Managementul reproductiv la vacile de lapte - viitorul | Irish Veterinary Journal

Managementul sănătății efectivelor de vaci de lapte trece printr-o perioadă de schimbări radicale la nivel mondial. Factorii determinanți ai acestei schimbări sunt mulți și includ creșterea masivă a tehnologiilor care ajută la gestionarea reproductivă a vacilor de lapte, eliminarea cotelor (în Europa) și creșterea semnificativă a dimensiunii turmelor / fermelor. Ca urmare a eliminării cotelor în Europa, multe țări își extind producția de produse lactate, de exemplu, Irlanda are planuri ambițioase de creștere a producției de lactate cu 50%, acest lucru urmând să fie realizat printr-o combinație de mărire a efectivelor și de creștere a producției de lapte pe vacă. Prezenta lucrare își propune să identifice unele dintre schimbările care vor facilita creșterea producției, îmbunătățirea sănătății vacilor de lapte și a managementului reproductiv.

În Europa, dimensiunea și numărul turmelor de vaci de lapte au fost în mare parte statice din 1984 până în 2015. Începând cu aprilie 2015, cotele au fost eliminate, permițând oportunitatea de a se produce o expansiune, care este probabil să ia forma atât a creșterii randamentului vacilor, cât și a numărului de vaci. În Irlanda, raportul Food Harvest 2020 (și susținut de raportul Foodwise 2025 ) vorbește despre o creștere a producției de lapte cu 50% între 2015 și 2020. O expansiune similară are loc și în Țările de Jos, deși limitele fosfaților totali reprezintă o provocare pentru creșterea numărului de vaci în această țară. Această trecere în revistă se va concentra pe evoluțiile din domeniul gestionării datelor, al strategiilor nutriționale, al strategiilor genetice, al controlului bolilor, al creșterii de precizie a animalelor (tratamente hormonale și tehnologii cu senzori) și al fertilității masculine care vor avea un impact potențial asupra creșterii producției de lapte, a sănătății și fertilității vacilor.

Strategii genetice pentru îmbunătățirea reproducerii

Până la începutul anilor 2000, programele de selecție genetică a vacilor de lapte din țările producătoare de lapte selectau în mod tradițional predominant pentru producția de lapte, adesea în detrimentul altor trăsături relevante pentru producția de lapte, inclusiv fertilitatea și sănătatea . La începutul acestui secol, programele de reproducție au început să includă fertilitatea (de exemplu, prin includerea unor trăsături precum longevitatea și intervalele de fătare) și sănătatea ca parte a trăsăturilor de selecție. Includerea acestor trăsături a servit la inversarea unora dintre tendințele anterioare care au dat naștere la o fertilitate redusă. În ultimii 15 ani, se recunoaște în prezent că tendințele atât în ceea ce privește longevitatea (creștere), cât și intervalele de fătare (scădere) s-au îmbunătățit . O provocare majoră pentru programele de ameliorare în ceea ce privește încorporarea trăsăturilor de fertilitate a fost aceea de a dezvolta fenotipuri care să aibă o heritabilitate rezonabilă. De exemplu, multe trăsături de fertilitate au, de obicei, doar estimări de heritabilitate scăzute (de exemplu, 0,1, în comparație cu multe trăsături de creștere și de carcasă, unde heritabilitatea este de 0,25-0,5). O a doua problemă majoră pentru multe trăsături de fertilitate este aceea de a avea trăsături fenotipice ușor de măsurat sau markeri genomici (polimorfisme cu un singur nucleotid; SNP) care se corelează cu trăsăturile de fertilitate adecvate.

Oportunități pot apărea acum pentru selecția de noi trăsături care ar putea fi încorporate în programele de ameliorare. Un proiect finanțat de UE „Genotip plus mediu” (GplusE) are printre numeroasele sale obiective identificarea de noi fenotipuri noi bazate pe lapte care pot fi folosite ca predictori pentru trăsăturile tradiționale, dar și pentru cele dificil de măsurat, înregistrat și selectat, cum ar fi ratele de concepție și sănătatea uterină (www.gpluse.eu). Acest proiect urmărește să dezvolte, printre altele, noi trăsături bazate pe lapte care să coreleze și să prezică trăsăturile de sănătate și fertilitate la vacile de lapte. Strategiile utilizate includ măsurarea spectrelor în infraroșu mediu (MIR) din lapte, a metaboliților din lapte și a glicanilor din fracțiunea de imunoglobulină (IgG) din lapte. Proiectul pune în legătură aceste noi trăsături măsurabile cu trăsăturile de fertilitate și sănătate, iar apoi pune în legătură atât trăsăturile noi, cât și cele tradiționale, cu noi markeri genomici (SNP), facilitând în cele din urmă strategii de selecție îmbunătățite în viitor. Acest proiect și activitatea altor laboratoare ar trebui să aibă ca rezultat noi SNP de fertilitate care ar putea spori selecția genetică pentru îmbunătățiri suplimentare ale fertilității.

Noi instrumente și aplicații pentru noi fenotipuri care pot fi utilizate în sectorul produselor lactate

Lucrări recente la University College Dublin au dus la dezvoltarea de markeri glicanici pentru sănătatea uterină. Acest lucru a fost dezvoltat într-o cerere de brevet (PCT/EP2014/068734: „Metode de predicție, diagnosticare sau monitorizare a infecțiilor sau afecțiunilor”). Într-adevăr, au fost dezvoltați, de asemenea, markeri glicanici pe bază de lapte care pot identifica în mod predictiv vacile care au membranele placentare reținute . Astfel de biomarkeri care sunt ușor de măsurat în lapte ar permite crescătorilor de animale să selecteze vacile cu o înclinație pentru o sănătate uterină îmbunătățită și, prin urmare, să se orienteze către vaci care ar avea o fertilitate crescută.

În timp ce fertilizarea in vitro (FIV) și transferul de embrioni sunt acum instrumente semnificative pentru a crește selecția genetică pe partea feminină la bovinele Bos indicus , în prezent ovulația multiplă și transferul de embrioni rămâne metoda mai rentabilă pentru bovinele Bos Taurus (inclusiv toate rasele de lapte semnificative: Holstein-Friesian, Brown Swiss, Jersey etc.) la nivelul populației. Acest lucru se datorează faptului că rasele Bos Taurus produc doar între 5 și 20 de foliculi per eveniment de apariție a valului folicular , ceea ce reprezintă un număr insuficient pentru a permite un număr adecvat de ovule pentru o cultură eficientă pentru FIV.

