i

UNVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE VETERINÁRIA E ZOOTECNIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA ANIMAL

SEMINÁRIO APLICADO

NITRATO NA NUTRIÇÃO DE RUMINANTES

Ernane Peixoto de Araújo

Orientador: Juliano José de Resende

Fernandes

GOIÂNIA

2011

ii

ERNANE PEIXOTO DE ARAÚJO

NITRATO NA NUTRIÇÃO DE RUMINANTES

Trabalho apresentado a disciplina de

Seminários aplicados do Curso de

Mestrado em Ciência Animal da

Escola de Veterinária e Zootecnia da

Universidade Federal de Goiás.

Área de Concentração:

Produção Animal

Linha de Pesquisa:

Metabolismo nutricional, alimentação

e forragicultura na produção animal.

Orientador:

Juliano José de Resende Fernandes

Comitê de Orientação:

Profº Dr. Milton Luiz Moreira Lima

GOIÂNIA

2011

iii

SUMÁRIO

SUMÁRIO........................................................................................................... iii

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................... iv

LISTA DE TABELAS .......................................................................................... v

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 1

2. REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................ 4

2.1. Fermentação ruminal ............................................................................ 4

2.2. Efeito do nitrato na fermentação ruminal ............................................... 9

2.3. Metahemoglobinemia .......................................................................... 12

2.4. Produção animal com o uso do nitrato ................................................ 17

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................... 20

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 21

iv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Ramificações da fermentação bacteriana ruminal.............................. 6

Figura 2: Efeito do tempo de fermentação sobre a concentração de gás metano. .............................................................................................. 10

Figura 3: Efeito do tempo de fermentação sobre a concentração de gás metano (a), e a comparação entre o nitrato de cálcio e a uréia sobre a produção de metano (b). ...................................................... 11

Figura 4: Formação de metahemoglobina e redução na capacidade de transporte de oxigênio no sangue de novilhas prenhez alimentadas com 0,7 g de nitrato/kg de peso corporal........................................... 14

Figura 5: Concentração no tempo de nitrito intraruminal de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. ..... 15

Figura 6: Concentração de nitrito sanguíneo, no tempo, de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. ..... 15

Figura 7: Concentração de metahemoglobina sanguíneo, no tempo, de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. ...................................................................................... 16

v

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Consumo de matéria seca (CMS), produção de leite e teores de

gordura e proteína do leite. ............................................................. 17

Tabela 2: CMS, produção de leite corrigida (PLC), % de gordura de proteína

do leite, produção de gordura e proteína, e nitrogênio uréico do

leite (NUL), de vacas leiteiras alimentadas com uréia ou nitrato. .... 18

1

1. INTRODUÇÃO

Ruminantes são animais capazes de utilizar carboidratos estruturais

como fonte de energia e compostos de origem não protéica como fonte de

nitrogênio. Essa característica é proveniente do processo evolutivo, que conferiu a

esses animais estruturas anatômicas próprias para a realização do processo de

fermentação. A fermentação ruminal é o resultado da atividade física e

microbiológica, que converte parte dos componentes da dieta em ácidos graxos

de cadeia curta (AGCC), proteína microbiana (Pmic), vitamina k e do complexo B,

metano, dióxido de carbono e amônia. Contudo, a fermentação ruminal é

dependente: da manutenção das características do rúmen (anaerobiose,

temperatura, pressão osmótica e equilíbrio iônico); da disponibilidade constante

de substratos para a microbiota; e ainda, da capacidade do rúmen de remover os

subprodutos da fermentação (AGCC, células microbianas e resíduos não

digeridos).

As células microbianas, resultantes do processo fermentativo,

fornecem a maioria dos requisitos do animal em aminoácidos essenciais, após

serem absorvidos no intestino delgado. Enquanto que, os AGCC formados e

absorvidos no rúmen fornecem a maior parte do requerimento energético do

animal. Entretanto, no processo fermentativo há formação do metano, a partir da

atividade de bactérias metanogênicas, o que se traduz em uma fonte de perda de

energia. Segundo KOZLOSKI (2009) cerca de 18% da energia resultante do

processo fermentativo é perdida na forma de metano.

A produção de metano no rúmen apesar de ser uma fonte de perda de

energia, é um fator primordial para manutenção e eficiência desse ecossistema,

que depende de um baixo potencial redox, essêncial para a fermentação

anaeróbica. As reações envolvidas nas vias de degradação de carboidratos e

proteínas geram co-fatores oxidados, que podem inibir a fermentação caso não

sejam reduzidos. Nesse processo, o H2 presente no fluido ruminal é utilizado para

reduzir o CO2 a metano. De maneira que, quanto mais H2 é retirado do meio,

maior proporção de NADH é oxidado e maior é o rendimento de acetato e de

ATP. Ao contrario, se o H2 não fosse drenado pelas metanogênicas, ele iria se

2

acumular no meio ruminal, impedindo a reoxidação do NADH e, desse modo,

impedindo também a continuidade do catabolismo intracelular. A conseqüência

seria a morte bacteriana e cessamento da fermentação ruminal.

Diante disto observa-se a importância da formação de metano no meio

ruminal. Porém, além de ser uma fonte de perda de energia da dieta, ele é um

dos principais gases contribuintes para o efeito estufa. WRIGHT & KLIEVE

(2010), relatam que os ruminantes emitem aproximadamente 61 milhões de

toneladas por ano, sendo que, segundo KLIEVE (2009), esse valor contribui com

cerca de 28% do total de emissões de metano na atmosfera. Devido a isso, é de

suma importância que as pesquisas busquem alternativas para reduzir essa

emissão sem que haja prejuízos na produção dos ruminantes.

