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Introdução
O beta-hidroxibutirato sanguíneo (BHB; também relatado como BHBA) é comumente utilizado como indicador do desenvolvimento ruminal em bezerros jovens. Essa interpretação é útil, mas pode ser simplista demais. O BHB não aumenta apenas porque os microrganismos do rúmen começaram a fermentar a ração inicial e a produzir butirato. Para que o BHB apareça no sangue, o epitélio ruminal também precisa desenvolver a estrutura e a maquinaria metabólica necessárias para absorver e metabolizar os ácidos graxos voláteis (AGV). Nesse sentido, o BHB sanguíneo reflete uma sequência de eventos que ocorrem na própria parede ruminal.
Uma forma útil de considerar esse desenvolvimento é dividi-lo em três partes relacionadas. Primeiro, a superfície de absorção do rúmen aumenta à medida que as papilas crescem. Segundo, o epitélio desenvolve maior capacidade de transportar AGV do lúmen ruminal para dentro e através das células epiteliais. Terceiro, as células epiteliais tornam-se progressivamente mais capazes de metabolizar butirato em corpos cetônicos, particularmente BHB. O butirato participa dos três processos, embora as evidências indiquem que nem todos os aspectos da maturação epitelial sejam simplesmente “ligados” pelo butirato.
Crescimento das papilas
Ao nascimento, o rúmen é pequeno e a superfície epitelial é relativamente pouco desenvolvida. As papilas são curtas e a área disponível para absorção é limitada. À medida que os bezerros começam a consumir ração inicial, a fermentação microbiana aumenta e a concentração de AGV no rúmen se eleva. Há muito se reconhece que butirato e propionato são importantes estimuladores do desenvolvimento da mucosa ruminal, com o butirato geralmente produzindo a resposta mais intensa.
Os experimentos clássicos de Sander et al. (1959) mostraram que o fornecimento de butirato ou propionato diretamente no rúmen estimulou o desenvolvimento das papilas em ruminantes jovens. Trabalhos posteriores ajudaram a explicar como isso ocorre. Mentschel et al. (2001), por exemplo, relataram papilas marcadamente mais longas em bezerros que receberam butirato e concluíram que um mecanismo importante foi a redução da apoptose das células epiteliais. Assim, o butirato altera o equilíbrio entre proliferação e perda celular e, ao fazê-lo, modifica o tamanho da superfície de absorção.
Essa mudança estrutural é importante porque o desenvolvimento ruminal não é simplesmente um aumento no tamanho do órgão. Papilas mais longas e numerosas aumentam muito o contato entre o conteúdo ruminal e o epitélio. O resultado é uma área maior através da qual os produtos da fermentação podem ser absorvidos. Portanto, o consumo de ração inicial contribui para o desenvolvimento ruminal não apenas fornecendo nutrientes ao bezerro, mas também fornecendo substrato fermentável que gera os metabólitos aos quais a parede ruminal precisa se adaptar.
Transporte de AGV
A produção de AGV no rúmen é apenas uma parte do processo. Acetato, propionato e butirato precisam atravessar o epitélio ruminal antes de poderem ser utilizados pelo bezerro. Alguns AGV podem atravessar membranas na forma não dissociada, mas o movimento mediado por transportadores e a regulação ácido-base intracelular também são importantes. Portanto, a parede ruminal madura não é apenas maior do que a parede ruminal neonatal; ela é funcionalmente mais bem equipada para lidar com um fluxo grande e contínuo de produtos da fermentação.
O transportador de monocarboxilato 1 (MCT1) é um dos sistemas de transporte que tem recebido considerável atenção no epitélio ruminal. Outras proteínas de transporte e regulação do pH também participam, incluindo transportadores adicionais de monocarboxilatos, trocadores de ânions, trocadores sódio/hidrogênio e sistemas de manejo de prótons. O ponto importante para o bezerro não é o nome de um único transportador, mas o fato de que a capacidade de transporte muda à medida que o rúmen amadurece.
A resposta ao butirato pode ser observada experimentalmente. Liu et al. (2019) infundiram butirato de sódio em cordeiros neonatais dos 10 aos 49 dias de idade. Além de maior comprimento, largura e área superficial das papilas, o butirato aumentou a expressão de MCT1 e DRA, genes envolvidos no transporte epitelial de AGV. O experimento é especialmente útil porque conecta a resposta estrutural ao butirato com uma resposta funcional do epitélio. A parede ruminal não estava apenas ficando maior; também estava aumentando sua capacidade de transportar produtos da fermentação.
Essa distinção é importante ao interpretar o BHB sanguíneo. Um bezerro pode produzir butirato no rúmen, mas a quantidade de BHB que aparece no sangue também depende da quantidade de tecido epitelial presente e da eficiência com que esse tecido capta e metaboliza o butirato. Portanto, o BHB sanguíneo reflete mais do que a concentração de um produto da fermentação no líquido ruminal.
Cetogênese
Depois que o butirato entra em uma célula do epitélio ruminal, grande parte é metabolizada antes de chegar à circulação como butirato. O epitélio ruminal maduro é altamente cetogênico. O butirato é ativado a butiril-CoA e oxidado por vias mitocondriais que geram acetil-CoA e acetoacetil-CoA. O acetoacetil-CoA é então convertido, pela via da HMG-CoA, em acetoacetato, que pode ser reduzido a BHB. Como resultado, uma proporção considerável do butirato absorvido deixa a parede ruminal como corpos cetônicos, e não como butirato inalterado.
