 1- 14 C] propionato a

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glucosa y CO2 en el hgado de vacas lactantes, pero no afecta la conversin de [1-14 C] alanina a glucosa y CO2, siendo esta conversin aproximadamente un 25% de aquella con propionato. Knapp et al (1992) sealan que la conversin fue doblada de [1-14 C] propionato a glucosa en el hgado de vacas inyectadas con bST, pero que la conversin a glucosa a partir de los aminocidos [1- 14C] alanina, aspartato y glutamato fue mucho menor y no fue afectada por bST. Glucagn afecta directamente la gluconeognesis en rumiantes, estimulando la conversin de propionato a glucosa en clulas de tejido heptico (Faulkner y Pollock, 1990; Donkin et al, 1995). Brockman y Bergman (1975), demostraron que la infusin endovenosa de glucagon en ovejas aumenta la sntesis de glucosa, sin cambiar la proporcin de glucosa derivada de aminocidos. Estos mismos autores sealan que la proporcin de alanina convertida a glucosa aumenta, aportando la mayor parte de los aminocidos usados en la gluconeognesis. Por otra parte, la utilizacin de alanina por los tejidos extrahepticos disminuye, mientras que la liberacin de alanina no cambia, demostrando que la disminucin de la sntesis de protena muscular y el catabolismo neto de la protena muscular contribuyen al aumento de la produccin de glucosa. Brockman et al (1975), indican que la infusin de glucagon hacia la circulacin portal estimul la captacin neta de alanina, glicina, glutamina, arginina, asparragina, treonina, serina y lactato. Por otra parte, She et al (1999), observaron que glucagn en vacas en lactancia temprana aument la concentracin de mRNA para PC, lo que incorpora ms carbonos derivados de aminocidos a la gluconeognesis. Contrariamente, insulina disminuye la gluconeognesis. La infusin intravenosa de insulina en ovejas, disminuye la sntesis de glucosa, pero aumenta la proporcin de glucosa desde propionato (Brockman y Laarveld, 1986, Brockman, 1990). Esto se debera, en parte, al aumento de la captacin de aminocidos por los tejidos perifricos producida por la insulina, disminuyendo la disponibilidad de aminocidos para sntesis de glucosa. La administracin conjunta de insulina y de una concentracin de glucosa para mantener sus niveles normales en sangre, disminuye la captacin heptica de piruvato, alanina, lactato, glutamina y glicerol (Brockman, 1985). Por otra parte, insulina no alter la conversin de propionato a glucosa en cultivos de clulas hepticas de rumiantes (Donkin y Armentano, 1995). Insulina es un potente antagonista de glucagon. Donkin et al (1997), sealan que un tratamiento prolongado con insulina en cultivo de hepatocitos de bovino, disminuye la habilidad de glucagn para estimular la gluconeognesis a partir de lactato. La administracin de glucagn produjo un aumento de la insulina endgena (She et al, 1999). Estos autores concluyen que glucagn slo estimulara a mRNA para PEPCK, pero que la estimulacin simultnea de la insulina bloqueara el efecto estimulatorio de glucagn y disminuira la concentracin de PEPCK mRNA. El efecto primario de insulina sera disminuir la captacin heptica de lactato, alanina, glutamina y glicerol y disminuir la conversin de lactato a glucosa y de todos los que utilizan la va del piruvato

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(Donkin, 1999). Consecuentemente, el aumento de bST y la baja relacin insulina/glucagon despus del parto, favoreceran el aumento de la gluconeognesis a partir de propionato y desde sustratos que utilizan la va piruvato, tales como alanina y lactato. Durante la lactancia temprana la concentracin de insulina srica cae en la mayora de las especies, incluyendo en los bovinos, luego a medida que la lactancia progresa y la produccin de leche disminuye, los niveles sricos de insulina son recuperados (Cowie et al, 1980). Esta cada en los niveles sricos de insulina ha sido atribuda al balance energtico negativo que normalmente prevalece en este perodo, pero al menos en bovinos, pareciera tambin existir una disminucin en la respuesta del pncreas a agentes insulinotrpicos. (Lomax et al, 1979). La insulina acta a nivel del tejido adiposo promoviendo la sntesis de lpidos e inhibiendo la liplisis en el tejido adiposo. (Figura 3) Figura 3. Adaptaciones en el metabolismo del tejido adiposo, durante la lactancia temprana en rumiantes. -------- Decrece el flujo, aumenta el flujo. Enzimas ACC, acetyl CoA carboxilasa; LPL, lipoprotena lipasa; G6PDH, glucosa 6-fosfato deshidrogenasa; G3PDH, glucosa 3-fosfato deshidrogenasa; PDH, piruvato deshidrogenasa; GPAT, glicerol 3-fosfato aciltransferasa; HSL, hormona-sensitiva lipasa; VLDL-TG, lipoprotena de muy baja densidad-triacilglicerol. (Vernon, 1988). El tejido adiposo sintetiza triacilglicerol usando glicerol 3-fosfato producido por la glucosa y cidos grasos, los que seran sintetizados de novo o derivados de lipoprotenas plasmticas por la accin de la lipoprotena lipasa. (Vernon, 1980). La enzima regulatoria ms importante de la lipognesis es acetyl CoA carboxilasa, su actividad decae en el tejido adiposo de ovejas durante la lactancia temprana, para luego ser recuperada durante la lactancia tarda. (Vernon et al, 1987) Glucocorticoides tambin estimulan el proceso de gluconeognesis. En vacas lecheras la concentracin de cortisol comienza a aumentar por lo menos 3 das