Neste sentido, tem-se a possibilidade da utilização do nitrato como

aceptor de elétrons. De maneira que no processo de conversão do nitrato a

amônia, os microrganismos utilizam oito elétrons, com isso, esse processo pode

se tornar a principal rota de dissipação de hidrogênio no rúmen, caso a

quantidade de nitrato seja suficiente para manter a fermentação ativa. Assim,

cada mol de nitrato reduzido pode diminuir a produção de um mol de metano, em

conseqüência ocorrerá a diminuição de substratos para redução de CO2 a

metano, pelas bactérias metanogênicas. Além do mais, a amônia formada a partir

redução do nitrato é uma fonte de nitrogênio para os microrganismos do rúmen,

assim, pode-se substituir parte do nitrogênio da ração pelo nitrogênio oriundo do

nitrato.

O principal processo de conversão do nitrato a amônia passa

primeiramente pela redução do nitrato a nitrito, e finaliza com a redução do nitrito

a amônia. Quando os microorganismos reduzem nitrato a nitrito acima da

capacidade de redução de nitrito a amônia, ocorre o acumulo desse intermediário

no rúmen. Esse intermediário é facilmente absorvido através da parede ruminal e,

no sangue, ele se liga a hemoglobina, formando metahemoglobina que é incapaz

de transportar oxigênio aos tecidos. A condição resultante, metahemoglobinemia,

é um estado de anóxia geral, que em casos leves pode diminuir o desempenho

animal, mas em casos graves pode ser fatal.

A condição de metahemoglobinemia é um dos principais entraves da

utilização de nitrato em dietas de ruminantes. Contudo, pode ser sanada ou

3

minimizada com estratégias que aumentem a conversão do nitrito a amônia.

Dentre estas estratégias estão a adaptação gradual dos animais ao produto e a

inclusão dietética de ingredientes que maximizem a multiplicação dos

microorganismos do rúmen.

Objetivou-se com a presente revisão avaliar o potencial de inclusão de

fontes de nitrato em rações de ruminantes e caracterizar os benefícios desta

inclusão na mitigação da emissão de gases do efeito estufa.

4

2. REVISÃO DE LITERATURA

2.1. Fermentação ruminal

Animais ruminantes obtiveram sucesso em sua evolução devido a

possibilidade de realizar a fermentação pré-gástrica, que lhes permitiram utilizar

eficientemente carboidratos estruturais como fonte de energia e compostos

nitrogenados não-proteícos como fonte de proteína (VALADARES FILHO & PINA,

2006). Isso graças a simbiose entre o animal e os microorganismos que habitam o

rúmen. Nessa simbiose o hospedeiro fornece o ambiente e o alimento adequado

ao crescimento dos hóspedes. Esses, por sua vez, fornecem parte da energia

requerida pelo hospedeiro, na forma de AGCC, ao utilizar os componentes do

alimento para sua multiplicação. Outra contribuição dos hóspedes é o

fornecimento de grande parte das exigências de proteína do animal, isto se dá

através da digestão de microorganismos que passam dos pré-estômagos para o

abomaso e intestinos (OLIVEIRA et al., 2007).

O ambiente ruminal é um meio anaeróbico, com temperatura média em

torno de 39°C, pH normalmente entre 5,5 a 7,0, gravidade específica de 1,022 a

1,055 g/cm3, tensão superficial do líquido de 50 dinas/cm e contínua atividade

fermentativa, com intensidade variável (KOZLOSKI, 2002). Segundo OWENS &

GOETSCH (1993), a atividade fermentativa normal processa-se numa faixa de

osmolaridade variando entre 260 e 340 mOsm. Contudo essas características

variam de acordo com a dieta ingerida pelo animal.

A dieta é, provavelmente, o fator mais importante que influência o

número e a proporção relativa das diferentes espécies de microorganismos

ruminais. Assim, dietas com altos teores de proteína favorecem microorganismos

proteolíticos, enquanto as ricas em amido, que são baixas em fibra, estão

associadas a uma grande população de utilizadores de amido. Já dietas ricas em

fibras favorecem o crescimento dos utilizadores de celulose, hemicelulose e

pectina (VALADARES FILHO & PINA, 2006).

5

No rúmen existem três grandes grupos de microrganismos ativos no

processo de fermentação: bactérias, protozoários e fungos. Cerca de 20 espécies

de bactérias predominam o ambiente ruminal, com sua população variando em

torno de 109 a 1011 células/mL. Os protozoários são encontrados por volta de 106

células/mL, sendo em sua maioria, ciliados. A biomassa dos protozoários

corresponde a cerca de 10%, podendo alcançar até 50% da biomassa microbiana

total. As espécies de fungos, estritamente anaeróbicos, têm população próxima a

104 zoósporos/mL, formando 8% da biomassa microbiana total e os bacteriófagos

de 108 a 109 /mL (LANA, 2005).

O processo fermentativo inicia-se com a associação e adesão dos

microorganismos ao alimento. De acordo com VALADARES FILHO & PINA

(2006), isto ocorre dentro de cinco minutos após a ingestão. Onde, as partículas

de forragem e de grãos são colonizadas por uma população microbiana diversa.

Isso devido a complementaridade dos microorganismos do rúmen, pois uma única

espécie não seria capaz de produzir o complexo de enzimas requerido para

digerir química e estruturalmente todos os tecidos das plantas. Assim, o

estabelecimento desse consorcio é um processo sequencial, dessa forma,

microorganismos digestivos primários aderem as superfícies do alimento via seus

glycocalyces e proteína ligantes, posteriormente se dividem e atacam as

partículas insolúveis através de suas enzimas digestivas, liberando substratos

solúveis que atraem colonizadores secundários, formando um biofilme ao redor

das partículas.

