Estudo comparativo da cinética de degradação ruminal de forragens tropicais em bovinos e ovinos

Comparative study of ruminal degradation kinetics of tropical forages in cattle and sheep

ZOOTECNIA

Estudo comparativo da cinética de degradação ruminal de forragens tropicais em bovinos e ovinos

Comparative study of ruminal degradation kinetics of tropical forages in cattle and sheep

P.R.S.S. Campos^I; S.C. Valadares FilhoII, VII, ^*; P.R. Cecon^{III, VII}; E. Detmann^{II, VII}; M.I. Leão^II; S.M. Souza^IV; B.B. Lucchi^V; R.F.D. Valadares^{VI, VII}

^IAluna de pós-graduação - UENF – Campos dos Goytacazes, RJ

^IIDepartamento de Zootecnia - UFV Av. P.H. Rolfs, s/n 36570-000 – Viçosa, MG

^IIIDepartamento de Informática - UFV

^IVAluna de pós-graduação - UFV

^VZootecnista - autônomo

^VIDepartamento de Veterinária - UFV

^VIIBolsista do CNPq

RESUMO

Estimaram-se os parâmetros da cinética de degradação ruminal in situ da fibra em detergente neutro (DgFDN) da cana-de-açúcar e das silagens de capim-elefante, de milho e de sorgo em diferentes tempos de incubação, tamanhos de partícula (1 e 2mm) e espécies (ovinos e bovinos). A DgFDN foi obtida nos tempos de incubação: 3, 6, 12, 24, 36, 48, 72, 96, 120, 144 e 240 horas. A avaliação dos tamanhos de partículas e das espécies na degradabilidade foi realizada pelo teste de identidade de modelos de regressão não linear e interpretada pela análise de fatores. As taxas de degradação da FDN (k_d) também foram estimadas, matematicamente, utilizando-se apenas de dois tempos de incubação in situ (tempos 6 e 24h ou 6 e 36h). Os valores de k_d estimados em 2 tempos ou 11 tempos de incubação foram comparados pelo teste t com arranjo em pares. Os valores de k_d estimados com dois tempos de incubação, quando comparados com os valores obtidos em vários tempos de incubação mostraram-se similares (P>0,05). Em estudos da cinética de degradação ruminal in situ da FDN, ovinos não devem ser considerados modelos experimentais para bovinos, mas o tamanho de partícula do alimento incubado, de 1 ou 2mm, tem pouca influência nos parâmetros de degradação ruminal.

Palavras-chave: ovino, degradabilidade in situ, fibra em detergente neutro

ABSTRACT

The neutral detergent fiber degradability (NDFd) of sugar-cane, and elephantgrass, corn, and sorghum silages were predicted by in situ method, with different time points, sample grind sizes (1 and 2mm) and animal species (sheep and cattle). The feedstuffs were incubated at 3, 6, 12, 24, 36, 48, 72, 96, 120, 144, 240 hours. The effects of sample grind sizes and of the species in NDFd were analyzed through the test of identity of non-linear regression models and interpreted by factor analysis. The rates of degradation of NDF (k_d) were also estimated for two times of incubation in situ (times 6 and 24h or 6 and 36h), and they were compared to the k_d values estimated at the in situ trial, through the t statistical test. The k_d values estimated by different time points and predicted by in situ incubation times were similar (P>0.05). There is little interference of particle size in degradation parameters, and the NDF degradation in situ trials in sheep can not be used as an experimental model for cattle.

Keywords: sheep, degradability, neutral detergent fiber

INTRODUÇÃO

Os sistemas de exigências nutricionais para ruminantes baseiam-se no aproveitamento dos nutrientes pelos microrganismos e no escape ruminal de frações não degradadas no rúmen (Sniffen et al., 1992). Pode-se considerar que nos últimos dez anos houve grande avanço nos conceitos relacionados à composição de alimentos, tais como a inclusão de fracionamento protéico e de carboidratos e consideração das taxas de degradação das diferentes frações.

