La variazione dei requisiti metabolici ed energetici dovuta alla gravidanza nelle vacche può comportare cambiamenti anche alla resa ed alla composizione del latte. Ad esempio, è stata riportato in diversi studi un calo della produzione di latte durante la gestazione, che diventava più evidente dopo il terzo mese di gravidanza (Olori et al., 1997; Loker et al., 2009), cioè quando le necessità del feto richiedono una quantità significativa di nutrienti (Moe e Tyrrell, 1972). La gravidanza influisce anche sulla composizione del latte con un aumento di grasso, proteine, lattosio e caseina quando la gravidanza è in stato avanzato (Olori et al., 1997). Di conseguenza, l’effetto della gravidanza è stato suggerito come fattore di aggiustamento per aumentare l’accuratezza delle valutazioni genetiche sulle caratteristiche della produzione (Bohmanova et al., 2009).  Infatti, diversi paesi hanno incluso la fase di gravidanza nelle loro valutazioni genetiche per la produzione di latte, grassi e proteine (Interbull, 2016).

La conferma della gravidanza nelle vacche da latte è fondamentale per  programmi di riproduzione di successo tanto che sono necessari strumenti di diagnosi precoce che aiutino gli allevatori a determinare la gravidanza. Gli attuali metodi per la diagnosi di gravidanza includono metodi diretti (palpazione transrettale e ecografia) e metodi indiretti (latte progesterone e glicoproteine associate alla gravidanza nel sangue o latte; Fricke et al., 2016). Tutti questi metodi sono costosi, richiedono la manipolazione degli animali ed hanno un’efficacia limitata. Il mancato ritorno ad estro dopo l’inseminazione è comunemente usato come una comoda misura del successo della gravidanza; la rilevazione dell’estro dipende però da diversi fattori e quindi diminuisce l’affidabilità di questa misura (Senger, 1994). Il test di gravidanza ideale dovrebbe essere altamente sensibile, altamente specifico, economico e semplice da condurre in allevamento (Fricke et al., 2016).

La spettroscopia a infrarossi con trasformata di Fourier (FTIR) è già usata per valutare regolarmente la composizione del latte nei programmi di registrazione del latte (ICAR, 2016); per esempio, i dati FTIR sono abitualmente utilizzati per determinare i componenti del  latte (grassi, proteine, caseina, lattosio, TS, urea, citrico acido, acidi grassi liberi e alcuni singoli acidi grassi), il punto di congelamento, pH e per effettuare uno screening per la chetosi. Inoltre, la spettroscopia FTIR è stata utilizzata per prevedere molti altri fenotipi dettagliati, come profili di acidi grassi, composizioni della frazione proteica, AA liberi e proprietà  della coagulazione del latte (De Marchi et al., 2014). Sono stati studiati anche altri fenotipi aventi relazioni dirette con la composizione del latte, come lo stato di energia del corpo, l’alimentazione ed il consumo di energia (McParland e Berry, 2016). In relazione alla salute e alla fertilità dei bovini, Bastin et al. (2016) hanno studiato l’uso della spettroscopia FTIR nel latte come un indicatore efficace di salute e fertilità, associando acetone e BHB con la chetosi ed associando vari acidi grassi (ad es. C18: 1 cis-9 e C10: 0) con la fertilità. Lainé et al. (2017) hanno riportato un effetto diretto della gravidanza sulla composizione del latte di vacche Holstein e sullo spettro FTIR del loro latte. La gravidanza ha infatti influenzato l’assorbanza di 212 onde, specialmente nella regione dello spettro infrarosso dal numero d’onda  1.577 al 968 cm-1 (transizione dalla sezione medio a lungo infrarosso dello spettro). Infine, Lainé et al. (2014) hanno usato residui da dati spettrali (regione del medio infrarosso) preimpostati per diversi effetti prefissati (ad esempio, parità, razza, mese del giorno di test, DIM) per discriminare con elevata specificità e sensibilità gli spettri residui di vacche non gravide dagli spettri residui di vacche gravide.