Seguindo o processo fermentativo, KOZLOSKI (2009) afirma que os

substratos solúveis chegam ao interior da célula bacteriana através de vários

sistemas de transporte: difusão passiva, difusão facilitada, transporte ativo, próton

e sódio simporter, sistema choque sensitivo e pelo sistema fosfotransferase. A

difusão passiva é utilizada por ácidos graxos de cadeia longa (hidrofóbicos), pelas

formas não ionizadas de pequenos ácidos orgânicos e pela amônia. A difusão

facilitada, por sua vez, permite a passagem de moléculas polares. No transporte

ativo ocorre a passagem de monossacarídeos, aminoácidos, oligopeptideos e

ácidos orgânicos. No transporte próton e sódio simporter açúcares, ácidos

orgânicos e aminoácidos são levados para o interior da célula, sendo esse o

sistema predominante nas bactérias ruminais. O sistema choque sensitivo é

6

usado em menor proporção, porém tem alta afinidade e especificidade nas

bactérias ruminais, sendo crucial nas situações de deficiência de substrato. Já o

sistema fosfotransferase é pouco utilizado, mas é importante em caso onde há

baixa disponibilidade de substrato, baixa taxa de crescimento bacteriano e em pH

próximo ao neutro.

Mais adiante, no metabolismo dos carboidratos, KOZLOSKI (2009)

relata que uma parte dos monossacarídeos que entram na célula microbiana é

utilizada em reações de síntese, principalmente de polímeros associados a

parede celular. A maior parte deles, no entanto, é fermentada pelas bactérias

ruminais a AGCC. As hexoses são metabolizadas principalmetne pela rota

glicolítica de Embden-Meyerhof-Parnas. As pentoses são fosforiladas e a partir

daí seguem pela via fosfocetolase ou pela via não oxidativa do ciclo das pentoses.

Os ácidos urônicos, resultantes da degradação de pectina, são metabolizados em

reações que seguem a rota de Entner-Doudoroff do metabolismo da glicose.

No fim de todas essas rotas tem-se o intermediário comum do

catabolismo dos carboidratos, o piruvato. Ele segue varias rotas, podendo ser

metabolizado a produtos mais oxidados, como acetato e butirato, ou para outros

mais reduzidos, como o propionato e lactato. A ramificação das rotas metabólicas

no processo fermentativo permite uma maior flexibilidade e maior capacidade de

adaptação das bactérias as variações do ambiente ruminal, de maneira que, a

proporção dos produtos finais será dependente da concentração de NADH e H2

na célula (KOZLOSKI, 2009). As ramificações da fermentação microbiana podem

ser observadas na Figura 1.

Figura 1: Ramificações da fermentação bacteriana ruminal. Fonte: KOZLOSKI (2009).

7

Segundo VAN SOEST (1994) para a síntese de acetato (reação 1),

propionato (reação 2 e 3) e butirato (reação 4) tem-se as seguintes reações:

Acetato:

Piruvato → C2H4O2 + CO2 + 4H (1)

Propionato:

Piruvato + CO2 → fumarato + 2H → C3H6O2 + CO2 (via succinato, 2)

Piruvato → lactato + H2O → acrilato + 2H → C3H6O2 (via acrilato, 3)

Butirato:

Piruvato → C4H8O2 + CO2 +2H (4)

Observa-se que como resultado da produção dos AGCC (exceto o

propionato) ocorre produção de hidrogênio em excesso (como se pode observar

nas reações descritas anteriormente), que precisa ser removido do rúmen para o

processo de fermentação e crescimento microbiano continuar de forma eficiente

(IMMIG, 1996). Isso porque se o H2 não fosse drenado, ele iria se acumular,

impedindo a reoxidação do NADH. Portanto, quanto mais H2 é retirado do meio,

maior proporção do NADH é convertida a H2 e maior é o rendimento de acetato e

de ATP por mol de açúcar fermentado (KOZLOSKI, 2009). Em geral, o hidrogênio

é removido através da atividade das bactérias Archaea metanogênicas, que

reduzem o dióxido de carbono e hidrogênio a metano e água (Reação 5). Para a

maioria das rações consumida pelos ruminantes, a metanogêneses é a principal

via de eliminação de hidrogênio (BEAUCHEMIN et al., 2008).

CO2 + 8H → CH4 + 2H2O (5)

O metano resultante da metanogêneses representa uma perda de

energia da dieta para o animal. Segundo KOZLOSKI (2009),

8

estequiometricamente essa perda pode representar até 18% da energia bruta.

Para VALADARES FILHO & PINA (2006) essa perda pode variar de 6 a 8% da

energia da dieta. Apesar da discrepância dos valores, as perdas são

consideráveis. Além disso, o metano é um dos principais gases causadores do

efeito estufa (STEINFELD et al., 2006). Segundo KLIEVE (2009) os ruminantes

contribuem com 28% do total de emissões de metano na atmosfera. WRIGHT &

KLIEVE (2010), relatam que isso representa aproximadamente 61 milhões de

toneladas por ano.

Este alto nível de produção de gás do efeito estufa é relacionado com a

fermentação anaeróbia de alimentos ricos em fibra, que levará a formação

principalmente de acetato. Embora muitas estratégias alimentares tenham sido

propostas para diminuir a produção de metano provenientes de ruminantes

(MARTIN et al., 2010), poucas têm mostrado uma diminuição persistente in vivo.

A persistência na redução de metano é uma exigência absoluta para qualquer

estratégia dietética a ser bem sucedida em diminuir as emissões de gases do

efeito estufa provenientes de ruminantes (VAN ZIJDERVELD et al., 2011).

