Gestione riproduttiva delle vacche da latte – il futuro

La gestione della salute delle mandrie da latte sta attraversando un periodo di cambiamenti radicali a livello mondiale. I motori di questo cambiamento sono molti e comprendono il massiccio aumento delle tecnologie per aiutare la gestione riproduttiva delle vacche da latte, la rimozione delle quote (in Europa) e il significativo aumento delle dimensioni della mandria e dell’azienda. In seguito alla rimozione delle quote in Europa, molti paesi stanno espandendo la produzione lattiero-casearia, per esempio l’Irlanda ha piani ambiziosi per espandere la produzione lattiero-casearia del 50%, da raggiungere con una combinazione di aumento delle dimensioni della mandria e una maggiore produzione di latte per mucca. Il presente documento mira a identificare alcuni dei cambiamenti che faciliteranno l’aumento della produzione, il miglioramento della salute delle vacche da latte e la gestione riproduttiva.

In Europa, la dimensione e il numero delle mandrie da latte sono stati ampiamente statici dal 1984 al 2015. A partire da aprile 2015, le quote sono state rimosse consentendo l’opportunità di espansione, che probabilmente prenderà la forma di un aumento della resa delle vacche e del numero di vacche. In Irlanda, il rapporto Food Harvest 2020 (e sostenuto dal rapporto Foodwise 2025) discute l’espansione della produzione lattiera del 50% tra il 2015 e il 2020. Un’espansione simile si sta verificando nei Paesi Bassi, anche se i limiti di fosfato totale stanno ponendo una sfida all’espansione del numero di vacche in quel paese. Questa revisione si concentrerà sugli sviluppi nei settori della gestione dei dati, delle strategie nutrizionali, delle strategie genetiche, del controllo delle malattie, dell’allevamento di precisione (trattamenti ormonali e tecnologie dei sensori) e della fertilità maschile che avranno un potenziale impatto sull’aumento della produzione di latte, della salute e della fertilità delle vacche.

Strategie genetiche per migliorare la riproduzione

Fino ai primi anni 2000, i programmi di selezione genetica nei paesi produttori di latte tradizionalmente selezionavano prevalentemente la produzione di latte, spesso a spese di altre caratteristiche rilevanti, comprese la fertilità e la salute. I programmi di allevamento nella prima parte di questo secolo hanno iniziato a includere la fertilità (ad esempio, includendo tratti come la longevità e gli intervalli tra i parti) e la salute come parte dei tratti di selezione. L’inclusione di questi tratti è servita ad invertire alcune delle tendenze precedenti che hanno dato origine ad una ridotta fertilità. Negli ultimi 15 anni è stato riconosciuto che le tendenze sia nella longevità (aumentata) che negli intervalli tra i parti (diminuiti) sono migliorate. Una grande sfida per i programmi di allevamento in termini di incorporazione dei tratti di fertilità è stata quella di sviluppare fenotipi che avessero un’ereditabilità ragionevole. Per esempio, molti tratti di fertilità hanno tipicamente solo stime di bassa ereditabilità (ad esempio, 0,1, rispetto a molti tratti di crescita e carcassa dove l’ereditabilità è 0,25-0,5). Un secondo grande problema per molti tratti di fertilità è quello di avere tratti fenotipici facilmente misurabili o marcatori genomici (polimorfismi a singolo nucleotide; SNPs) che siano correlati ai tratti di fertilità appropriati.

Ora potrebbero sorgere opportunità per la selezione di nuovi tratti che potrebbero essere incorporati nei programmi di allevamento. Un progetto finanziato dall’UE “Genotipo più Ambiente” (GplusE) ha tra i suoi molti obiettivi l’identificazione di nuovi fenotipi basati sul latte che possono essere usati come predittori per i tratti tradizionali, ma anche per quelli difficili da misurare, registrare e selezionare come i tassi di concepimento e la salute uterina (www.gpluse.eu). Questo progetto mira a sviluppare, tra le altre cose, nuovi tratti basati sul latte che correlino e prevedano tratti di salute e fertilità nelle vacche da latte. Le strategie utilizzate includono la misurazione degli spettri del medio infrarosso (MIR) nel latte, dei metaboliti nel latte e dei glicani sulla frazione di immuno-gamma globulina (IgG) del latte. Il progetto sta mettendo in relazione questi nuovi tratti misurabili con i tratti di fertilità e salute, e poi mettendo in relazione sia i tratti nuovi che quelli tradizionali con i nuovi marcatori genomici (SNPs), facilitando alla fine strategie di selezione migliori in futuro. Questo progetto e il lavoro di altri laboratori dovrebbero portare a ulteriori SNP per la fertilità che possono migliorare la selezione genetica per ulteriori miglioramenti nella fertilità.

Nuovi strumenti e applicazioni per nuovi fenotipi che possono essere utilizzati nel settore lattiero-caseario

Il recente lavoro dell’University College Dublin ha portato allo sviluppo di marcatori glicani per la salute uterina. Questo è stato sviluppato in una domanda di brevetto (PCT/EP2014/068734: “Metodi per prevedere, diagnosticare o monitorare infezioni o condizioni”). In effetti, sono stati sviluppati anche marcatori di glicani basati sul latte che possono identificare in modo predittivo le mucche con membrane placentari trattenute. Tali biomarcatori facilmente misurabili nel latte permetterebbero agli allevatori di selezionare le mucche con una propensione per una migliore salute uterina e quindi muoversi verso le mucche che avrebbero una maggiore fertilità.

Mentre la fecondazione in vitro (IVF) e il trasferimento di embrioni sono ora strumenti significativi per aumentare la selezione genetica sul lato femminile nel bestiame Bos indicus, attualmente l’ovulazione multipla e il trasferimento di embrioni rimane il metodo più conveniente per il bestiame Bos Taurus (comprese tutte le razze da latte significative: Holstein-Friesian, Brown Swiss, Jersey ecc.) a livello di popolazione. Questo perché le razze Bos Taurus producono solo da 5 a 20 follicoli per evento di emergenza dell’onda follicolare, un numero insufficiente per consentire un numero adeguato di ovuli per una cultura efficace per la FIVET.

