07 Mar Acumulación crónica de cobre en rumiantes
ACUMULACIÓN CRÓNICA DE COBRE EN RUMIANTES
I. JUSTIFICACIÓN DEL TEMA
Los elementos minerales son compuestos esenciales para la vida de los animales siendo su función salvaguardar la integridad funcional y estructural de los tejidos, manteniendo inalterado el crecimiento, la salud y la productividad de los mismos. Dentro de este grupo encontramos al cobre, importante cofactor de numerosas enzimas y procesos metabólicos entre los que se incluyen la fosforilación oxidativa, el transporte de oxígeno y la detoxificación de radicales libres.
A lo largo del proceso evolutivo, los organismos vivos han desarrollado mecanismos homeostáticos altamente especializados para secuestrar, almacenar y excretar cobre, así como eficientes mecanismos detoxificadores para contrarrestar sus posibles efectos deletéreos cuando está presente en concentraciones excesivas.
Hoy en día se sigue avanzando en el estudio del metabolismo del cobre, pudiendo enumerar los últimos hallazgos de proteínas implicadas en su metabolismo como las metalotioneínas, chaperones y Cu-ATPasas, su función como base molecular en importantes enfermedades hereditarias en la especie humana (Enfermedad de Menkes y Enfermedad de Wilson) hasta llegar a su reciente implicación en procesos neurológicos de relevancia como la encefalopatía espongiforme bovina (EBB). Sin embargo no se conocen en detalle los mecanismos homeostáticos que regulan el metabolismo de cobre a nivel celular.
Dentro de las especies animales, los rumiantes son las más susceptibles a padecer procesos de intoxicación por cobre, siendo particularmente dispuesto el ganado ovino, probablemente por su incapacidad de incrementar la excreción biliar de cobre en respuesta a niveles altos en su dieta; en cambio al ganado vacuno se le considera como una especie resistente ya que los episodios de toxicidad son poco frecuentes.
Sin embargo, en los últimos años el número de casos de intoxicación por cobre en ganado vacuno se ha incrementado de forma drástica, incluso con niveles de acumulación hepática claramente inferiores a los considerados de forma clásica como tóxicos, pudiendo estar asociados a un cambio en el tipo y disponibilidad de los suplementos de cobre empleados o a la contaminación de pastos o forrajes por emisiones industriales, mineras o lodos, especialmente purines de cerdo ricos en cobre.
El desarrollo de problemas de deficiencia y toxicidad en rumiantes independientemente de la concentración de cobre en la dieta, va a verse afectado por factores que condicionan tanto la absorción/excreción como la biodisponibilidad del mismo; entre ellos principalmente el molibdeno y el azufre, aunque también el zinc y el hierro van a ser fundamentales para estimar los requerimientos nutricionales de cobre. Así, pequeños cambios en la concentración de molibdeno y azufre en el pasto o en la ración pueden ser capaces de producir cambios en la absorción, distribución o excreción de cobre, dando como resultado síndromes clínicos tanto de deficiencia como de toxicidad.
La importancia del componente racial en el metabolismo del cobre está bien estudiada en ganado ovino, pues la existencia de determinados genes que controlan las concentraciones plasmáticas ha quedado demostrada al seleccionar líneas genéticas con altos y bajos niveles de cobre (incluso en una misma raza).
También se han hallado diferencias genéticas en las concentraciones de cobre hepático dentro del ganado bovino lechero, donde la raza Jersey, por ejemplo, muestra mayor susceptibilidad a la intoxicación por cobre al acumular mayor cantidad del mismo en hígado comparado con la raza Holstein frente a igual contenido de cobre en la dieta.
Igualmente se ha observado que los terneros de raza Rubia Gallega presentan concentraciones de cobre superiores a los de raza Frisona en todos los tejidos, a excepción del cerebro, ocupando los cruces industriales una posición intermedia entre ambas razas; no obstante en ningún caso las diferencias entre razas alcanzan significación estadística.
Todos estos hallazgos, si bien permiten realizar un manejo más eficaz de los animales según sus características raciales a fin de evitar alteraciones metabólicas, no logran identificar los verdaderos puntos críticos dentro del metabolismo de cobre entre las distintas razas. Tan solo podemos considerar que las diferencias genéticas entre las razas bovinas se centrarían en la variabilidad en la absorción de cobre de la dieta, la excreción de cobre endógeno, la cantidad de alimento consumido y su capacidad de excretar vía biliar los excesos de cobre.
Este hecho podría tener relevancia, ya que aquellos animales expuestos de forma natural a contaminantes en el medio ambiente, al ser sometidos a sistemas de explotación intensivos además se suplementan las dietas de forma rutinaria con niveles relativamente altos de cobre.
Muchas veces la suplementación puede ser la adecuada para los animales, pero ante situaciones estresantes o de interacciones con otros oligoelementos en la dieta, se genera una situación de desequilibrio que dispara los signos de deficiencia o intoxicación, y en estos casos serán más susceptibles aquellas razas que acumulan mayor cantidad de cobre hepático en condiciones normales .
