Ανασκόπηση της τεχνητής σπερματέγχυσης σε αγελάδες γαλακτοπαραγωγής

Η τεχνητή σπερματέγχυση (ΤΣ) στις αγελάδες είναι μια πρακτική που εφαρμόζεται σχεδόν στο 100% των εκτροφών γαλακτοπαραγωγής, και αποτελεί βασικό εργαλείο για τη γενετική βελτίωση, την αναπαραγωγική αποδοτικότητα και για τον έλεγχο ορισμένων αναπαραγωγικών παθολογιών . Για τη μεγιστοποίηση των αποτελεσμάτων, είναι σημαντικό να βελτιστοποιηθούν βασικοί παράγοντες όπως η κατάσταση της αγελάδας, η ποιότητα και η σωστή διαχείριση του σπέρματος, ο χρόνος της σπερματέγχυσης, η δεξιότητα του σπερματεγχύτη και η ακριβής θέση της εναπόθεσης του σπέρματος (Diskin, 2018) [1]. Επιπλέον, τις τελευταίες δεκαετίες έχουν σημειωθεί σημαντικές βελτιώσεις στα αποτελέσματα της τεχνικής χάρη στην εξέλιξη στη χρήση ορισμένων πρωτοκόλλων γονιμότητας.

Βασικοί παράγοντες: χειρισμός σπέρματος και χρόνος σπερματέγχυσης

Διαχείριση του σπέρματος

Ιδανικά, το σπέρμα θα πρέπει να αποψύχεται σύμφωνα με τις συστάσεις του προμηθευτή. Ωστόσο, από τη βιβλιογραφία και τις συστάσεις των Saacke, 1974 [2] και Diskin, 2018 [1] μπορούν να εξαχθούν οι ακόλουθες οδηγίες:

• Μέσα στο δοχείο υγρού αζώτου πρέπει να υπάρχουν σαφώς επισημασμένα δοχεία (canisters).

• Να διατηρείται αρχείο με τα σωληνάρια, τους κωδικούς των ταύρων και της θέσης τους στο δοχείο.

• Κατά την αναζήτηση των σωληναρίων, διατηρήστε το δοχείο κάτω από τη γραμμή κατάψυξης και αποφύγετε να το σηκώνετε για μεγάλο χρονικό διάστημα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Εάν δεν βρείτε ένα σωληνάριο σε 10 δευτερόλεπτα, βυθίστε το δοχείο στο άζωτο πριν συνεχίσετε την αναζήτηση.

• Αφαιρέστε το σωληνάριο χρησιμοποιώντας μια λαβίδα, απομακρύνετε τυχόν περίσσεια υγρού αζώτου και τοποθετήστε το σε νερό στους 35 °C για 45 δευτερόλεπτα (εντός ενός εύρους 30 έως 60 δευτερολέπτων). Ξεπαγώστε μόνο τα σωληνάρια που θα χρησιμοποιηθούν για σπερματέγχυση εντός 10 λεπτών. Εάν αποψύχετε περισσότερα από ένα σωληνάρια ταυτόχρονα, αποφύγετε την άμεση επαφή μεταξύ τους κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απόψυξης.

• Πριν τοποθετήσετε το σωληνάριο στον καθετήρα, προθερμάνετε τον, ιδιαίτερα εάν ο καιρός είναι κρύος. Αυτό μπορεί να γίνει τρίβοντάς τον έντονα με ένα κομμάτι χαρτί και τοποθετώντας τον κοντά στο σώμα για μερικά λεπτά, ή χρησιμοποιώντας θερμομονωτική θήκη.

• Αφαιρέστε το σωληνάριο από το νερό, στεγνώστε το, εισάγετε στον καθετήρα και κόψτε το περίπου 7 mm κάτω από το άκρο.

• Τοποθετήστε το προστατευτικό κάλυμμα.

• Εάν υπάρξει καθυστέρηση (πάνω από 10 ή 15 δευτερόλεπτα) πριν από την σπερματέγχυση, τυλίξτε τον γεμισμένο καθετήρα για υγιεινή και θερμική προστασία ή τοποθετήστε τον σε θερμομονωτική θήκη.

• Σε πολύ ζεστό περιβάλλον, είναι σημαντικό οι γεμισμένοι καθετήρες να προστατεύονται από την ηλιακή ακτινοβολία και από θερμοκρασίες άνω των 35 °C.

• Πριν από τη σπερματέγχυση, καθαρίστε το αιδοίο της αγελάδας με χαρτί.

