HAL Id: hal-02806823
https://hal.inrae.fr/hal-02806823
Submitted on 6 Jun 2020
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Influence du niveau d’apports azotés et de la nature de
l’énergie sur l’émission hépatique de glucose chez les
vaches laitières
Farouk Messad
To cite this version:
Farouk Messad. Influence du niveau d’apports azotés et de la nature de l’énergie sur l’émission hépatique de glucose chez les vaches laitières. Sciences du Vivant [q-bio]. 2011. �hal-02806823�
Master 2 recherche Science de la vie et de la santé
Spécialité
Nutrition et Sciences des Aliments
Option
nutrition animale et élevage.
Année 2010 - 2011
Farouk MESSAD
Etudier l'influence du niveau d'apports azotés et de la nature
de l'énergie sur l'émission hépatique de glucose chez les
vaches laitières
Responsables du Stage : Dr Isabelle Ortigues Marty
Unité de Recherches sur les Herbivores Equipe AMUVI (Animal, Muscle, Viande)
Unité de Recherches sur les Herbivores
REMERCIEMENTS
Ce travail a été réalisé à l'Unité de Recherches sur les Herbivores au sein des équipes AMUVI de Clermont Ferrand Theix.
Je remercie Brigitte Picard et Isabelle Ortigues-Marty, respectivement responsable et responsable adjoint de l’équipe AMUVI de l’URH à l’INRA de Theix (Clermont-Ferrand), de m’avoir accueilli dans cette unité qui s’appuie sur de nombreuses compétences disciplinaires alliant la zootechnie, la nutrition et la physiologie animale, le métabolisme des tissus (musculaires, adipeux et splanchniques) et des nutriments (lipides, acides gras, acides aminés, glucides).
Je tiens tout particulièrement à remercier ma directrice de mémoire, Isabelle Ortigues-Marty, pour ses conseils avisés, sa disponibilité, et sa clairvoyance, ainsi d’avoir contribué au développement de mon autonomie et pour son aiguillage sur les avancées du projet d’étude, qui rentre dans le cadre de la validation du Master nutrition animale et élevage.
Un grand merci doit aussi être fait à Ganzalo Cantalapiedra-Hijar, en post-doc au sein de l’équipe AMUVI, Pour son indéfectible soutien sur le plan scientifique.
Ce travail a été facilité par la bonne ambiance qui règne dans l’équipe AMUVI. Je remercie l’ensemble des membres, chercheurs, enseignants-chercheurs, thésards, techniciens pour leur accueil, leur convivialité et leur aide, en particulier : Anne-Sophie BAGE, Agnès THOMAS, Jean VERNET, Vincent LARGEAU, Marinette Brunel, Christiane Legay, Maya CHERFAOUI et Lahlou BAHLOUL.
A José MONSEGU, et Agnès un grand merci pour votre aide et pour votre disponibilité tout au long de mon stage
Merci aussi à l’ensemble du personnels des Cèdres, pour leur accueil chaleureux , en particulier Jean-Bernard Teuma, Dominique Roux, Christophe Mathevon, Lionel Mouly .
Sommaire
Sommaire
Liste des abréviations 1
Introduction générale 2
Introduction bibliographique 4
Matériels et Méthodes 1. Animaux 11
2. Préparation chirurgicale des animaux et entretien des cathéters 11
3. Alimentation et mode d’alimentation 11
3.1. Période de référence 12
3.2. Période et traitements expérimentaux 12
4. Mesures et Prélèvements 14
4.1. Infusion d’acide para-amino-hippurique 14
4.2. Prélèvement d’échantillons sanguins et de lait 14
4.3. Traitements et analyses des échantillons 15
Résultats 1. Animaux et fonctionnalité des cathéters 18
2. ingestion et production laitière 18
3. Débits sanguins 18
4. Flux sanguins de glucose 19
5. Flux sanguins de lactate 19
6. Flux sanguins d’ammoniaque 19
7. flux sanguin d’urée 20
Discussion et Conclusion 21
Abréviation
AA Acides aminés AG Acides gras AGV Acides gras volatil
ANP Apport nutritionnel protéique ARNm Acide ribonucléique messager ATP Adénosine triphosphate C2 Acide acétique
C3 Acide propionique C4 Acide butyrique
CEM Cellule Epithéliale Mammaire DAV Différence artério-veineuse GLUT1 Glucose transporteur 1 L-LDH L-lactate-déhydrogénase
MCT1 Transmembranaire Monocarboxylate transporter1 NADPH Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate PDI Protéine digestible dans l’intestin
Phe Phénylalanine
Km Constante de Michaelis
TDVP Tissus drainé par la veine porte Tyr Tyrosine
UDP Uridine diphosphate UFL Unité fourragère lait α-LA α-lactalbumine
Introduction générale
Introduction Générale
La production de laitière a fortement augmenté depuis le milieu du siècle. C’est le résultat de l'augmentation des effectifs mais aussi de la spécialisation des races, de leur sélection génétique et enfin de l'intensification des systèmes d'élevage qui conjointement ont permis d'accroître les rendements et la production. L'intensification de cette production s'est accompagnée d'une augmentation des intrants azotés et donc des rejets azotés vers l’environnement. L’un des défis majeurs de l'agriculture d'aujourd'hui est de concilier la compétitivité des élevages et la protection de l'environnement. Conformément aux directives européennes qui cherchent à encourager les mesures qui améliorent la gestion des nutriments, des déchets et de l'eau (directive européenne 2000/60/CE du conseil européen) dans un premier temps pour ensuite passer à des pratiques de gestion au-delà des (bonnes pratiques agricoles habituelles)
La maîtrise des rejets azotés chez les vaches laitières nécessite une diminution des apports azotés dans l'alimentation, qui présente l’inconvénient d’être au détriment de la production laitière. Pour limiter la baisse de production, il serait nécessaire d’améliorer l’efficacité d’utilisation digestive et métabolique de l’azote dans l’organisme des ruminants.
L’objectif du projet européen FP7-REDNEX (Réduction de l’Excrétion Azotée par les vaches laitières hautes productrices) est de rechercher des stratégies de réduction des rejets azotés. L’un de ses Work-Packages vise à améliorer l’efficacité d’utilisation métabolique de l’azote absorbé avec des régimes pauvres en azote. L’hypothèse de travail testée au sein de l’équipe AMUVI est que le profil des nutriments énergétiques absorbés (issus de nature différentes des glucides alimentaires : régimes glucoformateurs vs. cétoformateurs) peut modifier la production laitière et l’utilisation métabolique des acides aminés.
Pour la production laitière, le glucose est un nutriment essentiel pour les synthèses mammaires puisqu’il est le principal précurseur du lactose, qui par son pouvoir osmotique régule le volume de lait produit. La synthèse du lactose se fait exclusivement dans les cellules épithéliales mammaires. Chez les ruminants, du fait des fermentations ruminales, peu de glucose est absorbé, il est principalement produit à partir de la néoglucogenèse hépatique (Lemosquet et al., 2004 et
Wieghart et al., 1986). Les substrats à trois carbones en sont les principaux précurseurs, il s’agit
principalement de l’acide propionique (C3), des acides aminés (AA) glucoformateurs, du L-lactate et du glycérol. Le volume de lait et la synthèse de lactose sont généralement augmentés lorsque l’apport d’énergie et/ou de protéines augmente (Coulon et al., 1991 ) suite à des augmentations de néoglucogenèse et/ou à court terme de glycogénolyse (Lemosquet et al., 2007 et Wieghart et al.,
1986), et donc de disponibilité corporelle en glucose. Chez la vache en production, la mamelle est le
Introduction générale
premier organe utilisateur de glucose, jusqu’à 65% de la disponibilité corporelle (Faulkner et
al.,1987).
Parmi les précurseurs néoglucogéniques importants figure le lactate qui est d’origine soit exogène, soit endogène. Les sources exogènes de lactate sont les fermentations bactérienne anaérobies des sucres, des hémicelluloses et des acides organiques des ensilages (Barnett.,1954). Le lactate est synthétisé a partir du pyruvate dans de nombreux tissus (digestifs, hépatiques, musculaires, adipeux…).
Dans ce cadre, l’objectif de mon stage consiste à évaluer et de mieux comprendre la flexibilité du foie et de la glande mammaire à coordonner leur métabolisme pour synthétiser et utiliser le glucose dans des situations où :
1) l’apport énergétique (UFL) est quantitativement identique mais qualitativement variable par la nature des précurseurs absorbés (régimes glucoformateur vs. cétoformateur)
2) l’apport azoté varie quantitativement, faisant ainsi varier les besoins en glucose de la glande mammaire pour utiliser les acides aminés (régime à haut vs bas rapport PDI/UFL).