A busca por métodos acurados, simples e rápidos, para se estimar a qualidade de forragens com base em sua digestibilidade, tem sido o objetivo da investigação dos nutricionistas. Os ensaios de digestão in vivo constituem a melhor forma para se estimar o valor nutritivo dos alimentos. Esses apresentam, porém, limitações de tempo e quantidade de matéria-prima necessária para sua condução. Além disso, as variações entre animais constituem um fator limitante à precisão dessa técnica (Nocek, 1988).

A técnica in situ, para avaliação da degradação ruminal das principais frações que compõem os alimentos, tem sido muito utilizada nas pesquisas relacionadas com nutrição de ruminantes. Essa técnica permite um contato íntimo do alimento avaliado com o ambiente ruminal, sendo a melhor forma de simulação deste meio, embora o alimento não esteja sujeito a todos os eventos digestivos, como mastigação, ruminação e passagem ao trato digestivo posterior (Van Soest, 1994). Apesar de esforços para padronizar tal procedimento, a técnica tem ainda baixa repetibilidade (Madsen e Hvelplund, 1994), e por esta razão não é utilizada para análises rotineiras em laboratórios comerciais (Spanghero et al., 2003).

Outros problemas que a técnica in situ apresenta estão relacionados com o tamanho das partículas, a porosidade dos sacos de náilon, o tempo de incubação, a freqüência de alimentação, a contaminação bacteriana e o influxo e efluxo de micropartículas (Mertens, 1993; Madsen e Hvelplund, 1994; Van Soest, 1994).

O tamanho da partícula (área de superfície específica) permite maior ou menor acesso para os microrganismos atuarem sobre os componentes do alimento (Owens e Goetsch, 1993), sendo este um fator de influência sobre as estimativas da taxa de degradação dos alimentos (k_d), principalmente na digestão da fração fibrosa que é um processo dependente da colonização microbiana.

Outro aspecto a ser considerado é a espécie animal a ser utilizada nos estudos de digestibilidade, uma vez que algumas pesquisas em nutrição de ruminantes têm sido conduzidas em ensaios com ovinos, porque são animais fáceis de manejar e as quantidades de alimento e excretas envolvidos durante a experimentação são menores do que em bovinos.

Dessa forma, objetivou-se neste trabalho estimar a taxa de degradação da fração potencialmente digestível da FDN da cana-de-açúcar e das silagens de capim-elefante, de milho e de sorgo, utilizando-se a degradabilidade in situ obtida em diferentes tempos de incubação, tamanhos de partículas e espécies animais (bovina e ovina).

MATERIAL E MÉTODOS

Os parâmetros da cinética de degradação ruminal in situ da matéria seca (MS) e da fibra em detergente neutro (FDN) da cana-de-açúcar, e silagens de capim-elefante, de milho e de sorgo, foram estimados por meio da técnica dos sacos de náilon em três carneiros, SRD, machos, castrados, com peso vivo médio de 50kg, dotados de cânulas ruminais. Os carneiros foram alimentados com silagem de milho, água e sal mineral à vontade. A degradabilidade in situ foi também avaliada em dois bovinos Holandeses, machos, castrados, dotados de cânulas ruminais. A composição química dos volumosos avaliados está descrita na Tab. 1.

Foram utilizados sacos de náilon com porosidade de 50µm, na forma retangular, nas dimensões de 3,5 x 5cm para os ovinos e de 10 x 20cm nos bovinos. Foram colocados 1 e 5g de amostra de cada alimento nos sacos incubados em ovinos e bovinos, respectivamente. Os tempos de incubação avaliados foram 3, 6, 12, 24, 36, 48, 72, 96, 120, 144 e 240 horas, além do tempo zero. Os sacos de náilon foram fixos a uma corrente de metal com lastro, que por sua vez foi fixa por uma corda à cânula ruminal.

Cada um dos quatro alimentos, moídos a 2mm, foi incubado nos 11 tempos de degradação descritos acima, a fim de não exceder um limite de 44 sacos/carneiro. Nos bovinos, da mesma forma, foi incubada uma amostra de cada um dos alimentos para cada tempo de incubação por animal. Em seguida, foram incubados os alimentos com tamanho de partícula de 1mm.

