pH e Microrganismos do Rúmen

Fisiologia de Sistemas Eng. ZootécnicaUTAD

História

... - Aristóteles - refere a existência de quatro compartimentos no estômago dos ruminantes.1685 - Peyer - localiza a fermentação no rúmen.1832 - Karl Sprengel - apresenta os AGV como produtos da fermentação dos vegetais no rúmen.1843 - Gruby e Delafond - descobrem os protozoários do rúmen.1855 - Haubner - demonstra o desaparecimento de uma elevada percentagem de celulose, durante o trânsito digestivo.1863 - Pasteur - evidencia a importância das bactérias no processo de fermentação ruminal.

História

1879 - Zuntz - prova que são os microrganismos do rúmen os responsáveis pela fermentação anaeróbica da fibra, com a formação de ácidos e gases. Põe, pela primeira vez, a hipótese de ser esta fermentação a origem da capacidade de utilização das forragens como alimento.

1975 - Orpin - identifica e classifica, pela primeira vez, alguns fungos como pertencentes ao rúmen.

Rúmen como ecossistema

Ruminante e microrganismos - mutualismo

A fermentação ocorre por acção de:•Bactérias •Protozoários •Fungos •Virus e micoplasmas

População microbiana mais ou menos estável

•Elevada quantidade de saliva (HCO3

-, HPO42-) pH

•Manutenção da temperatura

Variação do pH do rúmen em função do tempo após a ingestão

Tempo (h)

pH

0

6,60

6,70

6,80

6,90

7,00

7,10

7,20

0 2 4 6 8 10 12

Vaca 1 Vaca 2 Vaca 3

Homogeneização do ingesta pelos movimentos do rúmen

Manutenção das populações microbianas

Na caracterização da fauna ruminal deve ter-se sempre presente que é fácil ocorrer a ingestão de microrganismos como alimento

Para que um organismo seja considerado como pertencente ao ambiente ruminal deve:

• Ser capaz de se estabelecer, crescer e multiplicar dentro do rúmen ;

• Ter um metabolismo compatível com o do rúmen

Rúmen como ecossistema (cont.)

Estimativa da biomassa dos microrganismos ruminais.*

Microrganismos Volume (mm3)Contagem

(por ml de fluidoruminal)

Biomassa(%)

Bactérias 1 1010 - 1011 33 - 98

Protozoários Entodiniomorfos 104 105 - 106 1 - 33

Protozoários holótricos 106 103 - 104 1 - 33

* adaptado de BONHOMME (1990)

Rúmen como ecossistema (cont.)

10% da massa do conteúdo ruminal

Fermentação

AbsorvidosMetabolizados

MetanoCO2

AGV

Vegetais

Excretados

ENERGIA

FermentaçãoMicrobiana

A fermentação ocorre no rúmen, com a formação de AGV (ác.s acético,

propiónico e butírico), A.G. de cadeia ramificada (ác.s isobutírico,

valérico e isovalérico), amoníaco, metano e CO2.

Bactérias do rúmen

Compreendem um elevado número de géneros, considerando-se

actualmente cerca de 30 espécies como pertencentes e características do

ecossistema ruminal.

De uma forma geral, são cocus e bacilos curtos.

A grande maioria são anaeróbias obrigatórias.

As bactérias podem ainda ser classificadas de acordo com o substrato

sobre o qual actuam ou pelos produtos resultantes do seu metabolismo.

Sarcina

Ruminococcus

Lampropedia

VeillonellaMegaspheraOvais*

LactobacillusPropionibacteriumEubacteriumBifidobacteriumMethanobrevibacter

BacteroidesFusobacteriumDesulfovibrioButyrivibrioSuccinivibrioSuccinomonasLachnospiraSelenomonasAnaerovibrioVibrioTreponema

ClostridiumDesulfotomaculumOscillospira

Anaeroplasma

* - designação não científica

Cocci

Gram-positivas

Anaérobias obrigatórias

Aérobias

Anaérobias

Gram-negativas

Gram-positivas

Gram-negativas

Esporuladas

Micoplasmas

Bastonetese espirilos

StreptococcusAnaérobias facultativas

Anaérobias

Anaérobias

(adaptado de SEQUEIRA, 1988)