Strategie nutrizionali per migliorare la riproduzione

Le moderne vacche da latte sono state selezionate prevalentemente per un’elevata produzione di latte all’inizio della lattazione, associata a una capacità molto elevata di mobilitare le riserve corporee durante questo periodo. In uno studio di Tamminga et al. con 5 prove di produzione su 295 vacche, i calcoli hanno mostrato che le vacche possono produrre fino a 120-550 kg di latte dalle riserve corporee sulla base dell’energia (media 324 kg). La mobilitazione massima in 8 settimane ammontava a 41,6 kg di peso corporeo vuoto, 30,9 kg di grasso e 4,6 kg di proteine. La maggior parte delle vacche può far fronte a questo carico metabolico che è definito come: “il carico energetico totale imposto dalla sintesi e dalla secrezione di latte, che può essere soddisfatto dalla mobilitazione delle riserve corporee”. Lo stress metabolico, tuttavia, è definito come “la quantità di carico metabolico che non può essere sostenuta da questa mobilitazione, che porta alla riduzione della regolazione di alcuni processi energetici, compresi quelli che mantengono la salute generale”. Quindi, la mobilitazione “eccessiva” delle riserve corporee durante il periodo della NEB è un fattore chiave per la suscettibilità alle malattie nei moderni bovini da latte. Inoltre, oltre al bilancio energetico dopo il parto, anche la perdita di condizione corporea prima del parto ha conseguenze significative per lo stato metabolico, la composizione del latte e la salute successiva e dovrebbe essere riconosciuta.

La mobilitazione corporea determinata geneticamente e ormonalmente è ulteriormente aggravata da una grave discrepanza tra il bisogno di energia e la capacità della vacca di assumere energia. Quest’ultima è spesso ulteriormente influenzata negativamente da un inadeguato adattamento del tratto gastro-intestinale e del metabolismo intermedio generale e spesso da un’elevata incidenza di malattie nel periodo successivo al parto. L’assunzione massima di cibo si verifica comunemente a 6-8 settimane di lattazione, che è molto più tardi rispetto al picco di produzione, causando le vacche in genere di essere in bilancio energetico negativo per 5-7 settimane dopo il parto.

Componenti della ridotta fertilità nelle vacche da latte moderne includono la ripresa ritardata della normale ciclicità ovarica, la salute uterina, la minore espressione di sintomi di calore e minori tassi di gravidanza alla prima e successive inseminazioni. Quest’ultimo è causato principalmente da una maggiore incidenza di morte embrionale e fetale. Sono stati pubblicati importanti articoli di revisione sui retroscena meccanici della relazione tra stress metabolico e compromissione della fertilità nelle moderne vacche da latte post-partum.

Le strategie di gestione delle vacche di transizione sono principalmente incentrate sull’aiutare le vacche a far fronte al carico metabolico ottimizzando la salute, minimizzando lo stress (ad esempio, riducendo al minimo i cambiamenti nel gruppo o nella razione), stimolando l’assunzione di materia secca e la funzione immunitaria. Ci sono grandi opportunità per il veterinario di monitorare e adattare regolarmente la gestione della mandria per fare ciò. LeBlanc e Mulligan et al. hanno identificato le questioni chiave che dovrebbero essere trattate dal medico per guidare in modo ottimale i clienti allevatori per ottimizzare la loro gestione delle vacche di transizione.

Inoltre, l’applicazione di diete specificamente progettate per migliorare la fertilità contrastando i meccanismi legati al bilancio energetico negativo (NEB) o sostenendo un percorso specifico che è necessario per una fertilità di successo, è sempre stato un modo molto interessante per aggirare la compromissione della riproduzione durante la prima lattazione . Anche se il sistema riproduttivo è noto per essere influenzato da più ormoni che sono anche coinvolti nell’adattamento verso un’elevata produzione di latte (ad esempio, l’ormone della crescita; GH, fattore di crescita insulino-simile I; IGF-I e leptina), solo l’insulina è nota per essere relativamente reattiva ai cambiamenti nella composizione della razione. I follicoli ovarici contengono recettori per l’insulina e le vacche con livelli di insulina periferici più bassi nell’immediato periodo postpartum soffrono di un ritardo nella ripresa ovarica postpartum e di una ciclicità normale, oltre che di un rischio maggiore di soffrire di malattia ovarica cistica. Pertanto, le diete glucogeniche sono state raccomandate nell’immediato periodo post-partum per aumentare le concentrazioni periferiche di insulina e anticipare la normale ripresa ovarica. Tuttavia, è stato dimostrato che l’insulina ha effetti dannosi sulla competenza degli ovociti e degli embrioni e che stimola il catabolismo enzimatico del progesterone (P4) nel fegato. Quest’ultimo suggerisce che le diete glucogeniche sono vantaggiose solo se offerte nell’immediato periodo postpartum, mentre dovrebbero essere evitate quando le vacche sono inseminate.

Le razioni che portano ad alti livelli di urea periferica sono generalmente menzionate per essere associate a tassi di gravidanza più bassi a causa dei suoi effetti dannosi sull’embrione. Tuttavia, le vie meccanicistiche attraverso le quali questo effetto dannoso può essere causato e la soglia delle concentrazioni periferiche di urea, sono entrambe ancora oggetto di dibattito. Particolare attenzione a questo proposito dovrebbe essere data all’integrazione della farina di soia come principale fonte proteica nella razione. In uno studio recente è stato dimostrato che la farina di soia disponibile in commercio contiene isoflavoni in concentrazioni tali da indurre un aumento della concentrazione ematica di metaboliti isoflavonici estrogenicamente attivi (equolo, O-desmetilangolensina, diidrodaidzeina) in vacche da latte ad alto rendimento dopo il parto, anche quando integrata in quantità relativamente basse (1,72 kg al giorno in media). Rispetto alla farina di colza, l’integrazione di soia è stata inoltre associata a una diminuzione dell’angiogenesi e della steroidogenesi a livello del corpo luteo (CL) in base al campionamento bioptico al 9° giorno del ciclo estrale. Tuttavia, non è stato possibile dimostrare alcun effetto sulla concentrazione periferica di progesterone durante i primi 3 cicli estrali dopo il parto. Pertanto, anche se i risultati di questo studio suggeriscono effetti negativi dell’alimentazione a base di soia sulla funzione CL nelle vacche da latte appena partorite, il contributo di questo effetto sulla concentrazione periferica di progesterone e di conseguenza sulla fertilità complessiva delle vacche integrate richiede ulteriori ricerche.