Após serem retirados do rúmen, os sacos de náilon foram lavados com água corrente em abundância, e em seguida secos em estufa ventilada a 65°C por 24 horas. Os sacos correspondentes ao tempo zero não foram introduzidos no rúmen, porém, foram lavados e secos conforme os demais para avaliação da fração solúvel.

Os modelos foram ajustados pelo método de Gauss-Newton. Os parâmetros da cinética de degradação ruminal da matéria seca (DgMS) foram estimados segundo o modelo proposto por Ærskov e McDonald (1979), e da fibra em detergente neutro (DgFDN) segundo Mertens e Loften (1980), respectivamente:

em que: a=fração solúvel (%); b=fração insolúvel, potencialmente degradável (%); k_d=taxa de degradação da fração b (h^-1); I=fração não degradável (%); L=tempo de latência ou lag time (h); e t=tempo de incubação (h).

Após o ajuste das equações para degradação da fibra em detergente neutro (FDN), procedeu-se à padronização de frações segundo a proposição de Waldo et al. (1972), conforme as equações:

em que: b_p =fração potencialmente degradável padronizada (%); I_p =fração não degradável padronizada (%); e b e I=como definidas anteriormente.

A avaliação do tamanho das partículas e das espécies nos parâmetros de degradação da matéria seca e da fibra em detergente neutro foi feita por meio do teste de verificação de identidade de modelos de regressão não linear proposto por Regazzi (2003). Foi considerado o ajuste de 16 equações de regressão não lineares, de 16 grupos distintos (compostos por quatro alimentos, duas espécies e dois tamanhos de partícula) para as duas variáveis a serem avaliadas (Tab. 2). Com a finalidade de testar a hipótese Ho, onde as dezesseis equações são idênticas, isto é, uma equação comum pode ser utilizada como estimativa das dezesseis equações envolvidas.

Para testar a hipótese de nulidade: Ho: q Î w versus Ha: q Î w^c, em que q representa todos os parâmetros (a₁,...,a₁₆;b₁,....,b₁₆; c₁,...,c₁₆;L₁,...L₁₆; I₁,...,I₁₆), w, é subconjunto do espaço paramétrico W e w^c é o complemento de w, com W=wÈw^c, foi feito o teste de razão de verossimilhança por meio da expressão: .

Em que, é a estimativa de máxima verossimilhança de s², quando nenhuma restrição no espaço paramétrico é feita (modelo irrestrito ou completo), e é a estimativa de máxima verossimilhança de s² quando as restrições lineares colocadas em Ho são impostas no espaço paramétrico W (modelo restrito). E, a distribuição de 2 ln R é aproximadamente qui-quadrado com V graus de liberdade, em que V é o número de parâmetros estimados em W menos o número de parâmetros estimados em w, conforme Rao (1973), citado por Regazzi (2003). Assim, .

A regra decisória de rejeição da hipótese de nulidade ocorre se: c² _calculado> c²_tabelado, em que o valor tabelado é função do número de graus de liberdade V = p_W – p_w, no nível de significância a (a=0,05).

Sob rejeição da hipótese de nulidade, em razão do número elevado de variáveis estimadas, o comportamento entre grupos em função das estimativas dos parâmetros (a, b, k_d, I) foi investigado por intermédio de análise de fatores, como proposto por Johnson e Wichern (1998), empregando-se o método Varimax de rotação e ortogonalização de fatores. Adotaram-se como critérios de seleção de fatores a fração retida da variação (comunalidade) total e os escores fatoriais.

Posteriormente, as taxas de degradação da FDN também foram estimadas pela técnica descrita por Van Amburgh et al. (2003), por abordagem matemática na qual a taxa de degradação ruminal (k_d) foi estimada por intermédio da informação de degradação em dois tempos de incubação in situ (tempos de incubação de 6 e 24horas, ou, 6 e 36horas). O cálculo da taxa de degradação (k_d) foi obtido a partir do valor de antilog da equação:

em que: ; , no tempo t, sendo t=24, ou 36; , t=0; t=tempo de incubação (h), sendo t=24, ou 36; Lag=tempo de latência (h), sendo , no tempo t, sendo t=24, ou 36; e

As taxas de degradação estimadas por esta técnica e as taxas estimadas utilizando-se os 11 tempos de incubação foram comparadas pelo teste t para dados pareados (a=0,05).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Tab. 3 são apresentadas as estimativas dos parâmetros de degradação da MS e da FDN (a, b, k_d e I).

