El futuro de la inseminación artificial y el desempeño reproductivo en los próximos 20 años

Resumen

El objetivo del presente documento es analizar algunos de los avances principales en tecnologías reproductivas y genómica y como éstos pueden utilizarse para el pronóstico de evoluciones y así enfrentar el desafío de la mejora en la eficiencia reproductiva en la vaca lechera alta productora.  La población actual de vaca lechera alta productora se considera sub-fértil, ya que se caracteriza por bajos índices de preñez y altos índices de mortalidad embrionaria. Se han desarrollado sistemas coordinados de manejo reproductivo en base al conocimiento de los factores endócrinos, celulares y moleculares que controlan la función ovárica y uterina. Los sistemas señalados han restaurado parcialmente el desempeño reproductivo del hato y contribuyen al logro de un ambiente de manejo controlado que permite hacer uso de los avances de la selección genética para elegir características de producción deseadas y reducir características hereditarias reproductivas o de salud que no se quieren. Los avances en otras tecnologías reproductivas ofrecen posibilidades más amplias de usos de germoplasma de calidad superior. Las tecnologías como el semen sexuado, clonación, transgénesis, selección genómica y diagnóstico genético pre-implantación ofrecen el potencial de mejorar el impacto de animales superiores en producción de alimento para consumo humano. La selección genómica para el control de las características de producción, salud y reproducción será el motor del futuro a medida que las herramientas genómica y bio-informativas crecen y se refinan. De hecho, la producción incrementada y la eficiencia en la producción contribuyen a la reducción en el uso de recursos y por lo tanto a la mitigación del impacto ambiental adverso. Aún se requiere mayor investigación para cuantificar los altos índices de mortalidad embrionaria y fetal que se asocian con algunas de estas tecnologías y con las consecuencias de la alta producción. El uso de la genómica, proteómica, metabolómica y la bio-informática en el estudio de la reproducción proveerá, sin duda alguna, a los investigadores mayor información sobre las limitaciones de los procesos reproductivos eficientes en vacas lecheras lactantes sub fértiles en un medio ambiente mundial en transformación.

Introducción

Las prácticas lecheras modernas requieren considerablemente menos recursos en comparación de lo que se requería en la industria lechera en 1944; 21% de animales, 23% de alimento, 35% de agua y únicamente el 10% del terreno requerido producen los mismos mil millones de leche en los Estados Unidos. La producción de desperdicio en los sistemas lecheros modernos (ejemplo: estiércol, metano, óxido nítrico) se ha reducido por mil millones de kilogramo de leche comparado con su equivalente lácteo de la industria lechera de 1940 (Capper et al., 2009). Para poder satisfacer la creciente demanda de productos lácteos de la población mundial es primordial que se adopten prácticas de manejo y tecnologías que mejoren la eficiencia de la producción al mismo tiempo que se reduce el uso de recursos y se minimiza el impacto ambiental. La vaca lechera alta productora actual ha evolucionado gracias a los avances genéticos continuos relacionados con la producción lechera, lo cual va de la mano de un adecuado manejo nutricional en aras de una producción potencial.

La somatotropina bovina recombinada (rbST) se ha desarrollado para la mejora de tanto la producción lechera como la eficiencia reproductiva. La somatotropina es un control homeorhetico clave en el reparto de nutrientes. La administración de rbST a vacas lecheras aumenta la producción de leche, mejora la eficiencia de las síntesis láctea (Bauman, 1999) y, su uso oportuno, se asocia con un aumento en eficiencia reproductiva al primer servicio después del parto (Moreira etal., 2001). Al decidir poner en práctica el uso de la biotecnología en la industria lechera es importante encontrar un equilibrio entre la eficiencia y los beneficios biológicos y el impacto ambiental potencial. Incluso, es de mayor relevancia que los consumidores conozcan apropiada y precisamente las ventajas y desventajas de dicha tecnología, por lo que se relacionan con la salud y el bienestar tanto del ganado como de los consumidores. Por ejemplo, los productores que implementen el suplemento con rbST pueden esperar una mejora en la producción lechera individual, con reducciones en la ingesta de nutrientes y en la producción de desecho por unidad de leche producida. Desde la perspectiva de la industria y el consumidor, el suplementar un millón de vacas con rbST reduce el uso de alimento y agua, las necesidades de terreno que puede entonces usarse para cultivos, excreciones N y P, emisiones de gas de invernadero, y uso de combustibles fósiles en comparación con la producción lechera de vacas no suplementadas (Capper et al., 2008). En conjunto, rbST parece representar una herramienta de manejo valiosa en la producción lechera que permite mejorar la eficiencia de reproducción y que reduce los efectos negativos en el medio ambiente que la industria lechera convencional representa. En los próximos 20 años el uso y la implementación de estas tecnologías novedosas será esencial para poder satisfacer la demanda de producción alimentaria en una era en la que el consumidor ha evolucionado tanto.

