COMO RESPIRA EL EMBRION MICHAEL WINELAND BS., MS., PhD. Consultor Raleigh, North Carolina, USA Presentación patrocinada por Chick Master [email protected] Traducción Marina Godoy Resumen: El embrión en desarrollo utiliza los nutrientes (cáscara, albúmina y yema) que la gallina deposita en el huevo. El nutriente que no es suplido por el huevo es el oxígeno, el cual está influenciado por las propiedades de la cáscara del huevo y por como son controlados los cuartos de las incubadoras y de las nacedoras. La temperatura determina la tasa de crecimiento del embrión y es probablemente el parámetro más importante de la incubación. Sin embargo, la habilidad de los embriones para crecer es influenciada primariamente por la disponibilidad de oxígeno. La respiración del embrión depende principalmente de la cantidad de aire fresco en el cuarto y del movimiento a través de las incubadoras. La concentración de oxígeno en el aire (o una descripción más exacta es el término presión parcial de oxígeno). La presión parcial de oxígeno en una incubadora puede estar influenciada típicamente por la altitud o el clima (bajas presiones), temperatura, humedad relativa y que tan buena ventilación tienen los cuartos de las incubadoras y de las nacedoras. Los gases (O2, CO2 y H2O) deben pasar a través de los poros de la cáscara del huevo por difusión pasiva. La difusión pasiva es el movimiento de un gas de un área de alta concentración a un área de concentración más baja. La fuerza para dirigir el gas será la diferencia en presión parcial entre los compartimientos de alta y baja concentración. Así que para una incubación apropiada, las presiones parciales de oxígeno deben ser mayores fuera del huevo y el vapor de agua y CO2 Memorias Seminario Internacional de Incubación y Producción de Pollos de engorde -‐ AMEVEA Bogotá, Colombia. 21 al 23 de Abril de 2015 deben ser más bajos. Los gases pasan a través de un número de barreras, incluyendo la cáscara misma (a través de los poros), dos membranas de la cáscara y los vasos sanguíneos que bordean la superficie interior de la cáscara (membrana corio-alantoidea, membrana C-A) una vez que estas se han desarrollado. La composición del aire exterior es 20,9% oxígeno y 0,035% dióxido de carbono. El O2 es el nutriente y el otro es el sub-producto del metabolismo. Adicionalmente, el agua es producida por el embrión en desarrollo como un sub-producto del metabolismo y debe ser removida durante el proceso de incubación. El consumo de oxígeno por el embrión durante los 10 primeros días de incubación se incrementa gradualmente a medida que incrementa en masa de tejido. Entre los 10-14 días el consumo de oxígeno incrementa a una tasa más baja y se estabiliza. Esta estabilización ocurre debido a que el número y el tamaño de los poros son fijos y por tanto no permitirán una difusión adicional de gases. El embrión está produciendo CO2 y agua metabólica los cuales deben ser eliminados desde dentro del huevo al mismo tiempo que las necesidades de O2 están incrementando para el desarrollo de tejidos y el mantenimiento de la vida. El proceso del nacimiento en algunas circunstancias requiere más O2 que la simple difusión es capaz de proveer y el embrión en desarrollo usará glicógeno como una fuente de energía. Antes del nacimiento, el pollito debe penetrar dentro de la cámara de aire y tomar aire a través de su pico además de la membrana C-A para llevar a cabo la respiración por un periodo de tiempo. En este momento el flujo sanguíneo disminuye lentamente a través de la membrana C-A, de manera que el proceso de nacimiento no causa hemorragia. Después de un corto período el pollito picará la cáscara para continuar el proceso del nacimiento. Los gases (O2, CO2, H2O), ya sea dentro o fuera del huevo, deben pasar a través de los poros de la cáscara por difusión pasiva, la cual es el movimiento de moléculas de gas desde un área de alta concentración a un área de baja concentración. El oxígeno, después de pasar a través de los poros de la cáscara, cruza las dos membranas de la cáscara al órgano respiratorio embrionario llamado la membrana corio-alantóidea (C-A) la cual bordea la membrana interna de la cáscara. Esta Memorias Seminario Internacional de Incubación y Producción de Pollos de engorde -‐ AMEVEA Bogotá, Colombia. 