Gluc osa

Ac etato VLD L-T G

LPLAc idosGrasos

Glic erol

ACC

Ac idos grasos

G6PD H

G3PD H

PDH

CO2

Glic erol 3-fos fato

CO2

Lac tato

Ac idos grasos

T riac ylg lic erolGPAT

HS L

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antes del parto y alcanza un peak agudo al parto, luego disminuye a su concentracin preparto a los 3 a 5 das de ocurrido ste. (Goff et al, 1989; Patel et al, 1996). La administracin de glucocorticoides a vacas lactantes aumenta la concentracin de glucosa en el plasma y de alanina en el hgado, acompaados por una disminucin de la actividad de la enzima piruvato carboxilasa, un aumento en la actividad de la glucosa 6-fosfatasa, sin cambios en la actividad de la fructosa 1,6 difosfatasa en el hgado de las vacas tratadas (Baird y Heitman, 1970). Reilly y Block (1973), inyectaron cortisol en ovejas adrenalectomizadas y demostraron un aumento en la concentracin de glucosa en plasma, a expensas de una disminucin de la oxidacin de glucosa en el resto del organismo y un aumento de la incorporacin del carbono de [U 14 C] alanina a glucosa. El concepto de aumentar la energa y los carbohidratos solubles en la dieta durante los 21 das preparto para aumentar insulina y disminuir la liberacin de NEFA desde el tejido adiposo y, a su vez, disminuir la acumulacin de TG en el hgado (Minor et al, 1998; Dann et al, 1999; Van de Haar et al, 1999) ha sido aceptada ampliamente, pero no es suficiente para contrarestar de manera significativa estos sucesos. Este manejo puede aumentar el sustrato y tambin la capacidad heptica para gluconeognesis desde propionato (Overton et al, 1998). Tambin el aumento de la insulina bloqueara la capacidad para sintetizar glucosa desde lactato y alanina, an cuando Overton et al (1988) no demostraron ningn efecto de la dieta preparto sobre la capacidad gluconeognica desde alanina. II.2 Metabolismo heptico de los cidos grasos en el perodo periparto. En contraste a la funcin de servicio que realiza el hgado para aportar glucosa a los otros tejidos, el metabolismo de los cidos grasos de cadena larga (LCFA) es de importancia para el hgado en trminos de su propio aporte de energa. Sin embargo, el hgado tambin presta una funcin de servicio convirtiendo los LCFA en cuerpos cetnicos que pueden ser usados por tejidos perifricos y adems por la glndula mamaria para la sntesis de grasa. Investigaciones concernientes al engrasamiento del hgado en el perodo periparto (Roberts et al, 1991; Grummer, 1993; Drackley, 1999) han prestado poca atencin a los aspectos ms importantes en relacin a la funcin del metabolismo heptico de los LCFA en el aporte de energa para el hgado y otros tejidos. Las fuentes primarias de carbn que son oxidados en el hgado para abastecer de energa a las funciones hepticas no estn bien determinadas, pero es posible que sean principalmente LCFA, lactato, butirato, acetato, valerato, cadenas ramificadas de cidos grasos voltiles y acetyl-coenzima A (CoA) producido por el catabolismo de las protenas. Datos acerca del flujo neto de estos sustratos a hgado durante el perodo de transicin no existen. Reynolds et al (1988), midieron un consumo de NEFA por el hgado a las 4 semanas postparto de 60.8 mmol/h, con una concentracin arterial de 328 uM. Drackley, Overton y Douglas, (2001), utilizaron la ecuacin de regresin de Pullen et al (1989), que relaciona la concentracin plasmtica de NEFA con la captacin de NEFA por el hgado y

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estimaron que las entradas de NEFA en las vacas del estudio de Reynolds et al (1988) seran de 236,9 mmol/h. Estas estimaciones indican que el hgado capta alrededor del 26% del flujo de NEFA al organismo, lo cual es similar a las estimaciones hechas por Emery et al (1992). Huntington et al (1990), sealan que no existe una captacin preferencial de NEFA por parte del hgado en desmedro de otros tejidos, basndose en que los valores de captacin estn dentro de los rangos para el porcentaje del flujo sanguneo a hgado (24 a 38%). Clculos hechos con los datos de Reynolds et al (1988), para vacas al inicio de su lactancia, indican que la captacin de NEFA por el hgado podra abastecer desde el 20 a ms del 60% de la utilizacin de O2 asociado con la formacin de ATP, dependiendo de la proporcin de los NEFA que son completamente oxidados versus aquellos convertidos en cuerpos cetnicos. Esas estimaciones sugieren que la mayor proporcin de los NEFA captados serian necesarios para la generacin de ATP y que la captacin de butirato, lactato, valerato, cadenas ramificadas de cidos grasos voltiles y lactato, podran abastecer el resto sin la necesidad de recurrir a la contribucin del catabolismo de los aminocidos. Un desequilibrio entre la captacin de NEFA y la demanda de ATP en el hgado puede ser un factor importante en el rpido desarrollo de la infiltracin grasa al parto (Vasquez-Aon et al, 1994). El aumento en la liplisis gatillada por estimulacin hormonal, liberacin de catecolaminas y aumento de la actividad del sistema nervioso simptico alrededor del parto, resulta en un gran aumento de la concentracin plasmtica de NEFA al parto, que a menudo excede los 1000 uM (Simmons et al, 1994; Vasquez-Aon et al, 1994; Grum et al, 1996). Considerando la relacin entre la concentracin plasmtica y la captacin de los NEFA (Pullen et al, 1989), una concentracin de NEFA de 1000 uM equivaldra a una captacin de NEFA de 13,45 mol/da. Si el hgado captara un 25% del total de los NEFA y el peso molecular de los NEFA es de 276 g/mol, la captacin sera de 140 mmol/h o 928 g/da. En el supuesto que el gasto de energa en el hgado al parto fuera presumiblemente 60,8 mmoles/h (Reynolds et al, 1988) quedaran disponibles 79,2 mmol/h (140-60,8) o 525 g/da de NEFA para esterificacin. As, 583 g de triglicridos (90% de cidos grasos) podran ser producidos por el hgado al da. II.2.1 Cetognesis. En muchas especies no rumiantes, la conversin de NEFA a cuerpos cetnicos es considerada una estrategia para suplementar glucosa durante tiempos de dficit (Seifler y Englard, 1994, citado en Drackley, Overton y Douglas, 2001). Aunque el uso oxidativo de la glucosa es menor en vacas lecheras que en no-rumiantes, un proceso adaptativo similar debe ocurrir durante el perodo de transicin que acelere la disminucin de la oxidacin de la glucosa. Bennink et al (1972), sealan que la oxidacin de la glucosa disminuye marcadamente al da 10 despus del parto comparado al da 7 preparto. Los cuerpos cetnicos pueden ser oxidados por el corazn, rin, msculo esqueltico y gastrointestinal. (Heitman et al, 1987) y servir como sustrato para la sntesis de cidos grasos en la glndula mamaria. Entonces, un aumento de la cetognesis durante el perodo de transicin puede