El progreso genético continuo de producción de leche, combinado con un manejo nutricional de la vaca lechera alta productora, sin prestar atención al desempeño reproductivo, ha contribuido a la relación inversa entre la producción láctea y la reproducción (Lucy, 2001). Una publicación reciente documentó la multiplicidad percibida de factores que contribuyen al bajo desempeño reproductivo de la vaca lechera (Rodríguez-Martínez et al., 2008). Entre los varios factores asociados con la fertilidad baja se enumeran: peso insuficiente en los programas de selección genética para longevidad, salud y fertilidad; factores interrelacionados como un equilibrio negativo de energía, el nivel de la producción de leche, distocia, retención de placenta, partos gemelares, mortinatos y endometritis que reduce el riesgo de preñez; así como, atención inadecuada de la confirmación corporal, el manejo nutricional y reproductivo, enfermedades infecciosas, comodidad animal y de alojamiento. Se han descrito varias estrategias, a corto y largo plazo, para mejorar la fertilidad, éstas así como pueden mantener altos niveles de producción láctea existe la posibilidad que no.

Para combatir este problema de eficiencia reproductiva deficiente, las investigaciones deben enfocarse en la mejora de tres áreas principales: la vaca, los gametos y el medio ambiente. Entre los problemas asociados con la vaca podemos señalar la sub óptima salud postparto; la incapacidad para expresar o detectar adecuadamente el celo; los perfiles hormonales alterados asociados con el control metabólico y reproductivo que da como resultado tasas bajas de concepción  y aumenta la muerte embrionaria en etapas tempranas. Los sistemas que coordinan el manejo nutricional y reproductivo ofrecen los medios para mejorar el desempeño reproductivo del hato. Los avances en las tecnologías reproductivas y la genómica ofrecen un uso más amplio del germoplasma. Sin embargo, actualmente se requieren más estudios para cuantificar los índices de mortalidad embrionaria y fetal. Las tecnologías como el semen sexuado, la clonación, la transgénesis y el diagnóstico genético por pre implantación ofrecen la posibilidad de mejorar selectivamente el impacto en animales superiores en cuanto a su producción de alimentos para consumo humano. Estudios minuciosos de biología tisular y celular, en los que se haga uso de las técnicas de la genómica, proteómica y la bioinformática, sin duda alguna, permitirán a los investigadores entender las limitaciones de los procesos reproductivos eficientes de la vaca lechera lactante sub fértil. Esos avances tecnológicos combinados con el uso centrado de los nutracéuticos y el manejo de las ventanas biológicas críticas mejorarán tanto la producción láctea como la eficiencia reproductiva El objetivo de esta presentación es mostrar la perspectiva de los avances actuales y futuros que mejorarán el desempeño reproductivo de las vacas lecheras en los próximos 20 años.