L’aggiunta di grassi è un’altra strategia che è stata ampiamente testata per ridurre la ridotta capacità riproduttiva delle vacche da latte. Uno studio che mirava a minimizzare il bilancio energetico negativo diminuendo la sintesi del grasso del latte e quindi limitando la produzione di energia attraverso il latte, integrando la razione con grassi esogeni, non ha avuto successo poiché le vacche hanno semplicemente prodotto più latte riducendo il NEB. Si ritiene che gli acidi grassi omega-6 abbiano proprietà pro-infiammatorie e quindi stimolanti la prostaglandina F2alfa (PGF), rendendoli di ulteriore valore all’inizio del post-partum, mentre gli acidi grassi omega-3 possono indebolire questa potenza infiammatoria, portando ad una maggiore possibilità di sopravvivenza dell’embrione quando vengono integrati durante il periodo periconcezionale. Purtroppo, i risultati della ricerca raramente forniscono un consenso su questo argomento. Le conseguenze di queste strategie di alimentazione con grassi sulla qualità degli ovociti e degli embrioni rimangono un tema intrigante da discutere. L’alimentazione con grassi può alterare il microambiente dell’ovocita in crescita e maturazione dell’embrione precoce e più vecchio e quindi può influenzare il risultato riproduttivo. La ricerca ha dimostrato che le condizioni iperlipidemiche indotte dalla dieta possono essere dannose per lo sviluppo e il metabolismo dell’embrione. Tuttavia, ad oggi, i risultati della ricerca rimangono un po ‘contrastanti molto probabilmente a causa delle differenze nelle fonti di grasso utilizzati, nella dieta e la durata della supplementazione e nel set-up sperimentale in generale. Inoltre, il sangue periferico nelle vacche da latte in lattazione conterrà una miscela di acidi grassi di origine alimentare e dalla ripartizione del tessuto corporeo, quest’ultimo è in gran parte abbondante nel periodo immediatamente postpartum e contiene una percentuale elevata di acidi grassi saturi. Soprattutto questi ultimi hanno dimostrato di avere un effetto significativamente dannoso sia sugli ovociti che sulla qualità degli embrioni.

L’aggiunta di vitamine e minerali extra alla dieta è stata spesso suggerita come una soluzione “golden bullet” per ridurre il declino della fertilità delle mucche da vari interessi commerciali, mentre i requisiti per un’efficienza riproduttiva ottimale nel moderno bestiame da latte meritano un’attenta rivalutazione basata su ricerche scientifiche ben progettate. Di solito gli allevatori adottano prontamente queste “soluzioni integrative proposte” poiché non comportano lavoro extra che è spesso il loro principale vincolo. Stabilire se la quantità di questi composti è sufficiente nella razione è spesso molto difficile per il professionista, poiché di solito è impossibile anche solo stimare il contenuto di queste sostanze presenti nella razione di base di foraggio grezzo. Negli allevamenti in cui alle vacche vengono somministrate elevate quantità di concentrati per sostenere il picco di resa nell’immediato periodo postpartum, il rischio di soffrire di carenze specifiche è minore grazie al fatto che i concentrati sono solitamente altamente integrati con vitamine e minerali. In termini di effetto sulla risposta immunitaria e sulla qualità dell’embrione, un’attenzione particolare dovrebbe essere data alla vitamina E e al selenio. Quest’ultimo è stato supportato dalla recente scoperta che in mandrie che erano carenti di tocoferolo durante il periodo di asciutta, il trattamento con vitamina E iniettabile di 1000 UI ogni settimana per le ultime 3 settimane di gestazione non solo ha ridotto l’incidenza di placenta trattenuta e nati morti, ma ha anche diminuito significativamente la perdita di gravidanza (20,5% vs 12,5%; P < 0,01) .

Controllo delle malattie infettive

I veterinari che gestiscono la fertilità nelle mandrie da latte dovrebbero valutare regolarmente lo stato di salute della mandria per gli agenti patogeni noti per compromettere l’efficienza riproduttiva. Infezioni da patogeni come Leptospira hardjo, diarrea virale bovina o virus dell’herpes sono noti per ridurre i tassi di concepimento, mentre le infezioni da Neospora caninum e virus emergenti come il virus della lingua blu possono causare perdite fetali e aborti. L’herpes virus 4 bovino è segnalato per avere un tropismo per le cellule endometriali e quindi dovrebbe essere specificamente monitorato e controllato nelle mandrie che soffrono di malattie uterine, in particolare quando altri fattori di rischio sono controllati o esclusi. Oltre al continuo e attento monitoraggio e a piani di biosicurezza appropriati, può essere richiesta l’inclusione di protocolli di vaccinazione appropriati per prevenire l’introduzione di nuovi agenti nella mandria e per prevenire la diffusione all’interno della mandria. Nei bovini, la contaminazione batterica dell’utero è onnipresente al parto. Tuttavia, questo non implica automaticamente l’instaurarsi di una malattia uterina e conseguenti problemi di fertilità. Generalmente è una soppressione della funzione immunitaria uterina oltre alla presenza del patogeno che permette uno spostamento delle popolazioni batteriche e l’instaurarsi della malattia fino al 20% degli animali. Nonostante siano stati pubblicati diversi articoli con l’obiettivo di raggiungere un accordo generale sulle definizioni delle malattie uterine post-partum basate principalmente sui sintomi clinici, c’è ancora molta confusione su queste definizioni tra i professionisti. Questa confusione nelle definizioni dà origine a una grande varietà di protocolli di trattamento preventivo e curativo applicati sul campo, molti dei quali non hanno dimostrato scientificamente la loro efficacia. La letteratura recente sottolinea l’alta incidenza di endometrite soprattutto subclinica nelle mandrie ad alto rendimento . La diagnosi di questa patologia si basa sul prelievo intra-uterino per la citologia, che al momento non viene fatta di routine. Pertanto, il lavoro di Pascottini et al. ha riportato l’uso della citotappa che permette il campionamento all’inizio del post partum e durante l’inseminazione, e facilita il profiling della citologia uterina nelle vacche da riproduzione ripetuta. La necessità generalmente accettata di ridurre al minimo l’uso di antibiotici nelle vacche dovrebbe essere estesa al trattamento delle infezioni uterine. È importante determinare i fattori di rischio per le diverse malattie uterine e progettare programmi di prevenzione e controllo per ridurre l’incidenza della malattia.