J’ai participé a la phase animale d’une expérimentation sur vaches multi-cathéritérisées qui a été conduite en début septembre 2010 a fin mai 2011, avec une contribution personnelle de suivi et prétraitement des échantillons sanguins lors des journées de prélèvements et de mesure sur vache (2 jours par semaine) puis le dosages spectrophotométriques dans des délais de 48h post prélèvement. Ce rapport de stage présente les tous premiers résultats obtenus sur les flux sanguins le glucose et de L-Lactate. Compte tenu de la lourdeur de l’approche expérimentale, il ne s’agit que de résultats préliminaires et partiels. Les résultats des flux sanguins d’urée et d’ammoniaque ne sont inclus que pour contribuer à l’interprétation des résultats sur le métabolisme du glucose et du lactate.
Le contenu de mon rapport est structuré comme une publication scientifique avec une introduction qui situe les questions scientifiques par rapport aux connaissances bibliographiques suivi de la présentation des matériels et méthodes, résultats et discutions.
J’ai inclus en annexe une analyse bibliographique plus complète qui m’a été utile pour me familiariser avec la connaissance du sujet.
Introduction bibliographique
Introduction bibliographique
Pour la production laitière, le glucose est un nutriment essentiel pour les synthèses mammaires puisqu’il est le principal précurseur du lactose, qui par son pouvoir osmotique régule le volume de lait produit (Lemosquet et al., 2004). La synthèse du lactose se fait exclusivement dans les cellules épithéliales mammaires. Chez les ruminants, du fait des fermentations ruminales, peu de glucose est absorbé, il est principalement produit à partir de la néoglucogenèse hépatique (Wieghart et al., 1986 ; Ortigues-Marty et al., 2003). Le glucose néosynthétisé est alors utilisé dans les différents tissus en fonction du niveau de production et de l’état physiologique de l’animal. Globalement chez les ruminants adultes non-lactants, 6 à 36% du glucose produit dans l’organisme sont utilisés par les TDVP, la musculature peut en utiliser jusqu'à 40%, le foie de 0 à 15%, et le cerveau 10% (Brockman., 1993), la fraction restante (environ 15%) est probablement utilisée par les tissus adipeux (Pethick et Dunschea, 1997 ; Hoquette et al., 1998). Chez les ruminants en lactation, la mamelle est le premier organe utilisateur de glucose, utilisant jusqu’à 65% de la disponibilité (Faulkner et al., 1987).
Le glucose étant essentiel pour la production laitière, peut-on alors parler de besoins spécifiques en glucose pour la production laitière ? Pour répondre à cette question clé, il faut déterminer si la disponibilité en glucose (et donc en précurseurs glucoformateurs et leur conversion) limite la synthèse de lactose et le volume de lait, ou si la synthèse hépatique de glucose s’adapte (et dans quelle mesure ?) au potentiel de production laitière de la mamelle et si la mamelle a des besoins spécifique en glucose.
Les paragraphes suivants synthétisent les connaissances sur le métabolisme du glucose et de ses précurseurs ou dérivés aux niveaux hépatique et mammaire.
Utilisation mammaire du glucose et synthèse du lactose
L’utilisation mammaire du glucose dépend de trois niveaux (Guinard-Flament et al., 2006) : la quantité de nutriments disponibles pour la mamelle (et donc l’émission post-hépatique de glucose discuté ci-dessous), la capacité de la glande à extraire les nutriments du compartiment sanguin vers les cellules sécrétrices mammaires et l’activité métabolique et sécrétoire des cellules sécrétrices de lait. Le transport du glucose à travers la membrane plasmique des cellules mammaires se fait grâce à deux types de procédés : les transporteurs de glucose à diffusion facilitée : GLUT (transport passif) et les co-transporteurs SGLT sodium dépendant (transport actif). Au sein de la glande
Introduction bibliographique
mammaire, le glucose est principalement utilisé pour la synthèse de lactose (Faulkner et al., 1987). Il a été montré que 60 à 70% du glucose capté y est utilisé, 20 à 30% du glucose est métabolisé par la voie des pentoses phosphates (Chaiyabutr et al., 1980), le reste est métabolisé par la voie des trioses phosphates couplée à la glycolyse et dans le cycle de Krebs pour la production d’ATP à la cellule épithéliale mammaire. Le glucose est aussi nécessaire à la synthèse des acides gras pour la production de NADPH, et à la formation de triglycérides via la synthèse de glycérol 3-P.
Le lactose peut être synthétisé à partir d’autres précurseurs [acétate, B-hydroxybutyrate, acide gras de court (C4) et moyenne chaine (C12) , et les acides aminées (Ile,Lys,Leu et Val)] (Lemosquet et al., 2010).
Synthèse hépatique de glucose
Dans le foie la glucogenèse et la glycolyse sont les deux voies métaboliques contrôlant le flux du glucose entre les différents compartiments sanguins et les hépatocytes. Les substrats à trois carbones sont les principaux précurseurs du glucose. Il s’agit du C3, des AA glucoformateurs, du L-lactate et du glycérol. Ces substrats entrent dans la voie de la néoglucogenèse au niveau du pyruvate (alanine, lactate, sérine), d’un intermédiaire du cycle de Krebs (succinate et α-cétoglutamate dans le cas du C3 et du glutamate et de la glycine) et au niveau d’un triose-phosphate dans le cas du glycérol (Ndi Bualonji, et Godeau., 1993).
Il est difficile de déterminer la contribution vraie de chaque précurseur à la synthèse du glucose, néanmoins plusieurs auteurs ont proposé des estimations de la contribution potentielle maximale des différents précurseurs. D’un point quantitatif le C3 est le principal précurseur, participant jusqu'à 76% à la synthèse hépatique de glucose (Reynolds et al., 1994). La synthèse hépatique de glucose serait donc prioritairement dépendante de la disponibilité en C3 (Reynolds et al., 1994), mais faute de C3, notamment chez des animaux sous-alimentés ou à jeun, d’autres précurseurs sont utilisés qui sont soit d’origine alimentaire soit d’origine endogène avec recyclage des carbones issus du métabolisme des lipides, des acides aminés ou des glucides.
Le glycérol issu de la lipolyse (Lomax et Baird., 1983) est un excellent substrat pour la néoglucogenèse mais son utilisation hépatique est limitée par ses faibles concentrations sanguines. La contribution du glycérol à la néoglucogenèse hépatique ne dépasse pas les 5% (Brockman, 1993) sauf lorsque la lipomobilisation est intense (où elle peut atteindre 40%, Bergman et
al.,1968).
De nombreux AA peuvent jouer un rôle important dans la synthèse du glucose. Quantitativement leur contribution potentielle est comprise entre 11 et 30% (Reynolds et al., 1992a,
Introduction bibliographique
b ; Lozano et al., 2000), Plusieurs acides aminés sont glucoformateurs en particulier l’alanine qui est absorbée en grande quantité (Brian et al., 2006), la glutamine et la glycine .
Le lactate aussi joue un rôle important dans la néoglucogenèse, même s’il s’agit surtout d’un recyclage de carbones plutôt de la formation de glucose à partir de nouvelles chaînes carbonées. Sa contribution potentielle maximale varie entre 7 et 44% selon les régimes (Reynolds et al., 1992 ,
Lozano et al.,2000), Cette contribution dépend aussi des conditions physiologiques (Stangassinger
et Giesecke., 1986). Une étude bibliographique de Loncke et al (2009) a calculé une contribution potentielle du lactate à la néoglucogenèse de 16.1% Vs 27.2% respectivement pour des vaches en lactation et des vaches gestantes
Un précurseur du glucose hépatique : le lactate
Au niveau hépatique, le lactate présente la particularité d’être à la fois synthétisé et métabolisé par l’intermédiaire d’une seule réaction biochimique, via l’acide pyruvique. Cette réaction est régulée par les concentrations en pyruvate, le rapport NADH/NAD et le pH (Ichai et al., 2000). La fourniture de lactate au foie peut être soit exogène soit endogène.