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transformarse en una estrategia adicional para compensar el insuficiente consumo de precursores de glucosa. II.2.2 Oxidacin de los cidos grasos. Las vas del metabolismo de los LCFA y su regulacin en el hgado de vacas lecheras han sido extensamente investigadas (Emery et al, 1992; Grummer, 1993 y 1995; Drackley, 1999; Hocquette y Bauchart, 1999). El hgado de vacas lecheras al parto experimenta un marcado aumento de la captacin de NEFA movilizado desde el tejido adiposo, an cuando esta movilizacin comienza a producirse durante el preparto (Roberts et al, 1981; Grum et al, 1996; Minor et al, 1998; Vazquez-Aon et al, 1994). La capacidad del hgado para adaptar su metabolismo, ha sido demostrada en estudios in vitro por Drackley et al (1991, b). De acuerdo a este estudio, la utilizacin de palmitato fue de 547, 477 y 430 mmol/h x g de tejido hmedo para vacas no lactantes, vacas en lactancia temprana (38 das) y vacas no lactantes en ayuno por 7 das. La proporcin del consumo total de palmitato que fue oxidado aument inversamente con el balance energtico, 23,6, 40,7 y 66,3 % para las mismas vacas, mientras que la fraccin esterificada disminuy, 76,2, 59,3 y 33,9%, sugiriendo que la capacidad total para metabolizar palmitato parece depender del balance energtico y estado fisiolgico. Por otra parte, la oxidacin total de palmitato en muestras de homogenado de hgado fue un 12% mayor al da 1 postparto que al da 21 preparto (Grum et al, 1996). La actividad total de la carnitina palmitoiltransferasa (CPT) fue 49% y 27/ mayor al da 1 y 21 postparto que al da 21 preparto, pero volvi a valores preparto al da 65 postparto (Dann et al, 2000). La cantidad de CPT para vehiculizar los NEFA hacia la mitocondria aumenta al da 1 postparto. La concentracin heptica de carnitina, el segundo sustrato para la sntesis de CPT-1, aumenta fuertemente alrededor del parto (Grum et al, 1996), probablemente como resultado del aumento de la movilizacin de protena muscular que ocurre y que libera al precursor de la carnitina, la trimetyl lisina (Bell et al, 2000). Probablemente tenga ms importancia la regulacin del aumento de la actividad de CPT-1, que incluye cambios en la concentracin de malonil-CoAy en la sensibilidad de CPT-1 a la accin de esta enzima. En rumiantes, la concentracin de malonil-CoAes dependiente de los cambios en la concentracin de insulina y glucagn (Brindle et al, 1985; Knapp et al, 1990), aumentando cuando insulina disminuye y viceversa. La disminucin en la sensibilidad de CPT-1 a la inhibicin por malonil-CoA, es seguida por una disminucin de insulina, lo cual sirve para amplificar la seal y aumentar el transporte de NEFA hacia la mitocondria (Zammit, 1996 y 1999, a). La cetognesis heptica es regulada por el abastecimiento de los NEFA al hgado, por la actividad de CPT-1 para promover la entrada de grasa acyl-CoA hacia la

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mitocondria para la produccin de acetyl-CoA y por la actividad intramitocondrial de 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA sintetasa (HMG-CoA sintetasa), la cual es el paso regulatorio en la conversin de acetyl-CoA a cuerpos cetnicos (Hegardt, 1999). La HMG-CoA sintetasa es inactivada va succinilacin por la enzima succinil-CoA y sirve como sensor del abastecimiento del carbn anaplertico hacia el ciclo de los cidos tricarboxlicos. En vacas lecheras, un mayor abastecimiento de propionato podra aumentar la concentracin de succinil-CoA en la mitocondria, inhibiendo a la HMG-CoA sintetasa. Por el contrario, la disminucin del abastecimiento de propionato disminuira la concentracin de succinyl-CoA en la mitocondria, permitiendo la desuccinilacin de la HMG-CoA sintetasa y su subsecuente activacin. Zammit (1990), indica que este mecanismo probablemente no es afectado por el abastecimiento de carbn a travs de piruvato, permitiendo una accin cetognica substancial durante el proceso de gluconeognesis desde lactato o alanina. No han sido demostrados cambios en la expresin o actividad de la HMG-CoA sintetasa durante el perodo de transicin en vacas. La alta tasa de gluconeognesis durante el perodo de balance energtico negativo favorece la cetognesis, porque la remocin del carbono desde el ciclo del cido ctrico mitocondrial para la sntesis de glucosa en el citosol depletara de oxalactico a la mitocondria (Krebs, 1966). De acuerdo con esta idea, habra una produccin insuficiente de oxalacetato disponible para combinarse con acetyl-CoA, desde la oxidacin de los NEFA, para combustin en el ciclo del cido ctrico; consecuentemente, el exceso de acetyl-CoA sera dirigido hacia la formacin de cuerpos cetonicos. Esta teora parece ser insostenible por varias razones: primero, el rango de beta-oxidacin de NEFA es controlado esencialmente por CPT-1 en rumiantes (Brindle et al, 1985); segundo, probablemente la mayora del cido oxalactico es mantenido en baja concentracin en la mitocondria. Esto es primariamente un atributo de la alta relacin NADH/NAD durante la oxidacin de los NEFA, lo cual promueve un flujo de carbonos como malato hacia el citosol (Zammit, 1990); tercero, la beta-oxidacin de los NEFA produce acetyl-CoA, el cual es un activador de PC que puede mantener la concentracin de oxalacetato en la mitocondria (Chow y Jesse, 1992); cuarto, la alta relacin NADH/NAD durante la oxidacin de los NEFA, ms que una deficiencia de oxalacetato para la formacin de citrato, inhibira las reacciones de las deshidrogenasas en el ciclo del cido ctrico (Mayes, 1996) y finalmente, la baja concentracin de succinil-CoA en la mitocondria activara la enzima HMG-CoA sintetasa (Hegardt et al, 1999). Una va alternativa de beta-oxidacin en el hgado se producira dentro de los peroxisomas, la cual podra ser inducida las veces que ocurra un aumento de los NEFA en la clula heptica. Grum et al ( 1994), encontraron que la beta-oxidacin mitocondrial represent casi el 50% de la capacidad total de beta-oxidacin del palmitato en un homogenado de clulas hepticas de vacas lecheras, 26 % ms que en ratas. Sin embargo, Piot et al (1998), no encontraron diferencias en la proporcin entre la beta-oxidacin mitocondrial versus la peroxisomal en tejido heptico de distintas especies. Grum et al (1996), observaron un 12 % de aumento en la beta-oxidacin peroxisomal al da 1 post parto en relacin al da 21 preparto