21 al 23 de Abril de 2015 membrana C-A comienza a desarrollarse cerca de los 4 días de incubación y está prácticamente completamente desarrollada al día 12. La fuerza que dirige los gases a través de la cáscara del huevo es la diferencia entre la presión parcial de éstos dentro y fuera de la cáscara. Los gases de altas concentraciones buscarán compartimientos de menor concentración. Así, el CO2 y el vapor de agua se moverán hacia afuera de la cáscara por difusión y el O2 se moverá hacia adentro de la cáscara. La conductancia de la cáscara del huevo es una medida de la habilidad de la cáscara para resistir el flujo de gases durante el desarrollo embrionario. Las propiedades de conductancia de la cáscara del huevo son bastante variables dentro de un lote. Se puede medir el porcentaje de pérdida de humedad del huevo durante la incubación para proporcionar un indicador preliminar de la conductancia de oxígeno y dióxido de carbono. La pérdida de humedad de los huevos de un lote en particular comúnmente variará de 7 a 16 por ciento del peso inicial del huevo, pero la mayoría de los huevos perderán en promedio entre el 10 y el 14 por ciento para el momento de la transferencia, dependiendo del tipo de incubadora. En un lote la frecuencia de pérdida de la humedad de los huevos está típicamente representada por la curva de distribución normal. Así que dentro de un solo lote o un grupo de aves se tendrá unos pocos huevos que pierden muy poca humedad, unos pocos perdiendo una gran cantidad de humedad y afortunadamente la mayoría perderá cerca al promedio. También se debe tener en cuenta que se pueden encontrar diferencias entre diferentes líneas. La conductancia de la cáscara del huevo es una función del grosor, tamaño del poro, y número de poros de la cáscara. Cualquier necesidad metabólica del embrión más allá de la habilidad de la cáscara para proveer oxígeno o ventilar dióxido de carbono o vapor de agua los cuales se relacionan con el crecimiento y maduración de funciones fisiológicas que aseguran la sobrevivencia embrionaria pueden estar comprometidas. La conductancia de la cáscara diferirá con diferentes líneas o tipos Memorias Seminario Internacional de Incubación y Producción de Pollos de engorde -‐ AMEVEA Bogotá, Colombia. 21 al 23 de Abril de 2015 de aves, las cáscaras más grandes generalmente tendrán una conductancia más baja debido a los cambios en la masa del huevo frente al área superficial de la cáscara. Además de las propiedades de la cáscara, el intercambio gaseoso del embrión esta influenciado por el metabolismo embrionario, los parámetros de la incubadora y el ambiente en la nacedora. Dentro de la incubadora las demandas por oxígeno serán diferentes dependiendo de la edad del embrión y la fertilidad del lote. Un lote con fertilidad excepcionalmente alta podría ser penalizado si los parámetros de ventilación de la incubadora no son adecuados. Cuando esto ocurre se podrían desarrollar problemas metabólicos en los pollitos recién nacidos. La transferencia de gases de un compartimiento al otro (un compartimiento puede estar dentro del huevo, otro, el interior de la incubadora y aún uno más, los cuartos de las incubadoras) esta determinada por la diferencia entre las presiones parciales de los dos compartimientos diferentes. Las presiones parciales de un gas en particular están representadas por la porción de ese gas en un volumen dado de aire en la atmósfera de aquella localización en particular. A nivel del mar, la presión atmosférica o barométrica se considera que es de 760mm (101.3 Kpa, 29.92 pulgadas) de mercurio, Los gases atmosféricos del aire son básicamente oxígeno (20,9%), dióxido de carbono (0.035%) y nitrógeno (78.8%). Podemos medir la presión parcial en un término referido como torr donde 1 torr equivale a 1 mm de presión atmosférica. Los reportes del clima se