Le lactate absorbé à travers les cellules épithéliales du tube digestif est d’origine alimentaire ou digestive. L’épithélium ruminal à une forte capacité d’absorber le L-lactate par diffusion passive, mais à des taux plus faibles que les AGV (Sundermann, 1956). L’absorption du lactate (Heuter et al., 1956) pourrait diminuer avec le pH ruminal (pour des variations de 6,7 à 4,5) chez le mouton (Sudermann, 1986), le pH modifiant le système de transport cellulaire du lactate (Gutierrez et al., 1996). Le lactate est aussi absorbé au niveau de l’intestin grêle. Zhaokun et Youquin. (2002) ont montré par des implantations chirurgicales de poches scellées de solutions d'acide lactique sur des moutons anesthésiés, que les taux d’absorption moyens des deux isomères du lactate (les formes D et L) étaient identiques dans les tissus de l’intestin grêle (0,14 ; 0,14 et 0,11 mol/cm2 /min, pour le duodénum, le jéjunum et l’iléon, respectivement). Cette étude a monté aussi une relation curvilinéaire entre la concentration en lactate et son taux d’absorption et qu’une diminution du pH et de la pression osmotique avaient comme conséquence une augmentation de l’absorption du lactate dans l’intestin grêle.
L’apparition du lactate en veine porte est aussi issue du métabolisme des différents nutriments absorbés, notamment les AGV (propionate), dans les tissus du tube digestif. Weekes et al. (1975) et Harmon et al (1991) ont suggéré que la conversion du propionate en lactate sert à générer du NADPH nécessaire à la synthèse des constituants intervenant dans le renouvellement des cellules épithéliales. Une étude de Kristensen et Harmon (2004) sur des bouvillons canulés et cathétérisés a montré une diminution du flux net portal du lactate (de 62 mmol/h à 28 mmol/h) avec
Introduction bibliographique
une augmentation de l’apport de butyrate (de 4mmol à 36mmol/kg PV ), ce qui indique un métabolisme du propionate en lactate dans les cellules épithéliales du rumen.
La fourniture de lactate au foie est plus importante en situation d’économie de carbone, notamment en période de mobilisation des réserves corporelles. Dans ce cas le flux afférent de L-Lactate, issu du métabolisme du muscle et des tissus adipeux s’accroît, le foie en prélève (Benson et al., 2002) et l’utilise pour la néoglucogenèse. Une étude d’Armentano (1992) a montré chez les vaches allaitantes que le flux du L-lactate au foie est équivalente au flux du propionate mais une grande partie de ce flux représente une circulation continue du pool de lactate issu de la production des tissus extrasplanchniques. De même, chez les vaches en lactation, l’apport de L-lactate au foie est de 765 mmol/h, dont 28% est issu de l’ANP (Reynolds et al., 1988).
Le prélèvement hépatique de L-lactate s’effectue grâce à une protéine transmembranaire, le Monocarboxylate transporter 1 (MCT1), mise en évidence récemment chez le bovin (Kirat et al., 2007). Moins de 25% du lactate prélevé est utilisé dans la synthèse hépatique du glucose (Van der Walt et al ,1983). Une portion significative de L-lactate est donc utilisée à d’autres fins dans les hépatocytes, notamment pour la synthèse du glycogène (Stangassinger et al., 1986).
Le métabolisme hépatique du lactate est régulé par la disponibilité en substrats et l’insuline (Faulconnier et al., 1997). Ainsi la synthèse de lactate augmente quand la production de pyruvate dans le cytosol excède son utilisation. Le potentiel redox (NADH/NAD) et la concentration en [H+] contrôlent étroitement la concentration cellulaire du pyruvate en régulant à la fois la glycolyse et l'oxydation du pyruvate en acétyl-CoA via la pyruvate déshydrogénase ou sa réduction en lactate via la lactco-déshydrogénase, et en inhibant l'activité de la phosphofructokinase (PFK) qui freine la voie glycolytique (Ichai et al., 2000). Au total, 85 % du lactate formé provient du pyruvate issu de la glycolyse, les 15 % restants proviennent de la protéolyse (Buchalter et al., 1989).
Ainsi le métabolisme du lactate est un indicateur du bilan énergétique de l’animal (Loncke et al., 2011 en préparation) et de l’épargne et du recyclage de carbones entre tissus.
Certains auteurs considèrent le lactate comme une pseudo hormone qui joue un rôle signal au niveau cellulaire et/ou au niveau du corps entier, soit directement, soit par les cations H+ ou par d’autre métabolites régulateurs (Phil et al., 2005)
Comment modifier la disponibilité post-hépatique glucose ?
L’alimentation joue un rôle très important dans la synthèse hépatique du glucose. Une augmentation de niveau alimentaire induit une augmentation de la production de glucose grâce à l’apport de précurseurs d’origine alimentaire (Reynolds., 2005). Un régime riche en concentré favorisant la fermentation propionique favorise l’émission de glucose vers les tissus périphériques
Introduction bibliographique
tout en réduisant l’utilisation des AA et du L-lactate par le foie (Reynolds et al., 1991). A faible apport de précurseurs d’origine alimentaire la contribution des substrats endogènes dont les AA (Reynolds., 2005) augmente jusqu’à dans certains cas compenser le déficit alimentaire pour maintenir la production hépatique de glucose (Ortigues et al., 1991). Inversement, lors d’apports importants voir excessifs de précurseurs, l’émission hépatique de glucose plafonne (Majdoub et al., 2003). A un niveau d’alimentation moyen donné, la nature du régime (75% de fourrage vs 75% de concentré avec des niveaux d’énergie variables de 9.21 vs. 12.06 MJ/kg MS respectivement) ne semble pas avoir d’effet sur la production totale de glucose mais modifie la contribution des différents précurseurs (Reynolds et al., 1991).
La contribution des précurseurs varie aussi avec l’état physiologique de l’animal (Loncke et al., 2009). La contribution potentielle du C3 à la néoglucogenèse varie de 60.9 % à 43.7 % pour des vaches en lactation et des vaches gestantes, celle du lactate varie respectivement de 16.1% à 27.2% .
Ainsi au delà de la disponibilité en substrats le statut hormonal exerce un effet important pour tempérer les changements brusques d’apport de composés glucoformateurs et répondre aux variations de demande en glucose par les divers tissus. En cas de déficit énergétique, le manque de substrats rend indispensable une stimulation de la néoglucogenèse (mobilisation des substrats endogènes, meilleure conversion de ces substrats en glucose) par un nouvel état endocrinien caractérisé en particulier par une baisse du rapport insuline/glucagon (Demigné et al., 1988). L’insuline et le glucagon sont les principales hormones qui régulent la synthèse hépatique et l’utilisation du glucose. Leur sécrétion est fortement augmentée par l’absorption de glucose, de C2, C3 et de C4 (Mineo et al., 1990 ; Harmon ., 1992 ; Casse et al., 1994 ; Majdoub et al.,2003). Au niveau hépatique, l’insuline inhibe la néoglucogenèse, à partir du C3 (Brockman., 1990) et de façon moins systématique du L-lactate, du glycérol et des AA (Brockman.,1990, Donkin et Armentano., 1994). Le glucagon stimule la néoglucogénèse chez les ruminants surtout à partir des acides aminés (Brockman et Laarveld., 1986). A faible concentration d’insuline, les hépatocytes sont plus sensibles au glucagon et la néoglucogenèse à partir du lactate est favorisée (Demigné et al., 1988). A des concentrations plus élevées cet effet disparaît (Donkin et al., 1997). Le C3 et le C4 stimulent également la sécrétion de glucagon (Mineo et al., 1990 ; Harmon., 1992). Il est à noter que l’augmentation du ratio glucagon/insuline oriente le métabolisme vers la cétogénèse d’une façon plus intense que la seule évolution des concentrations de ces deux hormones (Demigné et al., 1988).
Enfin, la synthèse de glucose dans le foie est dépendante non seulement des apports alimentaires mais aussi des besoins en glucose, ainsi à même quantités d’énergie ingérées, le
Introduction bibliographique
turnover du glucose suit les besoins en glucose de la vache laitière (Drackley et al., 2001). La variation des besoins en glucose modifie la contribution des précurseurs à la néoglucogenèse et l’efficacité de leur conversion.
La production laitière est-elle linéairement ou curvilinéairement liée à la disponibilité en glucose ?
Il a été montré que le volume de lait et la synthèse de lactose sont généralement augmentés lorsque l’apport d’énergie et/ou de protéines augmente (Coulon et al., 1991 ; Vérité et al., 1998) suite à des augmentations de néoglucogenèse et/ou à court terme de glycogénolyse (Lemosquet et al., 2007 et Wieghart et al., 1986), et donc de disponibilité corporelle en glucose.
De façon plus spécifique, une étude de Rigout et al (2003) a montré que des infusions duodénales de glucose ou ruminales de C3 augmentent curvilinéairement la production laitière. Ces observations confirment celles d’autres auteurs suite à des infusions Duodénal de glucose (Hurtaud et al., 1998; Hurtaud et al., 2000; Hurtaud et Rulquin, 1999; Lemosquet et al., 1997) ou ruminale de C3 (Huhtanen et al., 1998; Hurtaud et al., 1998; Hurtaud et Rulquin, 2000; Miettinen et Huhtanen, 1996; Sheperd et al., 1998). Ces résultats suggèrent des adaptations métaboliques notamment au niveau hépatique.
