Nutricin y desarrollo de la glndula mamaria Kristy

Nutrición y desarrollo de la glándula mamaria Kristy M. Daniels, Ph. D 2014 Colombia

Introducción

La Universidad de Ohio State

La Universidad de Ohio State

Embrión – feto – ternera -- vaca Biología Manejo

La crianza de ternera parece diferente USA Region tropical en Brazil

Desarrollo de la glándula mamaria Genética Ambiente Nutrición

Colombia como yo la entiendo • Zona tropical pero diferentes climas • Lecherias en pastoreo • Cruces de razas común – Hoy, enfocados a Holstein

Algunos retos de la industria lechera colombiana, como yo los entiendo • Parásitos internos y externos • Adaptación de las razas lecheras para alcanzar la producción deseada (genética) • Ambiente (estres por temperatura) • Manejo nutricional

Las terneras de hoy serán las vacas del futuro

La crianza de terneras es costosa • Los costos de criar terneras son en promedio el 20% de los costos de la finca , (Heinrichs, 1993)

Resumen de encuesta de Wisconsin 2013: costos de una novilla desde el nacimiento hasta el mes 23 Nacimiento Destete a a destete 23 meses (69 d) costo, $ Costo total $ Bajo 168 Pro 363 Alto 904 770 1, 863 3, 806 938 2, 226 4, 710 Mayores costos = concentrado y labores Hoard’s Dairyman. March 25, 2014. Feed Costs Consume Heifer Rearing Expenses. T. Kohlman Hoard’s Dairyman. March 10, 2014. Calf Care Takes Money and Time. M. Hagedorn

Beneficios de reducir la edad al primer parto • Acortar periodo no productivo de la vida – Leche en el tanque de enfriamiento antes • Retornos sobre la inversión mas rápidos

La edad el primer parto a venido decreciendo en los últimos 25 años 29 27 -30 1982 edad al primer parto, mes 25. 5 25. 0 24. 5 1996 2002 2007 Sources: Sejrsen et al. , 1982; USDA, 1996, 2002, 2007

Edad al primer servicio a bajado también en los últimos 25 años edad al primer servicio, mes 18 -21 20 1982 16. 5 16. 0 15. 5 1996 2002 2007

Peso corporal en la pubertad no ha cambiado en los últimos 25 años • Ocurre alrededor de 280 a 290 kg como lo muestran: – Sejrsen et al. , 1982 – Capuco et al. , 1995 – Radcliff et al. , 1997 – Lammers et al. , 1999 – Meyer et al. , 2006 – Zanton and Heinrichs, 2007 • Entonces, ¿como bajar la edad a la pubertad?

La edad a la pubertad puede ser reducido al incrementar la ganancia media diaria (GMD) • Estudios de: – Sejrsen et al. , 1982 – Capuco et al. , 1995 – Radcliff et al. , 1997 – Lammers et al. , 1999 – Meyer et al. , 2006 Pubertad alcanzada a los 245 a los 359 d

Una ilustración para alcanzar la pubertad : llegando a un punto de partida mas rápido 43 kg GMD = 1. 0 kg al nacimiento 43 kg GMD = 0. 5 kg al nacimiento 285 kg pubertad 242 d _____ a pubertad 484 d 285 kg _____ pubertad a pubertad

Crianza rápida y primer parto • Esta parece ser una buena estrategia, cierto? • Hay puntos negativos – Primera lactación más baja y menores rendimientos de por vida (a veces, pero no siempre; el tiempo es importante)

De esto sabemos por casi 100 años C. H. Eckles, circa 1916 • Estudio métodos prácticos para levantar novillas University of Missouri Archives • Le preocupaban: – Costos del concentrado – La influencia de las estrategias de manejo sobre el valor del animal

Algunas novillas de Eckles animal altamente alimentado a los animal levemente alimentado a 30 meses los 30 meses • 1287 lb • 52. 7 pulgadas a la cruz • 5 meses a primer preñez • 843 lb • 48. 4 pulgadas a la cruz • 5. 5 meses a primer preñez Eckles, 1915

Conclusiones mayores, 100 años atrás • Animales altamente alimentados muestran rápido crecimiento del esqueleto, después se vuelven gordos • Novillas altamente alimentadas fueron levemente inferiores en producción de leche – “Aparentemente algunos efectos negativos en la producción de leche vinieron de la alta ración de grano”. ~ Eckles, 1915 • Se puede atribuir algo de esto a la genética?