II. FUENTES Y NECESIDADES DE COBRE EN RUMIANTES
II.1 FUENTES DE COBRE
Para establecer las necesidades dietéticas de cobre, es necesario previamente tener conocimiento de cuales son las principales fuentes de este nutriente, y conocer los niveles en suelos y plantas, así como conocer los factores que pueden afectar la disponibilidad de los mismos.
Los niveles de cobre en suelo oscilan entre 6 y 60 mg/kg, dependiendo su concentración de dos factores, la roca madre y los procesos de formación del mismo.
El cobre es un catión versátil que en los suelos o en la materia reposicionada cuenta con una gran capacidad para interaccionar químicamente con otros minerales y compuestos orgánicos. Aunque es soluble, y por tanto móvil y disponible, la forma química en la que se presenta en el suelo es de gran importancia para las prácticas agrícolas, mientras que el contenido total de cobre ofrece únicamente información básica para los estudios geoquímicos.
La característica más común en la distribución del cobre en cuanto al perfil del suelo es su acumulación en capas superficiales. Esto hace que la determinación de la concentración del cobre en la superficie de los suelos refleje la bioacumulación del metal y las deposiciones recientes provocadas por el manejo del hombre.
Este mineral es más abundante en las rocas mafic e intermedias de la corteza terrestre, mientras que en las rocas eruptivas, como los granitos, se encuentra en concentraciones muy bajas.
La variación del pH afecta a la asimilación del cobre, aunque se mantiene al mismo nivel cuando el pH baja de 5. Si se eleva el pH se reduce el cobre asimilado, lo que hace que las carencias de cobre se observen con más frecuencia en los suelos calizos.
II.1.1 Cobre en suelos
La contaminación del suelo agrícola por cobre se debe fundamentalmente a la utilización de purines de cerdo (y en menor medida de gallinaza) como fertilizantes, así como al empleo de fitosanitarios, aerosoles y otros productos con un contenido elevado de este metal. En zonas industriales, las emisiones procedentes de actividades antropogénicas pueden contribuir además de forma significativa al enriquecimiento de cobre de los suelos.
Los purines de cerdo contienen elevadas concentraciones de cobre como promotor de crecimiento y zinc para prevenir cuadros de intoxicación por cobre y problemas de paraqueratosis y/o deficiencia del mismo, estando considerado como uno de los problemas medioambientales más importantes en los países y/o regiones con elevada densidad de porcino en intensivo, como Francia, Dinamarca, Holanda, Reino Unido, e incluso en zonas de nuestro país, caso de Galicia, donde hemos demostrado que el uso de estos purines como fertilizante en los campos provoca un incremento importante de cobre en los suelos, llegando a producir efectos detectables en la biomasa microbiana del suelo e incluso pueden ser tóxicos para los animales que pastan esos campos, suponiendo sobre todo para la oveja, niveles elevados de cobre en hígado, siendo frecuentes los casos de intoxicación y con menor frecuencia, también en ganado vacuno.
En menor medida, debemos señalar el potencial contaminante del empleo de gallinaza como fertilizante agrícola, pues a los pollos de crecimiento acelerado, al igual que a los cerdos, se les aportan excesos de minerales por lo que sus excrementos son también una importante fuente de contaminación por acumulo excesivo, principalmente de cobre, zinc y manganeso, en el suelo y plantas.
II.1.2 Cobre en plantas
Los mecanismos de absorción del cobre por las plantas no se conocen en detalle, aunque hay evidencias de que se trata de un proceso de absorción activo; no obstante, cuando se alcanzan niveles de toxicidad de cobre en los suelos pueden ocurrir fenómenos de absorción pasiva.
Además, debemos señalar que el contenido de cobre de las plantas que crecen en zonas irrigadas se va a ver condicionado también por los niveles de cobre en el agua y demás propiedades de la misma.
La distribución del cobre dentro de la planta tiende generalmente a acumularse en sus órganos reproductivos; así, la mayor concentración de cobre ha sido encontrada en el embrión de los granos de cereales (de 8 a 18 mg/kg materia seca) y en la cubierta de la semilla (de 8 a 23 mg/kg), mientras que considerando el total de la misma el valor mayor registrado fue 4 mg/kg.
El movimiento del cobre en la planta todavía no se conoce de forma completa, sin embargo se sabe que la excreción del cobre va desde la raíz hacia el xilema y el floema, donde se encuentran las formas móviles del cobre.
De todas formas, únicamente aquellos suelos muy ricos en cobre (por el contenido de la roca madre o bien por aportes de cobre durante mucho tiempo) suelen presentar un riesgo potencial para las plantas.
Para valorar el riesgo de toxicidad se consideran dos criterios principales que son la cantidad de hierro cambiable y el pH ácido.
Para un desarrollo óptimo, la planta debe tener no sólo una cantidad apropiada de cobre activo en las células sino también poseer un equilibrio entre los elementos químicos. Existen iones con similar afinidad a las proteínas a las que se une el cobre por lo que van a dar lugar a antagonismo, interfiriendo en la función significativa que tiene el cobre en los enzimas.
