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Revista Brasileira de Zootecnia

Print version ISSN 1516-3598On-line version ISSN 1806-9290

R. Bras. Zootec. vol.35 no.6 Viçosa Nov./Dec. 2006

http://dx.doi.org/10.1590/S1516-35982006000800039 

RUMINANTES

 

Metabolismo de cálcio em ovinos em crescimento sob suplementação com diferentes fontes de cálcio: aplicação e comparação de dois modelos matemáticos

 

Calcium metabolism in growing sheep supplemented with different calcium sources: application and comparison of two mathematical models

 

 

Dorinha Miriam Silber Schmidt VittiI; Ana Paula RoqueII; Raquel Souza DiasIII; João Batista LopesIII; Ives Cláudio da Silva BuenoIV; Mauro Sartori BuenoV; Eduardo Fernando NozellaIV

ILaboratório de Nutrição Animal, Centro de Energia Nuclear na Agricultura, Caixa Postal 96, CEP: 13400-970, Piracicaba - SP, Brasil
IIPrograma de Pós-graduação - CENA- USP
IIIUniversidade Federal do Piauí, Campus da Socopo, Teresina, PI
IVPrograma de Pós-doutorado CENA-USP e FAV/UnB
VInstituto de Zootecnia, IZ, Nova Odessa

 

 


RESUMO

Este trabalho foi realizado com o objetivo de estudar, por meio de dois modelos matemáticos, o metabolismo do cálcio (Ca) em ovinos recebendo dietas suplementadas com diferentes fontes de Ca. Foram utilizados 20 cordeiros mestiços Santa Inês (6 a 8 meses de idade) alimentados com uma dieta basal composta de milho, farelo de soja, bagaço de cana hidrolisado, uréia, fosfato monoamônio (MAP) e mistura mineral suplementada com cinco fontes de cálcio: polpa cítrica (PC), feno de alfafa (FA), calcário calcítico (CC), farinha de conchas de ostras (FC) e fosfato bicálcico (FB). Os animais receberam, via jugular, solução contendo 7,7 MBq de 45Ca. Durante sete dias, realizaram-se coletas de fezes, sangue e urina. Após o período de coleta, os animais foram sacrificados para retirada de amostras de tecidos (fígado, rins, coração, músculo e 12ª costela) para análises. O metabolismo de Ca foi avaliado pelos modelos de Vitti et al. (2000) e Fernandez (1995). O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado e as médias foram comparadas pelo teste Duncan. Não houve diferença significativa para o consumo de Ca entre os tratamentos. A excreção fecal foi menor para o CC. O balanço de Ca foi negativo para FA e PC. A absorção de Ca pode ter sido prejudicada pela presença de pectina e oxalato na polpa cítrica e no feno de alfafa, respectivamente. Os fluxos entre o compartimento central e o trato digestivo indicaram maior absorção de Ca para o CC. As fontes CC, FB e FC apresentaram maior disponibilidade cálcio, com valores respectivos de 65,38; 34,12 e 32,43%. A comparação entre os modelos comprovou diferenças nos fluxos entre o sangue e os tecidos e ossos, todavia, o balanço entre esses compartimentos foi similar. As diferenças entre os modelos possivelmente foram ocasionadas pela sua estrutura.

Palavras-chave: metabolismo, modelo, ovinos, radio-cálcio


ABSTRACT

This research was conducted to compare the accuracy of two mathematical models to predict calcium (Ca) metabolism in sheep supplemented with different Ca sources. Twenty Brazilian male sheep averaging 7 to 8 months of age were fed a basal diet containing corn, soybean meal, hydrolyzed sugarcane bagasse, urea, mono-ammonium phosphate, mineral mixture and one of the following Ca sources: limestone (LM), alfalfa hay (AH), dicalcium phosphate (DP), oyster shell meal (SM), and citrus pulp (CP). On day 22 each animal received an intravenous injection of 7.7 MBq of radio-calcium (45Ca) followed by collection of blood, feces, and urine every 24 h for 7 days. Total Ca and radioactivity were measured in all samples. At the end of the collection period, animals were slaughtered and samples of liver, heart, kidney, muscles and 12th rib were taken for analysis. Calcium metabolism was evaluated by the models proposed by Vitti et al. (2000) and Fernandez (1995). A completely randomized design was used and means were compared by the Duncan test. No significant differences were observed for Ca intake among treatments. However, total fecal excretion of Ca differed and was lowest in animals fed LM. Calcium balance was negative in sheep receiving AH and CP because Ca absorption might have been compromised by the high contents of pectin and oxalate in these two supplements, respectively. Flows of Ca between the central pool and the digestive tract showed the greatest absorption of Ca on animals fed LM. Diets supplemented with LM, DP, and SM had highest Ca availability with values of 65.38, 34.12 and 32.43%, respectively. The models differed in the predictions of Ca flows among blood, bone and soft tissues but showed similar values for Ca balance in the different compartments. These discrepant results may be explained by structural difference between models.

