stress metabolico, risposta infiammatoria e biodiversità ... · delle bovine da latte erminio...

Stress metabolico, risposta infiammatoria e biodiversità

delle bovine da latte Erminio Trevisi

Department of Animal Sciences, Food

and Nutrition (DIANA )

Università Cattolica del S. Cuore, Piacenza (ITALY)

[email protected]

TO 22/06/18 Trevisi E-Risposte fisiologiche biodiversità

Tavola rotonda RNIV - SOFIVET

“Biodiversità e resistenza alla mastite nelle bovine da latte”

1

Summary

Punti critici nella fisiologia bovina (frisona) • Periodo di transizione (TP): sollecitazioni

metaboliche ed immunitarie

• Implicazione del fegato

• cause & conseguenze

Risposte fisiologiche in razze con minor

merito genetico per produzione latte • Qualche dato della letteratura …

• La nostra esperienza

Implicazioni (possibile contributo delle razze

autoctone)

TO 22/06/18 Trevisi E-Risposte fisiologiche biodiversità 2

IMMAGINE

IMMAGINE

1. of immune competence (Kehrli 1997, Lacetera et al., 2005)

2. Marked NEB (mobilization of adipose & muscle t.)

3. Inflammatory like status (Cappa et al.,

1989; Bionaz et al., 2007), also in apparently healthy dairy cows

4. Oxidative stress (Formigoni et al., 1997;

Bernabucci et al., 2005; Bionaz et al., 2007)

5. Hypocalcemia (Goff,

2007; DeGaris & Lean, 2009)

Critical points of TP (Holstein Friesian)


Which is the sequence of events?

Goff & Horst

Bertoni e Trevisi, 2013 VET CLIN N AM-FOOD A 29(2):413–431

Grummer / Theriogenology 68S (2007) S281–S288

3

NEFA

BOHB

Energy balance in dairy cows

Healthy cows grouped in accordance to changes of DMI in the last 2 wk before the calving:

NR = DMI without reduction (13);

LR = DMI decrease in the last few days (11);

ER = DMI decrease from 10 days pre-calving (5)

(Trevisi et al., 2002) TO 22/06/18 Trevisi E-Risposte fisiologiche biodiversità 4

Days from calving

Days from calving

The inflammatory condition increases the lipo-mobilization and promotes the ketosis (secondary)

NEFA BOHB

ER in ketosis

Energy balance (& inflammation) in healthy & sick (before calving) cows

Healthy cows grouped in accordance to changes of DMI in the last 2 wk before the calving: NR = no reduction (13); LR = decrease in the last few days (11); ER = decrease from 10 days pre-calving (5) (Trevisi et al., 2002)


Days from calving Days from calving


Timing of the Critical Points (healthy subjects)

6

-100

-75

-50

-25

0

25

50

75

100

-60 -40 -20 0 20 40 60

Immune capacity

Oxidative stress

Inflammation

NEB Ideal: NEB, inflammation, ox stress = 0% Immune capacity, Ca = 100%

% capacity/phenomenon (at early dry period) Calcemia

Days from parturition

Trevisi & Minuti. 2016 RVS 116:47-54.

The role of the

Immune System

seems crucial

IMMAGINE

IMMAGINE

TP & immunity

Jahan et al. Vet. Imm. Immun., 2015

When began changes of IS?

from -21 DFC (Kehrli, 1997, Lacetera et al., 2005)

only few days before calving (Jahan et al., 2015)

In any cases, changes start before calving also in healthy subjects

Some functions of Immune System (IS) are

depressed before the calving:

phagocytosis of NEU

proliferation of LINF

levels of other components (Ig, IFNγ, lysozyme)

… and signaled a recrudescence of existing intra-mammary infections or new infections

Goff & Horst


Trevisi E-Risposte fisiologiche biodiversità TO 22/06/18

IMMAGINE

IMMAGINE

Is the immunodeficiency an oversimplification?

Some functions of Immune

System (IS) are depressed

before the calving:

phagocytosis of NEU

proliferation of LINF

Goff & Horst, 1997, JDS 80:1260-1268

Critical revision of Kehrli’s paper:

- Heifers (following results in literature mainly come from cows)

- Correction of immunologic data with a “steer population”

- Kehrli et al. concluded “immunodepression appears after calving (but

not for all the parameters)”

Kehrli et al., 1989 AJVR: 50:207

?

