Perché lo stress termico è nemico della fertilità

 

Lo stress da caldo è un problema non soltanto per i Paesi della Comunità europea che si affacciano sul Mediterraneo, ma anche per i Paesi dell’Europa centrale e settentrionale. Fino a pochi anni fa, si considerava “critica” per lo sviluppo embrionale una temperatura ambientale superiore a 27ºC, mentre in realtà si è dimostrato che già a 22-24ºC con una umidità superiore al 30-40% l’embrione entra in uno stato di sofferenza. Abbiamo compreso che un THI (Temperature Humidity Index) di 72-73, ritenuto valore soglia fino a 5 anni fa, è un valore troppo elevato per cominciare a considerare di ventilare e raffrescare le bovine, ma bisogna iniziare già con valori di THI di 66-68.

Le estati calde e talvolta umide hanno di fatto imposto notevoli investimenti strutturali per ridurre l’impatto negativo dello stress da caldo. Negli allevamenti dotati di buoni sistemi di raffrescamento/ventilazione, dove le vacche vengono bagnate con acqua fredda e asciugate con ventilazione forzata ad alta velocità e dove le aree di riposo degli animali sono costantemente ventilate, le perdite di produzione dovute al caldo sono minime, nell’ordine del 2%, rispetto alla produzione invernale.

Rimane invece il problema riproduttivo: in estate i tassi di concepimento diminuiscono, a volte anche del 40-50%, rispetto ai valori invernali. Per ogni aumento di 1,5ºC, si registra una diminuzione del CR dell’ordine del 5%. Questo problema può essere solamente controllato, ma certamente non eliminato. Non va neppure sottovalutato un altro problema che aggrava lo stress termico sulla bovina, ovvero la sua produzione endogena di calore: maggiore è la produzione di latte della vacca, maggiore è la produzione di calore metabolico. Una vacca che produce tra i 30 e i 50 kg di latte produce 2-3 volte più calore di una vacca che non produce latte. Ad un problema si aggiunge un altro problema: a subire gli effetti dello stress da caldo sono soprattutto le bovine più produttive dell’allevamento.

Il sistema di bagnatura degli animali, associato a quello della ventilazione, è tra i fattori che contribuiscono a limitare le perdite produttive delle bovine da latte durante il periodo estivo

 

Assetto ormonale

Lo stress termico ha un impatto pesante sul ciclo estrale della vacca. Come conseguenza abbiamo un accorciamento del ciclo estrale, abbiamo una riduzione del 30-35% nella durata della fase attiva del ciclo e una riduzione del 25-30% della durata di ciascuna monta. In pratica le bovine scavalcano molto meno, per un tempo minore e si fanno scavalcare meno, rendendo la rilevazione dell’estro difficile o molto difficile.
Tuttavia lo stress da caldo ha anche un impatto sull’asset ormonale del ciclo estrale: si ha un blocco dell’aromatasi, ovvero dell’enzima che si trova a livello della membrana basale dei follicoli, al confine tra le cellule della granulosa e dello strato interno delle cellule della teca, responsabile della conversione degli androgeni in estrogeni, che poi vengono riversati nel liquido follicolare. Se la produzione di estrogeni è compromessa, anche il rilascio di LH e la sensibilità dei recettori di LH dei follicoli è compromessa.

Questo comporta la possibile formazione di cisti di piccole e grandi dimensioni, ovvero lo sviluppo di una condizione di anestro di tipo II e III. Se da un lato lo stress termico ostacola il rilascio di LH, dall’altro porta indirettamente a un aumento dell’FSH, grazie al blocco dell’inibina, la cui produzione dipende anche dal livello di estrogeni prodotti dai follicoli. L’aumento dell’FSH, ovvero il minor livello di inibina, determina un aumento dell’ovulazione multipla, responsabile della gestazione gemellare. La minore produzione di estrogeni è anche responsabile di una fase luteale più lunga, con il ritorno all’estro delle vacche a 25-26 giorni dall’inseminazione.

Il calore ha un impatto negativo sullo sviluppo del follicolo di Graaf. Di conseguenza, la formazione del nuovo corpo luteo è compromessa, in parte a causa dell’assenza di LH, essenziale per la luteinizzazione delle cellule della teca e della granulosa del follicolo di Graaf collassato dopo l’ovulazione. Se lo sviluppo del corpo luteo è compromesso, ne consegue che non si ha produzione di progesterone, con una minor probabilità di un successo del concepimento.
La sincronizzazione dell’ovulazione, in particolare il Double Ovsynch, aiuta a ridurre l’impatto negativo dello stress termico sulla componente ormonale del ciclo. Soprattutto se le vacche hanno un BCS basso (<2,5) e nelle primipare. Ovviamente il risultato della sincronizzazione è maggiore quando si utilizzano ventilazione e raffrescamento.