Uso dell’allevamento di precisione

Rilevamento dell’estro

Gli approcci tradizionali alla gestione riproduttiva e all’uso dell’inseminazione artificiale hanno incluso l’osservazione visiva del comportamento estrale o l’uso di protocolli di inseminazione a tempo fisso (per esempio, OVSYNC ).

Per ottenere alti tassi di sottomissione all’inseminazione artificiale (AI), che sono critici per raggiungere un intervallo di parto di 365 giorni nelle mandrie con parto stagionale, è necessario un mezzo efficace e pratico per identificare ogni vacca in estro. Stare in piedi per essere montata è considerato il principale segno comportamentale che identifica un periodo estrale e viene utilizzato per determinare il momento giusto per inseminare. Sia l’attività fisica che l’attività di monta indotta dall’aumento della produzione di estradiolo durante la fase follicolare preovulatoria possono essere monitorate in vari modi. I tassi di rilevamento del calore (tasso di sottomissione) variano da mandria a mandria con una percentuale compresa tra il 30 e il 70% delle vacche che mostrano un comportamento estroso che di solito viene rilevato in estro. Con un’osservazione visiva ottimale dell’attività di monta per 20 minuti 5 volte al giorno si possono ottenere tassi di rilevamento del calore dal 90 al 95%, ma è considerato laborioso e richiede tempo. Con una minore frequenza di osservazione, si ottengono tassi più bassi di rilevamento dell’estro, specialmente con le vacche ad alto rendimento (ad esempio, solo il 70% delle vacche rilevate in estro con due o tre periodi di osservazione della durata di 30 minuti).

Inoltre, nelle vacche da latte Holstein-Friesian ad alto rendimento, la percentuale di vacche che mostrano di stare in piedi per essere montate da altre vacche è diminuita, rendendo più difficile il rilevamento dell’estro. Roelofs et al. hanno trovato che solo il 58% delle vacche sono state osservate in estro in piedi. Questo, a sua volta, diminuisce il tasso di sottomissione all’IA e quindi contribuisce significativamente alla riduzione dell’efficienza riproduttiva.

Il successo della performance riproduttiva basata sul rilevamento del comportamento estrale richiede la necessità di rilevare accuratamente l’inizio dell’estro nella maggior parte delle vacche, per poi inseminare da 4 a 16 ore dopo. Questo ha portato alla pratica comune di allevare le vacche secondo la regola am-pm che richiede che le vacche siano osservate per l’estro cinque volte al giorno, quelle che iniziano l’estro al mattino vengono inseminate quella sera e quelle che iniziano l’estro dopo le 12.L’inizio dell’estro è definito come il primo periodo di osservazione in cui la vacca è osservata in piedi per essere montata da altri compagni della mandria o da un toro che la stuzzica).

L’approccio dell’osservazione dell’estro è servito bene per le mandrie preparate a investire tempo e sforzi per una buona e accurata rilevazione dell’estro. Tuttavia, richiede un impegno significativo di lavoro, una buona identificazione delle vacche e personale addestrato nel rilevamento dell’estro nelle vacche.

Sensori per il rilevamento dell’estro

Negli ultimi 2 decenni sono stati sviluppati vari sistemi per l’automazione del rilevamento dell’estro con vari gradi di successo.

Sensori di pressione

Il comportamento estrale caratteristico delle vacche da montare può essere monitorato attraverso l’uso di sistemi come, schede scratch (per esempio, Estrotect; Rockway Inc., Spring Valley, WI), fiale di colore (Kamar Products Inc., Zionsville, IN), tori vasectomizzati dotati di un marcatore a palla al mento, l’uso di metodi di pittura della coda o il dispositivo elettronico HeatWatch .

Monitoraggio dell’attività

Una tecnologia di risparmio del lavoro disponibile per gli allevatori per aiutare ad aumentare il tasso di presentazione e diminuire i requisiti di lavoro per il rilevamento dell’estro è l’uso di un monitor di attività fisica. Il pedometro, attaccato ad una gamba, rileva un aumento del numero di passi fatti all’ora durante l’estro (ad esempio, S.A.E. Afikim, Kibbutz Afikim, Israele), mentre l’uso di un collare da collo (ad es, Alpro; DeLaval International AB, Tumba, Svezia; Heatime, SCR, Netanya, Israele; MooMonitor; Dairy Master, Irlanda) identifica l’aumento dell’attività fisica (camminare, montare, alzarsi e sdraiarsi) espresso come un gruppo di attività (AC) e avvisa l’allevatore su quando l’AC è iniziato (quando le vacche entrano nella sala di mungitura). Può quindi identificare per l’allevatore il momento ottimale per l’IA, che è durante una finestra di 12-18 ore prima del momento previsto per l’ovulazione. Uno studio recente, utilizzando il monitor dell’attività del collare Heatime (SCR Engineers Ltd., Netanya, Israele), ha identificato che le probabilità che un AC sia in una fase follicolare pre-ovulatoria piuttosto che in una fase luteale migliorano del 29% per ogni aumento di 1 unità nel picco di attività e del 91% per ogni aumento di 2 ore nella durata di un AC (Fig. 1, Fig. 2). Utilizzando uno di questi monitor di attività (Heatime), il momento ottimale per l’inseminazione era tra le 9 e le 15 ore dopo l’attivazione del cluster di attività.