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en vacas alimentadas con una dieta control o con alta proporcin de granos en el preparto. Sin embargo, la beta-oxidacin peroxisomal fue 36 % mayor al da 21 preparto en vacas alimentadas con una dieta alta en grasas durante el perodo seco, ventaja que persistira a los 21 das post parto. La induccin de la beta-oxidacin peroxisomal por manipulacin dietaria (Douglas et al, 1998), podra ayudar a evitar el exceso de NEFA aportando una va oxidativa que no es regulada por la enzima CPT-1. Es importante la definicin de las vas mediante las cuales los cidos grasos son metabolizados en el hgado, de manera de poder identificar los sitios potenciales para modular nutricionalmente los procesos del metabolismo heptico de los cidos grasos. En la figura 4 se describen las vas de la B-oxidacin mitocondrial y la sntesis de VLDL y su secrecin. Esas vas combinadas con la B-oxidacin peroxisomal y esterificacin y acumulacin de triglicridos en el tejido heptico, representan los posibles destinos de los NEFA extrados de la sangre por el hgado. Figura 4. Metabolismo heptico de los cidos grasos. (Gruffat et al, 1996) El proceso de B-oxidacin mitocondrial requiere de la esterificacin de la acyl CoA a carnitina va carnitina palmitoyltransferasa I (CPT I) para poder cruzar la membrana exterior de la mitocondria, seguida por la reconversin a acyl CoA va carnitina palmitoiltransferasa II (CPT II). An cuando la demanda celular de energa debe ser la determinante primaria de la cantidad de cidos grasos oxidados en la mitocondria, es posible que el transporte de cidos grasos pueda ser sensible a la disponibilidad de carnitina. Vernon (1988), seala que la actividad de la enzima carnitina palmitoil transferasa aumenta en vacas al inicio de la lactancia. Drackley et al (1991), determinaron que la incubacin de tejido heptico

Tejido Adiposo

Movilizacinde grasa

NEFA

Lipoprot. Ricas en TG

Lpidos

Dieta

AGV

acetato

glucosa

AGL Acyl-CoAFABP

CO2 Cuerpos cetnicos

MitocondriaAcetyl CoA

CPT I

ATP

Glycerol 3-P

colesterol

SER

triglicridosPool citoplasmtico

Almacenamiento

NUCLEOApo Bgen

Apo BmRNA

Apo B

RER Apo B catabolismo

SER

Triglicridos

Fosfolpidos

Esteres de Colesterol

Colesterol libre

MTP

VesculasSecretoras

Aparato de Golgi

VLDL

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de vacas en lactancia temprana con carnitina aument la conversin de palmitato a CO2 y disminuy sustancialmente la esterificacin de palmitato. La inclusin de un inhibidor de la CPT I bloque el efecto de la carnitina sobre la oxidacin. La investigacin sobre el efecto de la suplementacin de carnitina a vacas lecheras ha sido limitada, encontrndose un aumento de la concentracin de carnitina en plasma e hgado con la inclusin de 6 g/vaca/da, pero no se han observado efectos sobre variables productivas ni contenido de triglicridos en el hgado (LaCount, Drackley y Weigel, 1995). Carnitina tambin es sintetizada por trimetilacin de un pptido unido a lisina con S-adenosil metionina (SAM) (Figura 5). No se sabe si la biosntesis de carnitina y la B-oxidacin mitocondrial de cidos grasos son sensibles a la disponibilidad de aminocidos durante el perodo periparto. Sin embargo, se hace evidente de estos experimentos que la modulacin nutricional del contenido de carnitina en el hgado es posible. Figura 5. Interrelaciones potenciales de la metionina en el metabolismo heptico de vacas lecheras. II.2.3 Sntesis y secrecin de triglicridos. La esterificacin de palmitato en cortes de hgado al 1 da despus del parto en vacas alimentadas con una dieta control o con una dieta alta en concentrado durante el perodo seco fue un 188 % mayor que al da 21 preparto y un 124 % al da 21 postparto. En contraste, vacas alimentadas con dietas altas en grasa durante el perodo seco tuvieron un pequeo aumento, 7%, en la actividad de esterificacin al da 1 postparto. Cambios en la capacidad de esterificacin fueron positivamente correlacionados con el aumento en la concentracin de triglicridos en el hgado al da 1 postparto. Los fundamentos enzimticos de estos cambios no se conocen. De los trabajos de Van Den Top et al (1995), se desprende que existe un aumento de la actividad

Biosntesis Cistena Sntesis protena

METIONINA

Donacin del grupo Metilo(SAM)