Malgré tout, il ne semble pas y avoir de lien direct entre la disponibilité corporelle en glucose et la production laitière. En effet, une augmentation du glucose sanguin de 17% et 13% respectivement du turnover suite à des infusions ruminale de C3 (1,042 g/j) ou duodénale de caséine (743 g/j) n’a pas systématiquement permis une augmentation de production laitière (Lemosquet et al., 2009). Seule l’infusion de caséine a augmenté la production laitière de 18% et la production du lactose de 14% alors que la captation mammaire du glucose était identique à celle observée avec la supplémentation en C3, suggérant des adaptations métaboliques au niveau de la glande mammaire.
Quelles étude et hypothèses expérimentales ?
Dans le cadre d’un projet européen Rednex visant à tester l’influence de la nature de l’énergie à deux niveaux d’apport de PDI, notre étude avait pour objectif de comparer d’une part des régimes riches en Parois végétales (NDF) vs. riches en Amidon à mêmes niveaux d’apports de PDIE et d’autre part différents niveaux de PDIE pour chaque nature d’énergie (avec des variations des rapports de PDIE/UFL). Au cours de cette étude et sur les bases bibliographiques ci-dessus nous avons souhaité poser les questions suivantes :
Introduction bibliographique
1. L’émission post-hépatique de glucose dépend elle des apports énergétiques totaux ou
des apports en précurseurs d’origine alimentaire ?
Une seule étude a abordé directement cette question sur des vaches en fin de lactation (Blouin et al., 2002). Deux régimes isoénergétiques (1,62 Mcal NEL /Kg) et isoazotés (16,3% de protéines brute) ont été distribués à deux niveaux de protéines métabolisables (1654g/j et 1930 g/j). Aucune différence d’émission splanchnique de glucose n’a été observée pour les deux régimes (606 mmol/h. vs 584 mmol/h, respectivement) suggérant que l’émission hépatique du glucose ne dépendait pas de l’équilibre des nutriments énergétiques mais plutôt des apports d’énergie métabolisable (Pethick et al., 1981).
2. Quelle est la relation entre production laitière et émission hépatique de glucose ?
En particulier, l’augmentation prévisible de production laitière avec les apports en PDIE est-elle la réponse à une augmentation de synthèse hépatique et d’utilisation mammaire de glucose ? Ou à d’autres mécanismes ? En effet, la glande mammaire prélève le glucose pour la synthèse du lactose. L’apport des protéines n’augmente pas la concentration artérielle de glucose et n’a pas d’effets clairs sur le débit plasmatique mammaire (Lemosquet et al., 2007). Par conséquent, le flux artériel mammaire de glucose semble peu modifié par l’apport protéique (Lemosquet et al., 2007) alors que la différence artério-veineuse et le taux d’extraction augmentent linéairement avec l‘apport protéique suggèrant un transport accru du glucose dans la mamelle.
Figure 1 : Photo de vache de race Jersey (source internet)
Sites d’infusion
Sites de prélèvement
Figure 2 : Représentation schématique de la physiologie vasculaire de l’aire splanchnique chez les ruminants. (D’après Seal & Reynolds 1993).
Matériels et Méthodes
11
Matériels et Méthodes
Seuls les matériels et méthodes pertinents pour ce rapport sont rapportés ci dessous.
1. Animaux
Quatre vaches laitières de race Jerseysaise, d’un poids moyen de 350kg, de seconde ou troisième lactation, lactantes mais non gestantes et âgées de 2 à 4 ans (Figure 1) ont été utilisées. Pour stabiliser l’équilibre hormonal des vaches après vêlage, les retours en chaleur ont été bloqués pendant toute l’expérimentation par des implants sous cutané d’un progestagène dépourvu d’activité ostrogénique ou androgénique (Norgestomet CRESTAR®SO). Ces animaux ont été logés en stalles individuelles adaptées à leur format et équipées de distributeurs automatiques d’aliments. L’eau était disponible à volonté et l’éclairage continu.
2. Préparation chirurgicale des animaux et entretien des cathéters
Dans le mois qui a suivi le vêlage, des cathéters sanguins chroniques ont été implantés par voie chirurgicale en veines porte et sus-hépatique et en artères mésentérique et caecale pour les prélèvements sanguins ainsi qu’en veines mésentérique et ruminale pour l’infusion de marqueur. Cet équipement permettait de mesurer les flux nets de nutriments à travers les tissus drainés par la veine porte et le foie. Les tissus drainés par la veine porte regroupent les tissus drainés par la veine mésentérique plus le rumen et le tube digestif distal. D’autres organes, non présents sur la Figure 2, comme le pancréas, la rate et le tissu adipeux mésentérique et omental en font également partie.
A l’issu de l’opération chirurgicale, une période de récupération post-chirurgicale de 15 jours en moyenne a été nécessaire avant d’introduire les animaux dans le dispositif expérimental. Les cathéters ont été vérifiés au moins une fois par semaine.
3. Alimentation et mode d’alimentation
Les animaux ont toujours été alimentés individuellement. Après récupération de l’intervention chirurgicale a débuté une période de référence de 2 semaines, pendant laquelle les animaux ont été alimentés ad libitum pour fixer le niveau d’apports alimentaires de la période expérimentale sur la base des niveaux d’ingestion et de production laitière des vaches. Au cours des 4 mois expérimentaux qui ont suivi, chaque animal a reçu chacun des 4 traitements alimentaires (1 mois par traitement).
Tableau 1 : Composition en ingrédients des quatre régimes expérimentaux, qui diffèrent par leur rapport PDIE/UFL (H : Haut vs. B : Bas) et la nature de leur glucides alimentaires (A : Amidon vs. P : Parois NDF) HA HP BA BP Fourrages % MS régime Maïs déhydraté 28 8 22 16 Ensilage d'herbe 5 33 12 30 Foin 8 9 16 4 Paille de blé mélassée 9 Concentrés % MS régime Son fin de blé 2,9 9,2 Blé tendre 2,6 Orge 9,3 Maïs 30 28 Pulpe de citrus 7,1 Coque de soja 25,6 22,8
Pulpe de betterave déshydratée 11 17,6
Tourteau de soja tanné 11,7 10,8 0,4 1,3
Palmitostearine 1,1 0,4 1 Mélasse de cane 1,5 1,5 2,1 0,6 Urée 1,3 0,5 0,6 Additifs CMV (g/j) 200 20 200 200 Smartamine (g/j) 11,3-13 16,5-18,9 6,4-7,4 9,2-10,5
Tableau 2 : Valeur et composition chimique théoriques des régimes (sur la base des tables INRA).
HA HP BA BP UFL/kg MS 0,97 0,97 0,97 0,97 PDIN g/kg MS 123 122 79 79 PDIE g/kg MS 121 121 85 86 MAT g/kg MS 173 177 121 128 NDF g/kg MS 341 494 360 493 Amidon g/kg MS 331 24 351 50 (PDIN-PDIE)/UFL 1,2 1,3 6,2 7,5 PDIE/UFL 125 125 87 89 MOF g/kg MS 512 564 538 605 NDF/MOF 0,67 0,87 0,67 0,81 NDFdr/MOF 0,31 0,54 0,34 0,52 BACA (sans le CMV) 203 325 206 297
Matériels et Méthodes
12
3.1. Période de référence
Pendant deux semaines, les animaux ont été alimentés en deux repas/jour, ad libitum (5-10% de refus). Ils ont reçu un régime standard composé de 60% de fourrage (60% ensilage d’herbe, 30% maïs déshydraté et 10% de foin) et de 40% d’un concentré de production et de tourteau de soja (80:20) respectivement.
La mesure des quantités ingérées, au regard des performances mesurées dans cette période [(poids vif (PV), Production laitière (PL), Taux protéique (TP), Taux butyreux (TB)] a permis de calculer les quantités journalières d’énergie nette (UFL) à distribuer aux animaux pendant toute la période expérimentale (INRA 1988).
3.2. Période et traitements expérimentaux
La période expérimentale était constituée de 4 périodes (P1 à P4) de 4 semaines chacune. Quatre traitements alimentaires ont été définis selon un schéma factoriel 2x2 (2 niveaux d’apports azotés et 2 natures d’énergie). La formulation des régimes expérimentaux (Tableau 1) a été réalisée à partir des tables INRA (2003,2007) de valeurs des aliments. Les 4 régimes se différencie par le niveau de couverture de besoins azotés par rapport à l´énergie (PDIE/UFL) : Haut (125) et Bas (90) et par la nature du concentré énergétique : Amidon (A) vs Paroi (P).