Key Words: metabolism, model, radio-calcium, sheep


 

 

Introdução

O cálcio (Ca) é considerado um dos minerais mais importantes na produção de ruminantes, pois desempenha inúmeras funções básicas relacionadas à integridade do esqueleto, à manutenção da permeabilidade normal das células, à coagulação do sangue e à regulação da excitabilidade neuromuscular (Andriguetto et al., 1993).

Na formulação de dietas para ruminantes, o cálcio consiste em um importante nutriente e pode ser originado tanto de produtos inorgânicos como de ingredientes de origem vegetal. Alguns alimentos, por possuírem elevado teor de cálcio em sua composição, podem funcionar como fonte desse mineral, desde que sua disponibilidade seja conhecida.

Entre as fontes de cálcio, a polpa cítrica destaca-se por ser um subproduto da indústria de suco de laranja (o Brasil é o maior produtor mundial), o que garante a oferta desse ingrediente no mercado nacional (Mejía & Ferreira, 2000). De acordo com o NRC (1985), o calcário calcítico, a farinha de conchas de ostras e o fosfato bicálcico são os principais suplementos de Ca utilizados na alimentação animal (Peixoto & Maier, 1993).

Quanto ao metabolismo do cálcio, os estudos físico-químicos comprovam que as trocas de cálcio entre os ossos e fluidos corporais ocorrem por dois processos: a) trocas iônicas, que correspondem ao processo rápido, na superfície óssea, quando o excesso de cálcio é incorporado à molécula de fosfato tricálcico; b) trocas lentas ou processos de recristalização, que correspondem à penetração de cálcio trocável no interior do osso (Aubert & Milhaud,1960).

Uma variedade de técnicas tem sido utilizada no estudo do metabolismo de minerais em animais, incluindo o balanço convencional e o uso de radioisótopos. Traçadores radioativos têm sido utilizados no estudo do metabolismo e da distribuição dos minerais, especialmente do fósforo (P), por meio de modelos matemáticos envolvendo o fluxo entre os diversos compartimentos do organismo animal (Grace, 1981; Schneider et al., 1985; Vitti et al., 2000; Kebreab et al., 2004; Vitti et al., 2005) e análises por programas de computadores (Boston et al., 1981). Pfeffer et al. (2005) descreveram, com detalhes, alguns dos modelos e enfatizaram sua aplicação para estudos do impacto ambiental da excreção de P pelos animais domésticos.

Uma análise quantitativa do metabolismo de P nos animais domésticos foi feita por Bravo et al. (2003), que utilizaram dados compilados de mais de cem publicações referentes ao metabolismo de P. Esses autores aplicaram uma série de equações e modelos matemáticos para descrever os aspectos quantitativos da absorção e excreção de P.

Outros trabalhos com P têm sido realizados com uso de radioisótopos (Challa et al., 1989; Vitti et al., 1992, Salviano & Vitti, 1998; Vitti et al., 2005), mas são poucas as informações sobre o uso de cálcio. Vitti et al. (2000) construíram um modelo matemático sobre o fluxo do fósforo em compartimentos fisiológicos e anatômicos de caprinos usando dados obtidos pela técnica de diluição isotópica. Neste contexto, Fernandez (1995), utilizando dados combinados de balanço e cinética de radioisótopos, formulou e resolveu um modelo de metabolismo de P e Ca para avaliar os efeitos de níveis crescentes desses minerais em dietas para suínos. Os estudos mais recentes sobre o metabolismo de Ca são desenvolvidos com humanos, especialmente para o estudo da cinética nos ossos (Beck et al., 2003).

