Introdução

Diversos fatores físicos, químicos e biológicos que envolvem o corpo do animal, exercem ações sobre os processos que vão desde a ingestão do alimento, até a sua assimilação pelas células e também, sobre a energia mínima despendida pelo animal para manter suas funções vitais. A energia resulta da interação de todos os nutrientes. De fato, todos os constituintes orgânicos de um alimento, ou seja, as proteínas, as gorduras e os carboidratos, representam uma energia química de constituição potencial a ser utilizada pelo organismo animal, enquanto que as vitaminas, os minerais, representam os meios de viabilização desta energia. O que realmente ocorre é um processo de transferência de energia, isto é, a energia química se transforma em energia mecânica (atividade muscular) ou calórica (regulação da temperatura corporal), ou ainda, passa de uma forma a outra (síntese de gordura a partir de carboidratos). Por conseguinte, o valor energético constitui uma base para expressar o valor nutritivo dos alimentos.

Para Curtis (1983), fatores que afetam a eficiência com o qual animais convertem alimentos em produtos, tem o maior efeito sobre a economia de produção animal, isto porque, a maior parte dos custos de produção animal refere-se à alimentação.

Portanto, a ingestão de alimentos deve ser sempre suficiente para servirem na produção de energia útil para os processos vitais do organismo animal e também, para produção. Visto que todos os constituintes orgânicos podem prestar-se a esta finalidade, o índice energético proporciona uma base comum para se expressar seu valor nutritivo.

1. Unidades energéticas

Todas as formas de energia podem ser convertidas em calor, por isso, as unidades energéticas usadas para medir as trocas de energia do organismo são expressas em base de calorias. Convém salientar que não é somente o calor em si que é utilizado pelo corpo, mas a energia química contida nos nutrientes.

As unidades energéticas empregadas nos estudos da energia são as seguintes:

1.1 - Pequena caloria ou caloria

A abreviatura é cal e corresponde a quantidade de calor necessária para elevar de 14,5°C a 15,5°C um grama de água.

Entretanto, como o calor específico da água varia com a temperatura, a pequena caloria pode ser definida mais precisamente como o equivalente a 4,186 joules.

1.2 - Grande caloria ou quilocaloria

Que se abrevia Cal (com C maiúsculo), equivale a quantidade de calor necessário para elevar de 14,5°C a 15,5°C um quilograma de água. Corresponde, pois a 1.000 pequenas calorias. Para evitar confusões com a unidade anterior é também chamada quilocaloria, abreviando-se para kcal.

1.3 – Megacaloria ou terma

É a unidade equivalente a 1.000 kcal. Portanto, a quantidade de calor necessária para elevar de 14,5°C a 15,5°C, 1.000 quilos de água.

2. Fontes de energia do alimento

As várias formas de energia produzidas pelo corpo animal são originadas da energia química dos alimentos ingeridos. Os animais precisam desta energia para executar diversas funções (atividade muscular, regulação da temperatura corporal, síntese de gordura), inclusive a manutenção da sua própria vida. Ela pode ser expressa da seguinte forma:

2.1 – Energia bruta (EB)

A energia bruta, também chamada de calor de combustão de uma substância, é representada pelo calor proveniente de sua queima até produzir CO₂, H₂O e outros gases. A energia bruta constitui o ponto de partida para a determinação do valor energético dos alimentos.

2.2 – Energia Fecal (EF)

A energia bruta do alimento não é aproveitada totalmente. Uma parte se perde através dos produtos eliminados nas fezes. Esta fração será tanto maior quanto menor for o coeficiente de digestibilidade da matéria seca deste alimento ou de seus princípios nutritivos. Essa perda de energia pelas fezes é também oriunda da energia contida na fração metabólica fecal, isto é, energia desprendida na forma de descamações, sucos gástricos, etc.

Segundo Curtis (1983), os ruminantes perdem metade da energia bruta das forragens na energia fecal. Os não ruminantes só perdem 20% da energia bruta do concentrado da ração nas fezes. A energia fecal geralmente sobe como efeito de quedas da temperatura ambientais.