Les régimes ont le même pourcentage de fourrage 50% sur la base de la MS (ensilage d’herbe de prairie permanente, maïs déshydraté, foin et paille de blé mélassée en proportions variables), pour éviter que les différences de digestibilité ne soient liées à un effet pourcentage de concentré. Le pourcentage de concentré a donc été fixé à 50% (Son fin de blé, Blé tendre, Orge, Maïs, Pulpe de citrus, Coque de soja, Pulpe de betterave déshydratée, Tourteau de soja tanné, Palmitostearine et Mélasse de cane en proportion variables) pour accentuer les écarts entre régimes liés à la nature du concentré, tout en limitant les risques d’acidose (teneur en NDF minimun = 30%).
Les régimes étaient iso-énergétiques sur une base UFL (calculée pour couvrir les besoins journaliers moyens de l’animal attendus en milieu de période expérimentale d’après le poids vif, la production laitière y compris les taux butyreux et protéique de chaque animal et la persistance moyenne de lactation déterminée chez ces animaux dans un essai préliminaire) pour éviter que les différences de métabolisme et de production laitière ne soient liées à un effet du niveau d’énergie consommée.
Dans les régimes Haut en PDIE (HA, HP), le rapport PDIE/UFL était de 125, avec des valeurs PDIN et PDIE équilibrées, quant aux régimes Bas en PDIE (BA,BP), le rapport PDIE/UFL était légèrement inférieur à 90 (soit des écarts entre régimes Haut et Bas d'environ 35 unités de
Matériels et Méthodes
13
PDIE/UFL), avec une légère carence en N fermentescible [(PDIE –PDIN)/UFL ~ 6,2 – 7,5 unités], afin d’accroître l’efficacité d'utilisation de l’azote recyclé dans le rumen notamment avec les régimes bas en PDIE (Tableau 2).
La nature des glucides pour les régimes HA, BA, HP et BP a été choisie afin d’induire des orientations fermentaires les plus différentes possibles (sur la base de C2/C3) et du flux portal de glucose. Ces critères de formulation sont issus des travaux de Loncke et al (2009) qui permettent de caractériser les régimes par la quantité et la nature des nutriments absorbés dans le sang portal. Ainsi l’ANP des principaux nutriments énergétiques (AGVT, C2, C3, C4, BOHC4, N-αA et lactate) ont été prédits selon les formules suivantes :
AGVT = 1, 44+5, 93*MOF ingérée (mmol/jour/kg PV) C2 = 58, 7+25, 1*(0, 9*dNDF/MOF) (mol/100mol) C3 = 34, 0-18,9*(0,9*dNDF/MOF) (mol/100mol) C4 = 7, 9-7,3*(0,9*dNDF/MOF) (mol/100mol) BOHC4 = 2, 74 +0,252* MOF ingérée (mol/100mol) Lactate = 0, 0136*AMdR ingérée +0,156 (mmol/h/ PV) Glucose = - 2,47+2,19*AMdIG (mmol/h/ PV) N-αA = 0,570*PDIE ingérée - 0,030 (g/j/kg PV) dRAm = 43,9+0,68*DT-8,27*MS ingérée (g/100g AM) AMdIG=AM*(1- dRAm /100)*[74,05/1,22*AM*(1- dRAm /100)]*MS ingérée/1000 (g/jour/PV)
AGVT: Acides gras volatiles totaux (mmol/j/kg PV), AM: Amidon (g/kgMS)AMdIG: Amidon digéré dans l’intestin grêle (g/jour/pv), AMdIG: Amidon digéré dans l’intestin grêle (g/jour/PV), AMdR : Amidon digéré dans le rumen (g/j/kg PV), dNDF: Quantité de NDF digestible (g/j/kg PV), MOF : Matière organique fermentescible dans le rumen (g/j/kg PV),DT: Dégradabilité théorique, dRAm: amidon digestible sans le rumen (g/J kg PV)
Le concentré « parois » est à base de coques de soja, pulpes de betteraves et pulpes de citrus, quant au concentré « amidon », il est à base de céréales. Par conséquent les régimes « parois » et « amidon » se différencient par les quantités d'amidon digestible dans l'intestin (plus importantes avec les régimes HA et BA qui comprend une proportion importante de Maïs), et la composition de la MOF (NDFdr/MOF), à même teneur en MOF (à ±20%).
Pendant toute la période expérimentale l’alimentation a été fractionnée à raison de 8 repas par jour de façon à stabiliser les états digestif et métabolique. Les derniers jours de chaque traitement correspondaient aux jours de prélèvement et aux 2 jours précédents (J+ 1 et J-1, J-2) pendant lesquels les rations ont été distribuées en 24 repas égaux par jour. Seul le foin a été distribué 4 fois par jour à intervalle de 5h à 6h (6h, 11h, 17h et 22h).
Matériels et Méthodes
14
4. Mesures et Prélèvements
Les animaux ont été pesés en début et fin de chaque période expérimentale. Les quantités ingérées (MS distribuées et refusées) et la production laitière ont été déterminées chaque jour (2 traites par jour à 6h00 et 17h00 de J-2 à J+1).
Le dernier jour de chaque traitement (J+1), des mesures de débit sanguin et de flux nets de nutriments à travers les tissus drainés par la veine porte, le foie et la mamelle ont été réalisées grâce à l’infusion de marqueur et des prélèvements sanguins.
4.1. Infusion d’acide para-amino-hippurique
Pour mesurer le débit sanguin portal et sus-hépatique une prime injection d’acide para-amino-hippurique (pAH) à une concentration de 100g/l d’eau désionisée a été réalisée (g/kg PV), suivi d’une infusion continue d’une solution de pAH à une concentration de 100g/l d’eau désionisée avec un pousse seringue (Figure 3). L’infusion a été réalisée pour moitié au niveau de la veine ruminale et pour moitié en veine mésentérique pendant 6h avec un débit d’infusion de 0,6 ml/min dans chaque vaisseau.
4.2. Prélèvement d’échantillons sanguins et de lait
Sept séries de prélèvements sanguins en artère, veines porte, hépatique et mammaire (5 séries de prélèvement uniquement en veine mammaire) ont été réalisés au cours de la journée : avant le début d’infusion de pAH, puis toutes les heures à partir de 1 heure après la prime injection. Chaque série de prélèvement était réalisée au milieu d’un cycle alimentaire (soit entre 2 repas consécutifs) en utilisant de l’héparine comme anticoagulant (16 U.I /ml de sang) Les prélèvements en veine mammaire ont été réalisés par véni-ponction après anesthésie locale par le froid.
Après chaque traite à J+1 la quantité de lait produite a été pesée avec une balance digitale, après homogénéisation du lait. Un échantillonnage a été réalisé en vue du dosage du lactose réalisé au CILAL (par spectroscopie infrarouge).
4.3. Traitements et analyses des échantillons
Immédiatement après prélèvement, les échantillons sanguins ont été placés dans de la glace pilée, en attendant d’être traités dans un délai de 60 min maximum. L’hématocrite a été déterminé par centrifugation (10 000 tours/minute, pendant 2 minutes) des échantillons de sang en tube capillaire (1,5 mm de diamètre, 75 mm de longueur). Des aliquotes de chaque prélèvement sanguin
Matériels et Méthodes
15
ont été déprotéinisés (1 vol : 2 vol d’HClO4 0,6 M) avant séparation du surnageant par centrifugation à 4500 tours/minute, pendant 10 minutes. Du plasma a été obtenu après
centrifugation à 10 000 tours minute pendant 15 minutes. Les surnageants déprotéinisés et les plasmas ont ensuite été congelés immédiatement à -20°C dans l’attente d’être analysés pour leurs teneurs en L-lactate et glucose sanguin (dans des délais de 30j et 48h, respectivement), PAH plasmatique, urée sanguine et ammoniaque plasmatique.
Le L-lactate a été dosé par réaction enzymatique décrite par Gutmann et Wahlefed (1974), après oxydation en pyruvate avec le cofacteur NAD dans une réaction catalysée par la L-Lactate déshydrogénase (L - LDH).
L (+) Lactate+NAD+ +Hydrazine LDH Pyruvate+ NADH + H+.