Este trabalho foi desenvolvido com a finalidade de estudar o metabolismo do cálcio e comparar os resultados obtidos em dois modelos matemáticos destinados à avaliação das trocas de Ca entre os compartimentos fisiológicos ou anatômicos de ovinos alimentados com dietas suplementadas com diferentes fontes de Ca.

 

Material e Métodos

A pesquisa foi desenvolvida no Laboratório de Nutrição Animal do Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo. Foram selecionados 20 cordeiros mestiços Santa Inês (machos não-castrados) com 7 a 8 meses de idade. Esses animais foram tosquiados e receberam vermífugo antes do período experimental.

Os tratamentos consistiram de uma dieta basal composta de milho, farelo de soja, bagaço de cana hidrolisado, uréia, fosfato monoamônio (MAP) e mistura mineral, sendo suplementada com cinco diferentes fontes de cálcio: polpa cítrica (PC), feno de alfafa (FA), calcário calcítico (CC), farinha de conchas de ostras (FC) e fosfato bicálcico (FB).

As dietas foram formuladas com base nas exigências preconizadas pelo NRC (1985) para cordeiros em terminação com ganho de peso médio diário de 295 g, considerando consumo de 4,3% do peso vivo do animal. A composição e a caracterização da dieta são apresentadas na Tabela 1.

 

 

Os animais foram alojados em gaiolas para estudos de metabolismo por um período de 28 dias. No 22º dia experimental, através da jugular direita, foram injetados em cada animal 7,7 Mbq de 45Ca (em 1 mL de solução salina 0,85%). Foram coletadas amostras de sangue pela jugular esquerda, utilizando-se tubos a vácuo contendo heparina. Os períodos de coleta foram cinco minutos após a injeção e depois a cada 24 horas, durante sete dias. As coletas totais de fezes e urina foram feitas diariamente, 24 horas após a injeção do radioisótopo, até o 8º dia. Alíquotas correspondentes a 1/10 do total diário excretado foram coletadas e congeladas para as análises.

Após a coleta, o sangue foi centrifugado (1.100 g) por dez minutos para separação do plasma e do sobrenadante, usado para análise do teor de Ca por espectrofotometria de absorção atômica (Zagatto et al., 1979).

As amostras de fezes foram maceradas, homogeneizadas e, após digestão das cinzas com ácido clorídrico concentrado, efetuou-se a leitura do Ca por espectrofotometria de absorção atômica (Zagatto et al., 1979). O teor de Ca inorgânico na urina foi determinado segundo Morse et al. (1992).

Para detecção de 45Ca, preparou-se uma solução cintiladora contendo 4 g de difeniloxazole (PPO) e 0,3 g de 1,4 bis-(5-feniloxazole-2-il) benzeno (POPOP) dissolvidos em mistura de 500 mL de triton X-100 e 1 L de tolueno.

As amostras de plasma e urina foram descongeladas e homogeneizadas. Pipetou-se 1 mL da amostra acidificada com três gotas de HCl 2N e 10 mL de solução cintiladora em frascos de borosilicato para cintilação líquida. As amostras de fezes foram descongeladas, maceradas, homogeneizadas e, após digestão das cinzas com HCl 2N, 1 mL desta solução foi adicionado a 10 mL de solução cintiladora em frascos de borosilicato para medição da radioatividade por cintilação líquida.

Após o período de coleta, os cordeiros foram abatidos conforme orientação da Comissão de Ética em Experimentação com Animais do CENA. Foram coletadas amostras de tecidos (12ª costela, fígado, rim, coração músculo) para a determinação dos teores de Ca inorgânico e radioativo. As carcaças foram posteriormente levadas para um depósito construído de acordo com normas da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Todas as operações com radioisótopos foram supervisionadas pelo Serviço de Proteção Radiológica do CENA.

O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, com cinco tratamentos e quatro repetições e as médias foram comparadas pelo teste Duncan (SAS, 2000).