refieren a la presión atmosférica en pulgadas (101.3 Kpa y 29.921 pulgadas es el equivalente de 760mm). Por lo tanto, a nivel del mar en aire seco, la presión parcial de oxígeno es 158.8 mm o torr (760 mm x 0.209%). Si, por ejemplo, usted estuviera en la cima de una montaña en Carolina del Norte o en las montañas de Utah, el porcentaje de oxígeno y dióxido de carbono en el aire sería el mismo (20.9% y 0.035%). El aire, sin embargo es “más delgado”, o tiene menos moléculas en un volumen dado de espacio, y la presión atmosférica es menor. Si la elevación fuera 620 m (200 pies), entonces la presión atmosférica seria de 94.21 Kpa (706.6 mm (27.82 pulgadas); si la elevación fuera de 5000 pies, entonces la presión atmosférica sería 84.3 Kpa (24.89 pulgadas, 632.3 mm). Memorias Seminario Internacional de Incubación y Producción de Pollos de engorde -‐ AMEVEA Bogotá, Colombia. 21 al 23 de Abril de 2015 Presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono en tres altitudes Gas Total de todas las presiones parciales Oxígeno(aire seco) Nivel del mar 101.3 KPa 760 mm 21.17 KPa 158.8 mm Dióxido de carbono (aire seco) 0.035 Kpa 0.27 mm 610 m (2000 pies) 94.3 KPa 706.6 mm 19.69 Kpa 147.7 mm (7% menos) 0.033 Kpa 0.25 mm 1524 m (5000 pies) 84.26 KPa 632.3 mm 17.63 Kpa 132.2 mm (16.8% menos) 0.029 Kpa 0.22 mm La tabla de arriba ilustra como las presiones parciales de oxígeno y dióxido de carbono pueden disminuir a medida que incrementa la altitud. Estas diferencias muestran porque se hace más difícil respirar cuando se ejercita a una altitud elevada, ya que hay menos moléculas de oxígeno disponibles en un volumen dado. Además de la influencia de la presión atmosférica sobre la presión parcial de oxígeno, la presión parcial de vapor de agua o humedad relativa en el ambiente pueden influir en la cantidad de oxígeno disponible en un espacio dado. Estoy seguro de que han notado que se hace más difícil respirar cuando se ejercita bajo condiciones de alta humedad. Recuerde que a nivel del mar la presión atmosférica es 101.3 Kpa (760 mm). Si la humedad en el aire se incrementa al nivel del mar desde 0% a 53%, lo cual seria representativo de lo que se ha visto en una incubadora, la presión parcial de vapor de agua sería 3.39 Kpa (25.4mm) = (153.3 mm) o 20.44 Kpa. Adicionalmente, cuando se colocan lotes de alta fertilidad dentro de esta incubadora, la presión parcial de oxígeno disminuirá aún más debido a que el oxígeno está siendo rápidamente consumido. La disminución en la cantidad real de oxígeno en la incubadora será influenciada por la tasa de ventilación y un grupo de otros factores. Recuerde que el incremento de humedad en la nacedora disminuirá la presión parcial de oxígeno. La práctica de retardar el incremento en humedad después de transferir a la nacedora tiene una ventaja para las necesidades de oxígeno así como también para que la nacedora alcance la temperatura más rápido. Este retraso evita una disminución en la presión parcial de oxígeno en un momento en que las necesidades de oxígeno son mayores (los embriones aún no han picado externamente) y la cáscara es limitada en el intercambio gaseoso debido a su conductancia. Memorias Seminario Internacional de Incubación y Producción de Pollos de engorde -‐ AMEVEA Bogotá, Colombia. 21 al 23 de Abril de 2015 La concentración de CO2 y O2 en la cámara de aire a los 18-19 días de incubación puede ser normalmente aproximadamente de 100 mm de O2 y 40 mm de CO2. Recuerde que la cáscara del huevo y sus membranas están ocasionando una resistencia al pasaje de gases en ambas vías (hacia adentro y hacia fuera). Si existe una situación en la que la presión parcial de oxígeno atmosférico es disminuida por estar a una altitud de 610 metros (2000 pies), hay una disminución de casi 19% en las fuerzas que dirigen las presiones parciales a través de la cáscara (158.8 – 100 = 58.8 mm al nivel del mar versus 147.7 – 100 = 47.7 mm a 610 metros (2000 pies), 11.1/58.8 = 18.9%). Esto podría impactar la habilidad del embrión para desarrollarse apropiadamente y es una razón por la que