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L’insémination intra-utérine profonde chez les bovins
Gynécologie Obstétrique & Fertilité 32 (2004) 911–915 http://france.elsevier.com/direct/GYOBFE/
Journée thématique de la SFEF (Paris, 17 mai 2004)
L’insémination intra-utérine profonde chez les bovins Utero-tubal junction insemination in cattle A. Van Soom, S. Verberckmoes * Département de reproduction, obstétrique et clinique ambulatoire, faculté de médecine vétérinaire, université de Gand, Salisburylaan 133, B-9820 Merelbeke, Belgique Reçu le 28 juin 2004 ; accepté le 2 août 2004 Disponible sur internet le 15 septembre 2004
Résumé Introduction. – La plupart des inséminations artificielles (IA) chez les bovins sont effectuées au niveau du corps utérin, avec une pipette rigide. Le dépôt de la semence près de la jonction utéro-tubaire peut seulement être fait avec une pipette assez rigide pour traverser le col de l’utérus, et en même temps assez flexible pour suivre la courbure de l’utérus. À la faculté de médecine vétérinaire de Ghent, une nouvelle pipette d’insémination a été mise au point pour l’insémination profonde chez la vache et d’autres mammifères domestiques. Bien qu’elle puisse encore être optimisée moyennant quelques ajustements, la pipette est prête à être utilisée dans des études de terrain. Matériel et méthode. – Dans une première étude de terrain à grande échelle, la nouvelle pipette d’insémination a été testée sur 4064 vaches laitières. Les animaux ont été divisés en trois groupes : 1416 ont été inséminés à l’aide d’une pipette classique au niveau du corps utérin, 1334 ont été inséminés avec le nouveau Ghent device au niveau du corps utérin, et 1314 ont été inséminés bilatéralement avec cette nouvelle pipette dans les deux cornes de l’utérus. Dans une seconde étude de terrain, 1098 vaches laitières ont été inséminées par huit inséminateurs et l’effet de l’insémination avec une dose réduite (huit millions de spermatozoïdes congelés-décongelés) a été évalué. Aussi les doses de quatre millions de spermatozoïdes congelés-décongelés ont-elles été employées. La diminution de la dose d’insémination de 12 à quatre millions de spermatozoïdes congelés-décongelés n’a aucun effet sur le taux de gestation dans nos essais, que l’insémination soit réalisée avec la pipette classique ou avec le Ghent device. Celui-ci fait de matériaux jetables, n’a pas d’effet toxique sur la semence bovine, permet l’insémination par une personne seule, et est adapté aux conditions de terrain. Conclusion. – Dans l’avenir, il est prévu de vérifier les résultats de l’insémination avec la nouvelle pipette d’insémination profonde lorsque l’on utilise de plus faibles doses de sperme. C’est seulement dans cette situation qu’un réel avantage de l’insémination profonde est attendu, de même qu’en cas d’utilisation d’un sperme de moindre qualité, issu, par exemple, du sexage de la semence. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Abstract Introduction. – Most of the artificial inseminations in cattle nowadays are being performed in the uterine body with a rigid insemination device. Uterotubal junction insemination can only be performed in cattle with a device which is rigid enough to pass the cervix and flexible enough to follow the curvature of the uterine horns. At the Faculty of Veterinary Medicine in Ghent, a new insemination device has been developed for semen deposition near the utero-tubal junction in cattle and other animals. Materials and methods. – In a first field trial the feasibility of the newly developed Ghent device was evaluated. Four thousand sixty-four dairy cows were inseminated by 12 inseminators with a standard insemination dose (10–15 million of frozen-thawed spermatozoa). Three insemination methods were compared; group 1: insemination in the uterine body with the conventional insemination device, group 2: insemination in the uterine body with the Ghent device, and group 3: insemination in the tip of both uterine horns with the Ghent device. In a second field trial insemination of dairy cows with the Ghent device was compared with the conventional insemination technique to evaluate the effect on pregnancy rates. The insemination dose was lowered to eight million (trial 1), four million (trial 2), and finally to two million frozen-thawed spermatozoa (trial 3). In each field trial, cows were divided into three groups: the first group was inseminated with a full
* Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (S. Verberckmoes). 1297-9589/$ - see front matter © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.gyobfe.2004.08.016
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insemination dose (12 ×106) in the uterine body with the conventional insemination device, the second group with a lowered insemination dose in the uterine body with the conventional insemination device, and the third group with a lowered insemination dose in the tip of both uterine horns with the Ghent device. It can be concluded that decreasing the insemination dose from 12 to four million frozen-thawed spermatozoa had no effect on pregnancy rate in our experiments, neither with the conventional insemination device, nor with the Ghent device. The device is made of disposable materials and has been tested to be non-toxic for bovine spermatozoa, can be used by one person and is adapted for application in the field. Conclusion. –In the near future, similar field trials will be performed with even lower doses of semen. It is only in these cases that we truly hope to show a positive effect of uterotubal junction insemination by using low quality semen or by using sexed semen. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Insémination ; Bovins ; Ghent device ; Spermatozoïdes ; Jonction utéro-tubaire Keywords: Insemination; Cattle; Ghent device; Semen; Utero-tubal junction
1. Introduction Actuellement, la plupart des inséminations artificielles (IA) chez les bovins est effectuée au niveau du corps utérin avec une pipette Cassou en acier inoxydable [1]. Cette pipette rigide facilite le passage au travers du col de l’utérus et est couverte d’une housse plastique afin de minimiser la transmission des maladies infectieuses par la pipette d’insémination. Le dépôt de la semence au niveau du corps utérin de la vache permet d’obtenir des taux de gestation acceptables avec une dose d’insémination sensiblement diminuée en comparaison du nombre total de spermatozoïdes déposés dans le vagin lors de saillie naturelle (10–15 millions de spermatozoïdes décongelés), soit 300 fois moins. [2–5]. Diminuer la dose d’insémination sans réduire les pourcentages de gestation peut être obtenu avec de la semence fraîche diluée [6]. Cependant, l’usage de la semence fraîche complique l’organisation de la distribution et peut augmenter les risques de transmission de maladies infectieuses. Le dépôt de la semence près de l’oviducte peut constituer une méthode alternative pour obtenir des taux de gestation acceptables avec des doses diminuées, ou avec de la semence peu fécondante comme les spermatozoïdes triés et issus du sexage ou les spermatozoïdes avec ADN traité afin de les modifier génétiquement [7,8]. Le dépôt de la semence près de la jonction utéro-tubaire permettra de diminuer les pertes de spermatozoïdes, par : • flux rétrograde dans les pertes cervicales muqueuses [9–11] ; • phagocytose pendant la migration dans l’utérus [12], et améliorera la survie des spermatozoïdes dans l’oviducte [13]. Plusieurs recherches ont été effectuées afin d’augmenter les taux de gestation chez les vaches en déposant les spermatozoïdes plus près du lieu de fécondation. Dans la plupart des cas, il n’était pas retrouvé de différence entre l’insémination intra-utérine profonde (dans les cornes utérines) et l’insémination au niveau du corps utérin [14–21]. Dans une étude, les taux de gestation étaient moins bons après insémination profonde [22] alors que cinq autres groupes de recherche obtenaient de meilleurs résultats [23–27]. Une telle variation entre études pourrait s’expliquer par les quantités différentes
de sperme, l’insémination uni- ou bilatérale, l’expérience des inséminateurs, ou l’insémination de vaches nulli- ou pluripares sur chaleurs naturelles ou induites. La variation entre les protocoles expérimentaux et le fait que « l’insémination profonde » ne soit pas tout à fait définie rendent la comparaison entre les résultats des différentes études très difficile.