O modelo matemático 1, do fluxo de cálcio nos compartimentos fisiológicos e anatômicos do organismo de ovinos, seguiu as recomendações de Vitti et al. (2000), em trabalho sobre cinética com radioisótopos desenvolvidos em caprinos (Figura 1).

 

 

Na estruturação do modelo, foram considerados quatro compartimentos: 1. trato digestivo; 2. sangue; 3. ossos; e 4. tecidos moles. O fluxo de Ca entre os compartimentos, dentro e fora do sistema, foi caracterizado pelas setas. O trato digestivo, o osso e os tecidos moles estiveram em intercâmbio bi-direcional com o pool do sangue, de acordo com os fluxos F21 e F12, F23 e F32 e F24 e F42, respectivamente.

A entrada de Ca no sistema ocorre via ingestão (F10) e a saída, por meio das fezes (F01) e da urina (F02). O cálcio marcado 45Ca foi administrado como uma única dose, D cpm, para o tempo zero, sendo o valor e a atividade específica nos pools de sangue, no osso e nos tecidos moles medidos após oito dias da introdução. Nesse esquema, assumiu-se que não houve reentrada de Ca marcado a partir de fontes externas.

O princípio da conservação das massas pode ser aplicado em cada pool na Figura 1 para gerar as equações diferenciais, que descrevem o comportamento dinâmico do sistema. Assim, as equações diferenciais de 01 a 04 representam esse princípio para o Ca não-marcado e as equações diferenciais de 05 a 08 para o Ca marcado, conforme notação definida abaixo.

Os principais símbolos usados no desenvolvimento do modelo são: Fij = fluxo total de Ca para o pool i a partir do j; Fi0 = fluxo externo dentro do pool i; e F0j = fluxo de saída do sistema a partir do pool j, o sublinhado indica o fluxo que pode ser medido experimentalmente: g/d; D = dose de 45Ca administrada no sangue no tempo zero: cpm; Qi = quantidade total de Ca no pool i: g; qi = quantidade de 45Ca no pool i: cpm; si = atividade específica do pool i (=qi/Qi): cpm/g; T = tempo, em dias.

Considerando o coeficiente de diferencial de s3, quanto ao tempo, obteve-se:

Reorganizando o sistema de equações, encontrou-se:

e utilizando-se as equações (03) e (07) para substituir por dQ3/dt e dq3/dt, respectivamente, e ds3/dt por [s3 (t=t) - s3 (t=0)]/ [t - 0], a equação (10) tornou-se:

Como s3 (t=0) é zero e considerado similar, ao aplicar para ds4/dt, obteve-se:

Depois de oito dias de introdução do material radioativo, assumiu-se o pool 1 (lúmen do intestino) como em estado estável (i.e. ambos dQ1/dt e dq1/dt = zero) e o pool 2 (sangue) em estado não-isotópico estável (i.e. dQ2/dt = zero).

Assim, as equações (01), (02), (05), (11) e (12) foram transformadas:

Pela manipulação algébrica das equações (13) a (17), obteve-se:

em que o ½F23 + F24½ indica um fluxo experimentalmente medido. O fluxo combinado ½F23 + F24½denota a soma dos fluxos de saída dos pools 3 e 4, equação 23, podendo ser separado pela combinação desses dois pools. O s* denota a atividade específica desse pool combinado, sendo calculado de acordo com a equação (24).

O fluxo de saída do marcador a partir do pool combinado consistiu na soma do fluxo de saída do marcador dos pools 3 e 4:

Por meio de manipulação algébrica das equações (23) e (25), obteve-se:

O modelo foi aplicado usando-se as equações (18) a (22), (24), e (26) a (27) para computar os fluxos conhecidos.

Obtidos os valores dos fluxos supracitados, o total de Ca endógeno nas fezes (Fe01) foi calculado segundo a equação 28:

em que F10 é o consumo de Ca e F01 o Ca nas fezes.

A absorção real de Ca (Fabs) foi calculada de acordo com a equação 29:

O modelo matemático 2 foi elaborado por Fernández (1995), ilustrado na Figura 2, e adaptado por Lopes et al. (2001), e representado pelas equações de 30 a 36:

 

 

Os fluxos correspondem a F21 (VaT), F12 (ViT), F32 (Vo+), F23 (Vo-), F42 (Vte+) e F24 (Vte-).