 

Stress termico e gemellarità

Una gestazione gemellare comporta una perdita di circa 1.500 euro per l’allevatore. Si stima che negli Stati Uniti la gemellarità costi circa 96 milioni di dollari all’anno. Oggi il tasso di gemellarità nella Holstein è di circa il 10% nelle vacche e del 2% nelle giovenche. Il tasso di gemellarità aumenta con l’aumentare della produzione.

Maggiore è lo stress termico, maggiore è il rischio di gestazioni gemellari. Durantelo stress termico, si ha un aumento del cortisolo, che blocca l’aromatasi. Bloccandosi questo  enzima, si blocca la conversione degli androgeni in estrogeni e quindi alla fine anche la produzione di inibina. Questo ormone glicoproteico prodotto dalle cellule della granulosa ha diverse funzioni, in particolare quella di far scendere rapidamente l’FSH. Pertanto in questi animali abbiamo dei livelli di FSH molto più elevati, il che si traduce nella deviazione di più di un follicolo dominante. Quando ciò avviene nell’ultima ondata follicolare si verifica un’ovulazione multipla, da cui l’aumento del tasso di gemellarità durante l’estate.

Durante l’estate aumenta anche il rischio di gestazioni gemellari unilaterali: il rapporto gemelli uni-laterali (due dallo stesso lato) e bilaterali (uno per ciascun lato) è normalmente di 1:1, mentre d’estate è 1.4:1.0, ovvero aumentano i gemelli uni-laterali che tra i 61 e i 90 giorni di gestazione hanno un tasso di morte fetale del 30-35%, contro l’8% dei gemelli bilaterali.

 

Impatto sul close up

Il raffrescamento e la ventilazione non giovano solo alle vacche in lattazione, ma anche a quelle in asciutta. Ridurre l’impatto dello stress da calore nel close up è essenziale per preservare il potenziale produttivo della vacca nella lattazione successiva.
Proteggere le vacche in asciutta dal caldo significa anche proteggere la prole. Le giovenche nate da madri sottoposte a stress da calore durante il periodo di asciutta hanno un rendimento inferiore nelle prime due lattazioni.

Le vacche raffrescate e ventilate durante il close up producono più latte, hanno un miglior tasso di concepimento alla prima AI, hanno meno infezioni uterine, meno mastiti e hanno una durata regolare della gestazione, rispetto alle vacche sottoposte a stress da calore nello stesso periodo. Queste vacche hanno parti regolari, ovvero hanno meno vitelli nati morti o morti nelle prime 24 ore, hanno, meno trattamenti antibiotici, hanno tassi di riforma involontaria inferiori, rispetto alle vacche sottoposte a stress da calore. Le vacche sottoposte a stress termico durante il periodo di asciutta hanno un colostro di qualità significativamente inferiore e di conseguenza avremo una maggiore incidenza della Failure of Passive Transfer, cioè di aumento della morbilità e della mortalità nella vitellaia. Non solo: i vitelli avranno accrescimenti giornalieri nettamente più bassi: l’età alla prima inseminazione e l’età al primo parto si allungano.

Applicare i sistemi di raffrescamento e ventilazione anche alle vacche in asciutta permette non soltanto di migliorare le performance di queste vacche, ma anche quelle delle vitelle da esse nate

 

Stress termico e patologie

Lo stress da caldo compromette la capacità immunitaria e la resistenza della vacca, predisponendola ad altre malattie. La mastite è una di queste. In presenza di mastite, sia da batteri Gram positivi che da Gram negativi, si ha una compromissione delle prestazioni riproduttive della vacca. Nel caso della mastite da Gram positivi, i peptidoglicani e i mucopeptidi causano un aumento dell’IL-1, responsabile della minore pulsatilità dell’LH e dell’aumento dell’ACTH che porta a un aumento del cortisolo, responsabile del blocco dell’aromatasi che come abbiamo visto è responsabile della minore produzione di estrogeni, inibina e quindi dell’ovulazione multipla.