Estudio en gemelas, Swanson (1960) • 7 pares de novillas gemelas – Grupo de control – Grupo altamente alimentado • 5 pares empezaron a los 3 meses • 1 par empezo a los 7 meses • 1 par empezo a los 11 meses • Novillas gemelas altamente alimetadas produjeron menos leche que sus hermanas “normalmemte” alimentadas.

Curva de lactación promedio de 7 pares de gemelas idénticas, comparando fuerte alimentación vs. alimentación normal antes del primer parto Figure 4 in E. W. Swanson, 1960 JDS

Producción de leche en segunda lactación, mismos animales Figure 5 in E. W. Swanson, 1960 JDS

En el estudio de Swanson (1960) • Dada una genética muy similar, la baja producción de novillas altamente alimentadas llevan a sospechar que la ubres no funcionaban normalmente – Posible efecto directo de la ingesta de nutrientes • Se decidió entonces mirar el tejido

“Sección de la ubre de la pareja 2 que fue altamente alimentada mostrando un desarrollo incompleto del sistema lóbulo-alveolar” Foto tomada cerca del final de la 2 da lactación. Figure 6 in E. W. Swanson, 1960 JDS

Swanson también noto… • Aunque números experimentales son pequeños – Fue una indicación que las novillas altamente alimentadas desde las edades tempranas se vieron mas afectadas • (3 meses a 7 meses de vida) • Esto llevo a más estudios… E. W. Swanson, 1960 JDS

El estudio más citado en esta área de s se 3 a 1 e m 0 d a ed La constante de equilibrio, α, indica si un órgano esta creciendo más rápido que (alometría; α > 1) o a la misma tasa que (isometría; α = 1) el cuerpo. Figure 1 in Sinha and Tucker, 1969 JDS

¿Qué está pasando acá? • De ~ 3 a 10 meses de edad, la glándula mamaria crece más rápido que el resto del cuerpo (Sinha and Tucker, 1969) • Esto se ve como la base para el desarrollo de la glándula mamaria reducido en novillas alimentadas con dietas de alta energía

Después de que el estudio de Sinha and Tucker fue publicado • La regla del pulgar se volvió: – “No sobrealimentar a sus novillas” – Especialmente cuando tienen ~3 a 10 meses de edad. – La glándula mamaria es muy sensible a efectos de sobrealimentación a esta edad • Razón: Parece que reduce el desarrollo de la glándula mamaria y por ende, la producción de leche (inferido a partir de estudios previos)

El factor: Medir el tiempo • Dietas de alta energía permiten rapida ganancia de BW y excesos de grasa de 3 a 10 meses de edad muestran un peor desarrollo de la glándula mamaria (Sejrsen and Purup, 1997; Swanson 1960) • Tasas aumentadas de ganancia en los primeros 2 meses de vida? – Generalmente, efectos positivos en glándula mamaria

Los primeros 2 meses de vida • Estatus nutricional elevado, parece benefico (Brown et al. , 2005) – Muy bajo, no es perjudicial. (Meyer et al. , 2006; Daniels et al. , 2009)

Producción de leche en respuesta a predestete o uso de lactoreemplazador Estudio Leche, kg Foldager and Krohn, 1991 1, 405 s Bar-Peled et al. , 1998 453 t Foldager et al. , 1997 519 t Ballad et al. , 2005 (@200 DIM) 700 s Shamay et al. , 2005 (post-weaning protein) 981 s Davis-Rincker et al. , 2011 416 ns Drackley et al. , 2007 835 ns Raith-Knight et al. , 2009 718 ns Terre et al. , 2009 624 ns Morrison et al. , 2009 (no diff in calf growth) 0 ns Moallem et al. , 2010 (post-weaning protein) 732 s Soberon et al. , 2012 522 s

Meta para los próximos minutos • Ilustrar como las ubres crecen y se desarrollan en el tiempo – Ambiente (Estrés al calor) – Genética – Nutrición – Fotoperiodo

