Oltre ad essere impiegati per la sintesi proteica, gli aminoacidi sono utilizzati anche per produrre altre molecole che hanno varie funzioni biologiche, una notevole influenza sulla salute degli animali e, in alcuni casi, che migliorano la fertilità e l’efficienza riproduttiva, sia come nutrienti, derivanti dalla nutrizione proteica, sia come “molecole funzionali”.

Dagli articoli pubblicati in precedenza risulta evidente come quantità sufficienti ed equilibrate di amminoacidi, e in particolare amminoacidi limitanti essenziali come la metionina, la lisina e l’istidina, possano migliorare significativamente l’efficienza delle diete dei ruminanti. Questi aminoacidi sono limitanti per una produzione ottimale di latte, come dimostrato da un aumento della produzione di latte, della sua percentuale di proteine e della produzione totale di proteina dopo l’infusione ruminale o l’integrazione con specifiche forme ruminoprotette (Huhtanen et al., 2002; Socha et al., 2005; Cho et al., 2007; Patton, 2010, Giallongo et al., 2016). Oltre ad essere utilizzati per la sintesi proteica, gli amminoacidi essenziali apportati sono impiegati anche per produrre altre molecole che hanno una loro funzione biologica. La metionina e la lisina sono utilizzate per sintetizzare la L-carnitina, necessaria per utilizzare gli acidi grassi per la produzione di energia nei mitocondri della cellula. Un altro ruolo importante della metionina è quello di partecipare all’esportazione di molecole di grasso dal fegato per la prevenzione della lipidosi epatica. Gli aminoacidi hanno quindi un’influenza significativa anche sulla salute degli animali.

Anche se la produzione di latte e la salute della bovina sono di solito gli aspetti più importanti per gli allevatori poiché influenzano direttamente il reddito quotidiano, non bisogna mai dimenticare la fertilità e l’efficienza riproduttiva. Il successo della riproduzione della mandria garantisce infatti la redditività dell’azienda nel lungo termine.

Tuttavia, negli ultimi decenni, le performance riproduttive delle vacche da latte sono diminuite parallelamente all’aumento della produzione. Ad esempio, dal 1970 al 2000, l’interparto e il numero di fecondazioni per gravidanza sono aumentati rispettivamente da 13,5 a 14,7 mesi e da 1,8 a 3,0 (Lucy, 2001).

Il fallimento riproduttivo o l’infertilità sono fenotipi multifattoriali. Insieme ad altri fattori di rischio di origine manageriale, ambientale e metabolica (Coleman et al., 1985; Stevenson e Call, 1988), i problemi nutrizionali possono anche compromettere significativamente la riproduzione. Gli amminoacidi possono in alcuni casi migliorare la fertilità e l’efficienza riproduttiva sia come nutrienti parte della nutrizione proteica che come “molecole funzionali“.

Impatto dell’efficienza di utilizzo dell’azoto sulla riproduzione

Per stimolare e sostenere un’elevata produzione di latte, soprattutto all’inizio della lattazione, le vacche da latte sono di solito alimentate con diete ad alto contenuto proteico (>17% CP) ma questo può anche comportare una diminuzione delle prestazioni riproduttive (Butler, 1998). L’azoto della proteina inutilizzata viene convertito in ammoniaca durante la degradazione degli aminoacidi. L’ammoniaca viene poi rimossa per essere convertita in urea ed escreta nelle urine.

La sintesi di urea richiede energia: un’alimentazione proteica in quantità superiore rispetto ai fabbisogni della bovina può quindi portare ad uno spreco di energia necessaria. Inoltre, l’urea stessa può compromettere la funzione riproduttiva (Hansen, 2016).

L’azoto ureico del plasma (PUN) e l’azoto ureico del sangue (BUN) sono dei buoni indicatori per la stima dello stato nutrizionale e riproduttivo delle vacche. Le concentrazioni di PUN e BUN sono altamente correlate e simili, e la concentrazione di BUN può essere utilizzata per descrivere la concentrazione di azoto ureico nel sangue totale e nel plasma sanguigno “deproteinizzato” (Melendez et al., 2003).