2. Mise au point d’une pipette pour IA profonde chez les bovins Le dépôt de la semence près de la jonction utéro-tubaire ne peut pas être effectué avec une pipette rigide, parce que l’activité contractile de l’utérus chez la vache en chaleurs est intensifiée, et les cornes anatomiquement très incurvées dans cette espèce [1] (Fig. 1). L’introduction d’une pipette rigide vers l’extrémité de la corne peut endommager les muqueuses
Fig. 1. Anatomie de l’appareil génital bovin avec les cornes très incurvées. Pipette classique au niveau du corps utérin.
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consistait à évaluer le pouvoir fécondant in vitro. Au cours de projets antérieurs, nous avons acquis une longue expérience en fécondation in vitro (FIV) chez le bovin, ce qui nous a permis d’intégrer cette technique dans l’étude de la qualité du sperme. L’examen du pouvoir fécondant in vitro du sperme incubé dans la pipette donnait des résultats comparables au sperme non incubé [30,31]. Bien qu’elle puisse encore être optimisée moyennant quelques ajustements, la pipette est prête à être utilisée dans des études de terrain.
3. Intérêt de la pipette Ghent device sur le terrain
Fig. 2. Dépôt de la semence près de l’oviducte avec le Ghent device.
vulnérables de l’utérus, et diminuer ainsi la fécondité [28,29]. La substitution de la pipette conventionnelle par un nouvel instrument qui peut être utilisé pour l’insémination profonde implique donc que cette pipette soit assez rigide pour traverser le col de l’utérus, et en même temps assez flexible pour suivre la courbure de l’utérus (Fig. 2). Avant cette modification, les paillettes devaient être décongelées et le contenu vidé dans une petite bouteille pour être ensuite aspiré dans la pipette d’insémination. Cette technique compliquée prenait beaucoup de temps et augmentait le risque d’endommager le sperme. Enfin, pour des raisons sanitaires, la pipette doit être composée de matériaux jetables, être bon marché et non toxique pour les spermatozoïdes. À la faculté de médecine vétérinaire de Ghent, une nouvelle pipette d’insémination a été mise au point pour l’insémination profonde chez la vache et d’autres mammifères domestiques (Fig. 3). L’incubation des spermatozoïdes dans la pipette pendant deux heures n’altère pas la qualité du sperme, comme nous l’avons montré par analyse du sperme assistée par ordinateur au moyen du CEROS Sperm Analyzer (Hamilton Thorne Research) qui permet d’évaluer, avec une très bonne reproductibilité, plus de dix paramètres de motilité. Un autre aspect de l’étude de la qualité du sperme
Dans une première étude de terrain à grande échelle, la nouvelle pipette d’insémination a été testée sur 3428 vaches et 636 génisses (femelles nullipares). Les animaux ont été divisés en trois groupes : 1416 ont été inséminés à l’aide d’une pipette classique au niveau du corps utérin, 1334, avec le nouveau Ghent device, au niveau du corps utérin, et 1314 avec cette nouvelle pipette dans les deux cornes de l’utérus. Les inséminations, pratiquées par douze vétérinaires, ont été effectuées avec une dose de sperme standard pour l’IA bovine en sperme congelé (10–5 millions de spermatozoïdes congelés). Le diagnostic de gestation a été posé par palpation trans-rectale chez 3902 animaux au moins trois mois après insémination. Il n’a pas pu l’être pour 4 % des vaches inséminées car celles-ci avaient quitté l’exploitation entre-temps. L’analyse des données par régression logistique multivariée a démontré que les résultats de gestation étaient significativement influencés par la technique d’insémination (p = 0,02). L’insémination avec le Ghent device aux extrémités des deux cornes utérines a donné des résultats significativement meilleurs que l’insémination réalisée dans le corps utérin (54 vs 53 % ; p < 0,01) ; on n’a toutefois pas trouvé de différence avec la méthode classique (58 % ; p = 0,27). Nous avons constaté également un effet significatif de l’inséminateur (p = 0,01), ainsi que de la parité de la vache (p < 0,01) et du numéro de rang d’IA (p < 0,01). Afin de vérifier l’effet de l’expérience de l’inséminateur avec la nouvelle pipette, nous avons comparé pour chaque vétérinaire les taux de gestation des deux premières semaines avec ceux des deux dernières semaines de l’essai de terrain, sans trouver de différence significative (p = 0,07). L’interaction entre l’inséminateur et la méthode d’insémination était également légèrement au-dessus du seuil de si-
Fig. 3. Ghent device avec pointe flexible et téléscopique.