8

9 TO 22/06/18 Trevisi E-Risposte fisiologiche biodiversità Trevisi et al., IJAS 2015

PIC during TP: Stable in late

pregnancy

Higher in

pregnancy vs

lactation

Huge differences

among cows in

late pregnancy

Highest PIC in late

pregnancy:

1. Lower DMI

2. More diseases

3. Lower milk yield

Control (0 LPS): IL-1β & IL-6 were higher in dry period vs

early lactation

LPS Stimulations: • The highest response of IL-1β from -20 to 3 DFP

• The highest response of IL-6 from -3 to 3 DFP

• Maximum response of IL-6 was observed in all phases at

the lower intensity of stimuli (LPS) used

IL-1β IL-6

Whole blood stimulation Assay (WBA) with LPS

TP & susceptibility to inflammatory stress

WBA

Stimulation ex vivo

with LPS: 0, 0.01 and 5

µg LPS /ml of blood

Incubation (in a rotative

oven): 38°C for 3.5 h


Jahan et al. Vet Imm & Imm 2015 10


WBA test: different dose effect of LPS for IL1-b and

IL-6 indicating a differences in the sensitivity of immune

cells for cytokines production

Minuti et al., JDS 99 (E-Suppl. 1): 504-505

11


• In tarda lattazione si verifica un progressivo

aumento di alcune attività immunitarie

(innata e adattativa), e perifericamente si

attenuano alcune risposte

• Ciò supporta l’ipotesi che alcune funzioni

del sistema immunitario siano dis-

regolate nel periparto (ma non soppresse)

• Tipico della bovina da latte o solo di frisona

e razze ad alto merito genetico (latte)?

SI Innato nel TP (frisone)

12

Summary









autoctone)



Limiti e carenze del confronto di razze a diversa

pressione selettiva sui dati metabolici: - Considerate le problematiche delle razze + selezionate il

confronto dovrebbe avvenire nella fasi più critiche (es.

TP, risposta ad un evento indesiderato)

- Mancano confronti rigorosi nello stesso ambiente (es.

soddisfatti i requisiti fisiologici, come i nutrizionali)

- Scarsità di dati relativi all’intero TP

- Dati spesso ottenuti in sistemi di allevamento estensivi

(meno standardizzati)

- Spesso confronti tra razze comunque già selezionate per

aumentare performance produttiva

- ….

Adattamenti immuno-

metabolici delle bovine nel TP

Holstein non selezionata (Hold) vs

selezionata (Hohigh)

UK

Pluripare; Merito

genetico 1964 vs odierno

Stessa dieta

12 Hold vs 12 Hohigh

• Produzione latte media Hold<Hohigh: di 4500 L/305 d

• Dopo 4 mesi alle stesse condizioni allevamento: LPS i.v. (0.25 μg/kg PV)

• Hold vs Hohigh ha una più elevata espressione dei recettori epatici di insulina e IGF,

ed una più bassa de recettore per GH

• Il trattamento con LPS altera l’espressione dei geni epatici correlati all’asse

somatotropico, glucosio e metabolismo lipidico, ma causa analoghe alterazioni nelle

bovine con diverso merito genetico

• QUINDI: il miglioramento genetico ha modificato la risposta metabolica, ma non alla

sollecitazione del sistema immunitario Cousillas et al., 2016, JDS 99(E-suppl.1):517


JERSEY (JE) vs HOLSTEIN (Ho)

(entrambe alto merito genetico)

ALLEVAMENTO

NUOVA ZELANDA

PASCOLO

PARTI STAGIONALI

20 JE vs 20 Ho

(0 e 42 DIM)

• Produzione latte media (dei 42 d): JE = 17.1 Ho = 25.8 Kg/capo/d

• nessuna differenza di variazione di PESO e BCS,

• valori ematici di GLUCOSIO e IGF1 analoghi

• JE vs Ho: > contenuto di NEFA e BHB ematico dal 21 dim

piu’ LEPTINA

• Dati contrastanti sulla mobilizzazione riserve: JE vs Ho hanno NEB meno prolungato

nel post parto (Rastani et al. 2001 JDS 84:1201-1209 )

BACK et al., 2006, Proc. Of the New Zealand Society of Animal Production 66:390-396


JE Ho

JERSEY (JE) vs HOLSTEIN (Ho)

(entrambe alto merito genetico)

ALLEVAMENTO

NUOVA ZELANDA

PASCOLO

PARTI STAGIONALI

20 JE vs 20 Ho

(0 e 42 DIM)

• Produzione latte media dei 42 d: JE = 17.1 e Ho = 25.8 Kg/capo/d

• JE vs Ho: > % grasso del latte (ma = % proteine), per più efficiente ripartizione dei

precursori lipidici (endogeni ed esogeni) verso la mammella

• nessuna differenza significativa sulla durata dell’ANAESTRO

BACK et al., 2006, Proc. Of the New Zealand Society of Animal Production 66:390-396


Ho JE

German Red Pied (GRP) vs

German Holstein (GHo)

ALLEVAMENTO

BIOLOGICO GERMANIA

49 GRP vs 46 GH

(0 e 35 DIM)