Embora seja primordial remover o excesso de hidrogênio, não é

necessário que isso ocorra pelo processo de metanogêneses. Há uma ampla

gama de vias bioquímicas alternativas e, em algumas circunstâncias, estas

podem ser competitivas com a produção de metano. Dentre as possibilidades,

pode-se aumentar a inclusão de grãos na dieta que irá favorecer a

propiogêneses, pela proliferação de microorganismos que produzem propionato

(que consome hidrogênio). Pode-se também, induzir a acetogêneses redutora

pela inserção, no rúmen, de bactérias que promovem esse processo, que reduz

CO2 e H2 a acetato e água (Reação 6). Outra possibilidade é o fornecimento de

nitratos e sulfatos ao animal, de maneira que as bactérias, por exemplo a e. g.

Desulfovibrio spp. e a Bacillus benzoevorans, consumam hidrogênio no processo

de redução a amônia (KLIEVE, 2009).

2CO2 + 4H2 → CH3COOH + 2H2O (6)

No entanto, segundo BEAUCHEMIN & MCGINN (2006), a introdução

de precursores da propiogêneses em dietas de ruminantes resulta em efeitos

9

variáveis sobre a produção de metano. E as tentativas de estabelecer bactérias

que promovem a acetogêneses redutora falharam por causa de uma menor

afinidade ao H2 em comparação com as metanogênicas. De acordo com NOLLET

et al. (1997) as bactérias metanogênicas possuem de 10 a 100 vezes mais

afinidade pelo H2 que as bactérias acetogênicas redutoras, sendo difícil de ocorrer

essa reação no ambiente ruminal. Já a inclusão de nitrato, segundo VAN

ZIJDERVELD et al. (2010), tem grande potencial para redução de metano, pois a

molécula é um ótimo aceptor de elétrons.

2.2. Efeito do nitrato na fermentação ruminal

De acordo com LENG & PRESTON (2010) a conversão de nitrato à

amônia por organismos anaeróbicos é altamente competitiva com a produção de

metano, pelo fato de consumir 8 elétrons no processo, traduzindo-se em um

potente inibidor da metanogêneses nos sistemas de digestão fermentativa. Assim,

segundo VAN ZIJDERVELD et al. (2010), essa rota pode se tornar a principal

fonte de escoamento de hidrogênio, de forma que cada mol de nitrato reduzido

diminuiria a produção de um mol de metano, isso se houver nitrato suficiente no

sistema fermentativo.

A rota principal de conversão do nitrato a amônia passa por duas

reações. Na primeira o nitrato é reduzido a nitrito (reação 7) e, na segunda o nitrito

é reduzido a amônia (reação 8). Essas reações produzem mais energia do que a

conversão de dióxido de carbono e água a metano, -598 kJ contra -131 kJ

respectivamente. No entanto, existem rotas secundárias para a redução do nitrito

a amônia (reações 9, 10 e 11) (LENG & PRESTON, 2010). Outra vantagem do

nitrato é a utilização da amônia gerada, no anabolismo de aminoácidos das

bactérias, podendo assim, substituir parte da proteína da dieta (VAN ZIJDERVELD

et al., 2010).

NO3- + 2H+ → H2O + NO2 (7)

10

NO2 + 6H+ → H2O + NH3 (8)

3HCO2 + NO2 + 5H+ → 3CO2 + NH4 + 2H2O (9)

3H2 + NO2 + 2H+ → NH4 + 2H2O (10)

3HS + NO2 + 5H+ → 3S + NH4 + 2H2O (11)

Corroborando com o exposto, VAN ZIJDERVELD et al. (2011),

reafirmam que a redução de nitratos por via anaeróbia é energeticamente mais

favorável do que a redução de CO2, e a presença de nitratos no rúmen

redireciona H2 da metanogêneses para redução de nitratos, diminuindo assim a

produção de metano.

INTHAPANYA et al. (2011) trabalhando em um sistema in vitro, testaram a

produção de metano em dietas a base de mandioca (raiz e folhas) com nitrato de

cálcio (5,5% da MS da dieta) ou uréia (2% da MS da dieta), e concluíram que a

percentagem de produção de metano foi menor na inclusão do nitrato, contudo a

diferença foi diminuída com o aumento do tempo de incubação (Figura 2).

Figura 2: Efeito do tempo de fermentação sobre a concentração de gás metano. Fonte: INTHAPANYA et al. (2011).

Meta

no, %

Tempo de fermentação, h

11

Fato não observado por PHOMMASACK et al. (2011), que encontraram

resposta consistente na redução da produção de metano (Figura 3a), também em

trabalho realizado in vitro. Neste experimento, os autores trabalharam com dietas

a base de cana de açúcar e folhas de mandioca, frescas ou secas, comparando a

inclusão de nitrato de cálcio (3,8% da MS) com a uréia (2% da MS), onde

observaram redução de 22% na produção de metano (Figura 3b).

Em experimento com cordeiros, VAN ZIJDERVELD et al. (2010),

encontraram uma redução de 32% na produção de metano, quando compararam

dietas com nitrato de cálcio (3,4% da MS) ou uréia (1,5% da MS), observando

valores na produção de metano de 17,3 l/d e 25,5 l/d, respectivamente. Em

carneiros, NOLAN et al. (2010) observaram uma redução de 23% quando

incluíram 4% de nitrato de potássio na dieta. SILIVONG et al. (2011) também

observaram redução de 23% na produção de metano quando compararam a

inclusãos dietéticas de 3,8% de nitrato de cálcio com a de 2% de uréia na matéria

seca da dieta de caprinos. Já em vacas leiteiras alimentadas com dietas contendo

8,8% de nitrato de cálcio ou 3,5% de uréia, VAN ZIJDERVELD et al. (2011),

constataram redução persistente da emissão de metano. Contudo, houve uma

redução menor do que nos outros trabalhos, cerca de 16% na emissão de

metano.