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gnificativité (p = 0,06). Il en ressort cependant que l’expérience de l’inséminateur et l’emploi de l’anesthésie péridurale pourraient neutraliser les différences entre l’insémination profonde et l’insémination classique. La présence de sang sur le Ghent device a été constatée et représente une légère complication liée à la nouvelle méthode d’insémination. Cependant, une étude in vitro a démontré que l’effet du sang sur la qualité du sperme était vraisemblablement minimal [29]. Après cette étude de terrain, les matériaux composant le Ghent device ont été changés afin de créer une pipette encore mieux utilisable. L’IA profonde avec le Ghent device permet afin d’obtenir des taux de gestation équivalents à l’IA classique avec la pipette Cassou.
étude. Au cours de cette étude, 1000 vaches laitières ont été inséminées avec quatre millions de spermatozoïdes congelés en utilisant le Ghent device ou la pipette Cassou, et avec 12 millions de spermatozoïdes avec la pipette Cassou. Nous n’avons pas observé de différence entre les trois groupes en ce qui concerne les taux de non-retour en chaleurs après 56 jours. Il est donc possible de diminuer la dose inséminante jusqu’à quatre millions de spermatozoïdes. Après cette expérience, le système de remplissage du Ghent device a été modifié pour que les paillettes Cassou de 0,25 et 0,5 ml puissent être vidées immédiatement dans la pipette d’insémination sans perdre de la semence.
6. Intérêt du Ghent device pour l’insémination profonde chez les buffles 4. Intérêt du Ghent device pour l’insémination profonde avec une dose de sperme réduite à huit millions de spermatozoïdes Ensuite, nous avons évalué l’effet d’une dose réduite de semence sur les taux de gestation après insémination avec le Ghent device ou avec la pipette Cassou. Afin d’obtenir des doses réduites, la semence de 11 taureaux Prim’ Holstein a été congelée aux concentrations de 12, huit, quatre, et deux millions de spermatozoïdes par dose d’insémination (0,5 ml de sperme par paillette). Dans cette seconde étude de terrain, 1098 vaches laitières ont été inséminées par huit inséminateurs et avec une dose réduite (huit millions de spermatozoïdes congelésdécongelés). Les animaux ont été divisés en trois groupes : le groupe 1 a été inséminé à l’aide d’une pipette classique au niveau du corps utérin avec 12 millions de spermatozoïdes ; le groupe 2 a été inséminé à l’aide d’une pipette classique au niveau du corps utérin avec huit millions de spermatozoïdes; le groupe 3 a été inséminé avec le Ghent device dans les deux cornes de l’utérus avec huit millions de spermatozoïdes. Les taux de gestation, pour les groupes 1, 2 et 3, n’étaient pas significativement différents, de 56 % en moyenne. Cependant, certains inséminateurs ont obtenu des résultats significativement meilleurs que d’autres. Nous pouvons conclure de ces résultats que diminuer la dose d’insémination de 12 à 8 millions (spermatozoïdes congelés) ne nuit pas aux taux de gestation, quel que soit le type de pipette utilisé. Après cette étude de terrain, la technique d’insémination avec le Ghent device a été modifiée afin d’augmenter le nombre net de spermatozoïdes expulsés. Le cathéter interne, au lieu d’être vidé avec de l’air, a été rincé avec 0,6 ml de solution saline, afin de réduire la perte de sperme de 19 à 9 %.
5. Intérêt du Ghent device pour l’insémination profonde avec une dose de sperme réduite à quatre millions de spermatozoïdes Dans une troisième étude de terrain a été menée une expérience comparable à celle réalisée dans la deuxième
Dans une quatrième étude de terrain, l’intérêt du Ghent device pour l’insémination profonde a été évaluée chez le buffle. Soixante-sept bufflonnes (Bubalus bubalis) ont été inséminées par deux techniques différentes : • insémination avec la pipette conventionnelle au niveau du corps utérin ; • insémination avec le Ghent device près de la jonction utéro-tubaire ipsilatérale au site d’ovulation. L’insémination artificielle a été pratiquée deux fois 72 et 96 heures après administration des prostaglandines aux bufflonnes présentant un corps jaune fonctionnel. Les inséminations conventionnelles ont été faites avec une dose complète (16–20 × 10 millions de spermatozoïdes), ou demi-dose (8–10 × 10 millions) de semence congelée, tandis que les inséminations profondes ont été réalisées avec des doses complètes, demi-doses, et quarts de doses (4–5 × 10 millions). Quand les inséminations sont pratiquées avec la pipette conventionnelle, réduire la dose de moitié diminue le taux de gestation de 53 à 42 %. Cependant, il n’est pas retrouvé de différence de taux de gestation, que l’insémination profonde soit effectuée avec une dose complète ou un quart de dose (50 %). Bien qu’il faille encore confirmer ces résultats en augmentant le nombre d’inséminations, cette étude semble montrer que l’insémination profonde chez la bufflonne est réalisable avec seulement un quart de la dose d’insémination normale, sans réduction du taux de gestation. Maintenant que la mise au point du Ghent device est terminée et que la pipette est prête pour l’application pratique, deux études de terrain supplémentaires vont être effectuées chez la vache. Dans la première étude, l’effet de la technique d’insémination sur le taux de gestation obtenu après insémination de deux millions de spermatozoïdes va être examiné. Dans la seconde étude, l’intérêt du Ghent device pour augmenter les taux de gestation avec des spermatozoïdes issus du sexage va être évalué. 7. Conclusion À la fin de ces études préliminaires, nous sommes parvenus à la conclusion que le dépôt de la semence près de la
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jonction utérotubaire chez les bovidés est réalisable au moyen d’une technique non invasive, grâce au nouveau Ghent device. Le Ghent device est fait de matériaux jetables, n’a pas d’effet toxique sur la semence bovine, permet l’insémination par une personne seule, et est adapté aux conditions de terrain. Cependant, jusqu’à quatre millions de spermatozoïdes par insémination, le Ghent device ne permet pas de meilleurs taux de gestation que la pipette d’IA classique. Dans l’avenir, il est prévu de vérifier les résultats de l’insémination avec la nouvelle pipette Ghent device lorsque l’on utilise de plus faibles doses de sperme. C’est seulement dans cette situation qu’un réel avantage de l’insémination profonde est attendu, de même qu’en cas d’utilisation d’un sperme de moindre qualité, comme les spermatozoïdes issus du sexage.