1 2 3 4 5 6

7 8 9 10 11 12

1 - cocci simples 7 - bacilos, com cantos arredondados2 - diplococos 8 - cocobacilos3 - tetracocos 9 - bacilos fusiformes4 - estafilococos (cocci "em cacho") 10 - bacilos curvos5 - estreptococos (cocci "em cadeia") 11 - treponema6 - bacilos, com cantos quadrados 12 - borrelia

* adaptado de OGIMOTO e IMAI (1981)

• Bactérias celulolíticas - possuem enzimas celulolíticas pelo que digerem a celulose e a celobiose (dissacarídeo). Produzem ác. butírico. Existem em alto número nos animais que ingerem alimentos com elevado teor em fibra.

• Bactérias hemicelulolíticas - as que digerem a celulose também o fazem com a hemicelulose. O contrário não é verdadeiro.

• Bactérias amilolíticas - digerem amido. As que digerem a celulose e a hemicelulose também digerem o amido. O inverso não é verdadeiro. Como produtos do seu metabolismo temos o acetato, formiato, succinato, lactato, propionato e CO2.

• Bactérias proteolíticas - usam os a.a. como fonte de energia.

• Org. produtores de amoníaco - muitos microrganismos produzem amoníaco a partir de fontes azotadas.

• Org. metanogénicos - o metano (CH4) constitui cerca de 1/4 do total de gases produzidos no rúmen.

• Bactérias produtoras de vitaminas - p.ex. vitaminas do complexo B.

Bactérias do rúmen

As bactérias celulolíticas são essencialmente dos géneros Bacteroides, Ruminococcus, Butyrivibrio e Clostridium. Alguns autores consideram também o género Eubacterium.

As bactérias são o grupo mais importante na população microbiana ruminal: 46 % do azoto total é constituído pelos seus corpos.

No processo de ataque as bactérias aderem ao substrato através do glicocálice, estrutura filamentosa de natureza mucopolissacarídica. Esta estrutura tem um papel importante na canalização de a.a. e outros produtos de degradação para dentro da bactéria.

Protozoários do rúmen

Protozoários

Ciliados

Flagelados

Oligótricos ouEntodiniomorfos

Holótricos

MonocercomonasChilomastixTetratrichomonasPentatrichomonas

Protozoários do rúmen

Holótricos Oligótricos

Género Isotricha Dasytricha Diplodinium Entodinium

Principal substratoAlimentar

Açúcares Açúcares Celulose e amido Amido

Dieta na qual sedesenvolvem mais

Feno, raízes car-nudas

Feno, raízes car-nudas

Erva Milho, forragens,concentrados

Dimensões (m) 120 x 70 70 x 35 70 x 45 70 x 45

Principais produtosdo metabolis mo

Ác.s lático, butírico, acético, h idrogéniomolecular, CO2, amilopectina

Ác.s butírico, acético, lático (pouco),propiónico (pouco), hidrogéniomolecular, CO2, amilopectina

Todos consomem bactérias e outros protozoários

Fungos do rúmen

Descobertos por Orpin em 1975

Confundidos durante muito tempo com protozoários flagelados

Extremamente agressivos relativamente ao material vegetal: actuando solidariamente com algumas estirpes de bactérias conseguem promover a digestão de partículas fortemente lenhificadas

Vírus e micoplasmas do rúmen

•Micoplasmas - bactérias de pequena dimensão rodeadas por uma única membrana com três camadas.

•105-107 unidades viáveis por grama de conteúdo ruminal.

•Grandes quantidades de vírus bacteriófagos, que lisam fundamentalmente bactérias.

•cauda contráctil e uma cabeça cubóide, com comprimento entre 0,07 e 0,8 m e diâmetro da cabeça entre 0,03 e 0,15 m. •cerca de 0,5 % de bactérias ruminais poderão estar infectadas por estes vírus.