Profilo endocrino

Un sistema di misurazione in linea disponibile in commercio per il profilo endocrino è stato recentemente sviluppato (Herd Navigator, Delaval) per rilevare metaboliti e concentrazione di P4 nel latte. Utilizzando algoritmi, i profili di P4 possono essere utilizzati per prevedere eventi estrali e potenzialmente lo stato di gravidanza. Tuttavia, ad oggi questa tecnologia è ancora relativamente costosa e ciò ne limita l’adozione. Inoltre, ci sono limiti alla sua utilità tecnica.

i) il sistema è stato inizialmente sviluppato assumendo la misurazione giornaliera di P4 nel latte, tuttavia nel formato commercializzato è spesso considerato troppo costoso da utilizzare per le misurazioni giornaliere e generalmente viene utilizzato solo due o una volta alla settimana nelle mandrie dotate di questa tecnologia.

ii) La fase follicolare nei bovini può variare da 3 a 7 giorni ed è altamente variabile, anche con misurazioni giornaliere la transizione alla fase follicolare (cioè, alta P4 a bassa P4 è segnata dal calo della P4) non è un buon predittore dell’ovulazione o dell’inizio dell’estro e quindi non è abbastanza specifico per la tempistica delle inseminazioni nella pratica. Può tuttavia identificare le vacche in fase follicolare che dovrebbero essere osservate in modo specifico per i segni di comportamento estrale (con altri mezzi) per consentire la tempistica dell’inseminazione. Quando la misurazione è solo una o due volte alla settimana, questo diventa molto meno utile e ad intervalli settimanali la fase follicolare può essere inavvertitamente mancata del tutto.

iii) Come metodo per determinare lo stato di gravidanza, il P4 è più affidabile come test di non gravidanza rispetto alla conferma delle vacche positive alla gravidanza. Questo perché un calo di P4 18-24 giorni dopo una corretta inseminazione significa non gravidanza. Tuttavia un P4 elevato 18-24 giorni dopo un’inseminazione può essere dovuto a una gravidanza; o a un’inseminazione iniziale sbagliata (il che significa che la vacca è ora in una fase luteale non gravida); o a un CL persistente che appare come un profilo di gravidanza precoce, in assenza di una gravidanza (spesso associato a un’infezione uterina); o a una gravidanza iniziale seguita da una perdita di embrioni che porterà a un progesterone elevato, ora in assenza di una gravidanza. In tutti questi casi una maggiore frequenza di misurazione (per esempio giornaliera) aiuterà a ridurre questi problemi, ma non supera completamente le limitazioni dell’uso di P4 come indicatore dello stato di gravidanza.

Sincronizzazione dell’estro e sincronizzazione dell’ovulazione

I metodi tradizionali di sincronizzazione dell’estro (per esempio, i programmi di sole prostaglandine e i programmi di progesterone di 12 giorni) erano progettati per sincronizzare l’estro, ma generalmente richiedevano ancora l’osservazione dell’estro per ottimizzare i tempi di accoppiamento e i tassi di gravidanza. Come eccezione a questo due iniezioni di prostaglandina a 11 giorni di distanza nelle giovenche nubili possono funzionare con inseminazione a tempo fisso (FTAI) a 72 e 96 ore o in alternativa a 72 ore, per poi osservare intensamente l’estro per altri 3-4 giorni e inseminare quelle che entrano in estro tardivamente, in risposta all’estro in piedi (usando la regola am-pm). Questo protocollo nelle vacche richiedeva l’osservazione dell’estro dopo la seconda iniezione di prostaglandina.

I programmi di sincronizzazione dell’ovulazione sono stati progettati per facilitare l’uso della FTAI nelle mandrie senza un investimento significativo di tempo e lavoro nella rilevazione dell’estro. Questi sono stati sviluppati a partire dai primi anni ’90. Sono più adatti a grandi mandrie non stagionali dove gli intervalli tra un parto e l’altro sono un po’ meno rilevanti per la performance economica della mandria e spesso gli intervalli tra un parto e l’altro possono estendersi oltre i 400-420 giorni. Il problema principale per un programma di sincronizzazione dell’ovulazione di base (OVSYNCH) è che i tassi di concepimento per un singolo ciclo di OVSYNCH sono approssimativamente solo del 30%; e in un contesto europeo sono relativamente costosi. Sono state sviluppate strategie per migliorare i tassi di gravidanza (ad esempio, Double OVSYNCH e presincronizzazione-sincronizzazione dell’ovulazione (PRESYNCH-OVSNCH) che sono accettabili in molti allevamenti statunitensi (tassi di concepimento del 46 e 41%, rispettivamente), ma comportano costi sostanziali in termini di tempo, costi dei farmaci, conformità e percezioni pubbliche (circa l’uso di routine degli ormoni nella produzione del bestiame) che lasciano il loro uso discutibile negli allevamenti europei. Per gli allevamenti stagionali il tempo di trattamento richiesto dai protocolli OVSYNCH, PRESYNCH-OVSYNCH e Double OVSYNCH è troppo lungo rispetto ai tassi di concepimento che si possono ottenere. I programmi a base di progesterone (ad es, protocollo di 7 o 8 giorni) utilizzando un dispositivo intravaginale che incorpora GnRH all’inizio e PGF alla fine (giorno 7) dà risultati migliori in termini di sincronizzazione e tassi di gravidanza in vacche sane.

Rilevamento della gravidanza

Metodi diretti di rilevamento della gravidanza

Sono disponibili vari metodi per determinare lo stato di gravidanza, questi includono il ritorno all’estro, la palpazione rettale del tratto riproduttivo e la scansione ecografica per osservare il tratto riproduttivo. In pratica, il ritorno all’estro è ostacolato dalle difficoltà associate all’osservazione dell’estro, quindi attualmente la maggior parte dei rilevamenti di gravidanza nelle vacche viene effettuata tramite ecografia del tratto riproduttivo per rilevare la presenza o l’assenza dell’embrione precoce e del liquido fetale. Con questo metodo lo stato di gravidanza viene generalmente determinato a partire dal 28° giorno di gravidanza. Questo metodo, anche se utilizzato di routine, è troppo tardivo per consentire la riproduzione al momento ottimale (cioè, 18 a 24 giorni dopo l’IA iniziale) per le vacche non gravide, poiché il normale ciclo estrale è di 18 a 24 giorni.