A descrição das variáveis representadas na Figura 2 encontra-se na Tabela 2.

 

 

Resultados e Discussão

Os dados do Ca consumido e excretado, das atividades específicas e da concentração de Ca nos ossos, no sangue e nos tecidos encontram-se na Tabela 3. Não houve diferença significativa no consumo de Ca (F10) entre as fontes de Ca e na quantidade de Ca na urina (F02). O consumo de Ca foi adequado para todos os tratamentos e manteve-se acima de 0,51% da MS.

 

 

Embora o consumo tenha sido semelhante para todos os tratamentos, observou-se que a excreção fecal (F01) foi menor para o tratamento calcário (CC) e correspondeu, em média, a 55% do Ca consumido; para as demais fontes, o valor médio foi de 90%. Os altos valores de Ca fecal podem indicar menor disponibilidade de Ca na fonte estudada, o que ocasiona maior quantidade de Ca passando diretamente pelo trato digestivo, sem que haja absorção. No tratamento CC, além de menor excreção de Ca nas fezes, a atividade específica (s1), que representa a relação entre o Ca radioativo e a quantidade de Ca no trato gastrintestinal, também apresentou valor maior (P<0,05), indicando maior fluxo F12 (Ca do sangue para trato gastrintestinal). A radioatividade nas fezes tem origem no compartimento central, representado pelo sangue, e consiste no Ca absorvido e utilizado pelo animal (Ca endógeno). Quando calculados os valores de Ca endógeno fecal e da absorção, obtiveram-se médias de 0,82 e 2,31; de 1,11 e 1,18; de 0,80 e 2,03; de 0,77 e 0,73; e de 1,08 e 3,40, respectivamente, para FB, PC, FC, FA e CC e, a partir desses valores, calculou-se a disponibilidade biológica (34,12; 18,64; 32,43; 11,77 e 65,38% para FB, PC, FC, FA e CC). Esses dados confirmam a afirmativa anterior de que o Ca, na fonte CC, apresentou valor maior de disponibilidade biológica.

A proporção entre a perda endógena fecal de Ca e o Ca consumido resultou, em média, em 12,11; 17,54; 12,77; 12,42 e 20,77%, respectivamente para FB, PC, FC, FA e CC, o que está de acordo com os resultados descritos por Martz et al. (1990), que obtiveram para o Ca endógeno fecal valores de 16 a 20%.

Pelos resultados obtidos, constatou-se que as fontes que apresentaram o Ca na forma orgânica (FA e PC) foram as que tiveram menores valores de absorção. De acordo com McDowell (1992), a forma química, o tipo de fonte e a interação com outros nutrientes afetam a absorção do mineral. Geralmente, a forma orgânica é a menos disponível.

No caso da dieta PC, um dos fatores que podem ter afetado a absorção foi a presença de pectina, que, na polpa cítrica, pode ser em torno de 19% (Giraldo, 1999). A pectina liga-se a cátions e pode prejudicar a absorção de minerais como Ca, Mg, Cu e Zn. O balanço negativo observado para FA pode ter sido ocasionado pela presença de oxalato, composto presente nas fontes orgânicas de Ca que diminui a disponibilidade de Ca. No feno de alfafa, uma parte do Ca (20 a 30%) está presente na forma de oxalatos insolúveis de Ca e aparentemente não disponíveis ao animal (Ward et al., 1979).

As quantidades de Ca no sangue, nos ossos e nos tecidos moles não diferiram entre si (P>0,05). No entanto, a fonte calcário calcítico apresentou menor valor absoluto da concentração desse mineral nas variáveis estudadas, o que, provavelmente, implicou maior fluxo de Ca do tecido para o sangue e deste para o trato digestivo.

Constam na Tabela 4 os fluxos de entrada e saída de Ca nos compartimentos, considerando os diversos tratamentos.

No tratamento CC, os fluxos entre o trato gastrintestinal e o sangue (F21 e F12), em ambas as direções, foram maiores (P<0,05). A diferença entre entrada e saída de Ca (F21 - F12) resultou na quantidade absorvida, que apresentou valores de 2,33; -0,05; 0,06; 1,56 e 1,23 g Ca/dia, respectivamente, para CC, FA, PC, FB e FC.