II.1.3 Factores de variación de las fuentes de cobre
Los ingredientes naturales de las raciones para animales domésticos son con frecuencia deficientes en varios microminerales, lo que hace necesaria su suplementación externa. Por este motivo es importante conocer las necesidades del animal así como la disponibilidad de los micronutrientes, tanto de las materias primas del pienso como de las fuentes externas utilizadas.
La disponibilidad de cobre en rumiantes depende de la valencia del cobre en la ingesta, estando condicionada por las variaciones en la microflora del rumen. Muchos otros factores como la raza, la edad, la composición del suelo y de la ración, así como las variaciones que determinan el cobre disponible para la absorción intestinal también pueden influir en la disponibilidad final del mismo.
II.1.3.1 Factores dependientes del suelo
Existe una amplia variedad geográfica en el contenido de cobre en los suelos, el cual se refleja en la incidencia natural de la deficiencia o toxicidad de este micromineral en los animales; lo que hace necesario el diseño de mapas que señalen su contenido en los suelos y sedimentos de arrastre, pudiendo así delimitarse las áreas de mayor riesgo para los animales
.
II.1.3.2 Factores vegetales y composición de los forrajes
Se ha estudiado el efecto de una serie de factores sobre el estatus de cobre en las plantas, entre ellos, las diferencias ambientales entre la estabulación y pasto, hierba fresca y heno o el estado de crecimiento de la hierba fresca.
La estabulación no afecta de forma significativa al estatus de cobre de los animales, aunque éste sí se ve mejorado con una alimentación a base heno en comparación a hierba fresca; esto es debido no sólo al proceso de henificación sino también a la diferencia de la fase de crecimiento en la que se encuentra la planta en el momento del procesado. Incluso se ha visto que en ganado vacuno los animales estabulados alimentados a base de heno incrementan su estatus de cobre.
En estudios realizados por nosotros, en los años noventa en ganado vacuno de la Montaña de Luna y Omaña (Provincia de León), se comprobó concentraciones bajas de cobre en el heno que consumen el ganado vacuno, aunque esta carencia puede ser compensada con la administración de pienso, lo que da lugar a que los niveles de cobre en sangre se mantengan en valores normales a lo largo del año, con ascensos moderados entre uno y dos meses después de la salida al pasto.
En estudios bioquímicos en ganado vacuno en los que se consideró el nivel de cobre en hierba fresca y heno, así como en el contenido ruminal y heces, se puso de manifiesto la capacidad de formar complejos sulfito en el rumen, lo cual resulta ser un mecanismo muy importante para disminuir la disponibilidad del cobre en rumiantes.
La especie, la variedad y la madurez de la planta así como las condiciones del suelo y los fertilizantes utilizados influyen en los contenidos de cobre y de otros minerales íntimamente relacionados en su metabolismo. Así, las concentraciones excesivamente altas de molibdeno en los forrajes se dan de forma natural en suelos alcalinos y suelos ricos en materia orgánica, contando además con niveles elevados de azufre en los forrajes.
Las gramíneas de clima templado tienden a ser más pobres en cobre que las leguminosas (4,7 versus 7,8 Cu mg/kg materia seca), presentando un mayor contenido de cobre las hojas que los tallos, de manera que las concentraciones de cobre tienden a disminuir durante la estación de crecimiento.
La disponibilidad de cobre es además superior en henos que en praderas, especialmente cuando se pastan antes de la floración.
II.1.3.3 Composición de los alimentos concentrados
La intoxicación por cobre es más frecuente en animales alimentados con concentrados. Esto es debido a que a pesar de que los pastos pueden contener más o menos cobre, la disponibilidad del mismo en los cereales es mayor, llegando a un coeficiente de absorción 10 veces superior.
El contenido en cobre de las materias primas varía entre 5 y 20 mg/kg materia seca. La disponibilidad del cobre es muy variable si bien, en general, es inferior en fuentes vegetales que en fuentes animales o inorgánicas, probablemente debido a que en las primeras se encuentra en forma de fitatos.
La mayoría de las fuentes minerales de cobre (metionato, lisinato, sulfato, acetato, cloruro, óxido cuproso, etc.) son bien utilizadas tanto en monogástricos como en rumiantes.
II.1.3.4 Factores estacionales
Los antagonistas del cobre se ven afectados de forma muy importante por los factores estacionales. Así, el hierro se encuentra en sus máximos niveles en primavera y otoño; las concentraciones de molibdeno aumentan gradualmente según avanza el año con máximos en la primavera llegando incluso a duplicarse durante la estación de pastoreo. La concentración de azufre desciende con la maduración de la planta mientras que la disponibilidad del cobre aumenta.
Todos estos factores hacen que existan importantes variaciones en el estatus del cobre en animales entre la primavera y el otoño; así, se han registrado fluctuaciones estacionales en los niveles plasmáticos de cobre, con concentraciones más bajas entre febrero y marzo y más altas en agosto y setiembre.
II.1.3.5 Factores nutricionales
Se cubrirán las necesidades en función del cobre disponible e incluso se incrementará el riesgo de intoxicación mucho más por la concentración de cobre total contenida en el alimento.