Idealmente un test di gravidanza precoce sarebbe:

• Avere un’alta sensibilità (cioè identificare correttamente le vacche gravide)

• Avere un’alta specificità (cioè identificare correttamente le vacche nongravide)

• Essere poco costoso da condurre

• Essere un semplice test lato mucca (cioè utilizzabile in condizioni di campo)

• Determinare lo stato di gravidanza in modo tempestivo (idealmente al momento di eseguire il test); (elenco modificato da Fricke et al. ).

Metodi indiretti per il rilevamento della gravidanza nelle vacche da latte

I metodi indiretti per la diagnosi precoce della gravidanza utilizzano misure qualitative o quantitative di ormoni o sostanze specifiche del concetto nei fluidi corporei materni come indicatori indiretti della presenza di una gravidanza vitale. I metodi indiretti disponibili in commercio per la diagnosi di gravidanza nelle vacche da latte includono i test del progesterone nel latte e i test per le glicoproteine associate alla gravidanza (PAG) nel sangue o nel latte.

I test del progesterone sono più utili come test di non gravidanza al 21° giorno. Tuttavia, è impreciso come test per la gravidanza, poiché la reversione a un livello basso di P4 nelle vacche non gravide è molto variabile a causa delle perdite embrionali precoci. È stato provato commercialmente, ma non è sopravvissuto a causa di questi problemi. Il test P4 in linea (come menzionato prima) ha un potenziale se i costi delle analisi ripetute possono diventare competitivi.

La misurazione del PAG è un metodo valido per la determinazione dello stato di gravidanza nelle vacche da latte, tuttavia, la precisione della rilevazione del PAG è buona solo dopo il 35°-40° giorno. L’interferenza può anche verificarsi dal riporto di PAG dalla gravidanza precedente per 40-50 giorni, dando luogo a un rischio di falsi positivi. Può anche dare risultati falsi positivi dopo la perdita dell’embrione.

Il lavoro descritto nella domanda di brevetto britannico n. 1520248.4 ha portato allo sviluppo di un test basato sulla diagnostica dei glicani utilizzando la frazione IgG nel latte. Questa tecnologia può rilevare lo stato di gravidanza già dal 16° giorno e ha portato al deposito di un brevetto prioritario (depositato il 17 novembre 2015; UK Patent Application No.1520248.4). La rilevazione precoce dello stato di gravidanza permetterebbe una strategia per risincronizzare e allevare nuovamente le vacche entro il giorno 21 dopo l’inseminazione iniziale non riuscita (Fig. 3).

Il lato maschile della storia

Anche se la maggior parte delle prove suggerisce che la pressione sull’efficienza riproduttiva nelle moderne mandrie da latte è principalmente legata alle femmine ad alta produzione, è ovvio che il ruolo del maschio non dovrebbe essere dimenticato. Mentre i veterinari spesso trascurano l’importanza di questo lato della medaglia, gli allevatori spesso incolpano questioni come la qualità dello sperma e la competenza del tecnico di IA, soprattutto perché è nella natura umana preferire incolpare qualcun altro invece di essere critici nei confronti delle mancanze personali. In uno studio che ha esaminato l’esito della gravidanza di 5883 inseminazioni, 1 dei 35 tori che hanno consegnato il seme è stato associato ad un aumento da 2 a 2,5 volte dei tassi di gravidanza. In un altro studio dello stesso gruppo in cui sono stati esaminati i risultati di gravidanza di 10.965 inseminazioni, non solo è stata osservata una differenza tra i tori ma anche drammatiche differenze tra gli inseminatori. Le probabilità di una gravidanza erano quasi 4 volte inferiori quando una vacca veniva inseminata dal peggiore rispetto al migliore inseminatore.

Il successo di un’inseminazione dipende, tra gli altri fattori, dalla deposizione di un numero appropriato di spermatozoi con una buona capacità di fecondazione nel sito appropriato nel tratto riproduttivo al momento appropriato in relazione all’ovulazione. Il potenziale di fertilità di una dose di inseminazione artificiale è una funzione della quantità, della qualità e dello stato di salute del seme in essa contenuto. È compito dell’industria dell’inseminazione artificiale continuare a mantenere intensi programmi di controllo della qualità per garantire che le dosi di sperma crioconservato messe in vendita siano esenti da malattie e soddisfino i criteri sopra menzionati. Un’ampia indagine sulle pratiche di trattamento del seme presso le aziende di IA in diversi paesi ha riportato che la dose media di IA crioconservata contiene circa 20 × 106 spermatozoi totali. Questo è stato stimato essere in media da 2 a 20 volte superiore alle stime della soglia minima richiesta per garantire tassi di fecondazione normali. E’ interessante notare che i tori che sono noti per produrre sperma di qualità marginale spesso raggiungono una fertilità inferiore alla media nonostante gli aumenti compensativi del numero di spermatozoi per dose e viceversa.

Nel 2003 Pace ha esaminato i progressi tecnologici che sono stati adottati dall’industria dell’IA a partire dalla creazione alla fine degli anni ’30 e ha concluso che “da un punto di vista tecnologico, l’industria lattiero-casearia sta ricevendo lo sperma di più alta qualità mai prodotto”. I progressi tecnologici nella lavorazione del seme si riflettono nei tassi di fecondazione che utilizzano il seme crioconservato alla fine degli anni ’90 e all’inizio degli anni 2000, paragonabili a quelli riportati per il seme non congelato negli anni ’50. Tecniche innovative recentemente testate nell’industria dell’IA sono tecniche di crioconservazione che migliorano la sopravvivenza degli spermatozoi dopo lo scongelamento e quindi riducono la sensibilità al momento ottimale dell’inseminazione. A questo proposito, sono stati testati la microincapsulazione degli spermatozoi per un rilascio prolungato nel tempo o tecniche progettate per ridurre l’entità della capacitazione indotta dalla crioconservazione.

