Nutrición y desarrollo de la
glándula mamaria
Kristy M. Daniels, PhD
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, $ 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
edad al primer parto, mes
27-30
29
1982
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
• Le preocupaban:
– Costos del concentrado
– La influencia de las
estrategias de manejo
sobre el valor del
animal
University of Missouri Archives
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 2da
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
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
1,405s
Bar-Peled et al., 1998
453t
Foldager et al., 1997
519t
Ballad et al., 2005 (@200 DIM)
700s
Shamay et al., 2005 (post-weaning protein)
981s
Davis-Rincker et al., 2011
416ns
Drackley et al., 2007
835ns
Raith-Knight et al., 2009
718ns
Terre et al., 2009
624ns
Morrison et al., 2009 (no diff in calf growth)
0ns
Moallem et al., 2010 (post-weaning protein)
732s
Soberon et al., 2012
522s
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
No es funcional hasta la primer
preñez
SECRETORY PHASE
Parturition
Conception
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
• ~30días 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
Brotes
secundarios
Brote
Primario
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
Peso al nacer, kg
Peso al destete, kg
Estres
Calórico
36.5
65.9
Cooling SEM P value
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 10x
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 ~24h
– ”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
8h
16 h
8h
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
8h
16 h
8h
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
8h
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
8h
16 h
8h
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= 13h, 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 = ~28dias
• 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!
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Nutrición y el Desarrollo de la glándula mamaria.