Remerciements Nous remercions le Pr I. Donnay de la faculté de médecine véterinaire à Louvain-la-Neuve (Belgique) pour la correction du texte français.
Références [1]
Noakes DE, Parkinson TJ, England GCW. Artificial insemination. In: Veterinary Reproduction and Obstetrics. 8th edition. Philadelphia: W.B. Saunders; 2001.p. 751–78. [2] Uwland J. Correlation between the number of inseminated spermatozoa and fertility rates in dairy cattle. Tijdschr Diergeneeskd 1984;10: 405–12. [3] Smidt WJ, Zuidberg C. Bevruchtingsresultaten van inseminaties met diepvriessperma met verschillende aantallen spermatozoa per dosis bij het MRIJ-vee. Tijdschr Diergeneeskd 1988;12:673–6. [4] Foote RH, Kaproth MT. Sperm number inseminated in dairy cattle and non return rates revisited. J Dairy Sci 1997;80:3072–6. [5] Den Daas JH, De Jong G, Lansberger LM, Van Wagtendonk-De Leeuw AM. The relationship between the number of spermatozoa inseminated and the reproductive efficiency of individual dairy bulls. J Dairy Sci 1998;81:1714–23. [6] Shannon P, Vishwanath R. The effect of optimal and suboptimal concentrations of sperm on the fertility of fresh and frozen bovine semen and a theorethical model to explain the fertility differences. Anim Reprod Sci 1995;39:1–0. [7] Gandolfi F. Sperm-mediated transgenesis. Theriogenology 2000;53: 127–37. [8] Hunter RHF, Greve T. Deep uterine insemination of cattle: a fruitful way forward with smaller numbers of spermatozoa. Acta Vet Scand 1998;39:149–63. [9] Larsson B, Larsson K. Distribution of spermatozoa in the genital tract of artificially inseminated heifers. Acta Vet Scand 1985;26:385–95. [10] Mitchell JR, Senger PL, Rosenberger JL. Distribution and retention of spermatozoa with acrosomal and nuclear abnormalities in the cow genital tract. Anim Sci 1985;61:956–67.
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[11] Nelson VE, Aalseth EP, Hawman CH, Adams GD, Dawon LJ, McNew RW. Sperm discharge and distribution within the cows reproductive tract and after A.I. Anim Sci 1987;65:401. [12] Hawk HW. Sperm survival and transport in the female reproductive tract. J Dairy Sci 1983;66:2645–60. [13] Suarez SS. Carbohydrate-mediated formation of the oviductal sperm reservoir in mammals. Cells tissues organs 2001;168:105–12. [14] Knight CW, Patrick TE, Anderson HW, Branton C. The relation of site of semen deposit to breeding efficiency of dairy cattle. J Dairy Sci 1951;34:199–202. [15] Salisbury GW, VanDemark NL. The effect of cervical, uterine and cornual insemination on fertility of the dairy cow. J Dairy Sci 1951; 34:68–74. [16] Stewart DL, Melrose DR. The comparative efficiency of the intra cervical and intra uterine methods of insemination in the dairy cow. Vet Rec 1952;64:605–7. [17] Olds D, Seath DM, Carpenter MC, Lucas HL. Interrelationships between site of deposition, dosage, and number of spermatozoa in diluted semen and fertility of dairy cows inseminated artificially. J Dairy Sci 1953;36:1031–5. [18] Macpherson JW. Semen placement effects on fertility in bovines. J Dairy Sci 1968;51:807–8. [19] Hawk HW, Tanabe TY. Effect of unilateral cornual insemination upon fertilization rate in superovulating and single-ovulating cattle. J Anim Sci 1986;63:551–60. [20] Williams BL, Gwazdauskas FC, Whittier WD, Pearson RE, Nebel RL. Impact of site of inseminate deposition and environmental factors that influence reproduction of dairy cattle. J Dairy Sci 1988;71:2278–83. [21] McKenna T, Lenz RW, Fenton SE, Ax RL. Non return rates of dairy cattle following uterine body or cornual insemination. J Dairy Sci 1990;73:1779–83. [22] Marshall CE, Graves WM, Meador JL, Swain JB, Anderson JI. A fertility comparison of uterine body and bicornual semen deposition procedures in dairy cattle. J Dairy Sci 1989;72:455. [23] Zavos PM, Johns JT, Heersche G, Miksch DE. Site of semen deposition and subsequent conception in synchronized and artificially inseminated (AI) beef heifers. J Anim Sci 1985;61:37. [24] López-Gatius F, Camón-Urgel J, Angulo-Asensio E. Effect of single deep insemination on transferable embryo recovery rates in superovulated dairy cows. Theriogenology 1988;30:877–85. [25] Senger PL, Becker WC, Davidge ST, Hillers JK, Reeves JJ. Influence of cornual insemination on conception in dairy cattle. J Anim Sci 1988;66:3010–6. [26] Dalton JC, Nadir S, Bame JH, Saacke RG. Effect of deep uterine insemination on spermatozoal accessibility to the ovum in cattle: a competitive insemination study. Theriogenology 1999;51:883–90. [27] Kurykin J, Jaakma Ü, Majas L, Jalaskas M, Aidnik M, Waldmann A, Padrik P. Fixed time deep intracornual insemination of heifers at synchronized estrus. Theriogenology 2003;60:1261–8. [28] Wolff H, Politch JA, Martinez A, Haimovici F, Hill JA, Anderson DJ. Leukocytospermia is associated with poor semen quality. Fertil Steril 1990;53:528–36. [29] Verberckmoes S, De Pauw I, Van Soom A, Dewulf J, de Kruif A. Influence of whole blood and blood serum on bovine sperm quality. Reprod Dom Anim 2002;37:255. [30] Verberckmoes S, Van Soom A, De Pauw I, Dewulf J, Vervaet C, de Kruif A. Assessment of a new utero-tubal junction insemination device in dairy cattle. Theriogenology 2004;61:103–15. [31] Verberckmoes S, De Pauw I, Van Soom A, Dewulf J, de Kruif A. Toxicity test of the Ghent device on bovine spermatozoa. Reprod Dom Anim 2003;38:334 (abstract).