Strategii nutriționale pentru îmbunătățirea reproducerii

Vitele de lapte moderne au fost selectate în mod predominant pentru o producție mare de lapte la începutul lactației care este asociată cu o capacitate foarte mare de a mobiliza rezervele corporale în această perioadă. Într-un studiu realizat de Tamminga et al. cu 5 teste de producție în care au fost utilizate 295 de vaci, calculele au arătat că vacile pot produce până la 120 și 550 kg de lapte din rezervele corporale pe bază de energie (media 324 kg). Mobilizarea maximă în 8 săptămâni s-a ridicat la 41,6 kg de greutate corporală goală, 30,9 kg de grăsime și 4,6 kg de proteine . Majoritatea vacilor pot face față acestei sarcini metabolice care este definită ca fiind: „sarcina energetică totală impusă de sinteza și secreția de lapte, care poate fi satisfăcută prin mobilizarea rezervelor corporale” . Cu toate acestea, stresul metabolic este definit ca fiind „cantitatea de încărcătură metabolică care nu poate fi susținută prin această mobilizare, ceea ce duce la reducerea unor procese energetice, inclusiv a celor care mențin sănătatea generală” . Prin urmare, mobilizarea „excesivă” a rezervelor corporale în timpul perioadei de NEB este un factor-cheie pentru sensibilitatea la boli la bovinele de lapte moderne. Mai mult decât atât, pe lângă echilibrul energetic de după fătare, pierderea condiției corporale înainte de fătare are, de asemenea, consecințe semnificative pentru starea metabolică, compoziția laptelui și sănătatea ulterioară și ar trebui să fie recunoscută.

Mobilizarea corporală determinată genetic și hormonal este agravată și mai mult de o neconcordanță serioasă între nevoia de energie și capacitatea vacii de a absorbi energie . Aceasta din urmă fiind adesea și mai mult afectată în mod negativ de o adaptare inadecvată atât a tractului gastro-intestinal cât și a metabolismului intermediar general și adesea de o incidență ridicată a bolilor în perioada de după fătare . Consumul maxim de hrană are loc în mod obișnuit la 6-8 săptămâni de lactație, ceea ce este mult mai târziu decât producția maximă, ceea ce face ca vacile să se afle de obicei într-un bilanț energetic negativ timp de 5-7 săptămâni după fătare .

Componentele fertilitații reduse la vacile de lapte moderne includ reluarea întârziată a ciclicității ovariene normale , sănătatea uterină , exprimarea mai scăzută a simptomelor de căldură și rate de gestație mai mici la prima inseminare și la inseminările ulterioare. Aceasta din urmă fiind cauzată în principal de o incidență crescută a morții embrionare și fetale . Au fost publicate lucrări de sinteză relevante despre fundamentele mecaniciste ale relației dintre stresul metabolic și fertilitatea scăzută la vacile de lapte moderne postpartum .

Strategiile de management pentru vacile în tranziție se concentrează în principal pe ajutarea vacilor să facă față sarcinii metabolice prin optimizarea sănătății, minimizarea stresului (de exemplu, prin reducerea la minimum a schimbărilor de grup sau de rație), stimularea aportului de materie uscată și a funcției imunitare. În acest scop, există mari oportunități pentru medicul veterinar de a monitoriza în mod regulat și de a adapta managementul efectivului. LeBlanc și Mulligan et al. au identificat aspectele cheie care ar trebui să fie acoperite de către practician pentru a ghida în mod optim clienții fermieri în vederea optimizării managementului vacilor de tranziție.

În plus, aplicarea de diete special concepute pentru a îmbunătăți fertilitatea prin contracararea mecanismelor legate de balanța energetică negativă (NEB) sau prin susținerea unei căi specifice care este necesară pentru o fertilitate reușită, a fost întotdeauna o modalitate foarte atractivă de a ocoli afectarea reproducerii în timpul lactației timpurii . Deși se știe că sistemul reproducător este influențat de mai mulți hormoni care sunt, de asemenea, implicați în adaptarea la o producție mare de lapte (de exemplu, hormonul de creștere; GH, factorul de creștere asemănător insulinei I; IGF-I și leptina), se știe că doar insulina este relativ sensibilă la schimbările în compoziția rației . Foliculii ovarieni conțin receptori de insulină, iar vacile cu niveluri periferice de insulină mai scăzute în perioada imediat postpartum suferă de o întârziere a reluării ovarelor postpartum și a ciclicității normale, printre altele printr-un risc mai mare de a suferi de boli ovariene chistice . Prin urmare, au fost recomandate dietele glucogene în perioada imediat postpartum, cu scopul de a crește concentrațiile periferice de insulină și de a favoriza reluarea normală a activității ovariene. Cu toate acestea, s-a demonstrat că insulina are efecte dăunătoare asupra competenței ovocitelor și a embrionilor și s-a demonstrat că stimulează catabolismul enzimatic al progesteronului (P4) în ficat . Aceasta din urmă sugerează că dietele glucogenice sunt avantajoase doar atunci când sunt oferite în perioada imediat postpartum, în timp ce ar trebui evitate atunci când vacile sunt inseminate.

Rațiile care duc la niveluri ridicate de uree periferică sunt în general menționate ca fiind asociate cu rate de gestație mai mici din cauza efectelor sale dăunătoare asupra embrionului . Cu toate acestea, căile mecaniciste prin care poate fi cauzat acest efect dăunător și concentrațiile prag de uree periferică, sunt încă subiecte de dezbatere. În această privință, ar trebui acordată o atenție specială suplimentării cu făină de soia ca principală sursă de proteine în rație. Într-un studiu recent s-a demonstrat că făina de soia disponibilă în comerț conține izoflavone în concentrații capabile să inducă creșteri ale concentrației sanguine de metaboliți ai izoflavonei active din punct de vedere estrogenic (equol, O-desmetilangolensin, dihidrodaidzein) la vacile de lapte cu randament ridicat în perioada postpartum, chiar și atunci când sunt suplimentate în cantități relativ mici (în medie 1,72 kg pe zi). În comparație cu făina de rapiță, suplimentarea cu soia a fost, de asemenea, asociată cu o scădere a angio- și steroidogenezei la nivelul corpului galben (CL), pe baza unei biopsii prelevate în ziua 9 a ciclului estrogenic. Cu toate acestea, nu a fost posibil să se demonstreze niciun efect asupra concentrației periferice de progesteron în timpul primelor 3 cicluri estrale după fătare . Prin urmare, deși rezultatele acelui studiu sugerează efecte negative ale hrănirii cu soia asupra funcției CL la vacile de lapte recent fătate, contribuția acestui efect asupra concentrației de progesteron periferic și, în consecință, asupra fertilității generale a vacilor suplimentate justifică cercetări suplimentare .