L’uso di sperma da tori con provata alta fertilità è probabilmente la raccomandazione più ovvia e semplice. Tuttavia, quando si inizia ad utilizzare in modo diffuso tori superfecondati su vacche con problemi di fertilità, si pone la domanda in che senso questi ultimi possano influenzare i dati di fertilità riportati per questi tori. L’uso di sperma di altre razze in cui il declino della fertilità non è un problema così grave come nella razza Holstein, può anche essere considerato come un’alternativa per migliorare la fertilità della mandria, soprattutto se si usa sperma di tori di razze con livelli di produzione comparabili e con progenie adeguatamente testata. Tuttavia dovremmo tenere a mente che l’incrocio non è di per sé un miglioramento genetico e che la selezione genetica è ancora fortemente raccomandata all’interno delle razze utilizzate.

Di recente sono stati pubblicati rapporti che mostrano che alcuni tori si comportano meglio di altri in scenari di IA temporizzata. Quest’ultimo dovrebbe stimolare i manager e i veterinari ad analizzare i dati di fertilità della loro mandria in relazione all’uso di tori specifici. D’altra parte, non si sa ancora se in questo modo si stimola la selezione verso animali che sono migliori a far fronte a specifici protocolli a tempo fisso invece di stimolare la selezione verso una maggiore fertilità.

Un ulteriore fattore che contribuisce è il sito di deposito del seme. Anche se il corpo uterino è generalmente accettato come il sito appropriato per la deposizione dello sperma, in un esperimento che utilizzava la radiografia a contrasto per valutare la precisione degli inseminatori professionisti, la deposizione dello sperma nel corpo uterino ha avuto successo solo nel 39% dei tentativi, mentre nel 25% dei casi, lo sperma è stato depositato nella cervice. Mentre diversi studi hanno osservato una migliore fertilità in risposta alla riproduzione in corno (inseminazione bicorne profonda in cui l’intera dose di inseminazione è divisa tra entrambi i corni uterini o inseminazione unicorne profonda dopo un precedente esame ecografico per individuare il sito del follicolo ovulatorio al fine di consentire l’inseminazione ipsilaterale), la maggior parte degli studi comparativi non ha indicato alcuna differenza . Recentemente, è stato sviluppato un nuovo dispositivo che facilita notevolmente l’inseminazione intra-uterina profonda, anche se gli autori non sono stati in grado di dimostrare risultati di gravidanza migliorati utilizzando questo dispositivo rispetto all’inseminazione convenzionale nel corpo uterino. L’inseminazione intra-uterina profonda è stata testata per l’inseminazione di basse dosi di numero di cellule di sperma ordinato per sesso. Anche se la citometria a flusso/cellula selezionata ha dimostrato di essere una procedura affidabile per differenziare gli spermatozoi con cromosoma X rispetto a quelli con cromosoma Y, l’uso del seme sessato è spesso raccomandato solo per le giovenche nullipare a causa dei risultati deludenti di fertilità negli animali multiparo. Come conclusione, DeJarnette et al. rivedendo i documenti disponibili, hanno menzionato che la preoccupazione principale è di assicurare che la deposizione dello sperma avvenga cranialmente all’os interno della cervice. Notevole in questo contesto è l’articolo di López-Gatius e Hunter in cui gli autori riportano il successo dell’inseminazione intrafollicolare in vacche da riproduzione ripetute sotto stress termico. Quest’ultimo studio necessita tuttavia di una conferma con ulteriori studi.

Utilizzo e disponibilità dei “big data”

Pratica comune nella scienza lattiero-casearia

Prima dell’era dei “Big Data”, i ricercatori lattiero-caseari hanno sfruttato con successo i dati degli studi controllati randomizzati per esplorare la complessa relazione tra produzione e riproduzione nei bovini da latte. Molteplici studi osservazionali sono stati progettati per identificare i fattori di rischio (metabolici) che influenzano questo rapporto nei bovini da latte. Numerosi studi sono stati condotti in quest’area e pubblicati con successo in pubblicazioni scientifiche di alto valore. Tuttavia, come descritto da Leblanc, le associazioni temporali che sono state identificate non implicano una causalità. Molti altri aspetti dell’industria casearia sono cambiati negli ultimi decenni confondendo il rapporto. La randomizzazione non esclude il confondimento. Rimane la possibilità che altre variabili oltre al trattamento possano essere indipendentemente associate all’intervento e persino al risultato. Anche se gli studi clinici randomizzati e controllati ben progettati rimangono il gold standard nella valutazione dei trattamenti sperimentali, il potenziale dei Big Data nella scienza lattiero-casearia risiede nella combinazione dei dati raccolti tradizionalmente con queste nuove forme di dati, sia a livello di animale che di popolazione. Nella medicina umana, questo tipo di dati è stato descritto come prova del mondo reale. La suddetta abbondanza di prove del mondo reale negli animali potrebbe potenzialmente aiutare a svelare relazioni complesse come l’antagonismo produzione-riproduzione spesso descritto nelle vacche da latte. Una recente indagine di Rutten et al. documenta esattamente la mancanza di informazioni integrate e di strumenti di supporto decisionale per la tecnologia attuale nella ricerca lattiero-casearia. Nessuna singola pubblicazione scientifica è stata riportata fino al 2013 nelle aree del metabolismo e della riproduzione utilizzando i “Big Data”. L’indagine conferma le sfide metodologiche scientifiche osservate nell’analisi dei Big Data.

Le tecniche utilizzate per l’analisi e la visualizzazione dei dati lattiero-caseari tradizionali non sono adeguate ai Big Data. Il volume, la velocità, la varietà, la distribuzione e la natura incrementale di tali dati impongono delle sfide ai metodi tradizionali per l’analisi dei dati.