Se conoce poco sobre las formas en que se presenta el cobre en los alimentos. Debemos considerar que las variaciones en los valores de disponibilidad del cobre para rumiantes de un mismo ingrediente o entre ellos, dependen de lo que ocurra en el rumen, y en particular de la sincronía entre la liberación de cobre y de sus antagonistas potenciales, principalmente molibdeno, azufre e hierro.
II.1.3.6 Otros factores
La disponibilidad del cobre puede, además estar condicionada por la ingesta, también lo está por otros factores como la fase de preñez o las concentraciones hepáticas.
La fase de preñez afecta a la cinética tanto del feto como de la madre. Así, durante el primer trimestre la concentración hepática de cobre fetal está entorno a 200 mg/kg de materia seca, independientemente de la edad de la madre, raza y estatus de cobre.
La ingesta de cobre durante la gestación modifica los niveles hepáticos del ternero neonato, por lo que debe tenerse mucho cuidado ya que no se han determinado los niveles que provocan toxicidad en los terneros.
En los recién nacidos la regulación orgánica de cobre es deficiente ya que van a tener un sistema homeostático muy simple. El sistema de la ceruloplasmina no madura antes de los 4 días tras el nacimiento, en este momento el cobre es liberado del hígado y se alcanzan en plasma los valores de referencia en adultos; estos aumentos que se dan tras el nacimiento son independientes de la madre o de las concentraciones de cobre en el hígado de los terneros.
II.2 NECESIDADES DE COBRE EN RUMIANTES
El nivel de cobre en la dieta necesario para el mantenimiento de la salud depende de la especie animal y sobre todo, como hemos indicado anteriormente, de numerosos factores nutricionales, estando sobre todo correlacionado con los niveles de molibdeno y azufre inorgánico. Cuando las condiciones dietéticas son óptimas para la utilización del cobre, concentraciones de 8 a 10 mg/kg materia seca son suficientes para cubrir las necesidades en rumiantes.
Las necesidades de cobre aumentan en momentos de mayor exigencia como en periodos de alta producción láctea, crecimiento rápido o estrés, por lo que estas recomendaciones deberán ser reconsideradas. También es conocido que ciertos minerales, nitratos, sulfatos, proteínas y plantas estrogénicas reducen la utilización de cobre; por ello todos estos factores deberían de ser identificados para determinar de forma precisa los requerimientos dietéticos de cobre en los animales.
La composición de la dieta es la responsable de determinar la proporción del cobre dietético que es absorbido, de forma que la ingesta de cobre per se poco va a condicionar la aparición de una deficiencia funcional de cobre. Se puede decir que tres son los factores más importantes: el tipo de alimento, el contenido relativo de molibdeno y azufre y la constitución genética del animal.
II.2.1 Tipo de alimento
Existen grandes diferencias en la biodisponibilidad del cobre de los alimentos que normalmente consumen los rumiantes, lo cual condiciona de forma muy importante las necesidades nutricionales de los animales.
El cobre se absorbe con mayor facilidad en alimentos bajos en fibra como cereales y brassica, mientras que la absorción es más pobre en hierba fresca. La conservación de la hierba o heno y el propio ensilado generalmente mejoran su disponibilidad, aunque raramente hacen que las mejoras sean consistentes.
Diversos componentes de la dieta, como los fitatos, el ácido ascórbico, los tiomolibdatos, la fructosa o la fibra presentan la capacidad de copularse con el cobre y por tanto limitar su absorción.
Expuesto todo lo anterior podemos afirmar que la intoxicación por cobre es esencialmente un problema en ganado en sistemas de explotación intensiva, pero no por el hecho en sí, si no porque su alimentación implica que la disponibilidad del cobre va a ser mayor. Siguiendo este razonamiento lógico, la deficiencia de cobre es un problema del ganado en pasto por la pobre disponibilidad del cobre en la hierba.
II.2.2 Efectos del molibdeno y azufre en la disponibilidad del cobre
La capacidad del molibdeno y azufre para inducir deficiencia de cobre en rumiantes es un hecho perfectamente constatado, cuantificando en algunas ocasiones un 78% de variación en la disponibilidad del cobre en ovejas.
Las interacciones con hierro, molibdeno y azufre van a condicionar las necesidades de cobre, y esto debe tenerse en cuenta antes de valorar la capacidad de los alimentos para proporcionar el cobre disponible necesario.
II.2.3 La importancia de la constitución genética
La constitución genética cobra una gran importancia al conocerse que los desórdenes metabólicos del cobre podrían ser controlados por manipulación genética. La influencia genética en la susceptibilidad a padecer procesos de deficiencia o toxicidad de cobre ha sido ampliamente estudiada en ganado ovino, lo que ha permitido adaptar las razas (susceptibles o tolerantes al cobre) a las características de los pastos. En ganado vacuno el efecto de la genética sobre las necesidades de cobre ha sido mucho menos estudiado, limitándose a un número reducido de razas, si bien hay evidencias de que existen diferencias genéticas en cuanto a sus necesidades de cobre.