Le glucose a été dosé selon la méthode décrite par Bergmeyer et al (1974). La quantité de glucose présente dans l’échantillon est directement proportionnelle à la production de NADPH selon les réactions suivantes :
(1) D-Glucose +ATP Hexokinase G-6-P+ADP
(2) G-6-P+NADP+ G-6-P-DH 6-phosphoglucaconate+NADPH+H+
L’urée et l’ammoniaque ont été analysées respectivement selon les méthodes de Coulonbe et al. (1963) et Bergmeyer et al. (1974).
Quant au pAH, il a été analysé par une méthode décrite par Humburger et al. (1948). Cette méthode incluse une étape de chauffage (Humburger et al., 1996), afin de désacétyler la fraction de pAH qui est métabolisé au niveau du foie.
5. Calculs et analyses statistiques
Les débits plasmatiques splanchniques sont calculés selon les formules suivantes :
Concentration de pAH dans la solution infusée (mg/ml) x Taux d’infusion (ml/min)
1) Débit plasmatique sus-hépatique (ml/min) = (Concentration de pAH en Veine sus-hépatique - Concentration de pAH en Artère) (mg/l)
Concentration de pAH dans la solution infusée (mg/ml) x Taux d’infusion (ml/min)
2) Débit plasmatique portal (ml/min) =
(Concentration de pAH en Veine porte - Concentration du pAH en Artère) (mg/l)
Les débits sanguins en VP, VSH et AH sont ensuite calculé selon les équations suivante :
Débit plasmatique portal (l/min)
3) Débit sanguin portal (l/min) =
Matériels et Méthodes
16
Débit plasmatique sus-hépatique (l/min)
4) Débit sanguin sus-hépatique (l/min) =
(1-Hématocrite)
5) Débit sanguin en artère hépatique (l/min) = débit sanguin sus hépatique (l/min)- débit sanguin portal (l/min)
Débit de l'artère hépatique
6) Contribution de l’artère hépatique au débit sanguin hépatique total (%)=
Débit sus-hépatique x100
7) Apparition Nette Portale de nutriments = débit sanguin en veine porte *[Nutriments]VP -*[Nutriments]A
8) Flux de nutriments entrant au foie = (débit sanguin en VP*[Nutriments] VP) + (débit sanguin en A*[Nutriments] A).
9) Flux de nutriments sortant du foie = débit sanguin en VSH*[Nutriments] VSH).
10) Bilan hépatique de nutriments = Flux de nutriments sortant du foie- Flux de nutriments entrant au foie.
Le taux d’extraction exprime la proportion de nutriment afférent qui est prélevée ou émise, il reflète le transport et le métabolisme dans le foie, il est calculé selon la formule suivante :
Bilan hépatique
11) Taux d’extraction du foie = Flux de nutriments entrant au foie
12) Bilan net splanchnique = flux sortant du foie –flux entrant dans les tissus drainés par la veine porte et le foie
Le principe de Fick a aussi été appliqué au prélèvement mammaire sur la base de 2 acides aminés non métabolisés dans la mamelle Phe et la Tyr. L’hypothèse est que, dans la glande mammaire, la Phe ne peut être métabolisée qu’en Tyr et que la Phe et la Tyr prélevées ne sont utilisées que pour la synthèse de protéines du lait. Le calcul se fait donc suivant l’équation :
[Phy+Tyr] des protéines du lait en (mol /j)
13) Débit plasmatique mammaire (DP) (l/min)=
[Phy+Tyr]
A
-
[Phy+Tyr]VLen (mol /j)Matériels et Méthodes
17
Ce dernier calcul est mentionné dans son principe, il n’a pas pu être appliqué dans le cadre de ce stage faute de temps pour analyser les concentrations plasmatiques en acides aminés.
Le taux d’extraction de glande mammaire est calculé selon la formule suivante :
[Nutriments]
VL-[Nutriments] A
14) Taux d'extraction de la mamelle =
[Nutriments] A
L’influence des traitements sur les concentrations, les débits, les flux, les bilans et les taux d’extraction a été analysée par analyse de variance selon un modèle en carré latin (effet traitements, animal, période) avec un arangement factoriel 2x2 des traitements (effet PDIE/UFL, nature de l’énergie et interaction). Les données ont été traitées avec la procédure GLM du logiciel SAS 9,1.
Les moyennes ont été comparées par le test du Student Newman Keuls avec un seuil de signification inférieur a 5%, les tendances ont été décalées pour des seuils signification <10%. Les seuils de probabilité de compris entre 10 et 20% ont ainsi été considéré en faible nombre d’animaux et du caractère préliminaire des résultats
En raison de quelques données manquantes, les résultats sont présentés sous forme de moyennes ajustées (LS Means).
Tableau 3. Paramètres zootechniques des vaches recevant des régimes riches en amidon (A) ou parois (P) à deux niveaux (Bas vs. Haut) de PDI Régimes Probabilités B H UFL PDIE/UFL A P A P SEM P vs A H vs B Interactions Quantités ingérées MS (kg) 13,50 15,44 14,58 15,05 1,64 0,19 0,68 0,44
UFL estimées (UFL) 15,29 14,92 15,36 14,94 0,47 0,15 0,84 0,92
PDIE estimées (g) 1340,45 A 1323,11 A 1917,24 B δ 1862,36 B 55,73 0,25 <.0001 0,05
Production laitière (kg) 15,94 A a α 14,32 C 17,80 B b 18,23 B 0,91 0,24 0,00 0,06 Production de lait kg / kg MS ingérées 1,20 a 0,93 A b 1,22 B 1,21 B 0,10 0,05 0,04 0,06 Production de lait kg /UFL estimé 1,22 1,13 1,13 1,00 0.17 0.27 0.27 0.86
Teneur en lactose 51,02 52,50 48,68 51,90 3,29 0,24 0,44 0,64
Quantité de lactose produit dans le lait (kg) 812,58 α 751,53 880,22 946,10 δ 75,40 0,96 0,02 0,18 Les moyennes présentant des indices différents sont significativement différentes :
A BC P ≤ 0.05 a b 0.05<P ≤ 0.1 α δ 0.1<P ≤ 0.2
Tableau 4. Débits sanguins (l/min) des vaches recevant des régimes riches en amidon (A) ou parois (P) à deux niveaux (Bas vs. Haut) de PDI
Régimes Probabilités B H UFL PDIE/UFL A P. A P. SEM P vs A H vs B Interactions Débits sanguins Veine porte 22,28 21,58 18,20 21,64 0,00 0,40 0,24 0,22
Veine sus hépatique 25,21 23,42 23,68 23,32 0,00 0,75 0,75 0,78
Artère hépatique 2,55 1,85 2,56 1,68 0,00 0,06 0,74 0,71
Contribution de l’artère aux débits hépatiques totaux (%) 24,31 22,05 22,79 22,04 -0,19 0,74 0,75 0,78 Les moyennes présentant des indices différents sont significativement différentes :
A BC P ≤ 0.05 a b 0.05<P ≤ 0.1 α δ 0.1<P ≤ 0.2
Résultats Résultats
1. Animaux et fonctionnalité des cathéters
Dans cette étude les animaux ont bien réagit à l’implantation des cathéters et nous n’avons rencontré que très peu de problèmes. Tous les cathéters sont restés fonctionnels sauf 2 cathéters sus-hépatiques : l’un durant les deux dernières périodes (HA, BA) d’une vache, et l’autre durant la dernière période (HA) d’une autre vache. Une seule vache a eu des problèmes d’aplomb en dernière période. Enfin, il est à noter que pendant cette expérimentation il n’y a eu aucun problème de mammite. Ainsi, il n’y a aucunes données manquantes pour les résultats obtenus au niveau artériel et portal et seuls les résultats hépatiques et splanchniques présentent 3 données manquantes sur les 16 prévues.
2. Ingestion et production laitière
Globalement, les rations ont été ingérées en totalité, en dehors de refus qui sont apparus principalement suite à des problèmes d‘aplomb qui coïncidaient avec la distribution de régimes riches en parois (BP) sur une vache Par conséquent, les quantités ingérées d’UFL (estimées à partir des quantités de MS ingérées mesurées et de la valeur énergétique estimée des rations) tendaient à être 3,5% (P<0.20) plus faibles avec les régimes Amidon (Tableau 3). Des différences très significatives sont notées, comme attendu, dans les quantités de PDI ingérées entre les régimes H et B (42 %).