2.3 – Energia Digestível (ED)

É também chamada de energia digestível aparente, ou ainda energia digerida do alimento, representa a energia bruta menos a energia fecal. A energia digestível pode ser determinada por dois processos: por diferença entre energia bruta do alimento e das fezes, e aplicando-se os valores médios do calor de combustão aos nutrientes digestíveis do alimento.

2.4 – Energia Metabolizável (EM)

A energia digestível também não é totalmente aproveitada pelo organismo. Parte dela é perdida através dos gases combustíveis, sem valor algum, como o metano, formado no organismo pelas fermentações que ocorrem no rúmen e intestinos. Outra parte da energia digestível é perdida na urina, através das substâncias que são nitrogenadas como a uréia, e também, algumas não nitrogenadas, como o ácido cítrico, cuja energia, portanto, não é aproveitada. O restante da energia digestível é utilizada pelo organismo e corresponde a energia metabolizável. Esta seria definida como a diferença entre a energia bruta e as perdas ocorridas nas fezes, gases e urina.

Existe uma pequena porção da energia que se libertam pela transpiração, escamosidade dérmica e pêlos caídos. Se computados, devem ser subtraídos ao aferir-se a energia metabolizável, mas são tão pequenas que nenhum erro sensível se comete ao desprezá-las.

Curtis (1983), afirmou que os produtos gasosos da digestão contêm em média 6% da energia bruta em ruminantes, e normalmente menos que 1% em não ruminantes. Ambos tipos de animais perdem menos que 10% da energia digestível na urina. Energia da urina é menos afetada pela temperatura ambiental, e é alterada apenas se existir um aumento no uso de proteína como combustível. Consequentemente, o valor da energia metabolizável da dieta é aproximadamente 82% do conteúdo da energia digestível aparente para ruminantes, e aproximadamente 94% para não ruminantes. Já para Gürtler et al. (1987), os suínos podem utilizar até 78% da sua energia metabolizável e nos ruminantes este valor cai para 65%.

Metabolismo da energia dietética oriunda da energia bruta depende da digestibilidade aparente. Assim, a energia metabolizável também pode ser calculada como o produto da digestibilidade aparente da energia bruta vezes a metabolização da energia digestível aparente. Ela pode variar de 40% para certos volumosos consumidos pelos ruminantes, e para mais de 70% para concentrados consumidos por animais não ruminantes.

A menos que o ambiente esteja extremamente quente ou frio, a taxa de produção de calor e a retenção de energia são muito pouco afetadas pela temperatura ambiental efetiva. Mas, a temperatura pode influenciar no metabolismo energético, mudando a taxa de consumo de alimentos e a digestibilidade aparente do alimento ingerido pelo animal.

3. Componentes da produção calórica do animal

A energia metabolizável é dividida em dois modos: produção de calor e produtos animais. O incremento calórico tanto de mantença alimentar como de produção alimentar, junto com a energia líquida para manutenção, combina para formar a produção calórica do animal. O resto da energia metabolizável sai em produtos animais.

Na prática, é difícil separar os três componentes de produção de calor, quando o animal é alimentado com um nível acima de manutenção; quer dizer, quando ele é alimentado mais que as exigências de mantença, com constante conteúdo energético do corpo, e sem nenhum produto sendo formado. Assim, a produção animal é normalmente usada, para avaliar a influência da temperatura ambiental efetiva sobre simplesmente, a divisão da energia metabolizável dentro da produção calórica e produtos dos animais. Apesar disto, é de princípio instrutivo considerar, pelo menos teoricamente, os três componentes de produção calórica, separadamente.

3.1 – Incremento calórico do alimento (ação dinâmico-específica)

Nos trabalhos de digestão e absorção dos alimentos, parte da energia metabolizável é perdida pelo organismo. Quando do consumo dos alimentos, o animal exerce um trabalho mecânico de preensão, mastigação regurgitação (ruminantes), evacuação; a atividade das glândulas é intensificada, bem como a das bactérias no caso dos ruminantes, produzindo fermentações no trato digestivo. Para todas essas funções no organismo em processar e utilizar o alimento necessita de energia, a qual se manifesta por um desprendimento de calor, chamadas de incremento calórico ou ação dinâmico-específica.