La ubre es un órgano único Embryonic Fetal • Mayoría de actividad es post-parto Prepuberty – Crecimiento: Cambio en tamaño – Desarrollo: Cambio en estructura o función Postpuberty Conception INVOLUTION PREGNANCY SECRETORY PHASE Parturition Conception No es funcional hasta la primer preñez

Origen y desarrollo de la glándula Mamaria • La glandula mamaria son glándulas de piel • Provienen de 2 capas embrionarias – Ectodermo – Mesodermo

Ectodermo • Equivalente a la piel embrionaria • Origina el epitelio mamario – Parénquima (PAR) – Será la parte funcional de la glándula Parénquima

Mesodermo • Origina el tejido conectivo – Mesénquima – Estroma – Almohadilla de grasa mamaria (MFP) • Ejemplos de estructuras derivadas del mesodermo Aereolar, fibroso, y tejído conectivo elástico – Adipocitos (células grasas) MFP – Nervios – Vasos sanguíneos – Vasos linfáticos

Tejído mamario en el útero • ~30 días del embrión en el bovino – (Tiempo de implantación) • Ectodermo embrionario se engruesa por el lado ventral dorsal ventral Mesénquima, parte del mesodermo (Rosado) = Comienzo del MFP Ectodermo (Negro) = Comienzo de parénquima Adapted from Larson (1985)

Crecimiento embrionario de la Glándula Estadio Banda Raya Linea Cresta Axón Brote Embrión Corte Edad del embrión, días 32 34 35 37 40 43

Formación del Pezón en el feto dorsal Mesénquima Ectodermo ventral Proliferación rápida de celulas del mesénquima forza el brote hacía la superficie del epitelio circundante Turner (1930)

Formación inicial del Pezón Cranial Caudal

Brotes primarios y secundarios Cranial Brote Primario Brotes secundarios Canalización del brote primario Caudal

Formación del Canal del Pezón • A medida que se desarrolla el pezón, la punta se invagina. La superficie se keratiniza, formando asi el canal del pezón

Histología del Pezón. Vaca Madura; vista longitudinal Epidermis (epitelio keratinizado) Cisterna del Pezón Pliegues rosetta Esfínter (epitelio keratinizado)

Cisternas del pezón del esfínter son formadas en el periodo fetal Secondary sprouts Cranial Gland cistern Hair buds Teat cistern Streak canal Caudal

Desarrollo Mamario en el feto (adaptado de Larson, 1985) Estadío Ilusatración Días de Gestación Formación temprana del Pezón 65 Brote Primario 80 Brote Secundario 90 Canalización del Brote Primario 100 Desarrollo del pezón y de la glándula Desarrollo del ligamento medio suspensorio Gland Cistern 110 Teat Cistern 130 180

Crecimiento del embrión y de la glándula mamaria • Aparentemente autónomo • Efectos en: – Estrés al calor – Genética – Nutrición de la madre Turner, 1930

Estrés al calor durante periodo seco reduce la siguiente lactancia Vacas en frío Vacas con estrés al calor Tao et al. , 2011

Estrés al calor durante periodo seco afecta la proliferación de células epiteliales en la glándula mamaria Vacas en frío Vacas con estrés al calor Tao et al. , 2011

Estrés al calor durante periodo seco afecta peso de la ternera al nacer Variable Estres Calórico Cooling SEM P value Peso al nacer, kg Peso al destete, kg 36. 5 65. 9 42. 5 78. 5 1. 2 4. 0 <0. 01 0. 04 Para pensar: el estrésal calor puede afectar crecimiento de la glándula mamaria en las crias. Se requieren más estudios! Tao et al. , 2011

Crecimiento y desarrollo de la glándula mamaria después de nacer • Nacimiento hasta 2 meses de edad – Almohadilla continua creciendo – Ductos epiteliales se elongan y ramifican • Invasión de la almohadilla Ventral a Dorsal • Ductos epiteliales se infiltran, remodelan y reemplazan la almohadilla – Toma aumentada de nutrientes, aparentemente ventajoso

La ubre: Nacimiento a 2 meses de edad. MFP PAR Nacimiento a 1 mes 1 a 2 meses Adapted from Smith; Physiology of Lactation, 1959