Aducerea de grăsimi este o altă strategie care a fost testată pe scară largă pentru a reduce capacitatea de reproducere afectată a vacilor de lapte. Un studiu care urmărea minimizarea bilanțului energetic negativ prin scăderea sintezei grăsimilor din lapte și, prin urmare, limitarea producției de energie prin lapte, prin suplimentarea rației cu grăsimi exogene, nu a avut succes, deoarece vacile pur și simplu au produs mai mult lapte atunci când au redus NEB . Se consideră că acizii grași omega-6 au proprietăți proinflamatorii și, prin urmare, de stimulare a prostaglandinei F2alpha (PGF), ceea ce le conferă o valoare suplimentară la începutul perioadei postpartum, în timp ce acizii grași omega-3 pot slăbi această putere inflamatorie, ceea ce duce la o șansă mai mare de supraviețuire a embrionului atunci când sunt suplimentați în perioada periconcepțională . Din păcate, rezultatele cercetărilor oferă rareori un consens în acest subiect. Consecințele acestor strategii de hrănire cu grăsimi asupra calității ovocitelor și a embrionilor rămân un subiect intrigant de dezbatere. Hrănirea cu grăsimi poate modifica micro-mediul de creștere și maturare a ovocitelor embrionului timpuriu și mai în vârstă și, prin urmare, poate afecta rezultatul reproductiv . Cercetările au arătat că condițiile hiperlipidemice induse de alimentație pot fi dăunătoare pentru dezvoltarea și metabolismul embrionului . Cu toate acestea, până în prezent, rezultatele cercetărilor rămân oarecum contradictorii, cel mai probabil din cauza diferențelor dintre sursele de grăsimi utilizate, a regimului alimentar și a duratei suplimentării și, în general, a modului de desfășurare a experimentelor . În plus, sângele periferic la vacile de lapte care alăptează va conține un amestec de acizi grași de origine alimentară și din degradarea țesuturilor corporale, aceștia din urmă fiind în mare măsură abundenți în perioada imediat postpartum și conținând o proporție ridicată de acizi grași saturați . În special aceștia din urmă s-au dovedit a avea un efect semnificativ dăunător atât asupra calității ovocitelor, cât și a embrionilor .

Adăugarea de vitamine și minerale suplimentare în alimentație a fost adesea sugerată ca o soluție „glonț de aur” pentru a reduce declinul fertilității vacilor de către diverse interese comerciale, în timp ce cerințele pentru o eficiență reproductivă optimă la vacile de lapte moderne merită o reevaluare atentă bazată pe o cercetare științifică bine concepută . De obicei, fermierii adoptă cu ușurință aceste „soluții de suplimentare propuse”, deoarece acestea nu implică muncă suplimentară, care este adesea constrângerea lor principală. Stabilirea dacă cantitatea de acești compuși este suficientă în rație este adesea foarte dificilă pentru practician, deoarece este de obicei imposibil să se estimeze măcar conținutul acestor substanțe prezente în rația de bază de furaje brute. În efectivele în care vacilor li se administrează cantități mari de concentrate pentru a susține producția maximă în perioada imediat postpartum, riscul de a suferi de deficiențe specifice este mai mic datorită faptului că, de obicei, concentratele sunt foarte bine suplimentate cu vitamine și minerale . În ceea ce privește efectul lor asupra răspunsului imunitar și a calității embrionului, ar trebui să se acorde o atenție specială vitaminei E și seleniului. Acesta din urmă a fost susținut de o constatare recentă conform căreia, în efectivele care prezentau deficit de tocoferol în perioada de secetă, tratamentul cu vitamina E injectabilă de 1000 UI în fiecare săptămână în ultimele 3 săptămâni de gestație nu numai că a redus incidența retenției placentare și a nașterilor mortale, dar a diminuat semnificativ și pierderile de sarcină (20,5% față de 12,5%; P < 0,01) .

Controlul bolilor infecțioase

Veterinarii care gestionează fertilitatea în efectivele de vaci de lapte ar trebui să evalueze în mod regulat starea de sănătate a efectivului pentru agenții patogeni cunoscuți ca fiind capabili să compromită eficiența reproductivă. Se știe că infecțiile cu agenți patogeni precum Leptospira hardjo, diareea virală bovină sau virusurile herpetice reduc ratele de concepție, în timp ce infecțiile cu Neospora caninum și virusurile emergente precum virusul bolii limbii albastre pot provoca pierderi fetale și avorturi. Se pare că virusul herpetic 4 al bovinelor are un tropism pentru celulele endometriale și, prin urmare, ar trebui monitorizat și controlat în mod special în efectivele care suferă de boli uterine, în special atunci când alți factori de risc sunt controlați sau excluși . Pe lângă o monitorizare atentă continuă și planuri de biosecuritate adecvate, poate fi necesară includerea unor protocoale de vaccinare adecvate pentru a preveni introducerea de noi agenți în efectiv și pentru a preveni răspândirea în interiorul efectivului .