Fertilità della mandria e strategie di gestione dei dati

Storicamente, l’enfasi nella medicina veterinaria si è concentrata sulla singola vacca affetta da una malattia clinica. Tuttavia, circa 30 anni fa, è stato riconosciuto che la malattia subclinica era la causa principale delle perdite economiche nelle mandrie da latte e i veterinari hanno iniziato a studiare la natura multifattoriale di queste malattie subcliniche. Questo si è rivelato efficace nel migliorare lo stato di salute generale della mandria e quindi la redditività. Questo approccio è stato chiamato gestione della salute della mandria ed è stato implementato nell’educazione veterinaria per almeno 3 decenni. Nello stesso periodo di tempo, internet e la tecnologia della comunicazione sono emersi e integrati nella gestione della salute della mandria per sfruttare la comprensione dei registri delle vacche. La generazione e l’uso di dati relativi alle vacche si sono verificati per più di 100 anni. La prima segnalazione della registrazione e della raccolta di dati sulla produzione di latte proviene da un’unione di produttori di latte in Danimarca nel 1895. Nel 1906, fu fondata la prima associazione statunitense per la registrazione del latte. Dagli anni ’50, i computer sono stati utilizzati come strumento di gestione nell’allevamento di bestiame da latte. Nei decenni successivi, il software di gestione delle mandrie da latte si è evoluto rapidamente e il personal computer è emerso come un importante strumento di gestione per monitorare la produzione, la riproduzione e la salute. Le tecnologie per la raccolta e l’archiviazione dei dati si sono evolute ad un ritmo più rapido rispetto alla velocità con cui sono state scoperte nuove intuizioni nella scienza casearia. L’aumento esponenziale del volume e della velocità con cui vengono creati i dati, comunemente chiamati Big Data, ha portato nuove sfide per la ricerca nella scienza lattiero-casearia. Il modo in cui i ricercatori devono sfruttare la potenza dei Big Data è stato al centro dell’attenzione sin dal trend di pubblicazione iniziato intorno al 2009 . Come affrontare queste sfide sarà lo scopo principale della ricerca futura.

Dati disponibili per i professionisti del settore lattiero-caseario

1. Le organizzazioni ufficiali di registrazione del latte stanno raccogliendo da 4 a 8 campioni di latte settimanali per rilevare i componenti del latte. Nuovi metodi analitici stanno rilevando più metaboliti per valutare le prestazioni (ri)produttive nel latte. Ad esempio, l’intero spettro mid-infra-red (MIR) del latte è stato proposto come predittore di malattie nelle vacche da latte. Le previsioni MIR sono ora prontamente disponibili per i tratti di composizione del latte come il grasso del latte, le proteine e gli acidi grassi; sono in fase di sviluppo ulteriori equazioni di previsione per consentire la previsione dei gas serra e delle nuove prestazioni e tratti di salute. I servizi diagnostici stanno analizzando di routine una moltitudine di parametri nel sangue, nel latte e nei campioni fecali delle vacche da latte. Recentemente, le informazioni genomiche sono diventate disponibili in commercio sia per gli animali maschi che per quelli femmine, creando una nuova serie di dati. Questi cosiddetti centri dati secondari fuori dall’azienda, che contengono principalmente dati di registrazione del latte, informazioni genomiche e diagnostiche, sono stati creati in diversi paesi, ognuno dei quali contiene un sottoinsieme di dati che rappresenta il mondo reale delle vacche da latte.

2. In azienda, i sistemi di mungitura convenzionali e robotici sono dotati di sensori sempre migliori che raccolgono informazioni oltre alla quantità di latte prodotto. I sensori in linea rilevano la composizione del latte, la conta delle cellule somatiche, la temperatura e il colore. I biosensori stanno raccogliendo nuovi biomarcatori come il progesterone (riproduzione), L-lattato deidrogenasi (salute della mammella), urea e beta-idrossibutirrato (salute metabolica). Bilance di pesatura e telecamere tridimensionali stanno catturando il peso corporeo dell’animale e il punteggio di condizione corporea durante la mungitura. Fin dall’inizio della tecnologia dei sensori, le vacche sono state dotate di pedometri e accelerometri che catturano i movimenti dell’animale al fine di prevedere comportamenti specifici come l’estro e la malattia nelle vacche da latte. Esempi di innovazioni in fase iniziale applicate alle vacche da latte sono la temperatura ruminale e i boli di pH, i sensori di temperatura intravaginale e le misurazioni della frequenza cardiaca. Il volume o il formato dei dati non rappresenta più un vincolo importante, quindi il volume totale dei dati relativi alle vacche che vengono raccolti ogni giorno è aumentato rapidamente.

Nuove fonti di dati nell’industria casearia

1. L’importanza dei fattori ambientali come la temperatura e l’umidità nella riproduzione delle vacche da latte è innegabile. I dati basati sulla localizzazione sono diventati pubblicamente disponibili negli ultimi decenni, creando la possibilità di stratificare mappe fisiche e approfondimenti basati sulla localizzazione sopra altri dati disponibili. L’approccio di combinare dispositivi Internet-of-Things (IoT) in tempo reale con l’analisi dei dati storici non è stato sfruttato nella scienza casearia. Così i dati in streaming dai data logger automatizzati per i fattori ambientali offrono nuove applicazioni in termini di raccolta e utilizzo di big data per modificare il processo decisionale e la gestione.

2. La velocità e la capacità dell’hardware del computer è aumentata, mentre i costi sono diminuiti. Questo ha portato a una più facile registrazione dei dati attraverso dispositivi mobili a basso costo e centri dati basati su cloud ad alta disponibilità che permettono una cattura più coerente e accurata della riproduzione inserita manualmente, della malattia e degli eventi di trattamento a livello della mucca. L’utilizzo di questi dati per costruire modelli predittivi per anticipare gli esiti delle malattie dagli attuali piani di trattamento e perfezionare questi modelli in tempo reale migliorerà la conoscenza scientifica sull’efficacia del trattamento, che al momento è limitata a studi osservazionali.

3. Inoltre, i dati aneddotici e non strutturati acquisiti tramite dispositivi mobili da allevatori, note dei veterinari e altre fonti sono un’enorme frontiera di intuizioni non sfruttate. Al giorno d’oggi, è stato riconosciuto dai ricercatori che l’85% delle informazioni del mondo sono non strutturate, composte da testo libero, audio e video, piuttosto che da campi riconoscibili ordinatamente organizzati. Sebbene la necessità di un input standardizzato di dati sulle malattie sia già stata riconosciuta da tempo, manca un’implementazione efficace nel software attuale. L’elaborazione del linguaggio naturale consiste in molteplici tecniche computazionali per elaborare un linguaggio simile a quello umano da testi non strutturati leggibili dalla macchina. Questo è stato applicato con successo nella medicina umana, ma non ancora nella scienza casearia a nostra conoscenza. Catturare e sfruttare questi dati arricchirà l’analisi e le intuizioni immensamente.