La production laitière (Tableau 3) était significativement plus élevée avec les régimes Hauts en PDI, en particulier avec les régimes Parois (augmentation moyenne de 30%). L’efficacité alimentaire (production laitière exprimée par kg de MS ingérée) était réduite à faible apport de PDI avec les régimes riches en Parois (0,93 kg de lait/UFL pour le régime BP), alors qu’une forte teneur en amidon a permis d’élever l’efficacité alimentaire au même niveau qu’avec les régimes riches en PDI (1,21 kg de lait/UFL en moyenne). Lorsque l’efficacité alimentaire est exprimée par unité d’UFL, les résultats indiquent une meilleure efficacité numérique (et non statistique) avec les régimes Amidon (1,18 vs. 1,06 kg de lait/UFL). Enfin, la production de lactose dans le lait est significativement accrue avec les Hauts niveaux de PDI sans différences significatives entre les régimes Amidon et Parois.
3. Débits sanguins
Nous n’avons observé aucune différence de débits sanguins (Tableau 4) en veines porte et sus-hépatique entre les régimes. Seuls les débits en artère hépatique étaient 30% plus faibles
Tableau 5. Concentrations, différences artério-veineuses (mmol/l), flux nets (mmol/min) et taux d’extraction du glucose chez des vaches recevant des régimes riches en amidon (A) ou parois (P) à deux niveaux (Bas vs. Haut) de PDI. (moyennes ajustées LS means)
Régimes Probabilités B H UFL PDIE/UFL Glucose A P A P SEM P vs A H vs B Interactions Concentration sanguine Artère 3,05α 2,98 3,24 α 2,85 δ 0,24 0,13 0,83 0,27 Veine porte 3,08 α 2,87 3,09 α 2,78 δ 0,20 0,04 0,74 0,65 Veines sus-hépatiques 3,50 α 3,16 B δ 3,79 A 3,15B δ 0,10 0,01 0,14 0,13 Veine du lait 2,40 2,34 2,38 2,26 0,22 0,46 0,68 0,79 Différences artério-veineuses
Veine porte -Artère 0,04 α -0,11 -0,14 δ -0,06 0,10 0,56 0,31 0,10
Veines sus-hépatiques-Artère 0,25 0,17 0,26 0,3 0,00 0,85 0,37 0,49
Veines sus-hépatiques-Veine porte 0,30 0,29 0,39 0,36 0,14 0,86 0,39 0,97
Veine du lait -Artère -0,66 -0,55 α -0,83 δ -0,61 0,20 0,19 0,35 0,64
Flux nets
Apparition nette en veine porte 0,51 α -2,34 δ -2,24 δ -1,67 2,13 0,32 0,36 0,16 Emission (+) ou prélèvement (-) net hépatique (Bilan Foie) 6,67 6,41 7,3 8,01 1,75 0,88 0,37 0,68
Emission (+) ou prélèvement (-) net splanchnique (Bilan TS) 5,65 3,99 5,09 6,32 2,02 0,91 0,55 0,36
Taux d'extraction (-) ou d'émission (+) fractionnel (%)
Taux d'extraction du foie 9,37 10,66 10,37 13,27 4,67 0,61 0,57 0,80
Taux d'extraction des tissus splanchniques 7,01 6,11 6,00 12,01 5,35 0,58 0,51 0,36
Taux d'extraction mammaire -21,37 -20,36 -30,91 -26,93 10,01 0,64 0,16 0,78
Les moyennes présentant des indices différents sont significativement différentes : A BC P ≤ 0.05
a b 0.05<P ≤ 0.1 α δ 0.1<P ≤ 0.2
Résultats
avec les régimes Parois (tendance à P ≤0.06). Dans tous les cas, la contribution de l’artère hépatique au débit hépatique total s’élevait en moyenne à 22,8 %.
4. Flux sanguins de glucose
Dans cette étude nous avons observé une augmentation significative des concentrations de glucose (Tableau 5) en veines porte et sus-hépatique, ainsi qu’une tendance au niveau artériel avec les régimes riches en Amidon. Par contre aucun régime n’a conduit à une apparition nette de glucose en veine porte. Dans tous les cas, du glucose artériel semble avoir été utilisé par les tissus du tube digestif, cette utilisation tendait à être moins élevée avec le régime BA (P ≤0.16). Aucune différence d’émission hépatique nette de glucose n’a été observée entre les régimes. Au niveau mammaire, l’extraction fractionnelle de glucose a été 28% plus faible (tendance à P<0.20) à Bas niveaux de PDI. Ces derniers résultats devront toutefois être confirmés après détermination des débits sanguins mammaires.
5. Flux sanguins de lactate
Une apparition nette de lactate (Tableau 6) en veine porte a été mesurée pour tous les régimes avec une tendance pour une absorption portale plus élevée avec le régime BA par rapport au régime HA (2,25 vs 1,43 respectivement P ≤0.15). Le foie prélève du lactate dans tout les cas, le prélèvement hépatique étant supérieur à l’apparition nette portale. Les régimes riches en Amidon ont accru de 48% le prélèvement hépatique, par rapport aux régimes riches en Parois (P ≤0.10). Cet effet est très notable sur les taux d’extraction hépatique. Au niveau mammaire, les régimes à faible apport de PDI ont conduit à une émission nette fractionnelle de lactate, au contraire des régimes à Haut niveau de PDI (P ≤0.10).
6. Flux sanguins de l’ammoniaque
Une très forte ANP d’ammoniaque (Tableau 7) a été mesurée avec les régimes Hauts en PDI par rapport aux régimes Bas en PDI (7,54 vs 4,28 mmol/min) en moyenne respectivement P
≤0.06). De même, au niveau hépatique, le prélèvement net d’NH3 est significativement
supérieur avec les régimes Hauts en PDI, l’écart étant accentué avec les régimes Amidon (9.70 vs 2.65 mmol/min, P ≤0.06 respectivement pour les régimes HA et BA). Le foie a prélèvé en moyenne 63% vs 30% de l’ANP (P ≤0.01) respectivement avec les régimes Haut et Bas en PDI. La glande mammaire a prélèvé de l’ammoniaque avec les régimes riches en Amidon (5% en moyenne) alors que les régimes Parois ont conduit à une émission fractionnelle de NH3 (6% en moyenne).
Tableau 6. Concentrations, différences artério-veineuses (mmol/l), flux nets (mmol/min) et taux d’extraction de L-lactate chez des vaches recevant des régimes riches en amidon (A) ou parois (P) à deux niveaux (Bas vs. Haut) de PDI.(moyennes ajustées LS means)
Régimes Probabilités B H UFL PDIE/UFL Lactate A P. A P. SEM P vs A H vs B Interactions Concentration sanguine Artère 0,33 0,40 0,36 0,38 0,21 0,24 0,89 0,42 Veine porte 0,43 0,49 0,44 0,47 0,08 0,30 0,86 0,76 Veines sus-hépatiques 0,33 0,37 0,42 0,35 0,08 0,83 0,53 0,33 Veine du lait 0,39 0,41 0,35 0,38 0,10 0,67 0,55 0,90 Différences artério-veineuses
Veine porte -Artère 0,10 0,09 0,08 0,09 0,03 0,88 0,54 0,37
Veines sus-hépatiques-Artère -0,06 -0,03 -0,02 -0,03 0,04 0,79 0,54 0,59
Veines sus-hépatiques-Veine porte -0,18 -0,12 -0,01 -0,12 0,04 0,35 0,35 0,35
Veine du lait -Artère 0,07a α 0,01 -0,01b 0,00 δ 0,04 0,26 0,06 0,13
Flux nets
Apparition nette en veine porte 2,25 α 1,80 1,43δ 1,97 0,60 0,89 0,33 0,15
Emission (+) ou prélèvement (-) net hépatique (Bilan Foie) -4,12 -2,54 -3,03 -2,36 0,52 0,07 0,14 0,25 Emission (+) ou prélèvement (-) net splanchnique (Bilan TS) -1,38 -0,77 -0,71 -0,38 0,68 0,44 0,29 0,75
Taux d'extraction (-) ou d'émission (+) fractionnel %
Taux d'extraction du foie -43,00 -23,00 -46,00 -23,00 0,14 0,10 0,81 0,87
Taux d'extraction des tissus splanchniques -17,00 -08,00 -08,00 -05,00 0,10 0,49 0,46 0,66
Taux d'extraction mammaire 24,00 4,00 0,25 -02,50 0,14 0,17 0,08 0,28
Les moyennes présentant des indices différents sont significativement différentes : A BC P ≤ 0.05
a b 0.05<P ≤ 0.1 α δ 0.1<P ≤ 0.2
Tableau 7. Concentrations, différences artério-veineuses (mmol/l), flux nets (mmol/min) et taux d’extraction d’ammoniaque chez des vaches recevant des régimes riches en amidon (A) ou parois (P) à deux niveaux (Bas vs. Haut) de PDI. (moyennes ajustées LS means)