De un interes deosebit printre bolile bacteriene este reducerea la minimum a bolilor uterine. La bovine, contaminarea bacteriană a uterului este omniprezentă la fătare. Cu toate acestea, acest lucru nu implică în mod automat instalarea bolii uterine și problemele de fertilitate ulterioare. În general, pe lângă prezența agenților patogeni, este vorba de o suprimare a funcției imunitare uterine care permite o schimbare a populațiilor bacteriene și instalarea bolii la până la 20% dintre animale. În ciuda faptului că au fost publicate mai multe lucrări cu scopul de a ajunge la un acord general cu privire la definițiile bolilor uterine postpartum bazate în principal pe simptome clinice , există încă o mare confuzie cu privire la aceste definiții în rândul practicienilor. Această confuzie în ceea ce privește definițiile dă naștere unei mari varietăți de protocoale de tratament preventiv și curativ aplicate în domeniu, multe dintre acestea nefiind dovedite științific ca fiind eficiente. Literatura de specialitate recentă subliniază incidența ridicată a endometritei subclinice, în special a endometritei subclinice în efectivele cu randament ridicat . Diagnosticul acestei afecțiuni se bazează pe prelevarea de probe intrauterine pentru citologie, care nu se face de rutină în prezent. Prin urmare, lucrarea lui Pascottini et al. a raportat utilizarea citotestului care permite prelevarea de probe în perioada postpartum timpurie și în timpul inseminării și facilitează profilarea citologiei uterine la vacile de reproducție repetată. Necesitatea general acceptată de a minimiza utilizarea antibioticelor la vaci ar trebui să fie extinsă la tratamentul infecțiilor uterine. Este important să se determine factorii de risc pentru diferitele boli uterine și să se elaboreze programe de prevenire și control pentru a reduce incidența bolii.

Utilizarea creșterii de precizie a animalelor

Detecția estrului

Abordările tradiționale ale managementului reproductiv și utilizarea inseminării artificiale au inclus fie observarea vizuală a comportamentului estrului, fie utilizarea unor protocoale de inseminare la timp fix (de ex, OVSYNC ).

Pentru a obține rate ridicate de prezentare la inseminare artificială (IA), care sunt esențiale pentru a obține un interval de fătare de 365 de zile în efectivele cu fătare sezonieră, este nevoie de un mijloc eficient și practic de identificare a fiecărei vaci în estru. Statul în picioare pentru a fi montată este considerat principalul semn comportamental care identifică o perioadă de estro și este utilizat pentru a determina momentul corect de inseminare . Atât activitatea fizică, cât și activitatea de montare indusă de creșterea producției de estradiol în timpul fazei foliculare preovulatorii pot fi monitorizate în diferite moduri. Ratele de detectare a căldurii (rata de depunere) variază de la o turmă la alta, între 30 și 70 % dintre vacile care prezintă un comportament estropos fiind, de obicei, detectate în estru. Prin observarea vizuală optimă a activității de montă timp de 20 de minute, de 5 ori pe zi, se pot obține rate de detectare a căldurii de 90 până la 95%, dar acest lucru este considerat laborios și necesită mult timp. Cu o frecvență mai mică de observare, se obțin rate mai mici de detectare a estrului, în special în cazul vacilor cu randament mai ridicat (de exemplu, doar 70% dintre vaci sunt detectate în estru cu două sau trei perioade de observare cu durata de 30 de minute ).

În plus, la vacile de lapte Holstein-Friesian cu randament ridicat, procentul de vaci care arată că stau în picioare pentru a fi montate de alte vaci a scăzut, ceea ce face ca detectarea estrului să fie mai dificilă . Roelofs et al. au constatat că doar 58% dintre vaci au fost observate în călduri în picioare. Acest lucru, la rândul său, scade rata de supunere la IA și, prin urmare, contribuie în mod semnificativ la o eficiență reproductivă redusă .

Performanța reproductivă de succes bazată pe detectarea comportamentului estroal presupune necesitatea de a detecta cu exactitate debutul estrului la majoritatea vacilor și apoi de a insemina între 4 și 16 ore mai târziu . Acest lucru a dus la practica obișnuită de reproducere a vacilor în conformitate cu regula am-pm, care prevede că vacile sunt observate pentru a detecta estrul de cinci ori pe zi, cele care încep estrul dimineața sunt inseminate în acea seară, iar cele care încep estrul după ora 12 .00 amiază sunt inseminate în dimineața următoare (debutul estrului definit ca fiind prima perioadă de observație în care vaca este observată stând în picioare pentru a fi montată de alte colege de turmă sau de un taur teaser).

Abordarea observării estrului a funcționat bine pentru turmele pregătite să investească timp și efort în detectarea bună și precisă a estrului. Cu toate acestea, necesită un angajament semnificativ de muncă, o bună identificare a vacilor și personal instruit în detectarea estrului la vaci.

Senzori pentru detectarea estrului

În ultimele două decenii au fost dezvoltate, cu diferite grade de succes, diverse sisteme pentru automatizarea detectării estrului.

Senzori de presiune

Comportamentul caracteristic al estrului în picioare care urmează să fie montat poate fi monitorizat prin utilizarea unor sisteme precum, carduri răzuibile (de ex, Estrotect; Rockway Inc., Spring Valley, WI), fiole colorate (Kamar Products Inc., Zionsville, IN), tauri vasectomizați prevăzuți cu un marker cu bilă de bărbie, utilizarea metodelor de vopsire a cozii sau dispozitivul electronic HeatWatch .

Monitoare de activitate

O tehnologie de economisire a forței de muncă pusă la dispoziția fermierilor pentru a contribui la creșterea ratei de depunere și la scăderea necesarului de forță de muncă pentru detectarea estrului este utilizarea unui monitor de activitate fizică. Pedometrul, atașat la un picior, detectează o creștere a numărului de pași făcuți pe oră în timpul estrului (de exemplu, S.A.E. Afikim, Kibbutz Afikim, Israel) , în timp ce utilizarea unui colier de gât (de ex, Alpro; DeLaval International AB, DeLaval, Tumba, Suedia; Heatime, SCR, Netanya, Israel; MooMonitor; Dairy Master, Irlanda) identifică activitatea fizică crescută (mersul pe jos, montarea, ridicarea și culcarea) exprimată sub forma unui grup de activități (AC) și avertizează fermierul cu privire la momentul în care a început AC (când vacile intră în următoarea sală de muls). Prin urmare, acesta poate identifica pentru fermier momentul optim pentru IA, care este în timpul unei ferestre de 12 până la 18 ore înainte de momentul prezis al ovulației. Un studiu recent, realizat cu ajutorul monitorului de activitate cu guler Heatime (SCR Engineers Ltd., Netanya, Israel), a identificat că șansele ca un CA să se afle într-o fază foliculară preovulatorie, mai degrabă decât într-o fază luteală, s-au îmbunătățit cu 29% pentru fiecare creștere de o unitate a vârfului de activitate și cu 91% pentru fiecare creștere de 2 ore a duratei unui CA (Fig. 1, Fig. 2) . Utilizând un astfel de monitor de activitate (Heatime), momentul optim pentru inseminare a fost între 9 și 15 ore după declanșarea grupului de activitate .

