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Existe um desconhecimento acerca das diferenças entre espécies animais domésticas no que diz respeito aos mecanismos homeostáticos do Ca, de modo que muitas vezes são generalizados entre espécies. Dessa forma, a presente revisão de literatura, pretende apresentar um breve panorama das diferenças nos mecanismos homeostáticos do Ca entre algumas espécies de animais domésticos. No caso dos animais terrestres, o Ca requerido é obtido principalmente dos alimentos, e sua maior absorção se dá no duodeno. O Ca pode ser transportado por duas vias, cuja importância pode mudar entre espécies: transporte entre as células e transporte através das células. Outro aspecto que muitas vezes é generalizado entre espécies, diz respeito aos mecanismos hormonais e fisiológicos que regulam as concentrações de Ca plasmático. Cães jovens, quando comparados a cães velhos são mais propensos à hipocalcemia. Já em aves, as concentrações de calcitonina (CT) podem ser maiores que as de mamíferos, o que faz estas menos propensas a desenvolver hipercalcemia. Com relação ao coelho, diferentemente das outras espécies de mamíferos, as concentrações de Ca no sangue são um reflexo do Ca ingerido na dieta, se estabelecendo que isto é gerado por uma menor secreção de CT do que em outras espécies. Diversos estudos apresentam evidências de que os caprinos sintetizam mais calcitriol que os ovinos e, por isso, apresentam maior capacidade de manter a concentração de Ca constante perante a restrição alimentar de Ca. Dessa forma, com a presente revisão, são evidenciadas diferenças no que diz respeito à homeostase e metabolismo do Ca entre algumas espécies de animais domésticos. Diante do anterior, a particularização entre espécies dos processos regulatórios do Ca, pode contribuir à estimativa mais acurada das exigências nutricionais de Ca para cada espécie, resultando isto na maximização da produção animal e diminuição de doenças geradas por déficit ou excesso deste mineral.
Palavras-chave: absorção, animal, hormônios, mineral, regulação
There is a lack of knowledge regarding differences of calcium homeostatic mechanisms between domestic animal species, so they are often generalized to all species. Thus, the present literature review pretends to present a brief overview about differences in the calcium homeostatic mechanisms among some species of domestic animals. In the case of terrestrial animals, calcium required is obtained mainly from feed, and its greatest absorption occurs in the duodenum. Calcium can be transported in two ways, which depends on species: transport between cells and transport through cells. Other aspect commonly generalized between species are the hormonal and physiological mechanisms that regulate plasma calcium concentration. Young dogs are more susceptible to hypocalcemia than mature dogs. In birds, calcitonin (CT) concentration may be higher than in mammals, which makes birds less susceptible to develop hypercalcemia. Unlike other mammalian species, calcium concentration in the blood of rabbits reflects the calcium ingested from the diet, which is produced by a lower secretion of CT than in other mammalian species. Several studies present evidence that goats produce more calcitriol than sheep and, therefore, goats have a greater ability to maintain a constant calcium concentration when calcium dietary is restricted. Thus, in the present review is showed there are differences in calcium homeostasis and metabolism between domestic animal species. Therefore, the characterization of calcium regulatory processes in animal species may contribute to their more accurate estimation of calcium nutritional requirements, which may result in the maximization of animal production, and in the reduction of diseases caused by calcium deficiency or excess.