Novillas de 8 semanas alimentadas en una de las dos dietas Moderada Alta Item (n=5) (n=6) SEM P > F Total glándula, g 106 185 16 0. 01 Total glandula, g/100 kg BW 181 255 22 0. 05 Parénquima, g 1. 2 4. 5 0. 9 0. 03 Parénquima, g/100 kg BW 1. 9 6. 2 1. 1 0. 03 Almoadilla (MFP), g 10. 7 36. 0 4. 4 0. 005 Almohadilla (MFP), g/100 kg BW 18. 1 49. 5 6. 1 0. 009 Brown et al. , 2005

Parénquima “invade” la almohadilla Corte transversal vertical de los cuartos traseros de una novilla prepuberta From R. M. Akers, 2002

Novilla Holstein 8 semanas de edad Dorsal Fat pad Epithelial tissue; parenchyma Teat cistern Ventral

Tejído mamario en oveja en prepubertad, resaltando la Parénquima Disecsion de una glándula PAR a 10 x

Crecimiento alométrico de la glándula en la prepubertad Toma elevada de nutrientes, es considerada mala en este momento 2 a 4 meses 4 a 9 meses Adapted from Smith; Physiology of Lactation, 1959

Crecimiento durante la gestacion en la pubertad Toma elevada de nutrientes no esta considerada mal. Pero cuidado! 9 to 24 mo From H. D. Tyler, Iowa State University Adapted from Smith; Physiology of Lactation, 1959

Ubre en lactante Tejído glandular

Glándula en lactante

Génetica y crecimiento de la glándula • Holsteins puras (Comparadas a Gyr) muy probablemente tendrán: – Mayor número de células epiteliales al nacer • Estas, tienen potencial de producción de leche • Ventaja para toda la vida – Mayor actividad de producción por célula por lactancia • Evidencia: Estudio comparativo de crecimiento y desarrollo de glándula mamaria entre novillas Hereford y Holstein (Keys et al. , 1989)

Keys et al. , 1989

Fotoperiodo • Novillas • Lactantes • Secas • Mecanismo endocrino incluye Melatonina y IGF-I (Insulin-like growth factor 1)

Percepción y transducción de señal del fotoperiodo

Fotoperiodo y lactancia • Luz llega al ojo, estimula los receptores de luz en la retina que transducen una señal INHIBITORIA a la glándula pineal del cerebro

Localización de la glándula pineal en relación a otras estructuras

La glándula pineal • “Tercer ojo” • Aceptada como la mediadora activa de efectos del fotoperiodo • Luz inhibe la actividad de la N-acetiltransferasa, enzima que regula la sintesis de malatonina – Secreción de Melatonina es muy baja durante la exposición a la luz – Secreción de Melatonina es muy alta en la oscuridad

Oscuridad es Critica • En ausencia de oscuridad – animales no pueden tener noción del día, y el ritmo circadiano se interrumpe • Ritmo Circadiano – Del Latin: circa, “alrededor”; diem, ”día" – Manejado endogenamente, ciclo de ~24 h – ”Incluido" (Autosostenible), acciones fisiológicas que se ajustan a señales externas • Señal primaria = luz del día

Estudios en Venados Rojos En primavera (días largos): • Incremento del tamaño corporal • Incremento en IGF -I • Decrece la melatonina

In Ganado… • Luz que llega al ojo, suprime la secreción de melatonina • Vacas usan patrón del día para mantener el reloj interno influenciando la secreción de IGFI (Insulin-like growth factor 1)

IGF-I en el Ganado… • Incrementos en IGF-I aumenta crecimiento de la glándula y producción de leche. • Entonces, incremento en horas del dia, disminuye cantidad de melotonina en la vaca. Esto aumenta produccion de IGF-I, lo cual incrementa crecimiento de la glándula y por ende, producción de leche

Manipulación del fotoperiodo en novillas prepubertas 4 meses en uno de los dos fotoperiodos Fotoperiodo de Día corto Fotoperiodo de Día Largo 16 h 8 h Al final, Fotoperiodo de dia largo aumentó IGF-I, Parénquima y tejído