Régimes Probabilités B H UFL PDIE/UFL NH3 A P. A P. SEM P vs A H vs B Interactions Concentration sanguine Artère 0,68 0,76 0,56 0,87 0,33 0,29 0,96 0,51 Veine porte 0,86 0,98 0,97 1,21 0,37 0,39 0,39 0,75 Veines sus-hépatiques 0,55 α 0,76 0,95 δ 0,88 0,24 0,75 0,18 0,44 Veine du lait 0,63 0,8 0,55 0,85 0,32 0,21 0,9 0,70 Différences artério-veineuses
Veine porte -Artère 0,18 0,21 0,41 0,34 0,08 0,65 <.0001 0,22
Veines sus-hépatiques-Artère -0,02 -0,01 0,01 0,01 0,02 0,64 0,24 0,66
Veines sus-hépatiques-Veine porte -0,18 A α -0,22 b α -0,48 B -0,33 b 0,25 0,27 0,01 0,06
Veine du lait -Artère -0,05 α 0,04 -0,02 -0,01 b 0,04 0,06† 0,82 0,15
Flux nets
Apparition nette en veine porte 4,00 A 4,55 A 7,79 B 7,28 B 1,82 0,85 0,01 0,69 Emission (+) ou prélèvement (-) net hépatique (Bilan Foie) -2,65 A α -3,95 b α -9,70 B α -6,35 δ 1,25 0,37 0,01 0,05 Emission (+) ou prélèvement (-) net splanchnique (Bilan TS) -0,54 a -0,21 0,23 b 0,22 b 0,36 0,60 0,07 0,50
Taux d'extraction (-) ou d'émission (+) fractionnel %
Taux d'extraction du foie -12,00 Aα -18,00 b -38,00 B a -25,00 δ 0,04 0,35 0,01 0,05 Taux d'extraction des tissus splanchniques -2,00 α 0,50 4,00 δ 2,50 0,03 0,82 0,06 0,13 Taux d'extraction mammaire -8,00 A 10,00 b -3,00 A 1,50 b 0,09 0,05 0,72 0,20 Les moyennes présentant des indices différents sont significativement différentes :
A BC P ≤ 0.05 a b 0.05<P ≤ 0.1 α δ 0.1<P ≤ 0.2
Tableau 8. Concentrations, différences artério-veineuses (mmol/l), flux nets (mmol/min) et taux d’extraction d’urée chez des vaches recevant des régimes riches en amidon (A) ou parois (P) à deux niveaux (Bas vs. Haut) de PDI. (moyennes ajustées LS means)
Régimes Probabilités B H UFL PDIE/UFL Urée A P. A P. SEM P vs A H vs B Interactions Concentration sanguine Artère 1,76 1,98 5,37 4,77 0,7 0,6 <.0001 0,28 Veine porte 1,61 A 1,90 A 5,34 B 4,62 B 0,66 0,54 <.0001 0,17 Veines sus-hépatiques 1,86 1,98 6,21 4,84 0,84 0,42 0,01 0,24 Veine du lait 1,79 2,03 5,53 4,89 0,73 0,6 <.0001 0,86 Différences artério-veineuses
Veine porte -Artère -0,14 α -0,08 -0,03 δ -0,14 α 0,08 0,57 0,57 0,10
Veines sus-hépatiques-Artère 0,00 0,00 0,06 0,07 0,08 0,94 0,32 0,89
Veines sus-hépatiques-Veine porte 0,08 0,08 0,14 0,2 0,14 0,76 0,31 0,64
Veine du lait -Artère 0,01 0,01 0,19 0,14 0,14 0,79 0,06 0,73
Flux nets
Apparition nette en veine porte -3,15 a -1,76 a b -0,39 b -3,36 a 1,93 0,44 0,57 0,06
Emission (+) ou prélèvement (-) net hépatique (Bilan Foie) 6,36 2,59 a 2,73 10,16 b 3,77 0,58 0,45 0,09 Emission (+) ou prélèvement (-) net splanchnique (Bilan TS) -5,77 a α -1,20 δ -5,00 1,63 b 2,28 0,04 0,42 0,75
Taux d'extraction (-) ou d'émission (+) fractionnel %
Taux d'extraction du foie 20,00 α 13,00 -10,00 δ 16,00 0,15 0,49 0,24 0,17
Taux d'extraction des tissus splanchniques -0,80 1,00 12,00 2,00 0,04 0,81 0,63 0,79
Taux d'extraction mammaire 1,50 2,20 3,20 3,50 0,04 0,84 0,56 0,92
Les moyennes présentant des indices différents sont significativement différentes : A BC P ≤ 0.05
a b 0.05<P ≤ 0.1 α δ 0.1<P ≤ 0.2
Résultats
7. Flux sanguins d’urée
Les concentrations d’urée au niveau sanguin (artère et veines, Tableau 8) étaient particulièrement élevées avec les régimes riches en PDI. Des apparitions nettes négatives en veine porte indiquent un transfert d’urée du sang artériel vers le lumen du tube digestif, permettant le recyclage d’azote vers le rumen. Le transfert d’urée est (P<0.06) plus élevé avec les régimes BA et HP (-3,15 mmol/l) et faible avec le régime HA (-0,39 mmol/l). Nous avons aussi observé une tendance pour une émission hépatique d’urée plus importante (-3,36 mmol/l) à Haut niveau de PDI, mais uniquement pour le régime riche en Parois (HP). Au niveau de la glande mammaire nous n’avons observé aucune variation significative du taux d’émission de l’urée avec les régimes.
Discussion et conclusions Discussion
Le niveau d’alimentation fixé dans la phase préliminaire du projet a été respecté dans la phase expérimentale, les animaux ont fait très peu de refus a l’exception d’un problème d’aplombs chez une vache. Ainsi les apports iso-énergétiques ont bien été respectés entre les différents régimes. Les résultats zootechniques sont aussi compatibles avec le fait que les vaches étaient en milieu de lactation. En effet, en valeurs absolues, les efficacités alimentaires (1.17 kg/UFL avec les régimes Amidon vs 1.06 kg/UFL avec les régimes Parois) sont semblables à celles obtenues par Coulon et al. (1991) sur des vaches en milieu de lactation, alors que les efficacité semblent plus faibles en début de lactation (0,9 kg lait/UFL selon Delamaire et al., 2006).
Le premier résultat important de ce travail est la mise en évidence de l’amélioration de
l’efficacité alimentaire avec des régimes riches en amidon. Selon le mode d’expression,
l’amélioration est significative à Bas niveau de PDI seulement (par unité de MS ingérée) ou quel que soit le niveau d’apport de PDI (par unité d’UFL). L’obtention de tels effets malgré le très faible nombre d’animaux (n=4) est remarquable. Ils confirment les résultats zootechniques d’un essai d’alimentation conduit avec les mêmes régimes (Cantalapiedra-Hijar et al., 2011) et suggèrent que la stratégie d’inclure des teneurs importantes d’Amidon à faibles apports de PDI peut améliorer l’efficacité alimentaire tout en limitant les rejets azotés chez les vaches laitières.
Dans le cadre de ce rapport, seuls quelques éléments préliminaires étaient disponibles
pour interpréter ces effets.
Les variations de débits sanguins splanchniques ont un impact quantitatif très important sur les flux sanguins de nutriments (Vernet et al., 2009). Il a été rapporté que les débits splanchniques dépendent en priorité du niveau d’apports énergétiques et des quantités de MS ingérées (Birmingham et al., 2009 ; Huntington., 1990 ; Webster et al., 1975). Dans notre étude et comme attendu du fait de régimes iso-énergétiques, aucune variation des débits sanguins n’a été observée au niveau des veines portes et sus-hépatiques. La variation significative de débit en artère hépatique entre les régimes Amidon et Parois n’a pas conduit à des variations significatives de contributions de l’artère hépatique aux débits sus-hépatiques totaux, comme suggérés par les résultats de Vernet et al. (2009).
En termes de nutriments, le focus a été mis pour ce rapport sur la disponibilité hépatique en glucose, précurseur du lactose au niveau de glande mammaire. L’émission
post-hépatique de glucose est restée remarquablement stable entre les régimes.
Prédiction de l'appation nette des AGV 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 AGVT C2 C3 C4 C2/C3 m m ol/h /k g P V HA BA HP BP
Figure 4. Prédiction de l’apparition nette en veine porte des acides gras volatils et leurs profils d’après les
modèles Loncke et al (2009) N-α Aminé 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 HA BA HP BP mmo l/ h/ kg P V N-α Aminé
Figure 5. Prédiction de l’apparition nette en veine porte de l’azote α aminé d’après les modèles