É relevante considerar que para nenhum dos grupos avaliados a estimativa do tempo de latência (L) foi sinificativa (P>0,05). Dessa forma, procedeu-se ao ajustamento dos modelos sem a consideração do lag time.

Os parâmetros de degradação da MS e da FDN dos alimentos foram testados pelas hipóteses de nulidade Ho, onde constatou-se sua rejeição. Na Tab. 4 são apresentados os resultados dos testes qui-quadrado para as hipóteses formuladas.

Na avaliação complementar do comportamento das estimativas dos parâmetros de degradação, avaliou-se a variação conjunta total desses, e optou-se pela adoção de dois fatores (fator 1 e fator 2), os quais englobaram 84,28% da variação total. Para o fator 1, destaca-se a correlação positiva com as frações b, que representam a fração solúvel potencialmente degradável da MS e da FDN e correlação negativa com as frações a e I, sendo este denominado fator de potencial de degradação. O fator 2 apresentou maiores correlações positivas com o parâmetro k_d, sendo denominado como fator de velocidade de degradação. Assim, quanto maiores forem os escores para o fator 1, maior será a degradação do material. E quanto maior o escore do fator 2, maior a velocidade com que o material é degradado (Tab. 5).

Os escores fatoriais relativos ao potencial de degradação e à velocidade de degradação da MS e FDN dos volumosos, em função da espécie receptora e do tamanho da partícula são apresentados na Tab. 6.

A Fig. 1 ilustra os escores fatoriais médios correspondentes ao fator de potencial de degradação dos volumosos avaliados. Observa-se a diferença entre os quatro alimentos quanto aos escores médios deste fator, verificando-se menor diferença entre as silagens de capim-elefante e de milho. A cana-de-açúcar apresentou menores valores dessa fração em relação às silagens. Na Fig. 2, os escores médios, relativos ao fator potencial de degradação, mostraram que os bovinos e o tamanho da partícula de 1mm apresentam maiores valores para o coeficiente b do que os ovinos e os volumosos moídos a 2mm, respectivamente.

Vale ressaltar que os escores fatoriais encontrados para espécies e tamanhos da partícula são relativamente baixos, o que torna essa diferença sutil, ou seja, a fração potencialmente degradável é pouco influenciada pela espécie animal ou tamanho da partícula do alimento incubado, pois é composta basicamente por amido, compostos nitrogenados protéicos e carboidratos estruturais (principalmente celulose e hemicelulose). Esse comportamento pode ser justificado pelo fato de que o potencial de degradação é uma característica única e exclusiva do alimento.

A fração não degradável (I) um dos principais determinantes no efeito de enchimento (rúmen fill), e por sua vez do consumo, diminui à medida que se aumenta a fração potencialmente degradável; sendo assim, esta apresentou comportamento inverso aos escores obtidos no fator 1 dos alimentos avaliados.

Em relação ao fator velocidade de degradação, observaram-se maiores diferenças entre os alimentos do que entre as espécies e os tamanhos de partícula. A cana-de-açúcar e a silagem de capim-elefante apresentaram pouca variação entre si, porém as silagens de milho e sorgo mostraram escores mais distantes entre si, tendo a silagem de sorgo o menor escore deste fator que os demais volumosos (Fig. 3).

Campos et al. (2003), ao estudarem vários genótipos de sorgo, com e sem tanino, constataram que a presença dos taninos nas silagens de sorgo diminuiu a degradabilidade ruminal da matéria seca e da proteína bruta, e que tal efeito é dependente da concentração de tanino na planta e não apenas da sua presença.

Na Fig. 4, mostra-se o comportamento do fator velocidade de degradação em função das espécies animais e tamanhos de partícula. Os ovinos apresentam maiores taxas de degradação do que os bovinos, e o tamanho de partícula de 2mm apresentou maiores taxas de degradação do que quando moídos a 1mm, embora os escores que representem tais diferenças sejam relativamente baixos.