Profilare endocrină

Un sistem de măsurare în linie disponibil în comerț pentru profilarea endocrină a fost dezvoltat recent (Herd Navigator, Delaval) pentru a detecta metaboliții și concentrația de P4 în lapte . Cu ajutorul algoritmilor, profilurile P4 pot fi utilizate pentru a prezice evenimentele de estrogen și, potențial, starea de gestație. Cu toate acestea, până în prezent, această tehnologie este încă relativ scumpă, ceea ce limitează adoptarea ei. În plus, există limite în ceea ce privește utilitatea sa tehnică.

i) sistemul a fost inițial dezvoltat presupunând măsurarea zilnică a P4 în lapte, cu toate acestea, în formatul comercializat, este adesea considerat prea scump pentru a fi utilizat pentru măsurători zilnice și, în general, este utilizat doar de două sau o dată pe săptămână în efectivele echipate cu această tehnologie .

ii) Faza foliculară la bovine poate varia de la 3 la 7 zile și este foarte variabilă, chiar și cu măsurători zilnice, tranziția la faza foliculară (de ex, P4 ridicat la P4 scăzut este marcată de scăderea P4) nu este un bun predictor al ovulației sau al debutului estrului și, prin urmare, nu este suficient de specifică pentru sincronizarea inseminărilor în practică. Cu toate acestea, poate identifica vacile aflate în faza foliculară, care ar trebui apoi să fie observate în mod special pentru a detecta semnele de comportament de estrupul (prin alte mijloace), pentru a permite apoi programarea inseminării. În cazul în care măsurarea se face doar o dată sau de două ori pe săptămână, acest lucru devine mult mai puțin util și, la intervale săptămânale săptămânale, faza foliculară poate fi omisă complet din greșeală.

iii) Ca metodă de determinare a stării de gestație, P4 este mai fiabil ca test de nongestație decât confirmarea vacilor gestante pozitive. Acest lucru se datorează faptului că o scădere a P4 la 18-24 de zile după o inseminare corect ori înseamnă că nu este gestantă. Cu toate acestea, un nivel ridicat de P4 la 18-24 de zile după o inseminare se poate datora unei sarcini; sau inseminare inițială incorectă (ceea ce înseamnă că vaca se află acum într-o fază luteală care nu este gravidă); sau o CL persistentă care apare ca un profil de sarcină timpurie, în absența unei sarcini (adesea asociată cu o infecție uterină); sau o sarcină inițială urmată de o pierdere de embrioni care va avea ca rezultat un nivel ridicat de progesteron, acum în absența unei sarcini. În toate aceste cazuri, o frecvență mai mare a măsurătorilor (de exemplu, zilnic) va ajuta la reducerea acestor probleme, dar nu depășesc complet limitările utilizării P4 ca indicator al stării de gestație.

Sincronizarea estrului și sincronizarea ovulației

Metodele tradiționale de sincronizare a estrului (de exemplu, programele numai cu prostaglandină și programele cu progesteron de 12 zile) au fost concepute pentru a sincroniza estrul, dar, în general, necesită în continuare observarea estrului pentru a optimiza momentul împerecherii și ratele de gestație. Ca o excepție de la această regulă, două injecții de prostaglandină la interval de 11 zile la juninci tinere pot funcționa cu inseminare în timp fix (FTAI) la 72 și 96 de ore sau, alternativ, la 72 de ore, iar apoi se poate observa intensiv prezența estrului timp de încă 3-4 zile și se pot insemina cele care intră târziu în estru, ca răspuns la prezența estrului (folosind regula am-pm). Acest protocol la vaci a necesitat observarea estrului după a doua injecție de prostaglandină.

Programele de sincronizare a ovulației au fost concepute pentru a facilita utilizarea FTAI în efectivele de animale fără investiții semnificative de timp și muncă în detectarea estrului. Acestea au fost dezvoltate de la începutul anilor 1990 încoace . Acestea sunt mai potrivite pentru efectivele mari, nesezonale, în care intervalele dintre fătări și fătări sunt oarecum mai puțin relevante pentru performanța economică a efectivului și, adesea, se permite ca intervalele de fătare să se extindă dincolo de 400-420 de zile. Problemele majore pentru un program de bază de sincronizare a ovulației (OVSYNCH) constau în faptul că ratele de concepție la o singură rundă de OVSYNCH sunt de aproximativ doar 30%, iar în context european sunt relativ costisitoare. Au fost dezvoltate strategii de îmbunătățire a ratelor de gestație (de exemplu, dubla OVSYNCH și presincronizarea-sincronizarea ovulației (PRESYNCH-OVSNCH), care sunt acceptabile în multe efective din SUA (rate de concepție de 46 și, respectiv, 41%), dar care implică costuri substanțiale în termeni de timp, costuri de medicamente, conformitate și percepție publică (în legătură cu utilizarea de rutină a hormonilor în producția de bovine), ceea ce face ca utilizarea lor să fie pusă sub semnul întrebării în efectivele europene de vaci de lapte. Pentru efectivele sezoniere, timpul de tratament necesar pentru protocoalele OVSYNCH, PRESYNCH-OVSYNCH și Double OVSYNCH este prea lung în raport cu ratele de concepție care pot fi obținute. Programele pe bază de progesteron (de ex, protocol de 7 sau 8 zile) care utilizează un dispozitiv intravaginal care încorporează GnRH la început și PGF la sfârșit (ziua 7) oferă rezultate mai bune în ceea ce privește sincronizarea și ratele de gestație la vacile sănătoase .

Detecția sarcinii

Metode directe de detecție a sarcinii

Există diverse metode disponibile pentru a determina starea de gestație, acestea includ revenirea la estru, palparea rectală a tractului reproducător și scanarea cu ultrasunete pentru a observa tractul reproducător . În practică, revenirea la estru este îngreunată de dificultățile asociate cu observarea estrului, astfel încât, în prezent, cea mai mare parte a detectării sarcinii la vaci se realizează prin scanarea cu ultrasunete a tractului reproducător pentru a detecta prezența sau absența embrionului timpuriu și a lichidului fetal. Prin această metodă, starea de gestație se determină, în general, începând cu ziua 28 de gestație. Această metodă, deși este utilizată în mod curent, este prea târzie pentru a permite reînsămânțarea la momentul optim (de ex, 18 până la 24 de zile după IA inițială) pentru vacile care nu sunt gestante, deoarece ciclul normal de estrogen este de 18 până la 24 de zile.