Keywords: absorption, animal, hormones, mineral, regulation
O Ca é um mineral que faz parte central dos processos associados à mantença da homeostase, contração muscular, coagulação do sangue, atividade enzimática, excitabilidade neuronal, secreção de hormônios e adesão celular em animais vertebrados (Capen e Rosol 1993, Eckermann et al 2008). Dessa forma, a regulação da concentração do Ca nos fluídos extracelulares é muito importante para manter a saúde e produção animal (Muscher e Huber 2010). Com o objetivo de manter as concentrações de Ca plasmático constantes independentemente do seu consumo e excreção, é desenvolvido um complexo mecanismo de regulação, em que o paratormônio (PTH), calcitonina (CT) e calcitriol (i.e., proveniente da vitamina D3) estão envolvidos (DiMeglio e Imel 2014). Outros hormônios, tais como os corticosteroides adrenais, estrogênios, tiroxina, somatotropina, glucagon e a proteína relacionada ao PTH, atuam principalmente na homeostase do Ca em condições específicas (Capen and Rosol 1993, Tebben e Kumar 2013). Apesar de estarem bem definidos os mecanismos bioquímicos de transporte e absorção de Ca para um grande número de espécies animais, são escassas as informações sobre os aspectos diferenciais entre espécies (Matos 2008; Cline 2012). A compreensão de tais diferenças, pode ter um impacto importante na estimativa das exigências nutricionais de Ca no animal e, consequentemente, na sua produtividade e processos vitais. Dessa forma, na presente revisão, objetiva-se apresentar as principais diferenças do metabolismo homeostático entre algumas espécies de animais domésticos.
Grande parte do Ca no corpo (99%) fica na matriz inorgânica dos ossos na forma química de hidroxiapatita. Aproximadamente 0.9% do Ca, localiza-se na membrana plasmática e no retículo endoplasmático das células e o 0.1% restante, encontra-se dissolvido nos fluídos extracelulares (Brown 1994). No líquido extracelular, cerca de 50% do Ca está na forma ionizada, a qual é a sua forma biologicamente ativa (Tebben e Kumar 2013; Martín e Martens 2014). No caso dos animais neonatais, as concentrações de Ca são um pouco maiores do que em animais adultos (Szenci et al 1994).
Os mecanismos de regulação das concentrações de Ca no corpo dos animais, podem ser desenvolvidos ou ativados também, em função das condições do meio onde ele está. Por exemplo, os peixes marinhos estão em um ambiente com altas concentrações de Ca (Lin and Hwang 2016). A água do mar, tem uma concentração de Ca2+ aproximadamente de 10 mM. Porém a concentração de Ca2+ dos fluidos extracelulares do peixe do mar é de 2 mM. Dessa forma, o peixe marinho desenvolveu mecanismos para regular tanto a absorção de Ca, desde o seu trato digestivo, pele e brânquias, quanto a sua excreção. Nestes peixes, as suas concentrações de Ca sérico se mantêm baixas pela falta de glândulas paratireoides, as quais têm a função primaria de reduzir as perdas de Ca (Copp 1969). Filogeneticamente, o desenvolvimento das glândulas paratireoides se deu em anfíbios, os quais estavam em ambientes com concentrações baixas de Ca. No caso dos animais terrestres, os mecanismos de regulação do Ca extracelular são ainda mais complexos, envolvendo tanto as glândulas paratireoides quanto os rins (Rosol e Capen, 1997).
No caso dos animais terrestres, o Ca é principalmente obtido dos alimentos e a maior absorção deste, ocorre no duodeno (McDowell 1992). Nestes animais, a maior excreção se dá pelas fezes com perdas pequenas na urina e suor (Suttle, 2010). No caso de animais adultos, as concentrações de Ca nos ossos são reguladas pelos processos de absorção – reabsorção e a quantidade de Ca absorvido no intestino é o maior determinante da quantidade excretada nas fezes em animais adultos (McDowell 1992).
Entre os tecidos do animal, o Ca pode ser transportado por duas vias: transporte entre células e transporte através das células (Sanderson et al 1994). O transporte de Ca entre as células se dá por dois mecanismos, convecção e difusão (Brown 1994). No caso da convecção, se dá pelo movimento do Ca com o fluxo de água. Neste tipo de mecanismo, a mudança na concentração de Ca em um compartimento celular, não ocorre necessariamente pela troca de Ca. No caso da difusão, esta é basicamente o movimento do Ca sob um gradiente químico ou elétrico. O ingresso e saída de Ca das células, se dá mediante o uso de canais na membrana celular (Brown 1994). Quando os canais são abertos, se dá uma difusão rápida do Ca ao interior da célula. O ingresso de Ca na célula, estimula processos biológicos pelas ligações que este estabelece com enzimas e proteínas regulatórias (Kovacs 2013). Dessa forma, um incremento no fluxo trans-celular do Ca pode estimular diversos processos biológicos, com um aumento neto das concentrações intracelulares deste. O Ca que entra na célula e no citosol, é complexado por proteínas de união e transportado para a mitocôndria e reticulo endoplasmático (Bianchi et al 2004).