Ciò che non è stato ancora studiato è la possibilità di discriminare semplicemente le vacche gravide da quelle non gravide utilizzando profili FTIR a spettro intero. Quindi, gli obiettivi di questo studio sono stati la valutazione ed il confronto dell’accuratezza della predizione di un esito riproduttivo (stato di gravidanza delle vacche da latte) utilizzando sia i dati sui componenti del latte (grassi, proteine, caseina e lattosio), derivati indirettamente dalle assorbanze di lunghezze d’onda spettrali, come pure dati FTIR diretti a banda singola ed a spettro intero.

ABSTRACT

Sono stati utilizzati dati da vacche di razza Holstein (16.890), Brown Swiss (31.441), Simmental (25.845) e Alpine Grey (12.535) allevate nel nordest dell’Italia per valutare la capacità dei componenti del latte (grassi, proteine, caseina e lattosio) e dei dati spettrali ottenuti con lo spettro infrarosso e trasformata di Fourier (FTIR) per diagnosticare la gravidanza. Lo stato di gravidanza è stato definito come se la gravidanza fosse confermata da un parto successivo e da nessun’altra inseminazione successiva entro 90 giorni nell’allevamento di interesse specifico. Sono stati analizzati campioni di latte per i componenti e dati FTIR a spettro completo utilizzando un MilkoScan FT + 6000 (Foss Electric,Hillerød, Danimarca). Lo spettro ha coperto 1.060 numeri d’onda (wn) da 5.010 a 925 cm-1. Lo stato di gravidanza è stato previsto utilizzando modelli di linearizzazione generalizzata con grassi, proteine, lattosio, caseina e bande spettrali o lunghezze d’onda FTIR singole come predittori. Anche noi abbiamo eseguito un fitting utilizzando un modello lineare generalizzato come funzione simultanea di tutte le lunghezze d’onda (1.060 wn) con un modello Bayesiano di selezione variabile usando il pacchetto R BGLR (r-forge.r-project .org/projects/bglr/).

L’accuratezza della predizione è stata determinata utilizzando l’area sotto una curva caratteristica operativa del ricevitore basata su una valutazione 10-fold cross-validation (CV-AUC) basata su sensibilità e specificità delle previsioni fenotipiche. Nel complesso, sono state ottenute le migliori accuratezze di previsione per il modello che includeva i dati spettrali FTIR completi. Abbiamo osservato modelli simili tra le razze con piccole differenze nell’accuratezza della predizione. Il valore più alto di CCA-AUC è stato ottenuto per le vacche Grigio Alpino (CV-AUC = 0,645), mentre le Brown Swiss e Simmental hanno registrato prestazioni simili (CV-AUC = 0,630 e 0,628, rispettivamente), seguite dalle Holstein (CV-AUC = 0,607). Per le analisi a lunghezza d’onda singola, picchi importanti sono stati rilevati tra 2.973 e 2.872 cm -1 dove il grasso-B (stiramento CH) viene solitamente filtrato,  1,773 cm -1 dove viene filtrato il grasso-A (C = O), 1,546 cm -1 dove si filtra la proteina, a 1.468 cm -1 associata a urea e grasso, 1.399 e 1.245 cm -1 associati all’acetone, e da 1.025 a 1.013 cm -1 dove viene filtrato il lattosio. In conclusione, questa ricerca fornisce nuove informazioni sulle strategie alternative per lo screening della gravidanza delle vacche da latte.

 

 

Diagnosing pregnancy status using infrared spectra and milk composition in dairy cows

J. Dairy Sci. 101:2496–2505

doi.org/10.3168/jds.2017-13647

Hugo Toledo-Alvarado, Ana I. Vazquez, Gustavo de los Campos, Robert J. Tempelman, Giovanni Bittante e Alessio Cecchinato