Χρόνος της σπερματέγχυσης

Όλες οι μελέτες που έχουν αναλύσει τη στιγμή της ωορρηξίας σε σχέση με την έναρξη της οίστρου έχουν δείξει μέσους όρους περίπου 27 ωρών, αλλά με πολύ μεγάλες διακυμάνσεις, με σημαντικά ποσοστά αγελάδων που παρουσιάζουν ωοθυλακιορρηξία νωρίτερα ή αργότερα [3]. Γι' αυτό στην πράξη είναι αδύνατο να γνωρίζουμε πότε θα συμβεί η ωοθυλακιορρηξία σε μια αγελάδα με βάση τα συμπτώματα του οίστρου ή της δραστηριότητας.  Θεωρείται ότι η αβεβαιότητα αυτή μπορεί να εξηγήσει τη βελτιωμένη γονιμότητα που παρατηρείται όταν η σπερματέγχυση πραγματοποιείται σε προκαθορισμένο χρόνο με βελτιωμένα πρωτόκολλα συγχρονισμού ή πρωτόκολλα γονιμότητας, σε σύγκριση με τη γονιμότητα που επιτυγχάνεται μετά από σπερματέγχυση βάσει ανίχνευσης οίστρου .

Ο εκτιμώμενος χρόνος που χρειάζονται τα σπερματοζωάρια για να φτάσουν στον ισθμό του ωαγωγού είναι περίπου 6-12 ώρες. Από την άλλη πλευρά, τόσο τα σπερματοζωάρια όσο και τα ωάρια μετά την ωοθυλακιορρηξία έχουν περιορισμένο χρόνο βιωσιμότητας (περίπου 6-12 ώρες και για τα δύο). Εάν έχει γίνει πολύ νωρίς σπερματέγχυση στην αγελάδα , υπάρχει ο κίνδυνος η βιωσιμότητα των σπερματοζωαρίων να αποτελέσει περιοριστικό παράγοντα για τη γονιμοποίηση. Αντίθετα, εάν η σπερματέγχυση γίνει πολύ αργά, υπάρχει κίνδυνος η βιωσιμότητα του ωαρίου να επηρεάσει την ποιότητα του εμβρύου.

Επομένως, από πρακτική άποψη, συνιστάται η σπερματέγχυση περίπου 12 ώρες μετά την έναρξη του οίστρου (που εμφανίζεται ως «αποδοχή της επίβασης»)  ή στο αντίστοιχο χρονικό σημείο ενός πρωτοκόλλου συγχρονισμού (χορήγηση GnRH), καθώς αυτό αποτελεί το βέλτιστο σημείο ισορροπίας μεταξύ της μέγιστης πιθανότητας γονιμοποίησης και της επιβίωσης των εμβρύων  [4]. 

Θεραπείες για τη βελτίωση των αποτελεσμάτων: Τεχνητή σπερματέγχυση σε καθορισμένο χρόνο και εφαρμογή GnRH κατά τη στιγμή της σπερματέγχυσης

Τεχνητή σπερματέγχυση σε καθορισμένο χρόνο (ΤΑΙ)

Από την ανάπτυξη του πρωτοκόλλου Ovsynch το 1995, που επέτρεψε την εφαρμογή της σπερματέγχυσης σε καθορισμένο χρόνο, έχουν ενσωματωθεί διάφορες βελτιώσεις, οι οποίες κάνουν τα βελτιωμένα πρωτόκολλα να θεωρούνται «πρωτόκολλα γονιμότητας», καθώς επιτρέπουν γενικά την επίτευξη καλύτερης γονιμότητας σε σχέση με το απλό Ovsynch ή τη φυσική εκδήλωση οίστρου. Μερικές από αυτές τις βελτιώσεις είναι ο προ-συγχρονισμός, η προσθήκη συσκευής απελευθέρωσης προγεστερόνης ή η χορήγηση δεύτερης δόσης προσταγλανδίνης.

Όσον αφορά τις ενήλικες αγελάδες, το 2017 δημοσιεύθηκε μια μελέτη στην οποία έγινε σπερματέγχυση σε αγελάδες μετά από παρατήρηση οίστρου (μετά από θεραπεία για συγκέντρωση των οίστρων σε ένα χρονικό διάστημα) ή μετά από το πρωτόκολλο Double Ovsynch με διπλή προσταγλανδίνη στις ίδιες ημέρες γαλακτοπαραγωγής (οίστρο 77 ±7 και Double Ovsynch 77±3). Η μελέτη έδειξε όχι μόνο ότι η γονιμότητα της συγχρονισμένης ομάδας ήταν 10 % υψηλότερη (49% έναντι 39%), αλλά και ότι ο ρυθμός σπερματέγχυσης ήταν επίσης υψηλότερος (100% έναντι 78%), ακόμη και σε σύγκριση με την ιδιαίτερα υψηλή συμμόρφωση στην ομάδα του παρατηρούμενου οίστρου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα ποσοστό εγκυμοσύνης στον πρώτο κύκλο 49% έναντι 30% [5], [6].

Όσον αφορά τα πρωτόκολλα στις μοσχίδες, το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο συγχρονισμού είναι το 5ήμερο Cosynch με προγεστερόνη [7], το οποίο έχει δείξει παρόμοια γονιμότητα με το φυσικό οίστρο στην περίπτωση χρήσης συμβατικού σπέρματος και υψηλότερη γονιμότητα στην περίπτωση του σεξαρισμένου σπέρματος κατά 7 έως και 23 % (Lauber et al., 2021 και Silva et al., 2015). Σήμερα, είναι δυνατό να βελτιστοποιηθεί αυτό το πρωτόκολλο στην περίπτωση του σεξαρισμένου σπέρματος με διαφορετικές στρατηγικές.