L’azoto ureico del latte (MUN) può essere usato anche per monitorare il metabolismo delle proteine nelle vacche da latte (Roseler et al., 1993). La base per l’utilizzo del MUN come indicatore nutrizionale è l’elevata correlazione tra il MUN e il BUN, dovuta alla libera diffusione dell’urea nei tessuti organici (Melendez et al., 2000). Un valore target comunemente riconosciuto per il MUN è di 8-10 mg/dL (Schwab, 2015).

L’associazione negativa tra le concentrazioni di PUN, BUN o MUN e la fertilità nei bovini da latte è stata documentata in numerosi studi. Melendez et al. (2003) hanno riassunto i dati che mostrano l’effetto negativo delle alte concentrazioni di urea nel sangue e nel latte sulla fertilità delle vacche da latte (Tabella 1).

Tabella 1. Effetto delle concentrazioni di PUN, BUN o MUN sulla fertilità nei bovini da latte (Melendez et al., 2003).

Le alte concentrazioni di PUN alterano il pH uterino (Rhoads et al., 2004; Elrod e Butler, 1993; Elrod et al., 1993) e le concentrazioni di urea, Mg, K, P e Zn nel fluido uterino (Jordan et al., 1983). I maggiori cambiamenti nell’ambiente uterino si verificano a metà della fase luteinica, un periodo critico per lo sviluppo embrionale precoce che determina la sopravvivenza a lungo termine dell’embrione. Inoltre, i livelli di PUN sembrano influenzare la qualità dell’embrione stesso.

Ad esempio, in uno studio retrospettivo su 180 vacche da latte in lattazione, stimolate ormonalmente per la pratica dell’embrio trasfer (Lee et al., 2012), le vacche in lattazione con azoto ureico nel latte medio (MUN; 12 < MUN < 18 mg/dL) avevano un numero maggiore di embrioni trasferibili (7,4 ± 0,6 vs. 4,6± 0,6 ± 0,6; P < 0,05) rispetto alle vacche con MUN elevato (>18 mg/dL). Inoltre, gli elevati livelli di PUN hanno ridotto la vitalità degli embrioni ovini e lo sviluppo in vivo e in vitro (McEvoy et al., 1997; Bishonga et al., 1996).

L’inclusione di aminoacidi limitanti nelle razioni da latte può migliorare significativamente l’efficienza di utilizzo dell’azoto, portando non solo ad un aumento della produzione di latte ma anche ad una diminuzione del MUN e del PUN (Tabella 2).

Tabella 2. Effetti dell’estere isopropilico dell’acido 2-idrossi-4-(metiltio) butanoico (HMBi) sulla produzione di latte e sulle concentrazioni di PUN e MUN (adattato da St-Pierre e Sylvester, 2005).

Inoltre, l’inclusione di diversi amminoacidi limitanti nella razione del ruminante, nel rapporto corretto, può avere un impatto più forte sulle concentrazioni di MUN e PUN rispetto ai singoli amminoacidi. Wang et al., (2010) hanno riportato un effetto migliore dell’integrazione combinata di metionina e lisina sulla produzione di latte e sulle concentrazioni di azoto ureico nel latte e nel siero rispetto all’integrazione di sola metionina nelle razioni di latte contenenti il 16,5% di proteina grezza (Tabella 3).

Tabella 3. Effetti dell’integrazione alimentare di lisina e metionina sulla produzione di latte, sull’efficienza di utilizzo dell’azoto e sulla concentrazione di azoto ureico nel siero, nelle urine e nel latte (adattato da Wang et al., 2010).

L’inclusione di aminoacidi ruminoprotetti permette inoltre di ridurre la quantità di proteina grezza totale nella dieta, con conseguente riduzione significativa delle concentrazioni di urea nel latte e nel plasma, senza diminuzioni della produzione (Tabella 4).

Di conseguenza, si ipotizza che il bilanciamento amminoacidico della dieta possa migliorare la riproduzione almeno attraverso la diminuzione delle concentrazioni di PUN.