Colina

Metabolismo de grasas

Fosfatidilcolina

Estructura membrana celular

Betana

cido Flico

Creatina

Carnitina

Va de Oxidacin

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de las enzimas fosfatidate-fosfohidrolasa y diacilglicerol-acyltransferasa, pero no de la enzima glicerol-fosfato acyltransferasa en el hgado de vacas despus del parto comparado con su actividad preparto. Van Den Top et al (1996), no encontraron diferencias en la actividad de estas enzimas entre vacas sobrealimentadas que desarrollaron hgado graso y vacas controles, salvo en la actividad de la enzima glicerol-fosfato aciltransferasa que fue ms baja en las vacas con hgado graso. Sin embargo, la captacin de NEFA por el hgado de esas vacas probablemente excedi la demanda heptica para sntesis de ATP, en cuyo caso el hgado necesitara disipar energa como calor o esterificar el exceso de NEFA. Aunque la formacin de triglicridos (TG) es similar en rumiantes a los monogstricos (Kleppe et al, 1988), la secrecin de TG incorporado a lipoprotenas de muy baja densidad (VLDL) es mucho ms baja en rumiantes (Kleppe et al, 1988; Pullen et al, 1989; Graulet et al, 1998). Consecuentemente, un alto flujo de NEFA a hgado, en exceso de la demanda o capacidad de oxidacin, conduce a un aumento de la sntesis de TG y acumulacin en el perodo periparto. Mucha atencin se ha dado a los posibles mecanismos a nivel de hgado de rumiantes que pudieran explicar esta baja eficiencia (Grummer, 1993; Bauchart et al, 1996; Hocquette y Bauchart, 1999). La sntesis y secrecin de VLDL requiere de triglicridos, fosfolpidos, colesterol, steres de colesterol y apolipoprotenas (B-100, C-I, C-II, C III, E-2, E-3 y E-4), los que son sintetizados en el retculo endoplsmico (Vance y Vance, 1990). Se ha sugerido que los lpidos deben ser agregados cotranslacionalmente a la apolipoprotena B-100 para permitir un enlace adecuado a la molcula, lo cual ocurre gracias a la presencia de una protena de transferencia de triglicridos en los microsomas (MTP), (Adeli, Mohannadi y Macri, 1995; White et al, 1998). Los factores limitantes en la sntesis de VLDL no son conocidos, pero es probable que la disponibilidad de triglicridos, apolipoprotena B-100 (ApoB) y fosfatidylcolina, estn dentro de ellos (Bauchart, 1993). La aparente falta de lipasas para la hidrlisis de triglicridos en el pool de almacenamiento en el citosol, puede limitar la incorporacin de triglicridos a VLDL slo a aquellos nuevamente sintetizados en el pool secretorio dentro del compartimento microsomal (Bauchart et al, 1998). Estudios in vivo e in vitro han sugerido que los TG recin sintetizados entran a un pool de almacenamiento en el citosol, pero los TG en los VLDL recin sintetizados se originan desde un pequeo pool dentro de los microsomas (Zammit, 1996, 1999, a y b). Este pool secretorio est altamente correlacionado con el rango de nueva lipognesis, la cual es baja en rumiantes (Emery et al, 1992; Grummer et al, 1993). La transferencia de los TG desde el pool citoslico al compartimiento microsomal requiere de una hidrlisis a nivel de diglicridos, los que son transferidos hacia los microsomas y reciclados a TG (Zammit, 1999, a y b). La apolipoprotena B es necesaria para la estabilizacin de la partcula de VLDL (Gibbons, 1990), de manera que cualquier interferencia en la sntesis de ApoB

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tendra un efecto depresor sobre la sntesis de VLDL y la exportacin de triglicridos desde el hgado. Bajas concentraciones de apolipoprotena B en plasma e hgado han sido encontradas en vacas en lactancia temprana en asociacin a hgado graso (Marcos et al, 1990; Gruffat et al, 1997). Sin embargo, dado la alta captacin de NEFA por el hgado y la baja sntesis y secrecin de VLDL, se necesitara un aumento considerable de la sntesis de Apo-B y VLDL para impedir la rpida acumulacin de TG en el hgado de vacas periparturientas. Los mecanismos exactos para la depresin de los niveles de ApoB en plasma e hgado en vacas lecheras en el perodo temprano postparto son desconocidos. El hgado de rumiantes es deficitario en las enzimas lipoprotena lipasa y lipasa heptica (Emery, Liesman y Herdt, 1992), lo cual limitara la hidrlisis intracelular de triglicridos para permitir la remocin de lpidos a travs de su oxidacin y dejara la va de VLDL como la ruta predominante para la salida de los triglicridos desde el hgado. La sntesis de apo-B fue muy similar en el hgado de terneros al de ratas, pero no as su secrecin, la cual fue mucho menor. Esto sugiere que la apo-B fue degradada antes de su secrecin (Graulet et al, 1998; Gruffat-Mouty et al, 1999). Esta informacin indicara, adems, que la baja concentracin de apo-B en el plasma e hgado ser consecuencia de un factor no identificado que limitara el acoplamiento de los lpidos a la partcula de VLDL (Gruffat et al, 1997; Marcos et al, 1990). Gruffat-Mouty et al (1999), sealan que la protena de transferencia del TG microsomal (MTP), la cual es responsable de la transferencia del TG hacia la formacin de VLDL, pudiera ser deficiente o inactiva en rumiantes. Sin embargo, Bremmer et al (1999, 2000), reportaron una actividad sustancial de MTP en hgado bovino, pero no encontraron una relacin entre la magnitud del hgado graso y la actividad de MTP en vacas lecheras. Yao y Vance (1988), indican que la sntesis de fosfatidilcolina es requerida para la secrecin de ApoB en la clula heptica. Estos autores agregaron metionina al medio de cultivo de hgado de ratas alimentadas con dietas deficientes en colina y aument la sntesis de fosfatidilcolina y la exportacin de triglicridos. Metionina dona su grupo metilo a fosfatidil-etanolamina despus de reaccionar con ATP, formando fosfatidilcolina, la cual juega un rol importantsimo en la sntesis de VLDL para la unin y estabilidad de la partcula lipoproteica (Figura 6). El mecanismo que explica esta situacin est estrechamente ligado al acoplamiento de lpidos neutrales en el ncleo de la partcula de VLDL (Vermeulen et al, 1997). Es posible que en vacas recin paridas la sntesis de fosfatidilcolina en el hgado disminuya debido a una depresin de los niveles sricos de colina o metionina, por deficiencias dietarias o bajo consumo de materia seca, lo cual puede contribuir a la severidad del hgado graso en el post parto. (Combs, 1992, citado por Piepenbrink y Overton, 2003). Las vacas lecheras disminuyen fuertemente el consumo en las ltimas tres semanas antes del parto, lo cual condiciona el estrs del parto no solamente a la resultante de la liberacin de cidos grasos desde el tejido adiposo, sino tambin a