În mod normal, un test de sarcină timpurie ar fi:

Avea o sensibilitate ridicată (adică identifica corect vacile gestante)
Avea o specificitate ridicată (adică identifica corect vacile care nu sunt gestante).gestante)
Să fie ieftin de efectuat
Să fie un test simplu la nivelul vacii (adică utilizabil în condiții de teren)
Determină starea de gestație în timp util (ideal în momentul efectuării testului); (listă modificată după Fricke et al. ).

Metode indirecte pentru detectarea sarcinii la vacile de lapte

Metodele indirecte pentru diagnosticarea precoce a sarcinii utilizează măsuri calitative sau cantitative ale hormonilor sau substanțelor specifice conceptusului în fluidele corporale materne ca indicatori indirecți ai prezenței unei sarcini viabile . Metodele indirecte disponibile în comerț pentru diagnosticul de gestație la vacile de lapte includ testele de progesteron din lapte și testele pentru glicoproteinele asociate sarcinii (PAG) în sânge sau lapte .

Testele de progesteron sunt mai utile ca un test de non-graviditate în ziua 21 . Cu toate acestea, este imprecis ca test pentru sarcină, deoarece revenirea la un nivel scăzut de P4 la vacile care nu sunt gestante este foarte variabilă din cauza pierderilor embrionare timpurii. A fost încercat pe plan comercial, dar nu a supraviețuit din cauza acestor probleme. Testarea în linie a P4 (așa cum s-a menționat anterior) are potențial dacă costurile analizelor repetate pot deveni competitive.

Măsurarea PAG este o metodă viabilă de determinare a stării de gestație la vacile de lapte , cu toate acestea, acuratețea detectării PAG este bună doar după ziua 35-40. Interferența poate apărea, de asemenea, din cauza reportului PAG de la gestația anterioară timp de 40-50 de zile, dând naștere la un risc de rezultate fals pozitive. De asemenea, poate da rezultate fals pozitive după pierderea embrionului.

Lucrările descrise în cererea de brevet britanic nr. 1520248.4 au condus la dezvoltarea unui test bazat pe diagnosticarea glicanică folosind fracțiunea IgG din lapte. Această tehnologie poate detecta starea de sarcină încă din a 16-a zi și a condus la depunerea unui brevet prioritar (depus la 17 noiembrie 2015; cererea de brevet din Regatul Unit nr. 1520248.4). Este important faptul că detectarea timpurie a stării de gestație ar permite o strategie de resincronizare și reînsămânțare a vacilor până în ziua 21 după inseminarea inițială nereușită (Fig. 3).

Latura masculină a poveștii

Deși majoritatea dovezilor sugerează că presiunea asupra eficienței reproducerii în efectivele moderne de vaci de lapte este legată în primul rând de femelele mari producătoare, este evident că rolul masculului nu trebuie uitat. În timp ce medicii veterinari trec adesea cu vederea importanța acestei laturi a monedei, fermierii dau adesea vina pe probleme precum calitatea spermei și expertiza tehnicianului IA, mai ales pentru că este în natura umană să preferi să dai vina pe altcineva în loc să fii critic față de neajunsurile personale. Într-un studiu care a examinat rezultatul sarcinii în urma a 5883 de inseminări, 1 din cei 35 de tauri care au livrat material seminal a fost asociat cu o creștere de 2 până la 2,5 ori a ratei de sarcină . Într-un alt studiu al aceluiași grup, în care au fost analizate cu atenție rezultatele sarcinii din 10.965 de inseminări, s-a observat nu numai o diferență între tauri, ci și diferențe dramatice între inseminatori. Probabilitatea unei sarcini au fost de aproape 4 ori mai mici atunci când o vacă a fost inseminată de cel mai prost inseminator în comparație cu cel mai bun inseminator.

Succesul unei inseminări depinde, printre alți factori, de depunerea unui număr adecvat de spermatozoizi cu o bună capacitate de fertilizare la locul potrivit în tractul reproducător, la momentul potrivit în raport cu ovulația. Potențialul de fertilitate al unei doze de inseminare artificială este în funcție de cantitatea, calitatea și starea de sănătate a materialului seminal pe care îl conține. Este sarcina industriei de inseminare artificială să continue să mențină programe intense de control al calității pentru a se asigura că dozele de material seminal crioconservat puse în vânzare sunt lipsite de boli și îndeplinesc criteriile menționate mai sus. Un studiu de amploare privind practicile de prelucrare a materialului seminal în cadrul companiilor de IA din mai multe țări a raportat că doza medie de IA crioconservată conține aproximativ 20 × 106 spermatozoizi totali . Aceasta a fost estimată a fi în medie de 2 până la 20 de ori mai mare decât estimările privind numărul minim necesar pentru a garanta rate normale de fertilizare. În mod remarcabil, taurii despre care se știe că produc material seminal de calitate marginală ating adesea o fertilitate sub medie, în ciuda creșterilor compensatorii ale numărului de spermatozoizi pe doză și viceversa .

În 2003, Pace a trecut în revistă progresele tehnologice care au fost adoptate de industria IA de la înființarea acesteia la sfârșitul anilor 1930 și a concluzionat că „din punct de vedere tehnologic, industria laptelui primește material seminal de cea mai înaltă calitate produsă vreodată”. Progresele tehnologice în prelucrarea materialului seminal se reflectă în ratele de fertilizare care utilizează material seminal criogenat la sfârșitul anilor 1990 începutul anilor 2000 comparabile cu cele raportate pentru materialul seminal necongelat în anii 1950 . Tehnicile inovatoare testate recent în industria IA sunt tehnicile de crioconservare care îmbunătățesc supraviețuirea spermatozoizilor după decongelare și, astfel, reduc sensibilitatea la momentul optim al inseminării. În acest sens, au fost testate microîncapsularea spermatozoizilor pentru o eliberare susținută în timp sau tehnici concepute pentru a reduce amploarea capacitarea indusă de crioconservare.