Figura 3: Efeito do tempo de fermentação sobre a concentração de gás metano (a), e a comparação entre o nitrato de cálcio e a uréia sobre a produção de metano (b). Fonte: PHOMMASACK et al. (2011)

Meta

no, %

Tempo de fermentação, h

Meta

no, %

(a) (b)

Folha seca Folha fresca

12

A metanogênese não é o único mecanismo dissipador de hidrogênio no

rúmen. O hidrogênio pode também ser usado para a produção de ácidos mais

reduzidos como o propionato e o valerato (CZERKAWSIK, 1972). Dessa forma, a

redução do nitrato pode competir com o uso do hidrogênio para a propiogêneses,

pois é uma reação termodinamicamente mais favorável (UNGERFELD & KOHN,

2006). De fato, foi demonstrado que a alimentação de vacas leiteiras com 2% de

nitrato aumenta a proporção molar de acetato, a custa de propionato e butirato

(FARRA & SATTER, 1971). Todavia, NOLAN et al. (2010) não constataram esse

fato, apesar de haver uma tendência de redução do propionato e butirato, e uma

tendência de maior produção de acetato.

Outra possível alteração devido a inclusão de nitrato na dieta de

ruminantes é a redução da digestibilidade da fibra, e consequentemente da

matéria seca, pois o nitrato tem efeito tóxico sobre os microorganismos

celulolíticos (MARIAS et al., 1988; citado por LENG & PRESTON, 2010). Porém,

GLENN & ELY (1981) não observaram diferença na digestibilidade da MS e da

fibra em detergente ácido (FDA) da festuca em dietas de carneiros alimentados

com inclusão de 0,8% de nitrato de potássio.

Esse resultado corrobora com as observações de NOLAN et al. (2010),

que também não observaram alteração na digestibilidade total e na taxa de

degradação da MS, em dietas contendo 4% de nitrato de potássio. VAN

ZIJDERVELD et al. (2011) também não constataram redução na digestibilidade

da fibra em detergente neutro (FDN), do amido e nem do extrato etéreo em dietas

de vacas em lactação, quando se incluiu 8,8% de nitrato de cálcio. Com isso

pode-se inferir que o efeito toxico aos microorganismos celulolíticos não é tão

grande a ponto de afetar da digestibilidade da matéria seca.

2.3. Metahemoglobinemia

Desde 1895, o nitrito (NO2) tem sido conhecido como tóxico aos

ruminantes. Isso porque, a redução do nitrato a nitrito ocorre em uma taxa maior

do que a redução de nitrito a amônia, resultando em acúmulo desse intermediário

no rúmen, a partir disso ele é absorvido pela correte sanguínea (BRUNING-FANN

13

& KANEENE, 1993). No sangue ele se liga a hemoglobina, promovendo a

oxidação do ferro, formando a metahemoglobina, que é incapaz de transportar

oxigênio para os tecidos, impedindo assim as células de gerar energia através da

cadeia respiratória (SANTOS, 2006). Sendo essa reação reversível, segundo

PREWITT & MERILAN (1958) a metahemoglobina é gradualmente reduzida a

hemoglobina, voltando a sua função normal.

De acordo com SANTOS (2006), quando 40% a 60% da hemoglobina é

convertida a metahemoglobina, o animal começa a apresentar sintomas clínicos

de intoxicação por nitrato, como dispnéia, respiração forçada pela boca, fraqueza

muscular, ataxia, cianose e até mesmo aborto causado pela anóxia. Já, quando

mais de 75% da hemoglobina é convertida, há grande risco de vida, podendo

ocorrer a morte pela anóxia celular por causa da incapacidade dos eritrócitos em

transportar oxigênio.

JAINUDEEN et al. (1964) forneceram 0,7 g de nitrato/kg de peso

corporal a vacas prenhez, dividido em duas aplicações diárias. Eles observaram

que com o passar do tempo foi aumentando a concentração de metahemoglobina

no sangue, chegando ao pico quatro horas após a alimentação, a curva inversa

foi percorrida pela capacidade de transporte de oxigênio pelo sangue (Figura 4).

Nesta mesma publicação eles testaram o fornecimento a novilhas prenhez de 0;

0,4 e 0,7 g de nitrato/kg de peso corporal, e encontraram valores médios de

metahemoglobina de 4,6%; 25% e 44% da hemoglobina, respectivamente, e sem

detectar qualquer sinal clinico nessas novilhas.

BURROWS et al. (1987) visando testar a influência da dose do milho

(0; 1,6 e 3,2 kg/vaca dia), sobre o metabolismo do nitrato (dose de 3 g de nitrato

de sódio/kg de peso corporal), observaram que o fornecimento de 3,2 kg de milho

favoreceu o metabolização do produto, pois verificaram redução da concentração

de nitrito no rúmen (Figura 5) e no sangue (Figura 6), e ainda uma menor

formação de metahemoglobina (Figura 7).

BURROWS et al. (1987) constataram ainda que nos tratamentos de 0 e

1,6 kg de milho muitas vezes as concentrações de metahemoglobina

ultrapassaram 50%, oito horas após a administração do nitrato de sódio. De

maneira que foi possível observar sinais clínicos quando a concentração de

metahemoglobina foi superior a 60%. Quando isso ocorreu, rapidamente, foi feito

14

o tratamento com azul de metileno, que aliviou os sinais. Contudo, deve-se levar

em consideração que quatro das 12 observações de sinais clínicos de vacas

recebendo 0 kg de milho foram necessárias administrações de azul de metileno,

enquanto apenas duas das oito observações de vacas que receberam 1,6 kg de

milho foram necessário tratamento com azul de metileno.

Figura 4: Formação de metahemoglobina e redução na capacidade de transporte de oxigênio no sangue de novilhas prenhez alimentadas com 0,7 g de nitrato/kg de peso corporal. Fonte: JAINUDEEN et al. (1964).