Manipulación del fotoperiodo en lactantes Switch from Fotoperiodo de Día corto Fotoperiodo de Día largo 16 h 8 h

Manipulación del fotoperiodo en lactantes Día Corto Día largo Dahl, 2000

Resumen de estudios con incremento en el fotoperiodo en lactantes establecidas Producción aumenta al menos 2. 5 kg/vaca/día Dahl and Peticlerc, 2003

Manipulación del fotoperiodo en lactantes Fotoperiodo de Día largo 16 h Esta vez, alimentaron con melatonina tambien 8 h Efecto del fotoperiodo? Dia Largo + melatonina Dia Largo Dahl, 2000

Manipulación del fotoperiodo en el periodo seco Cual es mejor esta vez? ? Dia Corto Día Largo 16 h 8 h

Manipulación del fotoperiodo en el periodo seco En la siguiente lactancia Dahl, 2000

Fotoperiodo de día corto para vacas secas • Parece que “Resetea” la habilidad de la vaca para responder a fotoperiodos de dia largo en la proxima lactancia • Esto implica, desde un punto de vista biológico que las cas secas NO deberian tener la misma luminosidad que vacas lactantes

Dónde están las mayores oportunidades? Dahl, 2000

Mapa de latitudes en USA • Columbus, 4/25/14 – Amanece, 6: 40 AM – Puesta del sol, 8: 20 PM Longitud del día= 13 h, 40 min Mayoría de Junio, Columbus tendrá 15 h de luz natural

Luz Natural y luz suplementaria

Manejo de la longitud del periodo seco: Importancia del periodo seco? • Un periodo seco es necesario para regeneración de tejído y células por ende, crucial para obtener máximas producciones de leche. • Ciclo de Lctancia ideal para Holsteins (USA) – 10 meses lactando • 305 días – 2 meses secas (Periodo seco) • 60 días

Manejando el periodo seco RESUMEN NACIONAL DESEMPEÑO PRODUCTIVO Y REPRODUCTIVO ABRIL 2011 Indicador Producción de leche diaria, kg Promedio edad a primer parto, meses Tiempo entre partos, meses Días secos Días en leche Pico de producción, kg http: //www. holstein. com. co/index. php? doc=raza Valor 20. 6 31. 9 15. 0 96 205 28. 1

Investigación que incluye periodo seco óptimo se enfoca en: Producción de leche en prox. lactancia. • Ganar más dias productivos • No perdiendo producción en proxima lactancia <14 45 a 70 Dias secos >90

Fisiología mamaria durante la involución 1. Involución activa 2. Involución mantenida 3. Re-desarrollo – Colostrogénesis y lactogénesis

1. Involución Activa • Transición entre glándula activa a inactiva • Empieza con al cesacion de ordeño – Destete – Secar las vacas • Resultados de “milk stasis” • En vaca, completo en 30 días despues del secado

Reversión hacia fenotipo indiferenciado

Día 0 de involución (Lactando normal) apical Nucleo Holst et al. , 1987; J. Dairy Sci

Día 30 de involución apical No hay evidencia de vacuolas o secreción Nucleo Holst et al. , 1987; J. Dairy Sci

Día 0 de involución (Lactancia Normal) Holst et al. , 1987; J. Dairy Sci

Día 30 de Involución • Alveolos colapsados • Más estroma Holst et al. , 1987; J. Dairy Sci

Colapso alveolar

2. Involución mantenida (mid dry period) • Longitud de este periodo depende del total de días de periodo seco • Si la involución activa dura ~4 semanas para completarse y redesarrollo toma 3 a 4 semanas, entonces estadío mantenido es muy corto o inexistente. • Activo: ~4 sem = ~28 dias • Mantenido: variable • Redesarrollo: ~3 to 4 sem = 21 a 28 días Base para tener 45 – 60 días de periodo seco

3. Redesarrollo • Transición de inactivo a estadío activo – División Celular (Nuevas células) – Diferenciación de (lactogénesis) • No se conoce mucho. • Pero, empieza 3 a 4 sem preparto

Embrión – Feto – Ternera – Novilla -- Vaca Biología Manejo

GRACIAS! PREGUNTAS? daniels. 412@osu. edu