III. METABOLISMO Y FUNCIONES DEL COBRE
III.1 Absorción
Aunque no se conoce con precisión el mecanismo de absorción de cobre en el animal adulto, se sabe que se lleva a cabo en varios tramos del tracto digestivo, desde el estómago al intestino grueso. En los rumiantes la absorción se limita principalmente a duodeno y yeyuno, con una capacidad de absorción entre el 30 y 60%. No obstante, una gran parte de este cobre absorbido se excreta, haciendo que al final las cifras que se manejen sean del 5-10%.
La absorción intestinal cuenta con dos componentes: por un lado el transporte activo que es saturable y mediado por metalotioneínas (se relaciona con concentraciones bajas de cobre) y la difusión simple, que es un mecanismo pasivo e insaturable (relacionado con concentraciones altas de mineral). Además, la absorción de los compuestos de cobre podría agruparse en dos categorías: aquellos que son absorbidos fácilmente como es el caso de hidróxidos, yoduros, glutamatos, citratos y pirofosfatos frente a los que tienen dificultada la absorción cual son los sulfatos, óxidos, el cobre metálico y los compuestos de cobre no hidrosolubles.
En rumiantes se presenta predominantemente como cobre monovalente Cu + cuya absorción es más difícil que en su forma divalente Cu 2+, pues la valencia del ion de cobre influye en la disponibilidad del metal en el intestino.
Los animales monogástricos y los terneros absorben del 45-55 % del cobre dietético, lo que puede ser debido a los bajos niveles de hierro en su comida y a la formación de sulfito de cobre por la reducción de sulfato a sulfito.
El sistema microbiótico en el rumen es un factor importante que determina la disponibilidad del cobre, lo que se denota claramente por la influencia de la producción de sulfito en el rumen; se piensa que está unido el cobre a S-2 formando sulfuro cuproso Cu2S una forma más insoluble incluso que el sulfuro cuprico CuS. En el ambiente ruminal con un pH reducido, el cobre se puede presentar de forma monovalente, y de hecho se puede demostrar que muestras de rumen reducen fácilmente grandes cantidades de cobre iónico. La razón de la vulnerabilidad del rumiante al déficit del cobre tiene su explicación en los procesos digestivos que tienen lugar en el rumen, donde se degradan las fuentes orgánicas e inorgánicas de azufre a sulfuro. Los protozoos del rumen juegan un papel muy importante en la generación de sulfuro; así se ha visto que en animales libres de patógenos que son extraídos mediante cesárea o mediante la administración de ionóforos antiprotozoarios, la absorción de cobre está aumentada. Durante la digestión ruminal la mayor parte del cobre liberado va a precipitar en forma de sulfuro de cobre y permanece sin absorberse, mientras que el liberado durante la digestión postruminal se une parcialmente a componentes no digeridos.
En ovejas se han propuesto una serie de teorías para explicar la acumulación de cobre por el desequilibrio de la actividad o la composición de la microflora del rumen, sin embargo no hay evidencias que constaten estas teorías.
Aunque no se conocen en detalle los mecanismos bioquímicos involucrados, hay evidencias de que la absorción intestinal de cobre se regula en gran medida por las necesidades del organismo, donde las metalotioneínas juegan un papel destacado en el mantenimiento de un estatus nutricional adecuado. La razón por la que estas proteínas varían tanto en animales de genética y estados fisiológicos distintos no se conoce, algunas posibilidades podrían ser cambios en el flujo de cobre o ratio de síntesis/degradación de la proteína. A modo de ejemplo, el cordero que es alimentado con leche puede llegar a absorber un 70-85 % del cobre ingerido, mientras que el destetado absorbe menos del 10%.
Cuando se enriquece la ración con molibdeno y azufre se forman tiomolibdatos, que llevan a la formación de compuestos de cobre que son más complejos y además el cobre tiende a unirse más fuertemente al material particulado, se reduce entonces la disponibilidad del cobre llevándolo a una absorción menor del 1%
La absorción del cobre se va a ver mermada por la acción de antagonistas, y así cabe citar como los más importantes:
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Elementos de transición.
La existencia de elementos químicos que son similares al cobre y que van a competir con él por los sitios de unión en los sistemas metabólicos específicos, incluyendo la absorción intestinal. Ya Evans y colaboradores aislaron y purificaron en 1970 unas proteínas metalafines en el duodeno de ganado vacuno y demostraron que el cadmio y el zinc desplazan al cobre de los puntos de unión sulfhídricos.
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Ácido ascórbico.
El ácido ascórbico es reconocido como un antagonista del cobre en numerosas especies animales probablemente debido a la capacidad de reducción de su forma divalente a la monovalente. Se ha demostrado una disminución en la unión de cobre a las metalotioneínas en intestino e hígado después de la adición de ácido ascórbico; sugiriendo que el ácido ascórbico daña el estatus de cobre a través de una disminución en la absorción o un aumento en la movilización del mismo
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Complejos dietéticos cúpricos.
La disponibilidad del cobre se ve condicionada por la naturaleza de los componentes de la dieta. Investigaciones demuestran que la proteína ingerida tiene un papel protector frente a la acumulación de cobre y que consiste en la formación de complejos macromoleculares que los invalidan para su absorción.