Ele representa uma inevitável ineficiência, a menos que o animal possa usar o calor para ajudar a manter o corpo aquecido em ambiente fresco ou frio. Portanto, a ação dinâmica específica do metabolismo representa perdas variáveis de energia, que pode ser minimizada pelo correto equilíbrio dos minerais, vitaminas e aminoácidos, bem como pela correta relação energia/proteína. Estimativas quantitativas de vários componentes do incremento calórico da alimentação deve ser cuidadosamente interpretadas, porque estes são em troca afetados por outros numerosos fatores – como a taxa de consumo, estado fisiológico, e composição da dieta – e assim são altamente variável.

3.1.1 – Calor de fermentação

É o calor produzido por microorganismos anaeróbicos no trato digestivo. O calor produzido no próprio processo de fermentação é aproximadamente 5% da produção de calor total de um animal ruminante, verificando-se que oscila de 1,5 a 11% .

Em ruminantes, a utilização de acetato e butirato produzem uma elevação considerável na produção de calor. No processamento do acetato os ruminantes transformam cerca de 68% da energia em calor produzido. A elevação da produção de calor atinge um máximo 1-2 horas após a ingestão do alimento pelos ruminantes. Este fato está relacionado à rápida digestão das substâncias alimentares pelos microorganismos dos pré-estômagos e à reabsorção rápida de ácidos graxos voláteis (GÜRTLER et al., 1987).

3.1.2 – Calor do processamento de nutriente

É o calor necessário para: preenção, mastigação, ingestão, ruminação (nos animais ruminantes), digestão, absorção, movimentos da ingesta através do trato gastrointestinal, formação e excreção de uréia ou ácido úrico, e resintese de compostos complexos de mais simples, como compostos absorvidos.

O calor que é produzido durante o metabolismo de nutriente, é absorvido no intestino. Transformações químicas envolvidas em processos produtivos e reprodutivos não são totalmente eficiente e assim, elas são acompanhados pela produção de calor, que é um importante componente do calor do processamento de nutriente.

Segundo Gürtler et al. (1987), o aumento da produção de calor em animais durante a digestão e a utilização dos nutrientes dura cerca de seis horas para os carboidratos e gorduras e até 12 horas para proteínas. O pico da produção de calor é alcançado já 1-2 horas após a ingestão de dietas ricas em carboidratos, e 2-3 horas após uma alimentação rica em proteínas.

3.1.3 – Incremento calórico de certos nutrientes

O calor de combustão dos principais nutrientes varia segundo a sua composição, e mais especificamente de acordo com a relação entre o oxigênio e os outros elementos. Os valores médios encontrados são os seguintes: 4,15 kcal/g para os carboidratos, 5,65 kcal/g para as proteínas e 9,40 kcal/g para as gorduras.

Como pode ser verificado, as gorduras apresentam um valor 2,25 vezes maior, em média, que os dos carboidratos. Nos carboidratos somente o carbono é oxidado, pois o oxigênio é apenas suficiente para formar água com hidrogênio. Já nas gorduras, comparativamente com menor proporção de oxigênio, tanto o carbono como o hidrogênio são oxidado. Sabe-se que um grama de hidrogênio produz 4 vezes mais calor que um grama de carbono. Nas proteínas o carbono e hidrogênio são oxidados, mas o nitrogênio escapa livremente na forma gasosa, e, portanto não produz calor.

Os alimentos, de uma maneira geral, são constituídos principalmente por carboidratos e proteínas, estando os seus valores em energia bruta próximos a 4,4 kcal/g da matéria seca. É lógico que fazem exceção àqueles ricos em lipídios ou minerais.

Ele é também maior quando dietas estão desbalanceadas em qualquer nutriente. O incremento calórico depende: da espécie animal, qualidade da dieta, níveis de ingestão de alimento e desempenho produtivo.