Várias enzimas são marcadores úteis dessa capacidade cetogênica. A acetil-CoA acetiltransferase (ACAT1) participa da formação e interconversão de acetil-CoA e acetoacetil-CoA. A 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA sintase mitocondrial (HMGCS2) é um ponto central de controle da cetogênese, e a HMG-CoA liase (HMGCL) produz acetoacetato a partir de HMG-CoA. A beta-hidroxibutirato desidrogenase (BDH1) catalisa a conversão reversível entre acetoacetato e BHB.
A exposição ao butirato pode aumentar a expressão de pelo menos parte dessa maquinaria. No experimento de Liu et al. (2019), o butirato de sódio aumentou a expressão de HMGCS2 e HMGCL no epitélio ruminal, juntamente com o aumento do BHB sanguíneo. Isso sustenta a ideia de que o butirato atua tanto como substrato quanto como sinal associado ao aumento da capacidade cetogênica.
Como discutido na Parte 1 (Calf Note #281), o desenvolvimento da capacidade cetogênica não depende inteiramente da exposição ruminal ao butirato. Estudos com cordeiros alimentados apenas com leite mostraram que a expressão e a atividade das enzimas cetogênicas aumentaram substancialmente com a idade mesmo quando a fermentação ruminal normal foi minimizada. Assim, o butirato parece estimular e acelerar um processo de desenvolvimento subjacente, em vez de atuar como seu único gatilho.
Assim, provavelmente é forte demais dizer que o butirato simplesmente induz toda a via cetogênica. Um modelo melhor é que a maturação epitelial contém um componente de desenvolvimento dependente da idade, enquanto o butirato e outros produtos da fermentação estimulam, aceleram e moldam essa maturação. Essa distinção se torna importante quando usamos o BHB como indicador biológico.
Integrando as três partes
O crescimento das papilas, o transporte de AGV e a cetogênese estão intimamente relacionados. O aumento do consumo de ração inicial aumenta a fermentação e o fornecimento de butirato. O butirato promove o crescimento das papilas, ampliando a área de absorção. Ao mesmo tempo, o epitélio desenvolve maior capacidade de transportar AGV e manter o pH intracelular enquanto faz isso. Uma vez dentro da célula, o butirato é cada vez mais direcionado pelo metabolismo cetogênico para acetoacetato e BHB.
É por isso que o BHB sanguíneo é um indicador útil do desenvolvimento ruminal. Ele integra vários eventos que precisam ocorrer em conjunto: a fermentação deve estar produzindo butirato; deve haver superfície epitelial funcional suficiente para absorvê-lo; e as células epiteliais precisam possuir a capacidade metabólica de convertê-lo em corpos cetônicos. Portanto, um aumento do BHB sanguíneo nos diz mais do que “o bezerro está fermentando ração inicial”. Ele indica que o bezerro está avançando em direção ao fenótipo metabólico de um ruminante funcional.
Ao mesmo tempo, o BHB não deve ser tratado como uma medida direta do tamanho das papilas ou do consumo de ração inicial. Idade, quantidade e tipo de alimento sólido consumido, padrão de fermentação ruminal, massa epitelial, capacidade de transporte, expressão de enzimas cetogênicas e utilização periférica de corpos cetônicos podem influenciar a concentração medida no sangue. O BHB é melhor interpretado como um marcador funcional integrado do que como uma medida direta de qualquer componente isolado do desenvolvimento ruminal.
O que isso significa para o manejo de bezerros?
A mensagem prática continua familiar: os bezerros precisam de consumo adequado de alimento seco antes do desmame. A ração inicial fornece o carboidrato fermentável necessário para estabelecer fermentação ruminal ativa e expõe a parede do rúmen à carga de AGV que acompanha a transição da digestão pré-ruminante para a digestão de ruminante. Mas a biologia por trás dessa recomendação é mais rica do que a antiga sequência de “a ração inicial produz butirato, e o butirato faz as papilas crescerem”. O rúmen está mudando simultaneamente sua área de superfície, seus sistemas de transporte e seu metabolismo intracelular.
Isso também ajuda a explicar por que idade isoladamente e consumo de ração inicial isoladamente são descrições imperfeitas da prontidão para o desmame. A idade contribui para a maturação intrínseca do metabolismo epitelial, enquanto o consumo de ração inicial fornece o substrato e o desafio metabólico que aceleram a adaptação funcional. Um bezerro pronto para deixar o leite precisa de ambos: maturidade biológica suficiente e consumo de alimento sólido suficiente para sustentar a fermentação e o suprimento de nutrientes depois que o leite for retirado.
Em resumo
O BHB sanguíneo no bezerro jovem é mais do que um marcador passivo de que a fermentação começou. O butirato produzido pela fermentação da ração inicial participa de uma maturação coordenada do epitélio ruminal que inclui crescimento das papilas, aumento da capacidade de transporte de AGV e aumento da cetogênese. O butirato pode estimular cada um desses processos, embora o desenvolvimento da capacidade cetogênica também tenha um importante componente dependente da idade. Consequentemente, o BHB sanguíneo é mais útil quando visto como um indicador integrado do desenvolvimento funcional do rúmen, e não simplesmente como uma medida da quantidade de butirato presente no rúmen.
Referências
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Liu, L., D. Sun, S. Mao, W. Zhu, and J. Liu. 2019. Infusion of sodium butyrate promotes rumen papillae growth and enhances expression of genes related to rumen epithelial VFA uptake and metabolism in neonatal twin lambs. J. Anim. Sci. 97:909-921. doi:10.1093/jas/sky459.
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