O Ca também pode sair da célula mediante a formação de vesículas intracelulares, Ca2+-ATPasas associadas à membrana celular e proteínas de intercâmbio Na+/Ca 2+, onde estas últimas permitem a saída de dois moles de Ca2+ pelo ingresso de três moles de Na+ (Raeymaekers e Wuytack 1996, Cline 2012). Dessa forma o Na+ entra na célula por um gradiente químico e elétrico. Tanto as Ca2+-ATPasas quanto as proteínas de intercâmbio Na +/Ca2+, são dependentes da concentração intracelular de ATP. Mediante um terceiro mecanismo, o Ca pode ser transportado através da célula, fazendo parte de uma vesícula (Bianchi et al 2004). Este tipo de mecanismo é muito usado por mamíferos para incorporar o Ca no leite. Para isso, grande parte do Ca intracelular é bombeado pela Ca2+-ATPasas no complexo de golgi das células epiteliais mamárias, se ligando ao citrato e caseína, onde o Ca complexado é secretado no leite na forma de vesículas secretoras (Atkinson et al 1995).
Muitas vezes os mecanismos hormonais e fisiológicos que regulam as concentrações de Ca plasmático são generalizados entre espécies animais, no entanto, existem diferenças que devem ser consideradas. Nesta secção, serão discutidos alguns aspectos particulares de algumas espécies animais, usadas tanto para fins domésticos quanto produtivos.
Nas rações de cães e gatos, o Ca é fornecido a partir de farinha de peixe, e de carne, ossos e sangue bovino. A principal fonte de Ca para os processos metabólicos do animal vem dos seus ossos e apenas pequenas quantidades dos músculos, cuja concentração de Ca é muito baixa em comparação à de fósforo (Cline 2012). No caso destas espécies, a principal via de absorção de Ca é o intestino, sendo feita a absorção por dois mecanismos onde a importância de um ou outro depende da quantidade de Ca disponível na dieta (Bonner 1998). O primeiro mecanismo, chamado de absorção trans-celular, acontece no duodeno e somente é ativado quando as concentrações de Ca na dieta são baixas. Este mecanismo envolve a entrada do Ca nos enterócitos, seu transporte através deste e a saída aos fluídos extracelulares e sangue. O Ca entra nas células de borda em escova do epitélio intestinal, mediante um mecanismo de voltagem dependente, através de canais, sendo bombeado para fora da membrana basolateral mediante uma Ca-ATPasa (Mundy 1999). A velocidade de transporte do Ca através da membrana basolateral, é limitada pela calbindina, cuja síntese depende das concentrações de vitamina D3 (Bonner 1998).
O segundo mecanismo, conhecido como de absorção paracelular, é passivo e acontece no jejum e íleo, se dando em menor grau no cólon (Hazewinkel et al 1991). Este mecanismo é predominante quando os níveis de Ca são moderados ou altos. Neste mecanismo, o Ca difunde-se através de espaços em torno dos enterócitos e é liberado no fluxo sanguíneo. Quando as concentrações de Ca são altas, este mecanismo é responsável por quase toda a absorção de Ca devido à curta biodisponibilidade do transporte ativo no duodeno. Dessa forma, o Ca é distribuído em três grandes lugares no corpo: intracelular, extracelular e ossos (Suttle 2010).
Existe uma relação entre as concentrações de Ca sanguíneo com a obesidade e o risco de diabetes em muitas espécies animais, o qual não acontece com cães e gatos. Diferentemente de outras espécies animais, os cães jovens apresentam alta sensibilidade a concentrações altas de Ca na dieta, o que os deixa mais vulneráveis à hipercalcemía. Isto deve-se a sua inabilidade para regular a difusão passiva do Ca através da parede luminal (Cline 2012).
