Est-il possible de déterminer les besoins en acides gras essentiels et leurs apports chez la vache laitière par une approche de modélisation quantitative ?

Can we predict the requirements for essential fatty acids and the associated supply in dairy cows by a quantitative modelling approach?

• Auteur / Autrice : Pauline Denis
• Direction : Philippe Schmidely, Anne Ferlay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique, Physiologie, Pathologies, Nutrition, Microbiologie, Santé, Innovation
• Date : Soutenance le 11/05/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut National de la Recherche Agronomique (France). Unité Mixte de Recherche sur les Herbivores (Clermont-Ferrand, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Schmidely, Asma Zened, Kirsty Kliem
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvan Chouinard, Jocelyne Flament

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vaches laitières

Mots clés libres

Ruminant

Acides gras essentiels

Modélisation

Lactation

Métabolisme

Ruminant

Essential fatty acids

Modelling

Lactation

Metabolism

Résumé

Les acides linoléique et α-linolénique sont des acides gras essentiels (AGE) présents en quantités variables dans les aliments des ruminants. Ces deux AGE sont convertis dans l'organisme en acides gras polyinsaturés à longue chaîne, et les AGE et leurs dérivés sont impliqués dans d'importants processus métaboliques et physiologiques. Les besoins en AGE ont été quantifiés pour les animaux de rente monogastriques (porcs et veaux non sevrés), alors qu'ils n'ont pas été déterminés chez les ruminants. L'absence de signes visuels de carence chez les ruminants alimentés avec des régimes classiques est interprétée comme une conservation efficace des AGE par les ruminants. Cependant, les vaches hautes productrices ont un besoin élevé en nutriments et pourraient être carencées en AGE, comme le suggèrent les études qui supplémentent des vaches en acides gras polyinsaturés oméga-3 et oméga-6 durant la phase péri-partum et observent une amélioration des fonctions immunitaire et reproductive. La complexité du métabolisme lipidique ruminal et la quasi-absence de régimes pauvres en AGE dans la littérature sont des obstacles à la détermination des besoins en AGE chez les ruminants. L'objectif global de ce travail était de déterminer les besoins en AGE chez les vaches laitières à partir de leurs dépenses pour les fonctions d'entretien et de sécrétion d'AGE dans le lait, et d'améliorer les prédictions existantes de l'apport intestinal en AGE en tenant compte de la composition en AGE des microbes. Une première base de données internationales au niveau du lot constituée d'essais alimentaires in vivo chez les vaches laitières a été utilisée pour déterminer les besoins en AGE aux niveaux ingéré, duodénal et absorbé à partir de caractéristiques animales utilisées comme proxies des dépenses d'entretien et de la sécrétion d'AGE dans le lait, grâce à une approche inter-expériences qui reflète des régulations homéorhétiques. Ces besoins en AGE ont ensuite été déterminés au niveau individuel à partir d'une seconde base de données émanant d'une collaboration internationale, grâce à l'identification de paramètres alimentaires et animaux qui améliorent au niveau individuel les estimations initiales des besoins obtenues au niveau du lot, et ceci dans une perspective d'élevage de précision. Enfin, afin d'associer les apports intestinaux d'AGE aux besoins en AGE dans l'organisme, il est nécessaire de déterminer avec précision les composantes alimentaire et microbienne des flux en AGE au niveau intestinal. Une troisième base de données composée de données in vivo de composition chimique des micro-organismes et de leur profil en acides gras chez les ruminants a donc été utilisée pour relier les teneurs en AGE des micro-organismes aux apports alimentaires en AGE. Les résultats de ce travail fournissent une première quantification des besoins en AGE chez les vaches laitières au niveau d'un lot et au niveau individuel en fonction de leurs dépenses pour les fonctions d'entretien et de sécrétion d'AGE dans le lait. Ces travaux fournissent également une première relation entre la teneur microbienne en AGE et la teneur en AGE du régime. Les progrès récents dans la compréhension de l'utilisation digestive et métabolique des AGE par les ruminants, ainsi que les nombreuses données de profils en AGE des aliments, pourraient nous permettre d'améliorer la prédiction des apports intestinaux en AGE. Des essais alimentaires in vivo avec différents niveaux d'apports en AGE et l'étude des réponses (lait, immunité, croissance) des ruminants pourraient constituer une approche complémentaire. De plus, davantage de données sur la composition en AGE des micro-organismes du rumen permettraient d'affiner les relations entre les AGE des régimes et les flux d'AGE intestinaux.

Linoleic and α-linolenic acids are essential fatty acids (EFA) found in variable quantities in ruminant feedstuffs. These two EFA can be further converted in the body into long-chain polyunsaturated fatty acids, and both EFA and their derivatives are involved in important metabolic and physiological processes. Dietary LA requirements have been quantified for farm monogastric animals, including pigs and calves. In ruminants, requirements for LA and ALA have not been determined. The absence of external signs of deficiency under typical ruminant diets is usually interpreted as an efficient conservation of EFA by ruminants. However, high-yielding cows have a high demand for nutrients, and could be deficient in EFA, which is evidenced by several studies linking improvement in immune function and reproduction in transition dairy cows to supplementations with omega-3 and omega-6 polyunsaturated fatty acids. The complexity of ruminal lipid metabolism and the quasi-absence of low- or devoid-EFA diets in literature are obstacles for determining EFA requirements in ruminants. The overall objective of this work was to determine EFA requirements in dairy cows from their expenditures in maintenance and milk EFA secretion functions, and to improve existing predictions of intestinal EFA supply from microbial EFA content. A first international database of group data from in vivo nutrition trials in dairy cows was used to determine EFA requirements at ingested, duodenal and absorbed levels from animal characteristics used as a proxy of maintenance expenditures and milk EFA secretion, through a between-experiment approach that reflects homeorhetic regulations. The requirements for EFA have been subsequently determined at an individual level based on a second database built thanks to an international collaboration with the identification of dietary and animal parameters that improve initial group-level predictions at an individual level in a perspective of precision livestock farming. In order to associate the intestinal EFA supply to the requirements for EFA in body, there is a need to predict accurately the dietary and microbial components of EFA supply at intestinal level. A third database composed of in vivo ruminant data of microorganism chemical and FA composition was used to link dietary EFA to their content in microorganisms. The results of this work provide a first quantification of EFA requirements in dairy cows for a group of animals and at individual level according to their expenditures in maintenance and milk EFA secretion functions. This work also provides a first relationship between microbial EFA content and dietary EFA content. Recent advances on the understanding of digestive and metabolic EFA utilization by ruminants, as well as the amount of available feedstuff EFA profiles, could lead us to improve the prediction of intestinal EFA supply. In vivo nutrition trials with varying supplies of EFA and the study of ruminant responses (i.e., milk, immunity, growth) could constitute a complementary approach. In addition, more data on the EFA composition of rumen microorganisms could allow a more precise relationship between dietary EFA and intestinal EFA flows.