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L’insémination intra-utérine profonde chez les bovins Utero-tubal junction insemination in cattle A. Van Soom, S. Verberckmoes * Département de reproduction, obstétrique et clinique ambulatoire, faculté de médecine vétérinaire, université de Gand, Salisburylaan 133, B-9820 Merelbeke, Belgique Reçu le 28 juin 2004 ; accepté le 2 août 2004 Disponible sur internet le 15 septembre 2004
Résumé Introduction. – La plupart des inséminations artificielles (IA) chez les bovins sont effectuées au niveau du corps utérin, avec une pipette rigide. Le dépôt de la semence près de la jonction utéro-tubaire peut seulement être fait avec une pipette assez rigide pour traverser le col de l’utérus, et en même temps assez flexible pour suivre la courbure de l’utérus. À la faculté de médecine vétérinaire de Ghent, une nouvelle pipette d’insémination a été mise au point pour l’insémination profonde chez la vache et d’autres mammifères domestiques. Bien qu’elle puisse encore être optimisée moyennant quelques ajustements, la pipette est prête à être utilisée dans des études de terrain. Matériel et méthode. – Dans une première étude de terrain à grande échelle, la nouvelle pipette d’insémination a été testée sur 4064 vaches laitières. Les animaux ont été divisés en trois groupes : 1416 ont été inséminés à l’aide d’une pipette classique au niveau du corps utérin, 1334 ont été inséminés avec le nouveau Ghent device au niveau du corps utérin, et 1314 ont été inséminés bilatéralement avec cette nouvelle pipette dans les deux cornes de l’utérus. Dans une seconde étude de terrain, 1098 vaches laitières ont été inséminées par huit inséminateurs et l’effet de l’insémination avec une dose réduite (huit millions de spermatozoïdes congelés-décongelés) a été évalué. Aussi les doses de quatre millions de spermatozoïdes congelés-décongelés ont-elles été employées. La diminution de la dose d’insémination de 12 à quatre millions de spermatozoïdes congelés-décongelés n’a aucun effet sur le taux de gestation dans nos essais, que l’insémination soit réalisée avec la pipette classique ou avec le Ghent device. Celui-ci fait de matériaux jetables, n’a pas d’effet toxique sur la semence bovine, permet l’insémination par une personne seule, et est adapté aux conditions de terrain. Conclusion. – Dans l’avenir, il est prévu de vérifier les résultats de l’insémination avec la nouvelle pipette d’insémination profonde lorsque l’on utilise de plus faibles doses de sperme. C’est seulement dans cette situation qu’un réel avantage de l’insémination profonde est attendu, de même qu’en cas d’utilisation d’un sperme de moindre qualité, issu, par exemple, du sexage de la semence. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Abstract Introduction. – Most of the artificial inseminations in cattle nowadays are being performed in the uterine body with a rigid insemination device. Uterotubal junction insemination can only be performed in cattle with a device which is rigid enough to pass the cervix and flexible enough to follow the curvature of the uterine horns. At the Faculty of Veterinary Medicine in Ghent, a new insemination device has been developed for semen deposition near the utero-tubal junction in cattle and other animals. Materials and methods. – In a first field trial the feasibility of the newly developed Ghent device was evaluated. Four thousand sixty-four dairy cows were inseminated by 12 inseminators with a standard insemination dose (10–15 million of frozen-thawed spermatozoa). Three insemination methods were compared; group 1: insemination in the uterine body with the conventional insemination device, group 2: insemination in the uterine body with the Ghent device, and group 3: insemination in the tip of both uterine horns with the Ghent device. In a second field trial insemination of dairy cows with the Ghent device was compared with the conventional insemination technique to evaluate the effect on pregnancy rates. The insemination dose was lowered to eight million (trial 1), four million (trial 2), and finally to two million frozen-thawed spermatozoa (trial 3). In each field trial, cows were divided into three groups: the first group was inseminated with a full
* Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (S. Verberckmoes). 1297-9589/$ - see front matter © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.gyobfe.2004.08.016
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insemination dose (12 ×106) in the uterine body with the conventional insemination device, the second group with a lowered insemination dose in the uterine body with the conventional insemination device, and the third group with a lowered insemination dose in the tip of both uterine horns with the Ghent device. It can be concluded that decreasing the insemination dose from 12 to four million frozen-thawed spermatozoa had no effect on pregnancy rate in our experiments, neither with the conventional insemination device, nor with the Ghent device. The device is made of disposable materials and has been tested to be non-toxic for bovine spermatozoa, can be used by one person and is adapted for application in the field. Conclusion. –In the near future, similar field trials will be performed with even lower doses of semen. It is only in these cases that we truly hope to show a positive effect of uterotubal junction insemination by using low quality semen or by using sexed semen. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Insémination ; Bovins ; Ghent device ; Spermatozoïdes ; Jonction utéro-tubaire Keywords: Insemination; Cattle; Ghent device; Semen; Utero-tubal junction
1. Introduction Actuellement, la plupart des inséminations artificielles (IA) chez les bovins est effectuée au niveau du corps utérin avec une pipette Cassou en acier inoxydable [1]. Cette pipette rigide facilite le passage au travers du col de l’utérus et est couverte d’une housse plastique afin de minimiser la transmission des maladies infectieuses par la pipette d’insémination. Le dépôt de la semence au niveau du corps utérin de la vache permet d’obtenir des taux de gestation acceptables avec une dose d’insémination sensiblement diminuée en comparaison du nombre total de spermatozoïdes déposés dans le vagin lors de saillie naturelle (10–15 millions de spermatozoïdes décongelés), soit 300 fois moins. [2–5]. Diminuer la dose d’insémination sans réduire les pourcentages de gestation peut être obtenu avec de la semence fraîche diluée [6]. Cependant, l’usage de la semence fraîche complique l’organisation de la distribution et peut augmenter les risques de transmission de maladies infectieuses. Le dépôt de la semence près de l’oviducte peut constituer une méthode alternative pour obtenir des taux de gestation acceptables avec des doses diminuées, ou avec de la semence peu fécondante comme les spermatozoïdes triés et issus du sexage ou les spermatozoïdes avec ADN traité afin de les modifier génétiquement [7,8]. Le dépôt de la semence près de la jonction utéro-tubaire permettra de diminuer les pertes de spermatozoïdes, par : • flux rétrograde dans les pertes cervicales muqueuses [9–11] ; • phagocytose pendant la migration dans l’utérus [12], et améliorera la survie des spermatozoïdes dans l’oviducte [13]. Plusieurs recherches ont été effectuées afin d’augmenter les taux de gestation chez les vaches en déposant les spermatozoïdes plus près du lieu de fécondation. Dans la plupart des cas, il n’était pas retrouvé de différence entre l’insémination intra-utérine profonde (dans les cornes utérines) et l’insémination au niveau du corps utérin [14–21]. Dans une étude, les taux de gestation étaient moins bons après insémination profonde [22] alors que cinq autres groupes de recherche obtenaient de meilleurs résultats [23–27]. Une telle variation entre études pourrait s’expliquer par les quantités différentes
de sperme, l’insémination uni- ou bilatérale, l’expérience des inséminateurs, ou l’insémination de vaches nulli- ou pluripares sur chaleurs naturelles ou induites. La variation entre les protocoles expérimentaux et le fait que « l’insémination profonde » ne soit pas tout à fait définie rendent la comparaison entre les résultats des différentes études très difficile.