Na maioria dos mamíferos, aproximadamente 50% do Ca nos fluidos extracelulares está na forma iônica, enquanto que em aves pode estar em uma faixa de 20 a 60% (Klansing 1998). Existem diferenças nas concentrações de hormônios envolvidos no metabolismo de Ca entre aves e mamíferos, o que pode gerar diferenças nos seus processos de absorção e excreção entre estes (Lasmoles et al 1985). A concentração de PHT nas aves é menor do que nos mamíferos, pois, por fatores desconhecidos, as aves são mais sensíveis as concentrações de PTH (Dacke 2000). Uma hipótese proposta é que os osteoblastos e osteoclastos mudam sua forma e tamanho e migram para áreas da superfície do osso, em que sítios de ligação de alta ou baixa afinidade estão localizados (Matos 2008).
O papel preciso da CT no metabolismo de Ca em aves gera controvérsia. Em geral, a concentração de CT em aves é muito maior do que em outras espécies de mamíferos (Dacke 2000). Tem se estabelecido receptores de CT nos rins e ossos de frangos e codornas (Yasuoka et al 1998). Diferentemente do que é observado em mamíferos, a administração de CT em aves eucalcémicas não gera hipocalcemia. Esta e outras evidencias experimentais apoiam a teoria de que a função da CT nas aves é específica para o controle da hipercalcemia, bem como para a proteção dos ossos contra uma excessiva ressorção de Ca. Apesar da presença de receptores de CT nos rins, o papel deste hormônio na regulação da produção renal da Vitamina D3 não é ainda bem conhecido (Rasmussen et al 1972).
Na maioria das espécies, as concentrações de Ca sérico são reguladas em um intervalo estreito através de um mecanismo homeostático, não sendo diretamente dependentes do nível dietético de Ca na dieta (Chapin e Smith 1967). No caso do coelho, as concentrações de Ca sérico são um reflexo da quantidade de Ca ingerido pelo animal (NRC 1977). Dessa forma, a menor eficiência do coelho no controle homeostático do Ca sugere que a secreção de CT pela glândula paratireoide é menor do que em outras espécies (Lupulescu 1974). Outro aspecto a considerar, é que no caso do coelho, a principal via de excreção de Ca é a urina, diferentemente de outras espécies (fezes). Adicionalmente, o incremento do nível de CT não aumenta a excreção de Ca pela urina, tendo um comportamento semelhante a ação metabólica desse hormônio em cães pero diferencial à de outras espécies animais, como os cordeiros (Suki e Rouse 1981). Dessa forma, existe uma correlação direta entre o Ca consumido e o excretado pela urina, pelo qual o consumo de dietas com altas concentrações de Ca, gera grandes perdas do mesmo pela urina (Eckermann 2008).
O metabolismo de Ca no coelho difere em vários aspectos dos outros mamíferos. Em muitas espécies, a absorção de Ca é condicionada às necessidades metabólicas do animal, permanecendo as concentrações de Ca sérico em uma faixa estreita, tipicamente de 1.25 a 1.60 mmol/L (5.0-6.4 mg/dL) (Kamphues et al 1986). No caso do coelho, as concentrações de Ca sérico são entre 30 e 50% maiores do que em outros mamíferos e variam em uma ampla faixa (3.25 a 3.75 mmol/L (13-15 mg/dL)). Em muitas espécies, a secreção do PTH é inicializada quando as concentrações de Ca sérico ionizado caem para 1.2 mmol/L, enquanto que no coelho isso ocorre a 1.7 mmol/L (Warren et al 1989).
Em muitos mamíferos, a absorção intestinal de Ca, envolve o transporte ativo primário regulado pela vitamina D3. No coelho, predomina a absorção passiva de acordo com o gradiente de concentração entre o sangue e lúmen intestinal. (Bourdeau et al 1986; Redrobe 2002).