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Aniones.
La forma más conocida como inhibidora sobre la absorción del cobre es el sulfito, hecho comprobado en numerosas especies animales.
III.2 Transporte y almacenamiento
El cobre a nivel intestinal se enlaza a una metalotioneína de la mucosa lo que limita su traslocación posterior y permite la adaptación a ingestiones excesivas. Después de la absorción intestinal el cobre es transportado a través de la sangre por la albúmina.
Para ser captado por el hígado donde se une con glutatión primero y después a metalotioneínas y otras proteínas citoplasmáticas, donde es utilizado para el metabolismo hepático, almacenado en forma de Cu-metalotioneínas o, si el aporte es excesivo, eliminado a través de la bilis. El cobre necesario para el metabolismo extrahepático abandona el hígado en forma de ceruloplasmina, cuya síntesis está condicionada por fenómenos como la inflamación, ciertas hormonas y niveles de cobre.
Cuando hay un déficit de cobre, se produce un aumento en la actividad hepática de los enzimas encargados de la síntesis de glutatión que estimulan la eficacia en la captación de cobre por el hígado; lo mismo sucede en la exposición a un exceso de selenio.
La captación de cobre en el resto del organismo ocurre sobre todo debido a receptores de ceruloplasmina en la membrana celular, aunque también se observó in vitro que la albúmina y algunos aminoácidos como la histidina facilitan su captación.
La ceruloplasmina constituye la fracción de cobre plasmático más elevada en animales. En los no rumiantes supone el 95% del cobre plasmático frente al 80% de los rumiantes. En vacuno los niveles de ceruloplasmina disminuyen drásticamente durante una deficiencia de cobre y pueden alcanzar niveles no detectables en ganado aparentemente sano.
El cobre en la sangre se encuentra principalmente en los eritrocitos, donde el 60% del total está asociado al enzima superóxido dismutasa (SOD), mientras que el 40% restante se encuentra libre. Este último está contenido en un compartimento dializable que Bush y colaboradores ya en 1956 designaron como pool lábil en el que está unido a aminoácidos y que probablemente es necesario para asegurar un adecuado suplemento para mantener la actividad enzimática superóxido dismutasa. El cobre total contenido en los eritrocitos permanece constante a pesar del estatus de cobre del animal y esto ocurre en la mayoría de las especies animales tanto en casos deficiencia como en ingestiones excesivas.
Ante situaciones de deficiencia de cobre se produce un estímulo del reciclaje al optimizar la eficacia de su absorción, si bien los mecanismos involucrados en este proceso homeostático no se conocen en detalle. Tampoco se sabe hasta qué punto el cobre es vulnerable a los tiomolibdatos capaces de estimular las pérdidas de cobre.
Se ha demostrado que en ovejas que recibían grandes suplementos de molibdeno (25 mg/kg) y azufre (4.5 mg/kg), las pérdidas fecales endógenas de cobre aumentaban dos veces y media, e igualmente se observaron incrementos notables en la velocidad de depleción hepática del cobre, al tiempo que veían un efecto de la estimulación del molibdeno de la ración sobre las pérdidas endógenas de cobre.
Como el cobre circula en la sangre unido a la ceruloplasmina o se encuentra confinado dentro de los eritrocitos, la excreción urinaria de cobre en todas las especies animales es insignificante, al ser muy poco permeable el cobre en los capilares glomerulares, aunque se sabe que en las ovejas aumenta ante la exposición a molibdeno. No estando la captación del cobre condicionada por la excreción del mismo por vía urinaria.
III.2.1 Metabolismo hepático
El éxito en la adaptación a las variaciones en el aporte de cobre en la dieta se consigue gracias al almacenamiento hepático y la excreción biliar, si bien la proporción de cobre almacenado así como la capacidad de eliminación biliar varía ampliamente según la especie animal. Los rumiantes, especies más vulnerables a la deficiencia e intoxicación de cobre, almacenan los excesos de este micronutriente.
La incapacidad del ovino para la eliminación biliar de cobre explica su mayor vulnerabilidad a padecer procesos de intoxicación crónica frente a otras especies como el porcino donde esta capacidad no es limitada.
En rumiantes cuando ocurre una depleción de cobre (por ejemplo ante una falta de ingestión en la dieta) el ritmo al que desciende el cobre hepático se correlaciona de manera positiva con las concentraciones previas a la depleción en este órgano.
En los tejidos extrahepáticos el metabolismo del cobre se limita sobre todo a la síntesis y degradación de enzimas cobre-dependientes, mientras que el hígado está implicado además en el mantenimiento de la homeostasis del cobre.
III.2.1.1 Distribución subcelular de cobre y almacenamiento hepático
Dentro del hígado, el cobre se encuentra asociado a distintas fracciones celulares en las que desempeña un papel específico, tanto formando parte de enzimas cobre dependientes como ligado a proteínas de almacenamiento.