Isso confirma os relatos de SANTOS (2006), que afirma que para

prevenção da intoxicação com nitrato deve-se estimular a proliferação da

microbiota do rúmen. Nesse contexto, pode-se adicionar a dieta fontes de

carboidratos fermentescíveis no rúmen que irá favorecer a utilização de amônia, e

também fazer o uso de L-cisteina em dosagens de 0,5 a 0,6 g/kg de peso

metabólico, o que supre cerca de 60% das necessidades de enxofre dos

ruminantes. A L-cisteina, além de estimular o crescimento microbiano, inibe a

redução de nitrato a nitrito, o que minimiza os riscos de intoxicação.

15

Figura 5: Concentração no tempo de nitrito intraruminal de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. Fonte: BURROWS et al. (1987).

.

Figura 6: Concentração de nitrito sanguíneo, no tempo, de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. Fonte: BURROWS et al. (1987).

16

Figura 7: Concentração de metahemoglobina sanguíneo, no tempo, de quatro vacas recebendo uma dosagem de 3g/kg de peso corporal de nitrato de sódio, suplementadas com 0kg, 1,6kg ou 3,2kg de milho moído. Fonte: BURROWS et al. (1987).

Para PROVIMI HOLDING B. V. (2011) o fornecimento de fontes de

enxofre estimula o aparecimento de bactérias (M. elsdenii) que inibem a redução

do nitrato a nitrito, diminuindo o risco de intoxicação dos animais. Além disso,

essas bactérias tem a capacidade de reduzir o nitrito pelas rotas secundárias,

aumentando a redução a amônia, e diminuindo ainda mais o risco de uma

possível intoxicação.

No trabalho de VAN ZIJDERVELD et al. (2010), a concentração

máxima de metahemoglobina observada foi de 7% da hemoglobina, em uma

inclusão de 3,4% de nitrato de cálcio na matéria seca, equivalendo a uma dose de

1,6 g de nitrato/kg de peso corporal. A explicação dos autores para essa baixa

concentração de metahemoglobina está no período de adaptação realizado e na

forma de fornecimento. O aumento gradual da dose de nitrato no período de

adaptação permite que os microorganismos do rúmen elevem a capacidade de

reduzir o nitrato a amônia. E a forma de fornecimento parcelada evita picos de

nitrito no rúmen, que por sua vez, diminui a elevação da metahemoglobina no

sangue. Além do suprimento das exigência de enxofre dos animais.

17

Os dados obtidos por VAN ZIJDERVELD et al. (2011) corroboram com

a afirmação anterior, pois trabalharam com uma alta inclusão de nitrato de cálcio

em dietas de vacas leiteiras (8,8% da MS) e observaram concentração máxima de

15,3% de metahemoglobina. Contudo, a metahemoglobina foi consistentemente

superior para as vacas submetidas a dieta com nitrato.

2.4. Produção animal com o uso do nitrato

Segundo MERTENS (1987) o consumo de matéria seca responde por

60 a 90% das variações no desempenho de ruminantes e os 10 a 40 % restantes

são explicados pela digestibilidade da dieta. Devido a isso, reduções no consumo

de matéria seca aumentam a probabilidade da diminuição do desempenho dos

animais. Portanto, pelo fato do número restrito de trabalhos que avaliaram o

desempenho dos animais recebendo nitrato, serão relatados trabalhos que não

avaliaram o desempenho, mas que mensuraram o consumo.

FARRA & SATTER (1971) não observaram diferenças estatisticamente

significativas no consumo de matéria seca, na produção de leite, na % de gordura

e proteína do leite de vacas holandesas quando se incluiu ou não de 2% de

nitrato de potássio na matéria seca da dieta (Tabela 1). Contudo, pode-se

observar uma redução de 22% e 17% no consumo e produção de leite,

respectivamente. Também se observa um incremento de 16% no teor de gordura

do leite, o que pode ser reflexo de uma maior produção de acetato no rúmen.

Outro fato interessante nesses dados é a inversão entre os teores de gordura e

proteína do leite, fato explicado pela dieta dos animais que era deficiente em fibra.

Tabela 1: Consumo de matéria seca (CMS), produção de leite e teores de gordura e proteína do leite.

Controle Nitrato

CMS (kg/d) 15,3 11,9

Produção de leite (kg/d) 16,9 14,1

Gordura (%) 2,33 2,7

Proteína (%) 3,54 3,62

Fonte: FARRA & SATTER (1971).

18

NOLAN et al. (2010) não avaliaram o desempenho dos animais, porém

não constataram diferença no CMS, na digestibilidade da MS e nem na

concentração de amônia ruminal, entre dietas contendo uréia ou 4% de nitrato de

potássio. VAN ZIJDERVELD et al. (2010) também não avaliaram o desempenho

dos cordeiros do experimento, mas observaram CMS igual em dietas a base de

silagem de milho com a substituição da uréia (1,5% da MS) por nitrato de cálcio

(3,4% da MS).

SILIVONG et al. (2011) também não encontrou diferença no consumo

de matéria seca de carneiros alimentados com uréia (2% da MS da dieta) ou

nitrato de cálcio (3,8% da MS da dieta). Por outro lado, Kaneene (1993), citado

por VAN ZIJDERVELD et al. (2010), relatou efeitos negativos sobre o consumo de

ração em ovinos quando a inclusão de nitrato dietético foi de 3% da MS.

VAN ZIJDERVELD et al. (2011) avaliaram o desempenho de vacas

leiteiras recebendo uma dieta contendo 8,8% de nitrato de cálcio ou 3,5% de

uréia, e não foi constatado diferenças no CMS, na produção de leite corrigida, na

% de gordura, na produção de gordura e proteína do leite, e nem na concentração

de nitrogênio uréico do leite (Tabela 2).

Tabela 2: CMS, produção de leite corrigida (PLC), % de gordura de proteína do leite, produção de gordura e proteína, e nitrogênio uréico do leite (NUL), de vacas leiteiras alimentadas com uréia ou nitrato.