Pela relação entre Ca absorvido e Ca consumido, obteve-se 0,45; -0,01; 0,01; 0,23 e 0,20, respectivamente, para CC, FA, PC, FB e FC, portanto, valores mais elevados para CC, FB e FC. Esses dados confirmam os achados anteriores de que as fontes CC, FB e FC apresentam maior disponibilidade de Ca (Bao et al., 1997)

Os fluxos sangue-ossos (F32) e sangue-tecidos moles (F42) (Tabela 4) foram mais elevados (P<0,05) para o tratamento CC. No caso do F32, verificou-se valor do fluxo do CC foi similar ao das fontes FC e FB. Quanto aos fluxos F23 e F24, os valores foram semelhantes para todas as fontes estudadas (P>0,05).

Na Tabela 5 são ilustrados os valores dos fluxos obtidos pelos dois modelos individualmente. Esses dados apresentaram as mesmas tendências dos descritos na Tabela 4, ou seja, os valores foram maiores para as entradas e saídas entre trato e sangue no tratamento CC. Em ambos os modelos, o balanço de Ca nos ossos e tecidos foi maior para CC. O balanço de Ca nos ossos foi negativo para o FA em ambos os modelos e a retenção nos tecidos foi negativa para FA e PC no modelo Fernandez.

O balanço positivo indicou deposição de Ca tanto nos ossos como nos tecidos moles. Nos tratamentos nos quais o balanço foi negativo, ocorreu mobilização de Ca dos ossos e tecidos para manter os níveis sangüíneos adequados ao desempenho das funções vitais no animal.

A comparação entre os modelos de Vitti et al. (2000) e Fernandez (1995) é representada na Tabela 6.

 

 

Houve semelhança para os fluxos entre o sangue e o trato gastrintestinal em ambos os sentidos, para os dois modelos. Os modelos diferiram nos fluxos que envolvem ossos e tecidos moles. No modelo Vitti, os fluxos de Ca entre osso e sangue foram maiores (P<0,01) que no modelo Fernandez e os fluxos entre tecidos e sangue apresentaram-se mais elevados pelo modelo de Fernandez (P<0,01). Entretanto, nos balanços finais (Tabela 5), tanto para ossos como para tecidos, houve similaridade entre os valores obtidos, que foram maiores para CC e FB.

As diferenças entre os dois modelos possivelmente foram ocasionadas pela estrutura desses modelos. No modelo Vitti, utilizaram-se medidas diretas de atividades específicas (análises químicas e contagens radioativas), incluídas na maioria das equações para cálculo dos fluxos, estando, portanto, sujeito a erros experimentais. O modelo de Fernandez, no entanto, foi desenvolvido de modo menos estruturado e mais empírico, não utilizando tantas medidas experimentais diretas.

 

Conclusões

O calcário calcítico, o fosfato bicálcico e a farinha de conchas de ostras apresentaram maior disponibilidade de cálcio (65,38; 34,12 e 32,43%, respectivamente), enquanto, nas fontes orgânicas polpa cítrica e feno de alfafa, verificou-se menor disponibilidade (16,46 e 11,77%, respectivamente) desse mineral para o organismo de ovinos da raça Santa Inês.

O fluxo do cálcio do sangue para os ossos e para os tecidos moles foi mais elevado para o calcário calcítico e, portanto, houve maior retenção.

O fluxo do cálcio dos ossos e dos tecidos moles para o sangue foi similar para calcário calcítico, fosfato bicálcio, farinha de conchas de ostras, polpa cítrica e feno de alfafa.

Na fonte FA, o balanço de Ca nos ossos foi negativo, indicando maior mobilização do mineral para o sangue.

Os modelos matemáticos aplicados para o metabolismo de Ca em ovinos concordam na maioria dos dados de entrada e saída dos compartimentos e ambos indicam que as fontes inorgânicas proporcionam melhor aproveitamento de Ca pelos animais.

 

Literatura Citada

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Recebido: 12/12/05
Aprovado: 14/06/06

Pesquisa financiada pela FAPESP - projetos nº 00/00640-0 e 04/14532-5

 

 

Correspondências devem ser enviadas para: dovitti@cena.usp.br

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