Estudios de fraccionamiento subcelular, llevados a cabo principalmente por técnicas de centrifugación diferencial, consideran que en las células hepáticas el cobre está contenido en cuatro grandes fracciones, desempeñando unas funciones específicas en cada una de ellas:
·
Fracción microsomal. Contiene al menos un 10% del cobre total en la célula hepática y representa las fracciones del retículo endoplasmático rugoso, retículo endoplasmático liso, aparato de Golgi y ribosomas. Está involucrada en la nueva síntesis de proteínas que contienen cobre que están siendo transportadas con el fin de su uso o secreción
.
·
Fracción nuclear. Contiene aproximadamente el 20 % del cobre total hepático en la mayoría de los mamíferos, si bien su contenido exacto es difícil de evaluar puesto que en esta fracción queda además englobado el cobre unido a restos de tejidos y células intactas. Se considera una organela que puede funcionar como un almacén temporal. Está constituido por ácido nucleico y proteínas básicas a las cuales se une el cobre.
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Fracción granular. En la mayor parte de los animales con un estatus adecuado representa el 20% del cobre total. Está compuesta por mitocondrias y lisosomas, éstos últimos con un papel vital para mantener la homeostasis del cobre. El material que no puede ser digerido o preparado para su excreción por el parénquima es almacenado dentro de los lisosomas, organelas que secuestran el exceso de cobre previa excreción biliar.
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Citosol. El sobrenadante final o citosol contiene la mayoría del cobre hepático en los mamíferos adultos. Está asociado en su mayor parte a proteínas específicas metal-afines como las metalotioneínas (principales puntos de almacenamiento temporal de cobre en la célula) aunque en menor medida también a enzimas cobre-dependientes como la superóxido dismutasa.
Es necesario señalar que la proporción de cobre en las distintas fracciones subcelulares mencionadas varía de forma muy destacable en función de diversos factores como la especie animal, edad y estatus de cobre.
III.2.2 Variaciones en la distribución subcelular de cobre dependientes de la especie animal
En la mayoría de las especies de mamíferos con un estatus normal de cobre, la mayor proporción de este metal (por encima del 50%) está localizada en el citosol, como almacenamiento temporal en forma de metalotioneínas. La capacidad de esta fracción para almacenar cobre va a depender de forma muy importante de la especie animal, siendo muy alta en aquellas, como el perro y el cerdo, que tienen una enorme capacidad de síntesis de metalotioneínas, en comparación con otras, como los rumiantes, donde esta capacidad es muy limitada. A su vez, la escasa capacidad de los rumiantes y especialmente el ovino, para la síntesis de metalotioneínas hace que la excreción biliar de cobre vía lisosomal sea muy limitada, lo que conduce a su almacenamiento en concentraciones elevadas en la fracción granular.
III.2.3 La edad como agente modificador de la distribución subceluar de cobre en el hígado
La concentración hepática de cobre en la mayoría de las especies de mamíferos va aumentando de forma constante durante el periodo intrauterino, alcanzando un máximo antes o en el momento del nacimiento, y después disminuye hasta alcanzar los niveles encontrados en adultos.
Al igual que la concentración total de cobre hepático, el contenido de cobre en las distintas organelas varía de forma destacable con la edad. Así, los estudios realizados con centrifugación diferencial en hígado humano, bovino y de rata demostraron que las fracciones granular y nuclear contienen el más alto nivel de cobre durante el desarrollo neonatal (con un total de casi un 80% del cobre total neonatal del hígado inmaduro) mientras que el citosol contiene únicamente un 15%. Durante el desarrollo, una vez que maduran los mecanismos homeostáticos de eliminación biliar, el contenido de cobre disminuye drásticamente en la fracción granular y nuclear y ligeramente en el citosol, mientras que el resto es distribuido en las organelas subcelulares en la proporción previamente descrita.
Las alteraciones de la distribución subcelular hepática que dependen de la edad señalan la existencia de un mecanismo homeostático de protección en las células hepáticas. Como la eliminación de cobre es limitada en el hígado inmaduro y esto causa un aumento de la concentración del mismo, los sitios de unión en el citosol llegan a saturarse y el exceso de cobre pasa a estar unido a los lisosomas o es incorporado a las proteínas de las mitocondrias y del núcleo. Cuando el animal madura y la capacidad de eliminación biliar del cobre mejora, la acumulación de este metal dentro de la célula disminuye y así también disminuye la necesidad de unión del cobre a organelas celulares. Cuando el movimiento del cobre hepático alcanza su máxima capacidad, la mayor proporción de cobre hepático está unido a metalotioneínas dentro del citosol en la mayoría de las especies, a excepción de los rumiantes que presentan una capacidad de síntesis de metalotioneínas muy limitada.
III.2.4 Efecto del estatus del cobre en su distribución subcelular
Ante el acúmulo de cobre en el hígado la distribución subcelular se asemeja a la de los neonatos, en ambos casos el contenido de cobre en las organelas subcelulares y la concentración hepática siguen una función lineal. La capacidad de unión es alta en la fracción granular y nuclear, mientras que en el citosol es limitada; el retículo endoplasmático liso y las proteínas del núcleo son los encargados de mantener la homeostasis del cobre hepático.