2. Mise au point d’une pipette pour IA profonde chez les bovins Le dépôt de la semence près de la jonction utéro-tubaire ne peut pas être effectué avec une pipette rigide, parce que l’activité contractile de l’utérus chez la vache en chaleurs est intensifiée, et les cornes anatomiquement très incurvées dans cette espèce [1] (Fig. 1). L’introduction d’une pipette rigide vers l’extrémité de la corne peut endommager les muqueuses
Fig. 1. Anatomie de l’appareil génital bovin avec les cornes très incurvées. Pipette classique au niveau du corps utérin.
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consistait à évaluer le pouvoir fécondant in vitro. Au cours de projets antérieurs, nous avons acquis une longue expérience en fécondation in vitro (FIV) chez le bovin, ce qui nous a permis d’intégrer cette technique dans l’étude de la qualité du sperme. L’examen du pouvoir fécondant in vitro du sperme incubé dans la pipette donnait des résultats comparables au sperme non incubé [30,31]. Bien qu’elle puisse encore être optimisée moyennant quelques ajustements, la pipette est prête à être utilisée dans des études de terrain.
3. Intérêt de la pipette Ghent device sur le terrain
Fig. 2. Dépôt de la semence près de l’oviducte avec le Ghent device.
vulnérables de l’utérus, et diminuer ainsi la fécondité [28,29]. La substitution de la pipette conventionnelle par un nouvel instrument qui peut être utilisé pour l’insémination profonde implique donc que cette pipette soit assez rigide pour traverser le col de l’utérus, et en même temps assez flexible pour suivre la courbure de l’utérus (Fig. 2). Avant cette modification, les paillettes devaient être décongelées et le contenu vidé dans une petite bouteille pour être ensuite aspiré dans la pipette d’insémination. Cette technique compliquée prenait beaucoup de temps et augmentait le risque d’endommager le sperme. Enfin, pour des raisons sanitaires, la pipette doit être composée de matériaux jetables, être bon marché et non toxique pour les spermatozoïdes. À la faculté de médecine vétérinaire de Ghent, une nouvelle pipette d’insémination a été mise au point pour l’insémination profonde chez la vache et d’autres mammifères domestiques (Fig. 3). L’incubation des spermatozoïdes dans la pipette pendant deux heures n’altère pas la qualité du sperme, comme nous l’avons montré par analyse du sperme assistée par ordinateur au moyen du CEROS Sperm Analyzer (Hamilton Thorne Research) qui permet d’évaluer, avec une très bonne reproductibilité, plus de dix paramètres de motilité. Un autre aspect de l’étude de la qualité du sperme
Dans une première étude de terrain à grande échelle, la nouvelle pipette d’insémination a été testée sur 3428 vaches et 636 génisses (femelles nullipares). Les animaux ont été divisés en trois groupes : 1416 ont été inséminés à l’aide d’une pipette classique au niveau du corps utérin, 1334, avec le nouveau Ghent device, au niveau du corps utérin, et 1314 avec cette nouvelle pipette dans les deux cornes de l’utérus. Les inséminations, pratiquées par douze vétérinaires, ont été effectuées avec une dose de sperme standard pour l’IA bovine en sperme congelé (10–5 millions de spermatozoïdes congelés). Le diagnostic de gestation a été posé par palpation trans-rectale chez 3902 animaux au moins trois mois après insémination. Il n’a pas pu l’être pour 4 % des vaches inséminées car celles-ci avaient quitté l’exploitation entre-temps. L’analyse des données par régression logistique multivariée a démontré que les résultats de gestation étaient significativement influencés par la technique d’insémination (p = 0,02). L’insémination avec le Ghent device aux extrémités des deux cornes utérines a donné des résultats significativement meilleurs que l’insémination réalisée dans le corps utérin (54 vs 53 % ; p < 0,01) ; on n’a toutefois pas trouvé de différence avec la méthode classique (58 % ; p = 0,27). Nous avons constaté également un effet significatif de l’inséminateur (p = 0,01), ainsi que de la parité de la vache (p < 0,01) et du numéro de rang d’IA (p < 0,01). Afin de vérifier l’effet de l’expérience de l’inséminateur avec la nouvelle pipette, nous avons comparé pour chaque vétérinaire les taux de gestation des deux premières semaines avec ceux des deux dernières semaines de l’essai de terrain, sans trouver de différence significative (p = 0,07). L’interaction entre l’inséminateur et la méthode d’insémination était également légèrement au-dessus du seuil de si-
Fig. 3. Ghent device avec pointe flexible et téléscopique.