Tabella 4. Effetti della metionina ruminoprotetta (RPM) sulla produzione di latte e sulle concentrazioni di PUN e MUN in diete con diverse concentrazioni di proteina grezza (adattato da Noftsger e St-Pierre, 2003)

Effetto di amminoacidi specifici sulla riproduzione

Come accennato in precedenza, molti aminoacidi possono avere effetti positivi sui processi fisiologici che sono indipendenti dai loro effetti sulla sintesi delle proteine. Questo fenomeno è stato definito “effetto funzionale” degli amminoacidi. La metionina e l’arginina sono gli “amminoacidi funzionali” associati alla riproduzione meglio studiati (Wu et al., 2013; Penagaricano et al., 2013).

La fecondazione e i primi giorni di sviluppo embrionale avvengono nell’ovidotto. Dopo circa 5 giorni dall’estro, l’embrione arriva nel corno uterino. L’embrione raggiunge lo stadio di blastocisti da 6 a 7 giorni dopo l’estro, esce dalla zona pellucida circa 9 giorni dopo l’estro e poi si allunga nei giorni 14-19. L’embrione allungato secerne la proteina “interferone-tau” che è essenziale per la sopravvivenza del corpo luteo e la continuazione della gravidanza. Nei giorni 25-28, l’embrione si attacca definitivamente all’utero e comincia a stabilire un rapporto vascolare con la madre attraverso la placenta. Durante tutto il tempo che precede l’attaccamento dell’embrione, questo è libero di galleggiare e dipende dalle secrezioni uterine per l’energia e i mattoni necessari per lo sviluppo, compresi gli amminoacidi. Pertanto, è fondamentale comprendere i cambiamenti nelle concentrazioni di aminoacidi nell’utero che accompagnano questi diversi stadi dello sviluppo embrionale (Cardoso, 2016).

Hugentobler et al., (2007) hanno riassunto le concentrazioni di aminoacidi nel plasma (media dei giorni 0, 2, 3, 4 e 6 del ciclo estrale), nell’ovidotto e nell’utero di manze meticce da carne (media dei giorni 6, 8 e 14 del ciclo estrale). Il giorno del ciclo estrale non ha avuto alcun effetto sulle concentrazioni di amminoacidi nell’ovidotto. Nove dei 20 amminoacidi erano presenti a concentrazioni significativamente maggiori nell’ovidotto rispetto al plasma, il che indica che nelle cellule dell’ovidotto sono presenti meccanismi che permettono la concentrazione di amminoacidi. Anche l’utero presentava concentrazioni maggiori di molti amminoacidi rispetto a quelle che si trovavano nel plasma delle vacche negli stessi giorni del ciclo estrale. Gli amminoacidi che erano più elevati nell’utero, ovvero acido aspartico, asparagina e acido glutammico, erano per lo più simili a quelli dell’ovidotto.

Oltre ai meccanismi che concentrano gli amminoacidi nell’utero nei ruminanti non gravidi, ci sono altri meccanismi che portano ad un ulteriore aumento delle concentrazioni di amminoacidi nel lume uterino nei ruminanti gravidi vicino al momento dell’allungamento dell’embrione (giorni 14-18). Tre studi hanno individuato le concentrazioni di aminoacidi vicino al momento dell’allungamento dell’embrione: due nelle pecore (Gao et al., 2009) e uno nei bovini (Groebner et al., 2011). Anche se sembra che le concentrazioni di amminoacidi tra i 10 e i 16 giorni nelle pecore non gravide cambino molto poco, si verifica un grande aumento (da 3 a 23 volte) per specifici amminoacidi nel lume uterino delle pecore gravide (Gao et al., 2009). Wiltbank et al. (2014) hanno riassunto i dati di Hugentobler et al. (2007) per illustrare la differenza significativa delle concentrazioni di aminoacidi nel plasma, nell’ovidotto e nell’utero. Hanno anche combinato i risultati di Gao et al. (2009) e Groebner et al. (2011) in un aumento multiplo degli aminoacidi durante il periodo di allungamento dell’embrione, al fine di fornire un’idea dei cambiamenti degli aminoacidi uterini durante l’inizio della gravidanza. I risultati ottenuti sono presentati nella tabella 5.