Utilizarea materialului seminal de la tauri cu fertilitate ridicată dovedită este probabil cea mai evidentă și simplă recomandare. Cu toate acestea, atunci când se începe să se utilizeze pe scară largă tauri de superfertilitate la vaci care suferă de probleme de fertilitate, se pune întrebarea în ce sens acestea din urmă pot afecta datele de fertilitate raportate pentru acești tauri. Utilizarea materialului seminal de la alte rase la care declinul fertilității nu este o problemă atât de gravă ca la rasa Holstein poate fi, de asemenea, luată în considerare ca o alternativă pentru a îmbunătăți fertilitatea turmei, în special dacă se utilizează material seminal de la tauri de la tauri testați corespunzător pe descendență din rase cu niveluri de producție comparabile. Cu toate acestea, trebuie să ținem cont de faptul că încrucișarea nu reprezintă în sine o îmbunătățire genetică și că selecția genetică este în continuare puternic recomandată în cadrul raselor utilizate.

Recent au fost publicate rapoarte care arată că unii tauri au performanțe mai bune decât alții în scenariile de IA temporizată . Acestea din urmă ar trebui să stimuleze managerii și medicii veterinari să analizeze datele de fertilitate ale turmei lor în legătură cu utilizarea unor tauri specifici. Pe de altă parte, nu se știe încă dacă în acest fel stimulăm selecția către animale care fac față mai bine protocoalelor specifice cu timp fix în loc să stimulăm selecția către o fertilitate sporită.

Un alt factor care contribuie este locul de depunere a materialului seminal. Deși corpul uterin este în general acceptat ca fiind locul potrivit pentru depunerea materialului seminal, într-un experiment care a folosit radiografia de contrast pentru a evalua acuratețea inseminatorilor profesioniști, depunerea materialului seminal în corpul uterin a avut succes în doar 39% din încercări, în timp ce în 25% din cazuri, materialul seminal a fost depus în colul uterin . În timp ce mai multe studii au observat o fertilitate îmbunătățită ca răspuns la inseminarea cu coarne (inseminare bicornală profundă în care întreaga doză de inseminare este împărțită între ambele coarne uterine sau inseminare unicornală profundă în urma unei examinări anterioare cu ultrasunete pentru a detecta locul foliculului ovulator pentru a permite inseminarea ipsilaterală), majoritatea studiilor comparative nu au indicat nicio diferență . Recent, a fost dezvoltat un nou dispozitiv care facilitează în mod semnificativ inseminarea intrauterină profundă , deși autorii nu au fost în măsură să demonstreze rezultate îmbunătățite ale sarcinii cu ajutorul acestui dispozitiv față de inseminarea convențională în corpul uterin . Inseminarea intrauterină profundă a fost testată pentru inseminarea unor doze cu număr redus de celule de spermatozoizi sortați pe sexe. Deși s-a demonstrat că citometria în flux/sortarea celulară este o procedură fiabilă de diferențiere a spermatozoizilor purtători de cromozomi X față de cei purtători de cromozomi Y, utilizarea materialului seminal sexat este adesea recomandată numai pentru junincile nulipare, din cauza rezultatelor dezamăgitoare privind fertilitatea la animalele multipare. Ca o concluzie, DeJarnette et al. care au analizat lucrările disponibile, au menționat că principala preocupare este de a se asigura că depunerea materialului seminal are loc cranial față de osul cervical intern. Remarcabilă în acest context este lucrarea lui López-Gatius și Hunter, în care autorii relatează despre inseminarea intrafoliculară reușită la vaci reproducătoare repetate în condiții de stres termic. Totuși, acest din urmă studiu trebuie confirmat cu studii suplimentare.

Utilizarea și disponibilitatea „big data”

Practică comună în știința produselor lactate

Înainte de era „Big Data”, cercetătorii din domeniul produselor lactate au exploatat cu succes datele studiilor controlate randomizate pentru a explora relația complexă dintre producție și reproducere la bovinele de lapte . Mai multe studii observaționale au fost concepute pentru a identifica factorii de risc (metabolici) care influențează această relație la bovinele de lapte . Au fost efectuate multiple studii în acest domeniu și au fost publicate cu succes în publicații științifice de mare valoare . Cu toate acestea, așa cum a descris Leblanc , asocierile temporale care au fost identificate, nu implică o cauzalitate. Multe alte aspecte ale industriei produselor lactate s-au schimbat în ultimele decenii, confundând această relație. Randomizarea nu exclude confuziile. Rămâne posibilitatea ca alte variabile decât tratamentul să fie asociate în mod independent cu intervenția și chiar cu rezultatul. Deși studiile clinice controlate randomizate și bine concepute rămân standardul de aur în evaluarea tratamentelor experimentale, potențialul Big Data în știința produselor lactate constă în combinarea datelor colectate în mod tradițional cu aceste noi forme de date, atât la nivel de animal, cât și la nivel de populație. În medicina umană, acest tip de date a fost descris ca fiind dovezi din lumea reală . Abundența menționată mai sus a dovezilor din lumea reală la animale ar putea ajuta la deslușirea unor relații complexe, cum ar fi antagonismul producție-reproducere descris adesea la vacile de lapte. Un studiu recent al lui Rutten et al. documentează exact lipsa de informații integrate și de instrumente de sprijinire a procesului decizional pentru tehnologia actuală în cercetarea în domeniul produselor lactate. Până în 2013 nu a fost raportată nicio publicație științifică în domeniile metabolismului și reproducerii care să utilizeze „Big Data”. Sondajul confirmă provocările metodologice științifice observate în analiza Big Data.

Tehnicile utilizate pentru analiza și vizualizarea datelor tradiționale privind produsele lactate nu sunt adecvate pentru Big Data. Volumul, viteza, varietatea, distribuția și natura incrementală a acestor date impun provocări pentru metodele tradiționale de analiză a datelor.