La distribución subcelular de cobre, zinc, hierro y molibdeno fue investigada en el hígado de terneros pre-rumiantes alimentados con lactorreemplazantes, comparando los efectos de una dieta control de 10 mg Cu /kg (dosis control) y 1000 mg Cu /kg (dosis alta), o con la dosis alta de cobre de 1000 mg/kg junto con zinc. En los animales del grupo control el cobre se localizaba principalmente en el núcleo y la fracción lisosomal, el zinc principalmente en el citosol, el hierro en el citosol y la fracción nuclear, mientras que el molibdeno se presentaba en todos los compartimentos con un mínimo en los microsomas. Los terneros que recibían dosis altas de cobre presentaban marcados aumentos de cobre en el núcleo y la fracción del citosol, el zinc aparecía reducido en el citosol, el hierro aumentado en el núcleo y el molibdeno disminuido en todas las fracciones.
III.2.5 Influencia materna en el metabolismo fetal del cobre
Salvo la especie ovina la mayoría de los animales neonatos presentan una mayor concentración de cobre en el hígado que los adultos. Gracias al almacén mineral en el hígado fetal, el recién nacido obtiene el cobre necesario para los primeros estadios de vida. Las reservas neonatales se reducen si se produce una restricción del aporte materno, con esto se acelera su depleción posterior.
El feto tiene una máxima prioridad frente a la madre a la hora del reparto del cobre dietético. Se ha observado que vacas con concentraciones de cobre hepáticas bajas (<24.8 mg/kg peso seco) pueden criar terneros que contienen en sus hígados 330 mg/kg materia seca; sin embargo con valores maternos por debajo de 16.5 mg/kg peso seco, los valores fetales descienden en más de un 50%.
En cuanto a la concentración de cobre en la leche materna se ha observado que, la secreción de este oligoelemento se reduce cuando el aporte dietético es inadecuado, si bien no se incrementa al suplementar cobre en la ración. También es destacable la existencia de diferencias en los niveles de cobre en leche entre especies, mientras que en vaca y cabra son bajos (0,15 mg/l Cu) la cerda secreta niveles altos (0,75 mg/l Cu) durante un periodo breve, posiblemente debido a que se trata de una lactación de una camada grande y de rápido crecimiento.
De todo lo dicho anteriormente, se desprende que el almacenamiento de cobre en el hígado fetal a expensas de la madre, seguido de la excreción de cobre sufrida durante la lactación, hacen mermar de forma considerable las reservas hepáticas de la hembra. En casos de deficiencia de cobre, las escasas reservas de la madre pueden no ser suficientes para cubrir las necesidades fetales, lo que hace que la descendencia nazca con reservas hepáticas de cobre disminuidas y que consuman leche, donde el contenido de cobre está muy por debajo de lo normal.
III.3 Proteínas implicadas en el metabolismo del cobre
III.3.1 Ceruloplasmina
La ceruloplasmina, ejerce un papel fundamental en el mantenimiento del equilibrio entre el cobre hepático y extrahepático, al ser la principal proteína transportadora de cobre hepático hacia los tejidos.
Por una parte, el aumento de la concentración hepática de cobre induce la síntesis de ceruloplasmina, lo que permite una mayor redistribución del metal hacia los tejidos periféricos, así como el mantenimiento de los niveles de cobre hepáticos dentro de los límites fisiológicos, si bien es cierto, que por encima de una determinada concentración de cobre en el hígado los niveles de ceruloplasmina alcanzan una fase de meseta.
Por otra parte, como demostraron Campbell y colaboradores, hace más de dos décadas, el transporte de cobre hacia los tejidos está estrictamente relacionada con la liberación de ceruloplasmina por parte del hígado.
La ceruloplasmina se considera como una proteína de fase aguda, con marcadas propiedades antiinflamatorias, así como de protección frente a fenómenos de peroxidación lipídica. Como ejemplos del aumento de ceruloplasmina asociada a procesos inflamatorios podemos citar enfermedades crónicas comunes como la artritis y la enfermedad periodontal.
Se ha podido constatar que las diferencias en la acumulación de cobre a nivel hepático entre terneros de distintas razas puedan deberse, al menos en parte, a una distinta capacidad de redistribución del cobre hepático hacia los tejidos, fundamentalmente en forma de ceruloplasmina.
Varios experimentos han demostrado, además, que la ceruloplasmina en plasma se eleva en respuesta a determinados aumentos patológicos de cobre en el hígado, como por ejemplo en la cirrosis biliar humana, la enfermedad de Wilson y cirrosis biliar primaria. En estos casos, el aumento de la función de la ceruloplasmina como antioxidante se debe posiblemente al aumento de la producción de metabolitos oxidantes por parte del cobre, entre los que se incluye superperoxido y peróxido de oxígeno
(O2– y H2O2).
III.3.2 Metalotioneínas
Las metalotioneínas se aislaron por primera vez en 1957 en el riñón de caballos como una proteína unida al cadmio. Sin embargo, no fue, hasta que se demostró que su síntesis podía ser estimulada por metales, cuando atrajeron el interés de los investigadores, en este primer momento se sugirió que las metalotioneínas podrían jugar un papel crucial en la detoxificación del cadmio y otros metales pesados.