las incubadoras suministrarán oxígeno adicional cuando se encuentran a grandes altitudes En conclusión, la presión parcial importante es aquella que está influenciando directamente al embrión, la cual se encuentra en la sangre oxigenada de la membrana C-A. Nosotros podemos influir en la concentración dentro del huevo de una forma positiva manteniendo el ambiente apropiado dentro de la incubadora, con ayuda de un buen ambiente del cuarto y una apropiada ventilación en las incubadoras. En un experimento que llevamos a cabo en una incubadora comercial de pavos al nivel del mar, donde los niveles de oxígeno fueron disminuidos cuando los embriones se colocaron dentro de la bandeja de la nacedora, resultó en un menor número de picados no nacidos y un incremento en los nacimientos cuando suplementamos con oxígeno. Los procesos fisiológicos también están ocurriendo durante el desarrollo del embrión. Hay diferencias en su hemoglobina y habilidad de unión a la hemoglobina a medida que crece el embrión. Adicionalmente, cuando el embrión es expuesto a condiciones hipóxicas tiene la habilidad para decir que quiere vivir y puede alterar el flujo sanguíneo a través de sus tejidos. Si el embrión se hace hipóxico este incrementará el flujo sanguíneo al corazón y al cerebro (esencial para vivir) y este flujo incrementado es a expensas del flujo sanguíneo al saco de la yema y las fibras musculares y a unos otros pocos sistemas de órganos. Esto puede causar efectos significativos en cómo madura algún sistema de órganos, y en como los pollitos Memorias Seminario Internacional de Incubación y Producción de Pollos de engorde -‐ AMEVEA Bogotá, Colombia. 21 al 23 de Abril de 2015 recién nacidos se desempeñan en el campo. Adicionalmente recuerde que la temperatura va a dirigir la tasa de desarrollo. Si en la incubadora una temperatura elevada está llevando a un desarrollo mayor que el normal, se pueden incrementar las necesidades de oxígeno y causar realmente que el embrión alcance la estabilización del consumo de oxígeno más rápido. Durante esta última semana de incubación la yema es la fuente primaria de nutrientes para obtención de energía. Si el oxígeno es adecuado, el metabolismo aeróbico y el uso de la yema (ácidos grasos) como fuente de energía pueden ocurrir. Cuando el embrión está en un estado de déficit de oxígeno, este tiene que basarse en el metabolismo anaeróbico para proveer energía adicional para el proceso del nacimiento. El glicógeno entonces es la fuente de energía (un carbohidrato) el cual ha sido sintetizado por el embrión en el hígado y se almacenó en cantidades limitadas en el hígado, corazón y músculo esquelético. Si los niveles de gases respiratorios son marginales o detrimentales, necesitamos preguntarnos que tanto estamos lesionando la habilidad del pollito para alcanzar el proceso del nacimiento y lograr un buen comienzo en la granja. Qué pasa con los embriones si fallamos al transferir los pollitos nacidos a tiempo (cuanto calor están produciendo, determinando la tasa de crecimiento) y disminuyen los niveles de O2. Necesitamos pensar no solo en aquellos que están siendo transferidos sino en una situación multietapa donde también es el siguiente grupo más viejo el que está siendo afectado. Finalmente, cuando los embriones pican dentro de la cámara de aire y eventualmente rompen la cáscara hay suficiente oxígeno disponible. Recuerde, hay numerosas formas en las cuales afectamos al embrión y su habilidad para sobrevivir para llegar a ser un pollito de alta calidad. Que pasa si un damper no se abre adecuadamente o si el equipo de ventilación en el cuarto no maneja las necesidades de las incubadoras?. Es necesario prestar atención a los detalles y saber como cada huevo es afectado por sus propias características, así como también el ambiente que se provee en la incubadora es importante para el entendimiento de la situación y su habilidad para optimizar su operación. Memorias Seminario Internacional de Incubación y Producción de Pollos de engorde -‐ AMEVEA Bogotá, Colombia. 21 al 23 de Abril de 2015