Os animais ruminantes possuem um maior incremento calórico que os não ruminantes. No experimento feito por Armstrong e Blaxter (1957), citado por Curtis (1983), o incremento calórico (kcal por 100 kcal de energia metabolizável de mantença) dos nutrientes: gordura, carboidrato e proteína foi de 9, 17 e 26 para suínos respectivamente; 35, 37 e 52 para bovinos respectivamente e; para ovinos 32, 32 54 respectivamente.

As rações de maior nível calórico são normalmente de maior custo, no entanto, em certas condições de ambiente, onde temperaturas altas afetam significativamente o consumo de ração, estas rações permitem recuperar o ganho de peso permitindo maiores consumos de energia e outros nutrientes (BERTECHINI, 1991).

O aumento da densidade calórica das dietas possibilita uma redução do incremento calórico das rações, favorecendo o consumo de calorias, principalmente em condições de stress provocado pelo calor.

4. Energia líquida

Parte da energia metabolizável vai constituir a energia líquida a qual é realmente aproveitada pelo organismo para diferentes finalidades: manutenção, crescimento, produções ou trabalho muscular.

Existem dois componentes da energia líquida: energia líquida para mantença do corpo e energia líquida para produção. Apenas a energia líquida que sobra após toda exigência de mantença fica disponível para converter em produto animal. Como uma conseqüência, quando o gasto de mantença é aumentado, a eficiência com que o alimento é convertido em produto animal, fica reduzida.

4.1 – Energia líquida para mantença

Seguindo-se ao metabolismo basal, a necessidade energética imediatamente superior corresponde ao estado de manutenção, ou mantença, e que se refere a um indivíduo adulto no qual não se exige um gasto excessivo em termorregulação, nem um gasto ligado à alimentação anormal, bem como sem apresentar produção. Deve estar adequadamente saudável, desenvolvendo a atividade normal nas condições acima descritas. A necessidade energética de manutenção é, pois, o ponto de partida para aquelas de produção, crescimento (produção de carne), produção de leite, ovos, lã, etc.

Aproximadamente 25% das exigências de energia de mantença do animal suportam as funções vitais do corpo (ex: trabalho envolvido em atividade física mínima e em atividade cardiovascular, respiratória, nervosa, excretora, secretora, e processo de resistência à doença). E o restante, isto é 75% são usadas para a característica de entropia negativa de vida e manter a temperatura corporal ao nível normal.

Qualquer das tensões que um animal apresenta contra stress ambientais requer gasto adicional de energia. Assim, tensões aumentam as exigências do animal para energia líquida de mantença. Como conseqüência, eles reduzem a taxa de produção ou a eficiência de conversão alimentar, ou ambos. Foi observado por McDowell et al. (1976) citado por Baccari (1998), que as exigências de manutenção de vacas em produção aumentam cerca de 30% se as temperaturas ambientais são elevadas de 26 para 40^ºC pelo período de 6 horas por dia. O consumo de matéria seca diminui cerca de 55% do consumido por vacas mantidas na zona de termoneutralidade e assim, a produção de leite é reduzida para valores menores que 50% daquela produzida na zona termoneutra Em particular, o calor para aquecimento do corpo em ambiente frio é parte da exigência de energia líquida para mantença do animal.

4.1.1 – Taxa metabólica basal

É o resultado da mudança química que acontece nas células de um animal no jejum e em estado de repouso, usando energia suficiente para manter atividade celular vital, respiração e circulação. Para medir o metabolismo basal (taxa metabólica basal), o animal deve estar em um ambiente termoneutro, em estado pós-absorvitivo, repouso, mas consciente, imóvel, e sem tensão.

Logo, o metabolismo basal significa a velocidade de utilização de energia no organismo durante o repouso absoluto, mas com o animal acordado.

Porém, o estado basal raras vezes é obtido com segurança em animais, porque o estado pós absorvitivo de jejum é difícil de ser alcançado, além do que o repouso físico, mental e emocional através da cooperação voluntária do animal requer um período de treinamento. Mesmo os herbívoros bem treinados, podem não se encontrar nas condições ideais após jejum pelo período de tempo necessário para manter uma condição pós-absortiva, por dois ou três dias.