Χρήση GnRH τη στιγμή της σπερματέγχυσης

Εκτός από τη διαχείριση των βασικών παραγόντων και τη χρήση πρωτοκόλλων συγχρονισμού, η χορήγηση της ορμόνης απελευθέρωσης γοναδοτροπινών (GnRH) σε χρονικά σημεία κοντά στη σπερματέγχυση είναι επίσης μια πρακτική που βελτιώνει τη γονιμότητα. Αυτό αποδείχθηκε σε μια μελέτη των Kaim et al. (2003) [8], η οποία έδειξε τα οφέλη της χορήγησης GnRH όταν οι αγελάδες αρχίζουν να εμφανίζουν σημάδια οίστρου. Η μελέτη αυτή έδειξε ότι η χορήγηση GnRH όταν παρατηρούνται τα πρώτα σημάδια οίστρου κατάφερε να αυξήσει την ένταση της προωορρηκτικής αιχμής της LH. Αυτό φαίνεται να αποτρέπει την καθυστέρηση της ωοθυλακιορρηξίας, η οποία θα μπορούσε να είναι ένας από τους λόγους μειωμένης γονιμότητας.

Μια πρόσφατη μελέτη των Burnett et al. (2022) [9] έδειξε επίσης ευεργετικά αποτελέσματα μετά τη χορήγηση GnRH κατά τη στιγμή της τεχνητής σπερματέγχυσης (ΤΣ). Η θεραπεία με GnRH στην τεχνητή σπερματέγχυση αύξησε τη γονιμότητα κατά 4,6 %  (41,3 ±1,6%  έναντι 36,7 ±1,6%; P = 0,02), κυρίως σε ζώα που παρουσίαζαν χαμηλότερης έντασης συμπτώματα οίστρου. 

Συμπεράσματα

• Η τεχνητή σπερματέγχυση αποτελεί τη βάση για τη γενετική βελτίωση, την αναπαραγωγική αποδοτικότητα και τον έλεγχο ορισμένων αναπαραγωγικών παθολογιών.

• Έμφαση σε βασικά σημεία: για τη βελτίωση των αποτελεσμάτων είναι σημαντικό να βελτιστοποιηθούν βασικοί παράγοντες όπως η κατάσταση της αγελάδας, η σωστή διαχείριση και ποιότητα του σπέρματος, ο χρόνος της σπερματέγχυσης και η σωστή τεχνική εφαρμογής.

• Πρωτόκολλα αναπαραγωγής: επιπλέον, τα αποτελέσματα μπορούν να βελτιωθούν με τη χρήση θεραπειών όπως τα πρωτόκολλα γονιμότητας ή η απλή στρατηγική της χορήγησης μιας δόσης GnRH κατά τη στιγμή της τεχνητής σπερματέγχυσης.

Βιβλιογραφία

1. Diskin, M. G. (2018). Review: Semen handling, time of insemination and insemination technique in cattle. Animal, 12(s1), e47-e58. 

2. Saacke, R. G. (1974). Components of semen quality. Proceedings of the National Association of Animal Breeders 

3. Valenza A, Giordano JO, Lopes Jr G, Vincenti L, Amundson MC, Fricke PM, 2012. Assessment of an accelerometer system for detection of estrus and treatment with gonadotropin-releasing hormone at the time of insemination in lactating dairy cows. J Dairy Sci 95:7115-7127.  

4. De Rensis, F.; Dall’Olio, E.; Gnemmi, G.M.; Tummaruk, P.; Andrani, M.; Saleri, R. Interval from Oestrus to Ovulation in Dairy Cows—A Key Factor for Insemination Time: A Review. Vet. Sci. 2024, 11, 152.  

5. Santos VG, Carvalho PD, Maia C, Carneiro B, Valenza A, Fricke PM. Fertility of lactating Holstein cows submitted to a Double-Ovsynch protocol and timed artificial insemination versus artificial insemination after synchronization of estrus at a similar day in milk range. J Dairy Sci. 2017 Oct;100(10):8507-8517.  

6. Carvalho PD, Santos VG, Giordano JO, Wiltbank MC, Fricke PM. Development of fertility programs to achieve high 21-day pregnancy rates in high-producing dairy cows. Theriogenology. 2018 Jul 1;114:165-172.  

7. Silva TV, Lima FS, Thatcher WW, Santos JE. Synchronized ovulation for first insemination improves reproductive performance and reduces cost per pregnancy in dairy heifers. J Dairy Sci. 2015 Nov;98(11):7810-22.

8. Kaim, M., et al. (2003). Effects of GnRH administered to cows at the onset of estrus on timing of ovulation, endocrine responses, and conception. Journal of Dairy Science, 86(6), 2012-2021.

9. Burnett, T. A., et al. (2022). Impact of gonadotropin-releasing hormone administration at the time of artificial insemination on conception risk and its association with estrous expression. Journal of Dairy Science, 105(2), 1743-1753.