Enquanto que em muitos mamíferos os níveis de PTH, CT e calcitriol são os principais reguladores das concentrações de Ca no corpo, no coelho a sua ação pode variar (Suttle 2010). No caso desta espécie animal, esta tem adaptado uma única estratégia na qual grande parte do Ca da dieta é absorvido no intestino e o excesso é excretado na urina (Lani et al 2014). Assim, nesta espécie, os níveis de Ca podem mudar dentro de uma ampla variação e em proporção direta ao Ca consumido. A existência deste mecanismo de regulação tem importantes implicações na saúde do coelho (Eckermann 2008).
Por questões práticas, os pequenos ruminantes têm sido usados como modelos animais para compreender a homeostase do Ca em vacas, para assim prevenir a hipocalcemia (Wilkens et al 2012). Porém, a hipocalcemia em bovinos e caprinos é mais frequente durante o parto enquanto que em ovinos é durante o último terço da gestação o qual poderia indicar a existência de diferenças nos processos regulatórios do metabolismo do Ca entre as diferentes espécies de ruminantes (Liesegang 2008).
Nos ruminantes, o Ca é principalmente absorvido por transporte ativo no intestino delgado (Suttle, 2010). Processos de absorção por transporte passivo também acontecem através do trato gastrointestinal. A sua principal via de excreção é pelas fezes (85-98 %) e urinária (2-5%) (AFRC, 1998; NRC, 2007).
A CT, calcitriol e PTH são os principais hormônios envolvidos na homeostase do Ca nos pequenos ruminantes (Bronner 1987). Quando as concentrações de Ca descem, o PTH é liberado gerando a conversão de vitamina D3 em calcitriol nos rins. O calcitriol incrementa a produção de proteínas transportadoras do Ca, incrementando a absorção deste no intestino. Além disso, CT e PTH estimulam a liberação de Ca pelos ossos, mediante a ação dos osteoclastos (NRC 2007). Dessa forma, as concentrações de Ca sérico não são um reflexo da quantidade de Ca ingerido pelo animal, como acontece no coelho, e deve se tomar especial cuidado no momento de estabelecer as exigências de Ca em caprinos e ovinos (Suttle 2010).
Por muito tempo, tem se estabelecido semelhanças entre o metabolismo de Ca entre caprinos e ovinos, sendo usada esta pressuposição para extrapolar informações de uma espécie para outra. Por exemplo, em muitas oportunidades tanto o AFRC, (1998) quanto o NRC (2007) têm usado valores obtidos a partir de ovinos e bovinos para estabelecer as exigências nutricionais de Ca e diversos nutrientes de caprinos.
Hoje, conhece-se que existem diferenças metabólicas entre estas espécies. De acordo com Schröder et al (1997), caprinos submetidos à restrição de Ca não apresentam redução na calcemia, o que é justificável pela verificação de um incremento de 80% nas concentrações de calcitriol, indicando a estimulação de um mecanismo compensatório. Por outro lado, Schröder et al (1999) demonstraram que ovinos com o mesmo nível de restrição de Ca que caprinos, diminuíram significativamente as concentrações de Ca, e o incremento na concentração de calcitriol foi de apenas 45%. Wilkens et al (2012) reportaram que em contraste aos ovinos, os caprinos são capazes de compensar uma diminuição na quantidade de Ca administrada na dieta, através do incremento na absorção intestinal do Ca por transporte ativo, principalmente em jejum. Mas recentemente, Kohler et al (2013) demonstraram que os caprinos são menos dependentes da vitamina D dietética do que os ovinos, enquanto que os caprinos dependem mais da vitamina D cutânea do que os ovinos. Herm et al (2015) sugeriram que diferenças na expressão da proteina Na/Ca tipo 1, de receptores de vitamina D e da enzima 24-hidrolasa poderiam explicar potencialmente porque os caprinos têm maior capacidade de compensar restrições severas de Ca quando comparados com os ovinos.
Dessa forma, estes resultados podem mostrar que os mecanismos para manter a homeostase do Ca diferem entre espécies de ruminantes. Porém, o número de trabalhos focados em estabelecer estas diferenças é escasso ainda.
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Received 8 February 2017; Accepted 24 March 2017; Published 1 August 2017