Tabella 5. Concentrazioni di 19 amminoacidi nel plasma, nell’ovidotto e nell’utero sulla base dei risultati di Hugentobler et al., 2007. Inoltre, l’ultima colonna confronta le concentrazioni di aminoacidi nell’utero gravido rispetto a quello non gravido nella fase di allungamento dell’embrione, al giorno 15 nelle pecore (Gao et al., 2009) e al giorno 18 nei bovini (Groebner et al., 2011).

È di particolare interesse il fatto che i tre amminoacidi che sono considerati limitanti per la produzione di latte, Met, His e Lys, sono gli amminoacidi con il più alto aumento delle concentrazioni nel lume uterino durante la fase di allungamento dell’embrione (10 volte di più in media secondo i risultati di questi tre studi). Un apporto inadeguato di questi aminoacidi potrebbe ostacolare la rapida crescita dell’embrione che si verifica tra i 14 e i 19 giorni nella vacca gravida o la successiva crescita dei tessuti embrionali, fetali e placentari (Wiltbank et al., 2014).

L’effetto dei particolari aminoacidi limitanti sulla fertilità e la riproduzione nei ruminanti non è stato ancora studiato approfonditamente. Attualmente, la metionina è la più studiata in termini di influenza sulla riproduzione bovina e sullo sviluppo embrionale.

Un recente studio (Ikeda et al., 2012) ha valutato se il metabolismo della metionina fosse necessario per il normale sviluppo degli embrioni bovini. I ricercatori hanno aggiunto “etionina” o metionina aggiuntiva alle colture di embrioni bovini. L’etionina blocca il metabolismo della metionina (è infatti definita come antimetabolite della metionina). L’etionina non ha bloccato lo sviluppo fino allo stadio di morula ma ha bloccato lo sviluppo fino allo stadio di blastociste (controllo = 38,5%; etionina = 1,5%). La metionina ha quindi un ruolo essenziale nello sviluppo dell’embrione bovino dalla morula alla blastociste.

Acosta et al. (2016) hanno riferito che l’integrazione delle vacche con metionina ruminoprotetta (RPM) durante gli stadi finali dello sviluppo follicolare e nella fase iniziale dello sviluppo embrionale, fino al settimo giorno dopo l’accoppiamento, ha comportato un maggior accumulo di lipidi negli embrioni. Così, l’integrazione di metionina sembra avere un impatto sull’embrione pre impianto, portando ad un aumento della sua capacità di sopravvivenza perché ci sono forti prove che le riserve lipidiche endogene servono come substrato energetico. Le minori perdite di gravidanza nelle vacche alimentate con una dieta arricchita con metionina ruminoprotetta, suggeriscono che la metionina favorisce la sopravvivenza dell’embrione, almeno nelle vacche pluripare (Cardoso, 2016).

Alcuni dati che confermano l’effetto positivo dell’integrazione di metionina ruminoprotetta sulla riproduzione dei bovini sono stati ottenuti in studi effettuati in Medio Oriente. Ardalan et al. (2010) hanno riferito che c’è stata una significativa diminuzione dei giorni “aperti” e del numero di fecondazioni per gravidanza (P < 0,05) in bovine Holstein alimentate con 18 g di RPM da quattro settimane prepartum a 20 settimane postpartum (Tabella 6). Si è inoltre verificata una tendenza a diminuire i giorni al primo estro e ad aumentare il tasso di gravidanza. È anche interessante il fatto che l’integrazione di 60 g di colina ruminoprotetta oltre all’RPM abbia avuto un effetto sinergico e significativamente migliore rispetto all’integrazione di sola metionina (Tabella 6).

Tabella 6. Effetti della metionina ruminoprotetta (RPM) e della colina ruminoprotetta (RPC) sugli indici riproduttivi delle vacche da latte Holstein (adattato da Ardalan et al., 2010).

Nikkhah et al. (2013) hanno anche valutato gli effetti dell’RPM sulla riproduzione in uno studio che ha coinvolto 24 animali. Le vacche che ricevevano metionina supplementare hanno sperimentato, tra l’altro, un miglioramento in diversi aspetti della funzione riproduttiva, tra cui una riduzione dell’intervallo parto-primo calore, prima fecondazione artificiale e giorni parto-concepimento (Tabella 7).