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la declinacin de la sntesis de fosfatidilcolina por una disminucin del consumo de sus precursores. Emmanuel y Kennedy (1984), encontraron que el 28% de la radioactividad de L-[methyl- 14 C] metionina fue recuperada como colina en cabras lactantes, indicando que la sntesis de colina es un importante destino de la metionina en rumiantes. Figura 6. Sntesis de fosfatidilcolina utilizando grupos metilos y sntesis de metionina desde la metilacin de homocistena utilizando el grupo metilo del 5-metil tetrahidrofolato (Piepenbrink y Overton, 2002). Puesto que metionina y lisina han sido relacionados como limitantes para la sntesis de protena lctea, es posible que tambin lo sean para la sntesis de apolipoprotenas. El suministro de lisina y metionina a vacas postparto aument la concentracin heptica de VLDL y simultneamente disminuyeron los triglicridos y aument la ApoB en hgado (Durand et al, 1992; Bauchart et al, 1998); sin embargo, cuando slo se suministr metionina protegida ruminalmente, los triglicridos y ApoB hepticos no se modificaron. Los efectos de una limitacin de metionina en presencia de un aporte adecuado de lisina en la dieta, no han sido sealados. En la mayora de las dietas basadas en maz formuladas para vacas de alta produccin, el aporte de protena bacteriana ms el aporte de la protena dietaria que escapa a la fermentacin no cubren los requerimientos de metionina y lisina, por lo que es necesario suplementarlas. A modo de ejemplo, una vaca de 650 kg de leche produciendo 45 kg de leche, con 3% de protena verdadera y 3,7 % de grasa, requerira 56 g de metionina absorbible (asumiendo un 75 % de absorcin, Oldham 1980). De acuerdo a lo sealado por Rulquin (1993), los requerimientos

Fosfatidiletanolamina Fosfatidilcolina

S-adenosil-homocistena S-adenosil-metionina

homocistena Metionina

5-metil-FH4 B12 FH4

Grupo Metilo

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para lisina y metionina son 7,3% y 2,5% de la protena digestible intestinal (PDI) respectivamente. Es probable que el suministro de colina durante el perodo de transicin pueda aumentar la sntesis de fosfatidilcolina, dejando a la metionina libre para la sntesis de carnitina necesaria para la oxidacin mitocondrial y sntesis de ApoB. El suministro de un anlogo de metionina (MHA; cido 2-hidroxi-4-metiltio butanoico), a partir de la cuarta semana preparto y hasta las 12 semanas de lactancia no aument la concentracin plasmtica de metionina, como lo hizo la DL-metionina; sin embargo, hubo una mayor produccin de leche con un mayor contenido graso (Rode et al, 1998; Sloan, Garthwaite y Schwab, 1998). Piepenbrink et al (2004), obtuvieron un aumento de 3,0 litros de leche en respuesta a la suplementacin con 0,09 y 0,13 % de MHA, base seco, en el perodo pre y post parto; sin embargo, la concentracin de grasa, protena y slidos totales no fueron afectados por la suplementacin. Tampoco observaron diferencias significativas en las concentraciones plasmticas de NEFA, betahidroxibutirato y glucosa, ni en la concentracin de triglicridos y la metabolizacin de [1 - 14 C] palmitato en cortes de hgado, in vitro. La conversin de MHA a metionina ocurre en el hgado va oxidacin a un intermediario, el cido 2-ceto-4-metilto butanoico, el cual a su vez se transforma a L-metionina por transaminacin (Saunderson, 1985; Dupuis et al, 1989; Baker,1994, citado en NRC, 2001), siendo el resultado neto un aumento de la disponibilidad de metionina para sntesis de colina, carnitina o apoB (Combs, 1992; Grummer, 1993), favoreciendo la utilizacin heptica de los cidos grasos. Sin embargo, la infusin intravenosa de MHA en rumiantes sugiere que es mayormente metabolizada en otros tejidos (Wester et al, 2000 a, b). Bertics y Grummer (1999), suplementaron MHA a vacas a las que se les indujo un hgado graso mediante restriccin alimenticia, observando altas concentraciones de NEFA en plasma, pero ningn efecto sobre la acumulacin o deplecin de TG en el hgado. Bauchart et al (1998), citado por Piepenbrink et al (2004), encontraron similares concentraciones de TG y Apo-B en el hgado de vacas suplementadas con una metionina protegida ruminalmente, mientras que aquellas suplementadas con metionina y lisina protegidas presentaron ms bajas concentraciones de TG y altas concentraciones de Apo-B en hgado, comparadas con un grupo control. La eficiencia con que MHA pueda reemplazar a la metionina en la sntesis de protena ha sido cuestionada debido a que slo se han observado mnimos efecto sobre la concentracin de metionina en sangre ( Robert et al, 1997; Johnson et al, 1999) y de protena en la leche (Rode et al, 1998; Jonson et al, 1999