Nel caso della mastite da Gram negativi, responsabili del problema sono i lipopolisaccaridi di parete (LPS) a scatenare l’IL-1; contemporaneamente queste tossine aumentano i radicali liberi, che sopprimono lo sviluppo del corpo luteo con conseguente minore produzione di progesterone.
Tuttavia attivano anche la fosfolipasi A2, fondamentale per la produzione di PGF2α, che è un potentissimo luteolitico, da cui il grande rischio di perdere la gestazione se la mastite si sviluppa dopo l’inseminazione e prima che la placenta cominci a produrre progesterone (normalmente a ridosso dei 150 giorni di gestazione).

In condizioni di stress da caldo, abbiamo anche un effetto indiretto sulla fertilità, legato alla salute dell’animale. Queste vacche trascorrono spesso gran parte del loro tempo in piedi. Lo stress termico e meccanico sul piede è responsabile della laminite, i cui effetti si vedranno soprattutto in autunno, con un aumento delle vacche zoppe. La zoppia è una condizione molto dolorosa: gli animali rimangono nelle cuccette e passano meno tempo a mangiare. Essi sviluppano un bilancio energetico negativo, responsabile dell’anovulazione. È quindi facile capire perché queste vacche soffrano anche di ipofertilità.

Come conseguenza dello stress termico sulla resistenza-resilienza della bovina, aumenta il rischio di ritenzione delle membrane fetali, di metrite ed endometrite, le cui conseguenze sono note per l’impatto negativo che queste patologie hanno sulle performance produttive e riproduttive della mandria.

 

Morte embrionale

La minore produzione di estrogeni da parte dei follicoli si traduce in una minore qualità degli ovociti e quindi dell’embrione prodotto, con un maggior rischio di morte embrionale precoce. Le perdite di gestazione aumentano durante l’estate anche in relazione alla minore produzione di progesterone da parte del corpo luteo. La conseguenza di tutto questo è una ridotta fertilità.

La morte embrionale è uno dei problemi più importanti e più frustranti che possiamo incontrare durante l’estate. La vacca rimane gravida, ma poi perde la gestazione. Durante l’estate, a causa del blocco dell’aromatasi, si hanno anche fasi luteali più lunghe, cioè l’ovulazione di un follicolo di Graaf più grande, ma con un ovocita più vecchio, quindi tassi di fecondazione più bassi e tassi più alti di morte embrionale precoce. Il corpo luteo che si forma in questi casi, a causa della minore luteinizzazione delle cellule della teca e della granulosa, produce meno progesterone; avremo meno interferone tau e quindi un volume embrionale più piccolo alla fine del diestro, con conseguente minore riconoscimento materno della gestazione. La conseguenza di questa situazione è una abbondante produzione di PGF2α, luteolitica: la bovina torna in estro.

Nelle vacche che hanno sofferto di stress termico, sono necessari 2-3 cicli perché la qualità degli ovociti si normalizzi, a causa dell’effetto duraturo dello stress termico sul pool follicolare. Pertanto, anche se lo stress da caldo non è più presente, le ultime settimane d’estate e le prime settimane d’autunno soffrono ancora di una bassa qualità ovocitaria e quindi di tassi di concepimento più bassi.

 

Misure di prevenzione

Sono state proposte diverse terapie per affrontare i problemi di fertilità prodotti dallo stress termico (gli antiossidanti, la melatonina, ecc.), tuttavia le prove dell’efficacia di questi trattamenti sono molto, molto limitate. Anche per questo motivo riteniamo che la strategia migliore non sia la terapia, ma la prevenzione. Nel 1980 si è incominciato a bagnare le vacche durante l’estate. In assenza di un sistema di ultima generazione, si possono applicare soluzioni più modeste, come bagnare le vacche con un tubo di acqua, l’importante è abbassare la temperatura delle vacche. Ci sono voluti alcuni anni per capire che l’acqua non doveva essere nebulizzata, ma che doveva essere una vera e propria doccia, con grandi gocce d’acqua. Oggi facciamo la doccia alle vacche per 45-60 secondi e poi le asciughiamo per 4 minuti con ventole che spingono l’aria a una velocità di 3-5 metri al secondo.

Un sistema alternativo per ridurre la temperatura delle vacche è la cross ventilation. I ventilatori aspirano l’aria nella stalla chiusa, facendola passare attraverso una intercapedine in cui scorre acqua fredda. L’aria si raffredda ed entra nella stalla a una temperatura di circa 18-22ºC. Dall’altra parte della stalla, abbiamo una serie di aspiratori che portano l’aria riscaldata all’esterno e mantengono così la temperatura all’interno dell’edificio costante, tra i 18-22ºC.