13 -17 d 37 – 41 d 61 – 65 d 85 – 89 d P

Uréia Nitrato Uréia Nitrato Uréia Nitrato Uréia Nitrato

CMS (kg/d)

17,9 18 19 19,7 19,4 19,2 19,7 19,7 0,87

PLC (kg/d)

28,1 27,7 27,9 27,9 26,6 26,4 25,7 26,4 0,99

Gordura (%)

4,27 4,02 4,28 4,02 4,24 4,07 4,19 4,04 0,35

Proteína (%)

3,09 2,95 3,24 3,05 3,25 3,09 3,24 3,09 0,04

Gordura (kg/d)

1,165 1,133 1,152 1,132 1,097 1,079 1,052 1,077 0,85

Proteína (g/d)

860 834 884 864 818 821 821 823 0,54

NUL (mg/dL)

12,1 12,4 12 11,9 13,2 12,3 12,2 12,3 0,73

Fonte: VAN ZIJDERVELD et al. (2011).

19

O teor de proteína do leite diminuiu com a inclusão de nitrato, porém a

produção diária de proteína de leite não foi afetada pelo tratamento, portanto,

a menor concentração de proteína pode ter sido a conseqüência da diluição.

Os dados de NUL refletem que o metabolismo do nitrato e da uréia se

comportaram de forma semelhante, não havendo perdas demasiadas de

amônia no rúmen, esse dado aliado com a produção de proteína do leite

evidencia o que não houve problemas na utilização de nitrato pelas bactérias

ruminais (VAN ZIJDERVELD et al., 2011).

20

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A inclusão do nitrato na dieta de ruminantes afeta consistentemente a

fermentação ruminal, redirecionando o hidrogênio. O que reduz a

metanogêneses, na média dos trabalhos observados ocorreu uma redução de

23% na produção de metano, isso consiste em uma expectativa de reduzir,

aproximadamente 14 milhões de toneladas de metano/ano. E ainda, tende a

aumentar a acetogênese e diminuir a propiogênese.

A dose a ser utilizada é dependente da forma de fornecimento, do

método de adaptação dos animais, da inclusão dietética de carboidratos

fermentescíveis no rúmen e do atendimento das exigências nutricionais de

enxofre pelos animais. Partindo do pressuposto que todos esses requisitos serão

preenchidos, pode-se incluir o equivalente nitrogênio da uréia sob a forma de

nitrato.

Em relação aos efeitos sobre a produção dos animais, é inseguro

afirmar que não há alteração na produtividade. Contudo todos os dados trazidos a

essa revisão não apresentaram alteração no desempenho dos animais.

21

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. BEAUCHEMIN, K. A.; KREUZER, M.; O’MARA, F.; MCALLISTER, T. A. Nutritional management for enteric methane abatement: A review. Australian Journal of Experimental Agriculture. v.48, p. 21–27, 2008.

2. BEAUCHEMIN, K. A.; MCGINN, S. M. Methane emissions from beef cattle: Effects of fumaric acid, essential oil, and canola oil. Journal Animal Science, v. 84, p. 1489–1496, 2006.

3. BRUNING-FANN, C.; KANEENE, J.B. The effects of nitrate, nitrite, and N-nitroso compounds on animal health. Veterinary and Human Toxicology, v. 35, p. 237-253, 1993b.

4. BURROWS, G. E.; HORN, G. W.; MCNEW, R. W.; CROY, L. I.; KEETON, R. D.; KYLE, J. The prophylactic effect of corn supplementation on experimental nitrate intoxication in cattle. Journal Animal Science, v. 64, p. 1682-1689, 1987.

5. CZERKAWSKI, J. W. Fate of metabolic hydrogen in the rumen. Proceedings of the Nutrition Society, v. 31, p. 141–146, 1972.

6. FARRA, P. A., and SATTER, L. D. Manipulation of the ruminal

fermentation. III. Effect of nitrate on ruminal volatile fatty acid production and milk composition. Journal Dairy Science, v. 54, n. 1018–1024, 1971.

7. VALADARES FILHO, S.C.; PINA, D. S. Fermentação ruminal. "In": BERCHIELLI, T.T.; OLIVEIRA, S.G.; PIRES, A.V. Nutrição de Ruminantes. Jaboticabal: FUNEP, 2006. 583, cap. 6, p. 151 - 179.

8. GLENN, B. P.; ELY, D. G. Sulfur, nitrate and starch supplementation of tall fescue for the ovine. Journal Animal Science, v. 53, p. 1135-1142, 1981.

9. IMMIG, I. The rumen and hindgut as source of ruminant methanogenesis. Environmental Monitoring and Assessment, v. 42, p. 57–72, 1996.

10. INTHAPANYA, S.; PRESTON, T. R.; LENG, R. A. Mitigating methane

production from ruminants; effect of calcium nitrate as modifier of the fermentation in an in vitro incubation using cassava root as the energy source and leaves of cassava or Mimosa pigra as source of protein. Livestock Research for Rural Development. V.23, Nº 21, 2011. Disponível em: http://www.lrrd.org/lrrd23/2/sang23021.htm

11. JAINUDEEN, M. R.; HANSEL, W.; DAVISON, K. L. Nitrate toxicity in dairy heifers. 2. Erythropoietic responses to nitrate ingestion during pregnancy. Journal Dairy Science, v. 47, p. 1382-1387, 1964.

22

12. KLIEVE, A. V. Microbial contribution to and amelioration of enteric methane emissions from domestic herbivores. Australia Microbiology, Osborne Park WA, v. 30, nº 2, maio, 2009, p. 82.

13. KOZLOSKI, V. G. Bioquímica microbiana ruminal. In: Bioquímica dos

ruminantes. 1 ed. Santa Maria: UFMS, 2002, cap. 1, p. 140p.