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II.2.4 Regulacin endocrina del metabolismo de los cidos grasos en el hgado. El metabolismo heptico de los LCFA en vacas lecheras parece ser menos sensible al control hormonal que en otras especies (Grummer, 1993; Bell, 1995; Cadrniga-Valio et al, 1997; Hocquette y Bauchart, 1999). El efecto ms pronunciado de las hormonas es sobre el abastecimiento de NEFA a hgado, ms que a la disponibilidad intracelular de los NEFA. Insulina aumenta la esterificacin de oleato captado por las clulas hepticas, lo cual es consistente con la accin conocida de la insulina (Zammit, 1996); disminuye la actividad de la CPT-1 (Chow y Jesse, 1992), pero no afecta la oxidacin de oleato (Cadrniga-Valio et al, 1997). Glucagn exgeno, administrado a vacas lecheras en la lactancia temprana, facilita la movilizacin de los TG almacenados y previene la acumulacin de TG en hgado (Hippen et al, 1999). Similar a los cambios en el metabolismo de la glucosa, la mayora de los cambios en la capacidad heptica para metabolizar los LCFA ocurren al da 1 postparto, sugiriendo que la adaptacin se inicia en el perodo preparto. Es posible que las vas hepticas del metabolismo de los LCFA puedan ser alteradas por el manejo nutricional durante el perodo seco (Grum et al, 1996; Douglas et al, 1998). II.3 Interrelaciones entre el metabolismo de la glucosa y de las grasas. El metabolismo heptico de la glucosa y de las grasas estn estrechamente relacionados. La relativa abundancia de sustratos glucognicos modula el metabolismo de los LCFA, as, propionato es un poderoso inhibidor de la beta-oxidacin (Emery et al, 1992; Grummer, 1993; Jesse et al, 1986; Zammit, 1990; Armentano et al, 1991; Drackley et al, 1991 a y b). La oxidacin de los NEFA y otros sustratos aportan los ATP necesarios para la gluconeognesis; sin embargo, la inhibicin de la oxidacin de LCFA disminuye la gluconeognesis desde propionato, an cuando el mecanismo de esta inhibicin es desconocido, lo mismo que desde piruvato y lactato (Chow y Jesse, 1992). La oxidacin de los NEFA es necesaria para estimular la gluconeognesis desde lactato o piruvato, por lo menos en parte, por el aporte del activador de PC, la acetylCoA (Chow y Jesse, 1992). Estudios in vitro (Drackley et al, 1991 a) han demostrado que piruvato, lactato y alanina estimulan de manera importante la oxidacin de palmitato, sugiriendo que un aumento en la disponibilidad de esos sustratos durante el perodo periparto podra estimular la oxidacin de LCFA. Debido a que la mayor parte de la enzima betahidroxibutirato deshidrogenasa es citoslica en rumiantes (Koundakjiou y Snoswell, 1970), el acetoacetato producido en la cetognesis es exportado desde la mitocondria como tal. As, la cetognesis ayudara a la gluconeognesis desde lactato o alanina durante el perodo periparto, favoreciendo la captacin mitocondrial de piruvato para conversin a oxalacetato (Zammit, 1990). Estos hallazgos indicaran que la cetognesis y gluconeognesis desde alanina, lactato y piruvato se apoyaran mutuamente durante el perodo periparto.

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El efecto de la acumulacin intracelular de triglicridos durante el perodo periparto sobre la gluconeognesis permanece sin aclararse. Rukkwamsuk et al (1999, c) sealan que la actividad de la PEPCK disminuy en vacas sobrealimentadas que desarrollaron hgado graso en el postparto. Estudios con cultivo de hepatocitos de ternero mostraron que la acumulacin previa de triglicridos no afect la gluconeognesis a partir de propionato (Strang et al, 1998). A partir de datos de Overton et al (1998), para vacas en el perodo periparto, Drackley, Overton y Douglas (2001), calcularon que la capacidad de conversin de propionato y alanina a glucosa en cortes de hgado no fue correlacionada significativamente con el contenido heptico de triglicridos. La acumulacin de lpidos en el hgado disminuye dramticamente la ureagnesis (Strang et al, 1998), lo cual fue altamente correlacionado con la concentracin de amonio en sangre (Zhu et al, 2000). El aumento de amonio disminuye la gluconeognesis desde propionato, pero no desde alanina (Overton et al, 1999), lo que indirectamente sugiere que el hgado graso puede comprometer la capacidad de gluconeognesis. La habilidad del hgado para mantener una concentracin adecuada de glicgeno en vista de la acumulacin celular de triglicridos puede ser crtica para mantener la funcin heptica. Drackley et al (1992) sealaron que la relacin de glicgeno a triglicridos en el hgado pudiera ser un predictor de la susceptibilidad a una cetosis inducida (Smith et al, 1997; Greenfield et al, 2000). II.4 Efectos del ambiente y de la activacin inmune. Durante el perodo de transicin las vacas lecheras de alta produccin se enfrentan a un gran desafo para mantener su homeostasis debido al brusco y marcado aumento en sus requerimientos nutritivos para produccin de leche en los momentos en que el consumo de alimento, y por tanto el aporte de nutrientes, se encuentra deprimido. La represin metablica periparto impuesta por la disminucin del consumo de materia seca junto a la presencia de otros agentes estresores asociados al parto y a la lactognesis, contribuyen sin duda a la alta incidencia de desrdenes metablicos y enfermedades infecciosas que se presentan durante el perodo de transicin. Cambios en la actividad enzimtica de las vas metablicas claves para la gluconeognesis y el metabolismo de los LCFA, implican cambios en la expresin gnica, un rea que no ha sido suficientemente investigada en los animales domsticos y en particular en las vacas en su perodo de transicin. Estos cambios representan el estado de homeorrsis en adaptacin a la lactacin (Bauman y Currie, 1980), pero parte importante de esas respuestas pueden ser moduladas por agentes estresores adicionales durante el perodo periparto. Mecanismos que captan la presencia de agentes estresores y que se traduce en cambios en la expresin gnica han sido establecidos en animales de laboratorio. Por ejemplo, en roedores, muchos de los cambios en la actividad enzimtica inducidos por dietas altas en grasa o ayuno son mediadas por la interaccin entre LCFA o sus metabolitos con el PPAR (receptor activado de la proliferacin peroxisomal) (Desvergne y Wahli, 1999). Elementos que responden con proliferacin de peroxisomas han sido identificados en genes que codifican las