Inseminación programada sin detección de celo
            La selección genética intensiva orientada hacia la producción láctea sin tomar en consideración el desempeño reproductivo ha contribuido a los bajos índices de preñez en hatos de los sistemas productivos actuales. El uso de Productive Life [Vida productiva], Daughter Pregnancy Rate [Índice de preñez en crías hembras] y últimamente la aparición del Sire Conception Rate [índice de concepción del semental], como medida de la fertilidad de concepción-servicio fenotípica, parecen haber reducido el índice de declive en fertilidad en los Estados Unidos (Norman et al., 2007). El manejo reproductivo de la vaca lactante es y ha sido un reto debido a la deficiente expresión del estro y a la baja fertilidad de inseminación en un estro detectado. La duración de un estro se reduce a medida que aumenta la producción láctea, de igual forma se incrementa la frecuencia de ovulaciones dobles y la subsecuente ocurrencia de partos gemelares con altos niveles de producción láctea durante el periodo de gestación (Lopez et al., 2005). La vaca lechera alta productora del presente expresa su estro por aproximadamente 7 horas durante las cuales se da un promedio de 6.5 montas, con un periodo acumulativo de monta de 20 segundos (ejemplo: 3 segundos monta; Lopez Et al., 2004).

            La tasa de preñez de más de 21 días para las vacas lecheras de los hatos nacionales dentro de los Estados Unidos es de aproximadamente 16.2%. Las partes que componen la tasa de preñez incluyen la tasa de detección de estro y la tasa de concepción. Actualmente existe la tecnología necesaria para que los sistemas puedan detectar el estro de manera precisa, pero el problema principal es que las vacas lactantes no muestran signos contundentes del estro. La expresión del estro se ha visto afectada adversamente por la alta producción de leche y las hormonas asociadas al metabolismo, así como las instalaciones de alojamiento (por ejemplo pisos de concreto), todo lo cual reduce la voluntad de la vaca para comportarse sexualmente activa. Otro reto es la alta ocurrencia de falta de ovulación en vacas lecheras lactante, ya sea porque tienen ondas de folículos recurrentes sin ovulación o por el desarrollo de quistes ováricos.

            Un avance importante en el manejo reproductivo dirigido al mejoramiento del índice de preñez es el desarrollo de programas de inseminación artificial programada (IAP) basados en la creación de sistemas de control o programación de desarrollo de folículos ováricos, inducción de ovulación y formación de un corpus luteum capaz de sustentar la gestación (Moore and Thatcher 2006). Los agentes componentes farmacéuticos disponibles para la industria lechera en muchos países son GnRH, prostaglandinas luteolíticas y progesterona intravaginal (con el uso de un inserto interno controlado de liberación de fármaco, CIDR, o algún otro dispositivo similar). Estos fármacos imitan las acciones de las hormonas endógenas de la vaca, son fisiológicos, y no representan ningún peligro para la salud de la vaca. El protocolo de IAP original es el procedimiento Ovsynch (Pursley et al., 1997), en uso desde hace aproximadamente 12 años. Durante este periodo las investigaciones básicas y aplicadas han originado mejoras importantes en la optimización del sistema. Como consecuencia, ha aumentado el índice de preñez, el sistema se ha extendido para re sincronizar a las vacas no cargadas y se han desarrollado programas IAP para su uso en vaquillas lecheras. Al utilizar sistemas IAP eficientes, se ha demostrado que la dinámica de distintos factores como la calificación de la condición corporal, la paridad y el estatus de salud en el periodo transicional periparturiento afectan las tasas de preñez del programa de apareamiento controlado.

Sistema optimizado de inseminación programada
Es imprescindible que los productores lecheros, el personal de las granjas, los nutriólogos y los veterinarios entiendan claramente las razones fisiológicas subyacentes que explican el porqué ciertos componentes del programa de manejo reproductivo pueden mejorar el desempeño reproductivo o, por el contrario, como el no comprender el programa puede tener como consecuencia resultados catastróficos.  No existe un solo programa de reproducción óptimo, desde el punto de vista práctico y económico, para todas las granjas lecheras, ya que dependemos de las instalaciones, tamaño de las unidades, el afán de colocar la reproducción como una alta prioridad y los sistemas de registro dinámicos funcionales. El sistema que se presenta a continuación se ha optimizado partiendo de la base del programa Ovsynch (Ilustración 1) y señala dos inyecciones de GnRH administradas 7 días antes, y 48 horas después, una inyección de PGF2α, las vacas se inseminan de 16–20 horas después de la segunda inyección de GnRH (Pursley et al., 1997).