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gnificativité (p = 0,06). Il en ressort cependant que l’expérience de l’inséminateur et l’emploi de l’anesthésie péridurale pourraient neutraliser les différences entre l’insémination profonde et l’insémination classique. La présence de sang sur le Ghent device a été constatée et représente une légère complication liée à la nouvelle méthode d’insémination. Cependant, une étude in vitro a démontré que l’effet du sang sur la qualité du sperme était vraisemblablement minimal [29]. Après cette étude de terrain, les matériaux composant le Ghent device ont été changés afin de créer une pipette encore mieux utilisable. L’IA profonde avec le Ghent device permet afin d’obtenir des taux de gestation équivalents à l’IA classique avec la pipette Cassou.
étude. Au cours de cette étude, 1000 vaches laitières ont été inséminées avec quatre millions de spermatozoïdes congelés en utilisant le Ghent device ou la pipette Cassou, et avec 12 millions de spermatozoïdes avec la pipette Cassou. Nous n’avons pas observé de différence entre les trois groupes en ce qui concerne les taux de non-retour en chaleurs après 56 jours. Il est donc possible de diminuer la dose inséminante jusqu’à quatre millions de spermatozoïdes. Après cette expérience, le système de remplissage du Ghent device a été modifié pour que les paillettes Cassou de 0,25 et 0,5 ml puissent être vidées immédiatement dans la pipette d’insémination sans perdre de la semence.
6. Intérêt du Ghent device pour l’insémination profonde chez les buffles 4. Intérêt du Ghent device pour l’insémination profonde avec une dose de sperme réduite à huit millions de spermatozoïdes Ensuite, nous avons évalué l’effet d’une dose réduite de semence sur les taux de gestation après insémination avec le Ghent device ou avec la pipette Cassou. Afin d’obtenir des doses réduites, la semence de 11 taureaux Prim’ Holstein a été congelée aux concentrations de 12, huit, quatre, et deux millions de spermatozoïdes par dose d’insémination (0,5 ml de sperme par paillette). Dans cette seconde étude de terrain, 1098 vaches laitières ont été inséminées par huit inséminateurs et avec une dose réduite (huit millions de spermatozoïdes congelésdécongelés). Les animaux ont été divisés en trois groupes : le groupe 1 a été inséminé à l’aide d’une pipette classique au niveau du corps utérin avec 12 millions de spermatozoïdes ; le groupe 2 a été inséminé à l’aide d’une pipette classique au niveau du corps utérin avec huit millions de spermatozoïdes; le groupe 3 a été inséminé avec le Ghent device dans les deux cornes de l’utérus avec huit millions de spermatozoïdes. Les taux de gestation, pour les groupes 1, 2 et 3, n’étaient pas significativement différents, de 56 % en moyenne. Cependant, certains inséminateurs ont obtenu des résultats significativement meilleurs que d’autres. Nous pouvons conclure de ces résultats que diminuer la dose d’insémination de 12 à 8 millions (spermatozoïdes congelés) ne nuit pas aux taux de gestation, quel que soit le type de pipette utilisé. Après cette étude de terrain, la technique d’insémination avec le Ghent device a été modifiée afin d’augmenter le nombre net de spermatozoïdes expulsés. Le cathéter interne, au lieu d’être vidé avec de l’air, a été rincé avec 0,6 ml de solution saline, afin de réduire la perte de sperme de 19 à 9 %.
5. Intérêt du Ghent device pour l’insémination profonde avec une dose de sperme réduite à quatre millions de spermatozoïdes Dans une troisième étude de terrain a été menée une expérience comparable à celle réalisée dans la deuxième
Dans une quatrième étude de terrain, l’intérêt du Ghent device pour l’insémination profonde a été évaluée chez le buffle. Soixante-sept bufflonnes (Bubalus bubalis) ont été inséminées par deux techniques différentes : • insémination avec la pipette conventionnelle au niveau du corps utérin ; • insémination avec le Ghent device près de la jonction utéro-tubaire ipsilatérale au site d’ovulation. L’insémination artificielle a été pratiquée deux fois 72 et 96 heures après administration des prostaglandines aux bufflonnes présentant un corps jaune fonctionnel. Les inséminations conventionnelles ont été faites avec une dose complète (16–20 × 10 millions de spermatozoïdes), ou demi-dose (8–10 × 10 millions) de semence congelée, tandis que les inséminations profondes ont été réalisées avec des doses complètes, demi-doses, et quarts de doses (4–5 × 10 millions). Quand les inséminations sont pratiquées avec la pipette conventionnelle, réduire la dose de moitié diminue le taux de gestation de 53 à 42 %. Cependant, il n’est pas retrouvé de différence de taux de gestation, que l’insémination profonde soit effectuée avec une dose complète ou un quart de dose (50 %). Bien qu’il faille encore confirmer ces résultats en augmentant le nombre d’inséminations, cette étude semble montrer que l’insémination profonde chez la bufflonne est réalisable avec seulement un quart de la dose d’insémination normale, sans réduction du taux de gestation. Maintenant que la mise au point du Ghent device est terminée et que la pipette est prête pour l’application pratique, deux études de terrain supplémentaires vont être effectuées chez la vache. Dans la première étude, l’effet de la technique d’insémination sur le taux de gestation obtenu après insémination de deux millions de spermatozoïdes va être examiné. Dans la seconde étude, l’intérêt du Ghent device pour augmenter les taux de gestation avec des spermatozoïdes issus du sexage va être évalué. 7. Conclusion À la fin de ces études préliminaires, nous sommes parvenus à la conclusion que le dépôt de la semence près de la
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jonction utérotubaire chez les bovidés est réalisable au moyen d’une technique non invasive, grâce au nouveau Ghent device. Le Ghent device est fait de matériaux jetables, n’a pas d’effet toxique sur la semence bovine, permet l’insémination par une personne seule, et est adapté aux conditions de terrain. Cependant, jusqu’à quatre millions de spermatozoïdes par insémination, le Ghent device ne permet pas de meilleurs taux de gestation que la pipette d’IA classique. Dans l’avenir, il est prévu de vérifier les résultats de l’insémination avec la nouvelle pipette Ghent device lorsque l’on utilise de plus faibles doses de sperme. C’est seulement dans cette situation qu’un réel avantage de l’insémination profonde est attendu, de même qu’en cas d’utilisation d’un sperme de moindre qualité, comme les spermatozoïdes issus du sexage.