• GRP : BCS + elevato vs GHo e < calo postparto (idem da confronto con Holstein e

Rossa Danese; Friggens et al., 2007 JDS 90:5291-5305)

• GHo: + PRODUTTIVE da 2a settimana di lattazione

+ alta concentrazione BHB nel latte

nessuna differenza a livello di concentrazione di NEFA ematici

+ basso GLDH ( GLutammato Deidrogenasi), probabilmente per < deaminazione

Barth et al. 2011. vTI Agricolture and Forestry Research 4(61):307-316

GRP GHo


Frisona (FH) vs Rendena (REN)

ALLEVAMENTO

Multirazza (PV)

4 REN vs 6 FH

(TP)

Curone et al. 2018. RVS 116:88-98

REN FH




Curone et al. 2018. RVS 116:88-98

_____ FH

_____ REN

FH vs REN: maggiore lipomobilizzazione (inizio lattazione) e chetogenesi,

minore massa muscolare, ma analoga (o maggiore?) mobilizzazione

FH vs REN: ad inizio lattazione, maggiore risposta immunitaria (+ globuline)

qualche «sofferenza» epatica transitoria ( bilirubina)



Curone et al. 2018. RVS 116:88-98

_____ FH

_____ REN

FH vs REN:

tipica risposta di fase acuta post parto più intensa e prolungata

aumento degli antiox totali più marcato nel postparto, come risposta

endogena alla risposta immunitaria

ALLEVAMENTO

CONVENZIONALE

UK

6 Ho vs 6 BS

IPOTESI: “…observations by farmers & veterinarians

noted that BS tend to have a lower somatic cell counts

(SCC) vs Ho… BS are thought to be less susceptible to

mastitis“

STUDIO ha dimostrato:

• nessuna differenza produzione tra le due razze in

allevamento

• BS confermano < contenuto in SCC vs Ho

Gibson et al. 2016. Vet Immunol. Immunopathol 181:15-23

HOLSTEIN (Ho) vs

BROWN SWISS (BS)


HOLSTEIN (Ho) vs

BROWN SWISS (BS) Test ex-vivo (pluripare, fase lattazione non dichiarata): Macrofagi bovine BS

producono più ROS di bovine Ho (se infettati con listeria) e restano attivi più a lungo in presenza di patogeni (es. > % di batteri S. Typhimurium inattivati)

Differenze attribuibili a caratteristiche genetiche:

• probabile > attività di fagocitosi e battericidica dei macrofagi BS

• il < contenuto di SCC nel latte di BS è compatibile con miglioramento dei meccanismi di risposta immunitaria in mammella

• E a livello sistemico?

Cells of S. Typhimurium Listeria



• Macrofagi Ho vs BS se stimolati con LPS producono più IL-1β (marker dell’attivazione dell’inflammosoma)

• Macrofagi Ho (vs BS) in coltura producono meno NO e + IL-1β, ma

quando trattati con Zymosan* e L-arginasi (inibitore dei RNS) non riducono produzione di NO e neppure IL-1β


HOLSTEIN (Ho) vs BROWN SWISS (BS)


* Zymosan = ß-glucano con legami ß-1,3 e ß-1,6

Summary









autoctone)


“disease”

Inflammation (PIC, e.g. IL1β-IL6-TNFα)

Activity excess

Oxidative stress

Parasites Pathogens Heat stress Trauma/injury

Nutrition:

- Deficiency / excesses

- poisoning (i.e.

mycotoxins)

- digestive disorders

- lack of anti-inflammatory

nutrients (later)

Mental symptoms:

loss of interest for

environment,

depression, irritability,

mild cognitive disorders,

suffering

(Dantzer et al., 2008)

Physical symptoms:

fever, tissue

damage, pain

(Johnson and Finck, 2001)

Variabilità di risposta ai challenge naturali (es. TP) tra ed entro razza Diversità dei meccanismi di adattamento (immunitari e metabolici) Non scontato che razze + produttive abbiano peggiori capacità di adattamento


PAMPs =

pathogen-

associated

molecular

pattern;

DAMPs =

damage-

associated

molecular

pattern Emotional stress

26

GENETIC

EPIGENETIC

+ RICERCA per comprendere i meccanismi fisiopatologici in

modelli animali ben caratterizzati geneticamente (entro e tra razze)


Dr Andrea Minuti PostDoc

Dr Matteo Mezzetti PhD Dr Annarita Ferrari PostDoc Dr Fiorenzo Piccioli Cappelli Senior Researcher Alessandro Catellani Unicatt - MS

Main Collaborators

(UNICATT)

Many thanks for attention

stress metabolico, risposta infiammatoria e biodiversità ... · delle bovine da latte erminio...

Documents