O estado de jejum varia entre as espécies animais de 48 a 144 horas, e segundo Gürtler et al. (1987), este estado em carnívoro é de 12 a 18 horas, em suínos é de 2 a 3 dias e em vacas entre 6 a 10 dias. A duração relativamente grande até o estabelecimento de um metabolismo basal em ruminantes está na dependência da presença de nutrientes no canal gastrintestinal destes animais.

Diante das condições evidenciadas acima o metabolismo energético de jejum, também chamado de repouso, é mais freqüentemente medido em animais. Este se refere à produção de calor quando o animal esta em repouso, geralmente em decúbito, e difere da taxa metabólica basal, porque inclui quantias variadas de incremento calórico, energia usada em processos produtivos e possivelmente energia usada na regulação da temperatura corporal. A medida é feita antes da alimentação matinal, sob condições habituais de manejo ou laboratório.

O metabolismo basal é influenciado pelos seguintes fatores:

a) Pela idade. Durante o crescimento o metabolismo basal por quilo de peso corpóreo é maior do que o apresentado por animais adultos. Este fato está relacionado à grande riqueza de mitocôndrias na constituição dos tecidos em crescimento.

b) Pelo sexo. Animais machos apresentam um metabolismo basal mais elevado do que as fêmeas.

c) Pelo estado de treinamento. Cavalos de corrida apresentam um metabolismo basal mais elevado do que animais não treinados. Este fato está na dependência da elevação do número de mitocôndrias da musculatura correspondente.

4.1.2 –Tamanho do corpo metabólico

A magnitude do metabolismo basal por quilo de massa corpórea é dependente do tamanho da espécie animal. O tamanho do corpo metabólico é igual ao peso corporal (kg) elevado a ¾. Logo, quanto maior for o animal, menor é o metabolismo energético por quilo de massa corpórea; o metabolismo energético por metros quadrados de superfície corpórea é, entretanto, igual.

A taxa de produção de calor metabólico basal de uma vaca pesando 600 kg é aproximadamente 380 J/s e a de um rato de 20 g, 0,2 J/s. Considerando a unidade de peso corporal, o mesmo rato produz 10 J/s.kg e a mesma vaca, somente 0,6 J/s.kg, o que significa que cada unidade de massa corporal do rato é muito mais ativa metabolicamente quando comparada à da vaca (BAÊTA, 1997).

A perda de calor por quilo de massa corpórea através da pele e da respiração aumenta com o aumento do tamanho corpóreo. A constituição dos diferentes órgãos em mitocôndrias é, em conseqüência, essencialmente maior em pequenos animais do que naqueles de massa corpórea consideravelmente maior. Além disso, existe também uma relação entre a magnitude do metabolismo basal por quilo de peso corporal e a magnitude do metabolismo protéico.

4.1.3- Atividade física

Um animal apresenta atividades físicas além daquelas envolvidas com a digestão. Ele levanta, caminha, brinca, tenciona seus músculos, e assim por diante. Todas as tais atividades envolvem com resistência gravitacional e requerem gasto de energia. Estas atividades contribuem para o gasto de energia de mantença do animal.

Quando os animais estão em confinamento, eles reduzem suas atividades físicas, reduzindo consequentemente as suas necessidades de energia para mantença. Curtis (1983) observou que ovinos confinados tiveram uma exigência para mantença de 1.400 kcal de energia metabolizável por dia, enquanto que aqueles em pastejo necessitam de 2.300 kcal.

A energia exigida para manutenção inclui um desconto de 10% para atividades, que deveria ser energia suficiente para atividades normais de vacas em lactação que são alimentadas em baias individuais ou sistema de drylot (NRC, 2001). Em produção semelhante, bovinos pastejando gastam mais energia do que animais alimentados em confinamento porque: 1) a distância entre a sala de ordenha e o pasto é normalmente grande, quando comparado a distância entre a sala de ordenha e a maioria das áreas de confinamento; 2) bovinos pastejando podem ter que caminhar em local inclinado; e 3) bovinos pastejando gastam mais tempo comendo do que animais alimentados em confinamento. O aumento nas exigências nutricionais de bovinos pastejando está em grande parte em função da distância de locomoção, topografia do pasto e do peso vivo (PV) do animal. Produção de calor (incremento calórico) aumenta 0,00045 Mcal/kg de PV para cada quilômetro que a vaca caminha na horizontal (ARC, 1980; Bellows et al., 1994; Coulon et al., 1998). Porque não existe trabalho sem gasto de energia, aumentado as exigências devido a atividades físicas é refletido em aumento na produção de calor que por definição equivale a EL exigida para manutenção.