A diferença encontrada entre as espécies ovina e bovina, são atribuídas, principalmente, ao ambiente ruminal, uma vez que a velocidade de degradação é função, além das carcterísticas do alimento, da disponibilidade qualitatitva e quantitativa dos microrganismos presentes no meio de degradação.

Segundo Allen (1993), a digestibilidade da fibra é função da fração potencialmente degradável e da taxa de digestão. Ambas as carcaterísticas podem ser alteradas de acordo com a composição química do alimento. Apesar de o teor de lignina estar relacionado com a fração potencialmente degradável, não há um componente químico do alimento que esteja diretamente correlacionado com a taxa de degradação.

Owens e Goetsch (1993) destacaram que o k_d pode ser influenciado pelo processamento por alterar a área de superfície, geralmente aumentando a taxa de digestão. A redução do tamanho de partícula por aumentar proporcionalmente a relação superfície:área, potencialmente aumenta a exposição do alimento à digestão microbiana.

A ausência de ruminação de alimentos incubados in situ sugere que algum processo adicional deve ser utilizado para que o tamanho de partícula represente adequadamente as carcterísitcas observadas in vivo. Tamanhos de partícula muito pequenos induzem excessiva perda de partícula (Vanzant et al., 1996). As recomendações para tamanhos de partícula variam de 1,5 a 5mm para alimentos volumosos.

Devido às poucas evidências disponíveis sobre o efeito do tamanho de partícula afetando a degradação dos alimentos, Vanzant et al. (1996) sugeriram o tamanho de partícula de 2mm adequado para rotinas de ensaios in situ.

Huntington e Givens (1997) estudaram os efeitos da espécie animal na degradação in situ da matéria seca de feno, utilizando-se vacas da raça Holandesa e ovinos da raça Suffolk e não encontraram diferenças significativas para os coeficientes "a", porém, a taxa de degradação k_d diferiu entre as espécies, implicando maiores valores de degradação efetiva da MS em ovinos.

Observa-se que, para estudos in situ o tamanho da partícula de 1 mm ou 2 mm tem pouca influência na degradação da MS e da FDN. De maneira geral, os ovinos não devem ser considerados modelos experimentais em estudos de degradação da MS e da FDN para os bovinos.

O'Mara et al. (1999) propuseram que sejam realizados mais estudos sobre o assunto, pois, caso consideradas as digestibilidades entre bovinos e ovinos idênticas, ignora-se o fato que bovinos têm a capacidade muito maior de consumir alimentos do que ovinos, fator este determinante na digestibilidade.

Com base nas limitações do método in situ, Van Amburgh et al. (2003) propuseram estimar a taxa de digestão (k_d) apenas com dois tempos de incubação. Os valores de k_d estimados por esta técnica foram comparados com os valores observados nos 11 tempos de incubação. Os valores de k_d estimados com 11 tempos de incubação foram similares (P>0,05) aos estimados para os tempos de incubação de 6 - 24horas e 6 - 36 horas (Tab. 7).

Silva (2004) ao avaliar a validade desta técnica para capim-elefante, utilizando-se de bovinos, constatou que a taxa de degradação foi estimada adequadamente para os tempos 6 - 24 horas.

Pelos resultados obtidos neste estudo, a técnica proposta por Van Amburgh et al. (2003) mostrou-se adequada para estimar as taxas de degradação (k_d) dos volumosos.

CONCLUSÕES

Os ovinos não podem ser considerados como modelos experimentais para estudos de degradabilidade in situ da matéria seca e fibra em detergente neutro para bovinos. O tamanho da partícula pouco intefere nos parâmetros de degradação ruminal da matéria seca e fibra em detergente neutro para alimentos volumosos. A técnica proposta por Van Amburgh et al. (2003), mostrou se adequada para estimar o k_d da FDN nos tempos de 6 – 24 h e 6 - 36 h para volumosos.

Recebido em 6 de dezembro de 2004

Aceito em 5 de outubro de 2006

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  14 Mar 2007
• Data do Fascículo
  Dez 2006

Histórico

• Recebido
  06 Dez 2004
• Aceito
  05 Dez 2006