Tabella 7. Effetti della metionina ruminoprotetta (RPM) e della colina ruminoprotetta (RPC) sugli indici riproduttivi delle vacche da latte Holstein (adattato da Ardalan et al., 2010).

Inoltre, l’integrazione di metionina sembrava modificare l’espressione genica in un modo che può portare ad un miglioramento degli esiti della gravidanza e della fisiologia della prole. Ad esempio, in uno studio di Sinclair et al. (2007), le pecore sono state sottoposte ad una limitazione della metionina prima e per i primi sei giorni dopo la fecondazione. Gli embrioni in apparenza normali sono stati poi trasferiti in animali di controllo e gli agnelli sono stati valutati dopo il parto.

Gli embrioni ottenuti da pecore con limitazione della metionina hanno prodotto agnelli con differenze sostanziali nella pressione sanguigna e nella funzione immunitaria. Penagaricano et al. (2013) hanno testato questa idea nei bovini. Hanno valutato infatti se gli embrioni che sono stati recuperati da vacche che erano state “integrate” (+MET) o meno (noMET) con metionina presentavano differenze nell’espressione genica. Solo gli embrioni di alta qualità provenienti da singole vacche sono stati raccolti e poi analizzati con una tecnica che permette di valutare l’espressione dei geni.

La piccola differenza nella metionina in circolazione ha prodotto una differenza sostanziale nell’espressione dei geni dell’embrione. Un totale di 10.662 geni sono stati testati dalle vacche supplementate o non supplementate con metionina. Statisticamente, un totale di 276 geni sono stati espressi in modo diverso. In particolare, 200 geni hanno mostrato una maggiore espressione nel gruppo non supplementato, mentre 76 geni hanno mostrato una maggiore espressione nel gruppo supplementato con metionina. La maggior parte di questi geni sono stati “spenti” in embrioni di vacche che sono state “integrate” con metionina.

Questo può inibire l’espressione di alcuni geni specifici fino a quando le cellule si differenziano ad uno stadio appropriato, quando l’espressione genica dovrebbe iniziare. Molti di questi geni sono coinvolti nella funzione immunitaria e negli stadi successivi dello sviluppo embrionale e possono essere critici per la progressione della gravidanza e la normale funzione immunitaria dopo la nascita. Così, l’integrazione di metionina sembra modificare l’espressione genica in un modo che può portare ad un miglioramento degli esiti della gravidanza e della fisiologia della prole.

Conclusioni

La riproduzione è un aspetto importante in quanto garantisce all’allevamento la continuità nel tempo. Per ottimizzare l’efficienza riproduttiva è molto importante formulare e monitorare attentamente le razioni.

Questo è estremamente importante durante la prima lattazione, quando le vacche si preparano per un nuovo ciclo riproduttivo. In questo caso è necessario prestare attenzione alle concentrazioni di MUN che ne derivano, poiché il loro aumento può avere un impatto significativo sui tassi di concepimento. Le vacche alimentate con una dieta opportunamente formulata dovrebbero avere un valore MUN compreso tra 8 e 10 mg/dl (circa 170-215 mg urea/L di latte). La determinazione della concentrazione di MUN in un campione di latte di massa, che comprende tutte le mungiture giornaliere, sarà probabilmente più rappresentativa dello stato dell’urea di una vacca durante il giorno rispetto a un valore MUN misurato in un campione di latte raccolto da una sola mungitura giornaliera prelevata una tantum.

Dovrebbe essere fornita anche un’adeguata integrazione di aminoacidi. Essendo molecole multifunzionali, essi influenzano non solo l’efficienza proteica, ma anche una serie di importanti processi fisiologici nell’organismo dell’animale. Pertanto, l’alimentazione a basso contenuto di proteina grezza (17% per kg DM), con diete integrate con aminoacidi essenziali e limitanti, in particolare Met e Lys e nel giusto equilibrio, sarà la migliore strategia per ottenere lattazioni efficienti.

Autori: Dimitry Glukhov, Stefano Mattuzzi

 

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