Remerciements Nous remercions le Pr I. Donnay de la faculté de médecine véterinaire à Louvain-la-Neuve (Belgique) pour la correction du texte français.
Références [1]
Noakes DE, Parkinson TJ, England GCW. Artificial insemination. In: Veterinary Reproduction and Obstetrics. 8th edition. Philadelphia: W.B. Saunders; 2001.p. 751–78. [2] Uwland J. Correlation between the number of inseminated spermatozoa and fertility rates in dairy cattle. Tijdschr Diergeneeskd 1984;10: 405–12. [3] Smidt WJ, Zuidberg C. Bevruchtingsresultaten van inseminaties met diepvriessperma met verschillende aantallen spermatozoa per dosis bij het MRIJ-vee. Tijdschr Diergeneeskd 1988;12:673–6. [4] Foote RH, Kaproth MT. Sperm number inseminated in dairy cattle and non return rates revisited. J Dairy Sci 1997;80:3072–6. [5] Den Daas JH, De Jong G, Lansberger LM, Van Wagtendonk-De Leeuw AM. The relationship between the number of spermatozoa inseminated and the reproductive efficiency of individual dairy bulls. J Dairy Sci 1998;81:1714–23. [6] Shannon P, Vishwanath R. The effect of optimal and suboptimal concentrations of sperm on the fertility of fresh and frozen bovine semen and a theorethical model to explain the fertility differences. Anim Reprod Sci 1995;39:1–0. [7] Gandolfi F. Sperm-mediated transgenesis. Theriogenology 2000;53: 127–37. [8] Hunter RHF, Greve T. Deep uterine insemination of cattle: a fruitful way forward with smaller numbers of spermatozoa. Acta Vet Scand 1998;39:149–63. [9] Larsson B, Larsson K. Distribution of spermatozoa in the genital tract of artificially inseminated heifers. Acta Vet Scand 1985;26:385–95. [10] Mitchell JR, Senger PL, Rosenberger JL. Distribution and retention of spermatozoa with acrosomal and nuclear abnormalities in the cow genital tract. Anim Sci 1985;61:956–67.
915
[11] Nelson VE, Aalseth EP, Hawman CH, Adams GD, Dawon LJ, McNew RW. Sperm discharge and distribution within the cows reproductive tract and after A.I. Anim Sci 1987;65:401. [12] Hawk HW. Sperm survival and transport in the female reproductive tract. J Dairy Sci 1983;66:2645–60. [13] Suarez SS. Carbohydrate-mediated formation of the oviductal sperm reservoir in mammals. Cells tissues organs 2001;168:105–12. [14] Knight CW, Patrick TE, Anderson HW, Branton C. The relation of site of semen deposit to breeding efficiency of dairy cattle. J Dairy Sci 1951;34:199–202. [15] Salisbury GW, VanDemark NL. The effect of cervical, uterine and cornual insemination on fertility of the dairy cow. J Dairy Sci 1951; 34:68–74. [16] Stewart DL, Melrose DR. The comparative efficiency of the intra cervical and intra uterine methods of insemination in the dairy cow. Vet Rec 1952;64:605–7. [17] Olds D, Seath DM, Carpenter MC, Lucas HL. Interrelationships between site of deposition, dosage, and number of spermatozoa in diluted semen and fertility of dairy cows inseminated artificially. J Dairy Sci 1953;36:1031–5. [18] Macpherson JW. Semen placement effects on fertility in bovines. J Dairy Sci 1968;51:807–8. [19] Hawk HW, Tanabe TY. Effect of unilateral cornual insemination upon fertilization rate in superovulating and single-ovulating cattle. J Anim Sci 1986;63:551–60. [20] Williams BL, Gwazdauskas FC, Whittier WD, Pearson RE, Nebel RL. Impact of site of inseminate deposition and environmental factors that influence reproduction of dairy cattle. J Dairy Sci 1988;71:2278–83. [21] McKenna T, Lenz RW, Fenton SE, Ax RL. Non return rates of dairy cattle following uterine body or cornual insemination. J Dairy Sci 1990;73:1779–83. [22] Marshall CE, Graves WM, Meador JL, Swain JB, Anderson JI. A fertility comparison of uterine body and bicornual semen deposition procedures in dairy cattle. J Dairy Sci 1989;72:455. [23] Zavos PM, Johns JT, Heersche G, Miksch DE. Site of semen deposition and subsequent conception in synchronized and artificially inseminated (AI) beef heifers. J Anim Sci 1985;61:37. [24] López-Gatius F, Camón-Urgel J, Angulo-Asensio E. Effect of single deep insemination on transferable embryo recovery rates in superovulated dairy cows. Theriogenology 1988;30:877–85. [25] Senger PL, Becker WC, Davidge ST, Hillers JK, Reeves JJ. Influence of cornual insemination on conception in dairy cattle. J Anim Sci 1988;66:3010–6. [26] Dalton JC, Nadir S, Bame JH, Saacke RG. Effect of deep uterine insemination on spermatozoal accessibility to the ovum in cattle: a competitive insemination study. Theriogenology 1999;51:883–90. [27] Kurykin J, Jaakma Ü, Majas L, Jalaskas M, Aidnik M, Waldmann A, Padrik P. Fixed time deep intracornual insemination of heifers at synchronized estrus. Theriogenology 2003;60:1261–8. [28] Wolff H, Politch JA, Martinez A, Haimovici F, Hill JA, Anderson DJ. Leukocytospermia is associated with poor semen quality. Fertil Steril 1990;53:528–36. [29] Verberckmoes S, De Pauw I, Van Soom A, Dewulf J, de Kruif A. Influence of whole blood and blood serum on bovine sperm quality. Reprod Dom Anim 2002;37:255. [30] Verberckmoes S, Van Soom A, De Pauw I, Dewulf J, Vervaet C, de Kruif A. Assessment of a new utero-tubal junction insemination device in dairy cattle. Theriogenology 2004;61:103–15. [31] Verberckmoes S, De Pauw I, Van Soom A, Dewulf J, de Kruif A. Toxicity test of the Ghent device on bovine spermatozoa. Reprod Dom Anim 2003;38:334 (abstract).