4.2 – Energia líquida para produção

Energia líquida para produção é o mesmo que energia bruta ou de combustão do produto animal. Isto pode ser estimado de sua composição orgânica, porque os valores aproximados de combustão para proteína, carboidrato e gordura são 5.65, 4.15, e 9.45 kcal/gm, respectivamente.

É claro que, o corpo não converte energia metabolizável em energia de produto com 100% de eficiência; a ineficiência aparece como parte do calor do processamento de nutriente.

A taxa de produção de calor de um animal é diretamente proporcional para sua taxa de formação de qualquer produto animal. No caso de galinhas poedeiras foi estimado por Rostagno et al. (1987) que as exigências energéticas diminuem ou aumentam em 2 Kcal de energia metabolizável para cada quilo de peso corporal, para cada 1^ºC acima ou abaixo de 21^ºC de temperatura ambiente.

A eficiência de conversão da energia metabólica para o produto animal varia com o produto. Ele é geralmente aceitado que a energia metabolizável é convertida para energia do leite a uma eficiência de 60 a 70%. Consequentemente, para 7 kcal de energia do leite formado, 3 ou 4 kcal do calor acima apresentado como calor do processamento do nutriente, se deve a ineficiência do uso de energia metabolizável para produção de leite. Semelhantemente, para crescimento, 40 a 70% da energia metabolizável é usada eficientemente em mamíferos, 8% em aves; produção de ovos 85%.

Energia metabolizável é mais eficientemente usada para mantença que para produção; aproximadamente 75% de eficiência em mamíferos e 80 a 90% em aves. Variação nesta eficiência deve-se em grande parte a variação em calor de fermentação entre rações. Vacas leiteiras, às vezes, usam grande parte da reserva energética do corpo para ajudar na produção de leite em certos estágios de lactação, e a energia do corpo é convertida com mais de 80% de eficiência para energia do leite.

5. Outras formas de energia

Os valores dos alimentos, como as exigências energética dos animais, podem ser expressas também por meio de nutrientes digestíveis totais (NDT).

A medida do valor energético dos alimentos e as correspondentes necessidades dos animais domésticos, aferidas em NDT, estão restritas hoje para bovinos e, em alguns casos, para suínos, por apresentar as seguintes falhas:

a) não mede a energia em unidades energética;

b) não considera a perda dos gases por eructação nos ruminantes;

c) não considera o incremento calórico;

d) em alguns alimentos o extrato etéreo contém outros compostos além de lipídeos;

e) está baseado em valores de combustão fisiológica do cão e do homem, não sendo adequada sua aplicação a ruminantes;

f) o fator 2,25 para corrigir o valor energético do extrato etéreo é baseado na relação entre energia bruta dos lipídeos e a energia bruta dos carboidratos;

g) não se faz correção para valor energético da proteína à semelhança dos lipídeos porque admite-se que fisiologicamente ela tem valor energético igual ao dos carboidratos. Em seu lugar tem-se usado o sistema de calorias.

Estas perdas decorrentes da digestão e do metabolismo também não são consideradas na determinação da energia digestível (ED). Todavia tanto o NDT quanto a energia digestível permitem comparar alimentos dentro de uma mesma categoria. Ambos superestimam o valor das forragens de baixa qualidade em relação aos concentrados, pois são baseados em digestibilidade aparente.

Fórmulas para cálculo do NDT em %:

· NDT = PBd + 2,25 EEd + FDNd + CNFd

· NDT = (ED x 100)/ 4,409

· ED (Kcal/g de MS) = (EBd x Coef. Digetibilidade da EB)/ 100

· EM = 0,82 ED