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enzimas que metabolizan los lpidos en los peroxisomas, mitocondrias, microsomas y citosol de hepatocitos. La activacin del PPAR por agentes estresores nutricionales y ambientales, conduce a una induccin coordinada de enzimas involucradas en el transporte en el plasma, en el pasaje intracelular y en el metabolismo de los cidos grasos y a un aumento en la expresin de los genes (Lemberger et al, 1996; Kroetz et al, 1998; Desvergne y Wahli, 1999), de manera similar a aquellas observadas en vacas lecheras en el perodo de transicin. As, hormonas neuroendocrinas liberadas durante perodos de estrs pueden impactar la expresin de las enzimas involucradas en el metabolismo de la glucosa y cidos grasos en el hgado y otros rganos. La psiconeuroinmunologa reconoce que el sistema inmune y el sistema neuroendocrino estn ntimamente ligados (Neveu, 1997; Mallard et al, 1998). Ms all, la activacin del sistema inmune puede impactar controles centrales del metabolismo y de la conducta animal. A su vez, mecanismos de control metablico pueden modular la habilidad del sistema inmune para responder apropiadamente frente a infecciones (Johnson et al, 1997). Adicionalmente, agentes estresores pueden activar el sistema inmune sin la presencia de agentes infecciosos (Faith et al, 1999). El rol potencial del estrs y la inmunidad durante el perodo de transicin en relacin a los cambios metablicos, el consumo postparto de alimento y la incidencia de desrdenes, parecera ser de enorme importancia y requiere una investigacin ms profunda. En que magnitud el hgado graso y otras seales de una transicin menos ptima en vacas lecheras son atribuibles a agentes estresores ambientales o a infecciones subclnicas? Experiencias en el campo de la nutricin (Minor et al, 1998; Douglas et al, 1998; Dann et al, 1999; VandeHaar et al, 1999), han creado confusin acerca del manejo ptimo de las vacas de alta produccin y dan pi a argumentar que la respuesta a un estrs infeccioso o ambiental, pudiera ser ms importante que los programas nutricionales per se, en determinar las adaptaciones metablicas necesarias para una lactancia y perodo de transicin exitosos. II.5 Comentarios e implicancias La definicin de una transicin exitosa entre finales de la gestacin y la consolidacin de la produccin de leche significa controlar el balance energtico negativo que comienza a gestarse hacia el final de la preez, situacin que refleja una serie de adaptaciones metablicas que se producen debido al marcado aumento en las necesidades energticas de la vaca y que tiene al hgado como el eje regulador de estas adaptaciones. La produccin de glucosa a partir de precursores en la dieta es insuficiente para cubrir la demanda de energa, debido al bajo consumo de alimento durante este perodo y a que los requerimientos aumentan entre 3 a 5 veces en relacin al perodo preparto. El hgado capta estas seales de mayor necesidad metablica a la vez que el dficit en la generacin de glucosa y en un corto perodo de tiempo debe aportar estas diferencias fortaleciendo la va de la gluconeognesis,

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aumentando la eficiencia de algunos procesos, priorizando otros y redireccionando las fuentes de energa hacia los tejidos perifricos a la glndula mamaria. En forma simultnea el hgado recibe un flujo importante de cidos grasos no-esterificados (NEFA), liberados desde la grasa corporal por procesos homeorhticos, ms del 30%, los que debe procesar mediante oxidacin para su propio gasto energtico o para la vehiculizacin como triglicridos en la molcula de VLDL (lipoprotena de muy baja densidad) hacia el resto de los tejidos. Desafortunadamente el hgado de las vacas lecheras no est preparado para procesar eficientemente estos cidos grasos, puesto que necesita de algunas enzimas claves, cuya sntesis en los rumiantes es muy limitada. El conocimiento de las vas mediante las cuales los cidos grasos son metabolizados en el hgado, permitira identificar los sitios potencialmente crticos y as poder intervenir nutricionalmente los procesos involucrados en el metabolismo heptico de los cidos grasos. El manejo de los NEFA durante el perodo de transicin es un factor importante puesto que influyen negativamente en la salud heptica (hgado graso), en la capacidad para producir glucosa en el hgado y en los desrdenes metablicos que inciden en la vacas durante este perodo. Los antecedentes analizados sealan la necesidad de modificar la extensin del perodo de transicin, incluyendo los 21 das previos a la fecha estimada de parto y prolongndolo hasta el inicio de la recuperacin del balance energtico negativo, cuando comienza la recuperacin del peso, y que para efectos prcticos debera considerar un plazo mnimo de 45 das post parto. Las adaptaciones metablicas en el hgado de las vacas para intentar satisfacer las necesidades energticas que demanda la alta produccin de leche y que no son abastecidas desde la dieta, comienzan a gestarse en las semanas previas al parto como consecuencia de la baja sostenida del consumo de alimento, por las demandas al parto y luego por la produccin de leche que aumenta en forma lineal hasta alcanzar el peak de produccin. Hacia finales de la gestacin comienza la movilizacin de grasa y a generarse el BEN. Lo anterior sugiere la necesidad de suplementar precursores de las enzimas limitantes de la capacidad del hgado para metabolizar de manera ms eficiente la alta carga de cidos grasos que se liberan en el perodo post parto. De esta manera se mejora la capacidad del hgado para extraer NEFA, evitando la acumulacin de TG, mejora la ureagnesis y no se limita la eficiencia de conversin de propionato a glucosa, que es la va ms importante de la gluconeognesis en rumiantes. Tambin existe la posibilidad de suplementar precursores gluconeognicos, activando otras vas metablicas que no sean la del propionato ni la utilizacin de aminocidos dietarios y endgenos, con el propsito de minimizar la seal de dficit de energa y as el flujo de NEFA al hgado.

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La presencia de agentes estresores asociados al parto y a la lactognesis, contribuyen sin duda a la alta incidencia de desrdenes metablicos y enfermedades infecciosas que se presentan durante este perodo. Las adaptaciones enzimticas de las vas metablicas claves para gluconeognesis y el metabolismo de los LCFA, implican cambios que representan el estado de homeorrsis en adaptacin a la lactacin, pero que pueden ser modulados en su expresin gnica por agentes estresores adicionales durante el perodo periparto. La liberacin de hormonas durante el perodo de estrs puede impactar la expresin de las enzimas que controlan el metabolismo de la glucosa y lpidos por el hgado y otros rganos. Una investigacin cientfica bien diseada, que contemple las interacciones entre agentes estresores ambientales, inmunidad y nutricin, claramente podran revelar importantes conocimientos de las adaptaciones metablicas de la vaca lechera durante el perodo de transicin.

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