14. KOZLOSKI, V. G. Metabolismo microbiano ruminal. In: Bioquímica dos ruminantes. 1 ed. Santa Maria: UFMS, 2009, cap. 1, p. 212p.

15. LANA, R. P. Nutrição e alimentação animal. 1 ed. Viçosa: Universidade Federal de Viçosa, 2005, p. 343p

16. LENG, R. A.; PRESTON, T. R. Further considerations of the potential of nitrate as a high affinity electron acceptor to lower enteric methane production in ruminants. Livestock Research for Rural Development. V. 22, nº 221, 2010. Disponível em: http://www.lrrd.org/lrrd22/12/leng22221.htm

17. MARTIN, C.; MORGAVI, D. P.; DOREAU, M. Methane mitigation in ruminants: From microbe to the farm scale. Animal. v. 4, p. 351–365, 2010.

18. MERTENS, D.R. Predicting intake and digestibility using mathematical models of ruminal function. Journal Animal Science, v.64, n.5, p.1548-1558, 1987.

19. NOLAN, J. V.; HEGARTY, R. S.; HEGARTY, J.; GODWIN, I. R.; WOODGATE, R. Effects of dietary nitrate on fermentation, methane production and digesta kinetics in sheep. Anim. Prod. Sci. 50:801–806, 2010.

20. NOLLET, L.; DEMEYER, D.; VERSTRAETE, W. Effect of 2-bromoethanesulfonic Acid and Peptostreptococcus productus ATCC 35244 Addition on Stimulation of Reductive Acetogenesis in the Ruminal Ecosystem by Selective Inhibition of Methanogenesis. Applied and environmental microbiology, v. 63, nº 1, p. 194–200, Jan. 1997.

21. OLIVEIRA, S. J.; ZANINE, M. D. A.; SANTOS, M. E. Diversidade microbiana no ecossistema ruminal. Revista Eletrônica de Veterinária, v. 3, n. 6, p. 1-12, 2007. Disponível em: http:wwww.veterinaria.org/revistas/redvet/n060607/060703.pdf.

22. OWENS, F.N.; GOETSCH, A.L. Ruminal fermentation. In: CHURCH, D.C. (Ed). The Ruminant Animal Digestive Phisiology and Nutrition. 1993. p.145-171.

23. PHOMMASACK, O.; PRESTON, T. R.; LENG, A. Effect of supplementation with urea or calcium nitrate and cassava leaf meal or fresh cassava leaf in an in vitro incubation using a basal substrate of sugar cane stalk. Livestock

23

Research for Rural Development. V. 23, nº 23, 2011. Disponível em: http://www.lrrd.org/lrrd23/2/outh23023.htm

24. PREWITT, R. D.; MERILAN, C. P. Effect of potassium nitrate intake on dairy calves. Journal Dairy Science, v. 41, p. 807, 1958.

25. PROVIMI HOLDING B. V. Unidade de pesquisa. Hindrik Bene Perdok, Sander Martin van Zijderveld, Rob Bernard Anton Hulshof, David Deswysen, Walter Jan Jozef Gerrits, Jan Dijkstra. Compositions for reducing gastro-intestinal methanogenesis in ruminants. WO/2011/010921, 23 de julho de 2010, 27 de janeiro de 2011.

26. SANTOS, J. E. P. Distúrbios metabólicos. In: BERCHIELLI, T.T.; OLIVEIRA, S.G.; PIRES, A.V. Nutrição de Ruminantes. Jaboticabal: FUNEP, 2006. 583, cap. 15, p. 423 - 492.

27. STEINFELD, H.; GERBER, P.; WASSENAAR, T.; CASTEL, V.; ROSALES, M.; DE HAAN, C. Livestock’s long shadow. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, Italy, 2006.

28. SILIVONG, P; PRESTON, T. R.; LENG, R. A. Effect of sulphur and calcium nitrate on methane production by goats fed a basal diet of molasses supplemented with Mimosa (Mimosa pigra) foliage. Livestock Research for Rural Development. V. 23, nº 58, 2011. Disponivel em: http://www.lrrd.org/lrrd23/3/sili23058.htm

29. UNGERFELD, E. M.; KOHN. R. A. The role of thermodynamics in the control of ruminal fermentation. In: Ruminant Physiology: Digestion, Metabolism and Impact of Nutrition on Gene Expression, Immunology and Stress. K. Sejrsen, T. Hvel plund, and M. O. Nielsen, ed. Wageningen Academic Publishers, Wageningen, the Netherlands. Pages 55–85 2006.

30. VAN SOEST, P.J. Nutritional ecology of the ruminant. 2.ed. Ithaca: Cornell University Press, 1994. 476 p.

31. VAN ZIJDERVELD, S. M.; FONKEN, B.; DIJKSTRA, J.; GERRITS, W. J. J.; PERDOK, H. B.; FOKKINK, W.; NEWBOLD, J. R. Effects of a combination of feed additives on methane production, diet digestibility, and animal performance in lactating dairy cows. Journal Dairy Science, v. 94, p. 1445–1454, 2011.

32. VAN ZIJDERVELD, S. M.; GERRITS, W. J. J.; APAJALAHTI, J. A.; NEWBOLD, J. R.; DIJKSTRA, J.; LENG, R. A.; PERDOK, H. B. Nitrate and sulfate: Effective alternative hydrogen sinks for mitigation of ruminal methane production in sheep. Journal Dairy Science, v. 93, p. 5856–5866, 2010.

33. WRIGHT, A. D. G.; KLIEVE, V. A. Does the complexity of the rumen microbial ecology preclude methane mitigation? In: GREENHOUSE

24

GASES AND ANIMAL AGRICULTURE CONFERENCE - 2010, Banff. Abstracts.