Fertilitatea vacilor și strategiile de gestionare a datelor

În mod istoric, accentul în medicina veterinară s-a pus pe vaca individuală afectată de o boală clinică. Cu toate acestea, în urmă cu aproximativ 30 de ani, a fost recunoscut faptul că bolile subclinice reprezentau principala cauză a pierderilor economice în efectivele de vaci de lapte și medicii veterinari au început să investigheze natura multifactorială a acestor boli subclinice . Acest lucru s-a dovedit a fi eficient în îmbunătățirea stării generale de sănătate a cirezii și, prin urmare, a rentabilității. Această abordare a fost numită managementul sănătății turmei și a fost pusă în aplicare în învățământul veterinar timp de cel puțin 3 decenii. În aceeași perioadă de timp, internetul și tehnologia de comunicare au apărut și au fost integrate în gestionarea sănătății turmelor pentru a valorifica înțelegerea registrelor de bovine. Generarea și utilizarea datelor referitoare la vaci a avut loc de mai bine de 100 de ani. Primul raport privind înregistrarea și colectarea de date privind producția de lapte provine de la o uniune a producătorilor de lapte din Danemarca, în 1895. În 1906, a fost înființată prima asociație de înregistrare a laptelui din SUA. Începând cu anii 1950, calculatoarele au fost folosite ca instrument de gestionare în producția de lapte . În deceniile următoare, software-ul de gestionare a turmelor de vaci de lapte a evoluat rapid, iar computerul personal a apărut ca un instrument de gestionare important pentru monitorizarea producției, a reproducerii și a sănătății . Tehnologiile de colectare și stocare a datelor au evoluat într-un ritm mai rapid în comparație cu viteza cu care au fost descoperite noi perspective în știința produselor lactate. Creșterea exponențială a volumului și a vitezei cu care sunt create în prezent datele, denumite în mod obișnuit Big Data, a adus noi provocări pentru cercetarea în știința produselor lactate. Modul în care cercetătorii trebuie să valorifice puterea Big Data a fost în centrul atenției încă de la tendința de publicare care a început în jurul anului 2009 . Modul de abordare a acestor provocări va fi principalul domeniu de cercetare viitoare.

Date disponibile pentru practicienii din domeniul produselor lactate

Organizațiile oficiale de înregistrare a laptelui colectează săptămânal între 4 și 8 probe de lapte pentru a detecta componentele laptelui. Metodele analitice noi detectează mai mulți metaboliți pentru a evalua performanța (re)productivă în lapte. De exemplu, întregul spectru infraroșu mediu (MIR) al laptelui a fost propus ca factor de predicție a bolilor la vacile de lapte . În prezent, predicțiile MIR sunt disponibile pentru caracteristicile compoziției laptelui, cum ar fi grăsimea, proteinele și acizii grași din lapte; sunt în curs de dezvoltare ecuații de predicție suplimentare pentru a permite predicția gazelor cu efect de seră și a unor caracteristici noi de performanță și sănătate . Serviciile de diagnosticare analizează în mod curent o multitudine de parametri în probele de sânge, lapte și fecale de la vacile de lapte. Recent, informațiile genomice au devenit disponibile pe plan comercial atât pentru masculi, cât și pentru femele, creând un nou set de date . Aceste așa-numite centre de date secundare din afara fermei, care conțin în principal date de înregistrare a laptelui, informații genomice și de diagnosticare, au fost crescute în diferite țări, fiecare conținând un subset de date care reprezintă lumea reală a vacilor de lapte .
În fermă, sistemele de muls convenționale și robotizate sunt echipate cu senzori din ce în ce mai mulți și mai buni care colectează informații în afară de cantitatea de lapte produsă. Senzorii în linie detectează compoziția laptelui, numărul de celule somatice, temperatura și culoarea . Biosenzorii colectează noi biomarkeri, cum ar fi progesteronul (reproducere), L-lactat dehidrogenază (sănătatea ugerului), ureea și beta-hidroxibutiratul (sănătate metabolică) . Cântarele și camerele de luat vederi tridimensionale captează greutatea corporală a animalului și scorul stării corporale în timpul mulgerii . Încă de la începutul tehnologiei senzorilor, vacile au fost echipate cu pedometre și accelerometre care captează mișcările animalului pentru a prezice comportamente specifice, cum ar fi estrul și bolile la vacile de lapte . Exemple de inovații în fază incipientă aplicate la vacile de lapte sunt bolurile de temperatură ruminală și pH, senzorii de temperatură intravaginală și măsurătorile ritmului cardiac . Volumul sau formatul datelor nu mai reprezintă o constrângere majoră, prin urmare, volumul total de date legate de vaci care sunt colectate pe zi a crescut rapid .

Surse noi de date în industria laptelui

Importanța factorilor de mediu, cum ar fi temperatura și umiditatea, în reproducerea vacilor de lapte este de necontestat . Datele bazate pe locație au devenit disponibile în mod public în ultimele decenii, creând capacitatea de a stratifica hărți fizice și informații bazate pe locație pe lângă alte date disponibile. Abordarea combinării dispozitivelor Internet-of-Things (IoT) în timp real cu analiza datelor istorice este neexploatată în știința produselor lactate. Astfel, datele transmise în flux de la înregistratoarele automate de date pentru factorii de mediu oferă noi aplicații în ceea ce privește colectarea și utilizarea big data pentru a modifica procesul de luare a deciziilor și de gestionare .
Viteza și capacitatea hardware-ului de calculator au crescut, în timp ce costurile au scăzut . Acest lucru a dus la o înregistrare mai ușoară a datelor prin intermediul unor dispozitive mobile ieftine și al unor centre de date de înaltă disponibilitate bazate pe cloud, care permit o înregistrare mai coerentă și mai precisă a evenimentelor de reproducere, boală și tratament introduse manual la nivelul vacilor. Folosirea acestor date pentru a construi modele predictive pentru anticiparea rezultatelor bolilor în funcție de planurile de tratament actuale și pentru a rafina aceste modele în timp real va îmbunătăți cunoștințele științifice privind eficacitatea tratamentului, care, în prezent, se limitează la studii observaționale.
În plus, datele anecdotice și nestructurate capturate de pe telefonul mobil de la fermieri, notele medicilor veterinari și alte surse reprezintă o frontieră uriașă de informații neexploatate. În prezent, cercetătorii au recunoscut că 85 % din informațiile din lume sunt nestructurate, alcătuite din text în formă liberă, audio și video, mai degrabă decât din câmpuri recognoscibile organizate în mod îngrijit . Deși necesitatea unei intrări standardizate a datelor privind bolile a fost deja recunoscută de mult timp, implementarea efectivă în software-ul actual lipsește. Prelucrarea limbajului natural constă în mai multe tehnici de calcul pentru a procesa limbajul asemănător cu cel uman din texte nestructurate care pot fi citite automat. Aceasta a fost aplicată cu succes în medicina umană, dar, din câte știm noi, nu și în domeniul produselor lactate. Captarea și exploatarea acestor date va îmbogăți foarte mult analizele și cunoștințele.

Managementul reproductiv la vacile de lapte – viitorul