In alcuni allevamenti, si utilizzano solo ventilatori, senza utilizzare l’acqua. A seconda del tipo di ventilatore utilizzato e delle sue dimensioni, si utilizzano numeri diversi di ventilatori. Essi sono sicuramente meno efficaci dei sistemi che utilizzano anche l’acqua: l’esperienza personale dell’autore con questo sistema senz’acqua non è positiva.

Anche l’ombreggiatura è molto importante, soprattutto se si riesce a realizzare con delle piante, in mancanza delle quali anche le reti ombreggianti e i sistemi di ombreggiatura artificiale, soprattutto quelli che si regolano in base alla quantità di luce presente, non garantiscono sempre risultati eccellenti. In condizioni di stress termico, l’assunzione di sostanza secca si riduce drasticamente. Per questo motivo è fondamentale per la vacca potersi avvicinare all’alimentazione almeno ogni ora. Devono essere garantite le migliori condizioni ambientali per le vacche, evitando il sovraffollamento.

 

Terapia embrionale

Negli ultimi anni ha preso piede la Embryo Therapy: in alternativa all’inseminazione artificiale, si trapianta un embrione. Gli embrioni di 7 giorni sono molto più resistenti allo stress termico rispetto agli embrioni dei primi quattro giorni di vita. Si possono utilizzare embrioni prodotti con super-ovulazione o con fertilizzazione in vitro, l’importante è che siano one step, si possano scongelare in acqua qualora non si utilizzino embrioni freschi. L’embrione viene trasferito nel terzo craniale del corno uterino ipsi-laterale al corpo luteo. Il tasso di concepimento tra ET e IA durante l’estate è chiaramente a favore dell’ET, con un delta di circa 10 punti. Tuttavia non ci si dovrebbe fermare al tasso di concepimento, ma verificare il tasso di gestazione, ovvero il pregnancy rate. Indubbiamente i tassi di concepimento con l’ET sono maggiori che con la IA, ma qual è il service rate, ovvero qual è la pressione inseminativa? Se si scartano molti animali per l’ET, alla fine il PR non aumenterà...

È poi necessario disporre di una banca di embrioni che produca embrioni durante l’autunno, l’inverno e la primavera. Il costo della produzione di embrioni dipende dalla quantità degli embrioni prodotti per ogni superovulazione, ovvero dai criteri di selezione dei donatori. Quando sarà possibile avere embrioni fertilizzati in vitro a prezzi molto bassi, ovvero simili al costo di una fiala di seme, sicuramente assisteremo a un incremento di questa tecnica.
Una riflessione andrebbe fatta in relazione all’opportunità di ingravidare delle bovine da latte durante l’estate con seme/embrioni da latte. Considerando l’effetto epigenetico e gli effetti che questo ha sulle future performance produttive delle future vitelle, nel periodo di massimo impatto del caldo sarebbe interessante ingravidare queste bovine con seme/embrioni da carne.

Il tasso di concepimento tra ET e IA durante l’estate è chiaramente a favore dell’Embryo Transfer, con un delta di circa 10 punti

 

Conclusioni

1. Lo stress da caldo compromette le prestazioni produttive e riproduttive della mandria se non si adottano misure preventive come il raffrescamento e la ventilazione.
2. Lo stress da caldo influisce negativamente sulla qualità dei follicoli e quindi sullo sviluppo dell’embrione.
3. Lo stress da caldo altera il regolare sviluppo del corpo luteo, che producendo meno progesterone, determina una maggiore perdita di gestazioni.
4. Lo stress da caldo aumenta il rischio di gestazioni gemellari e riduce la durata della gestazione.
5. Non esiste una vera e propria terapia per lo stress da calore. I suoi effetti possono essere perfettamente controllati con sistemi di raffrescamento e ventilazione. Applicare questi sistemi anche alle vacche in asciutta permette di migliorare le performance di queste vacche e delle vitelle da esse nate.
6. Le vacche devono mangiare sempre e soprattutto in condizioni di stress da caldo. Per questo l’alimento andrebbe avvicinato non meno di 18 volte durante l’arco della giornata.
7. La sincronizzazione riduce l’impatto negativo dello stress da caldo sui tassi di concepimento.
8. Il trapianto di embrioni consente di aumentare i tassi di concepimento.
9. Non dimenticate che l’effetto dello stress termico continua anche nella prima parte dell’autunno. 

di Giovanni Gnemmi, Medico Veterinario