DOI: https://doi.org/10.1186/s40104-024-01079-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39294768
تاريخ النشر: 2024-09-19
المؤلف: Sara Virdis وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات سلوك الحيوان ورفاهيته
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثيرات مكملات الأرجينين على الأداء الإنتاجي والحالة الفسيولوجية للإناث خلال فترات الحمل المختلفة والمواسم، باستخدام نهج متعدد الأوميات. تم تقسيم 320 من الإناث إلى أربع مجموعات عبر المواسم الحارة والباردة: مجموعة تحكم تتلقى نظامًا غذائيًا قياسيًا مع 16.5 غرام/يوم من الأرجينين، وثلاث مجموعات تجريبية تتلقى نظامًا غذائيًا مكملًا مع 38.3 غرام/يوم من الأرجينين خلال إما أول 35 يومًا (Early35)، أو آخر 45 يومًا (Late45)، أو طوال فترة الحمل بأكملها (COM). تم تحليل مقاييس رئيسية مثل تركيبة اللبأ، والملفات الأيضية، ونتائج الخنازير الصغيرة.
أشارت النتائج إلى أن مكملات الأرجينين أثرت بشكل كبير على نتائج الخنازير الصغيرة بناءً على توقيت الإدارة. أظهرت مجموعة Early35 نسبة أقل من الخنازير الميتة (P < 0.001)، والموميات (P = 0.002)، والخنازير ذات الوزن عند الولادة المنخفض (LBW) (P = 0.02) مقارنة بمجموعة التحكم. على العكس، كانت مجموعة Late45 لديها نسبة أقل من الخنازير الميتة (P = 0.029) وزيادة في نسبة الخنازير ذات الوزن عند الولادة العالي (HBW) (P < 0.001). أظهرت مجموعة COM نسبة أعلى من LBW (P = 0.004) والخنازير المطحونة (P < 0.001). بالإضافة إلى ذلك، غيرت مكملات الأرجينين الملفات الأيضية للبأ، والبول، والبراز، مما أثر على المسارات المتعلقة بالكرياتين وأكسيد النيتريك، بالإضافة إلى النشاط الميكروبي. تؤكد النتائج على الدور المهم للأرجينين في فسيولوجيا الإناث الحوامل وتقترح أن تأثيراته الأيضية تختلف اعتمادًا على فترة الحمل، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق لتوضيح آليات عمله.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على زيادة أحجام الولادات في الإناث على مدى العقد الماضي، والتي لم تتوافق مع سعة الرحم الكافية أو توفر المغذيات. أدت هذه الفجوة إلى زيادة حدوث الخنازير ذات الوزن عند الولادة المنخفض (LBW) وزيادة الوفيات قبل وبعد الولادة، والتي تفاقمت بشكل خاص بسبب الإجهاد الحراري (HS). يؤثر HS سلبًا على تناول العلف، والصحة الإنجابية، وجودة الحليب، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية للمزارعين. تؤكد الورقة على الدور الحاسم للأحماض الأمينية (AAs)، وخاصة الأرجينين (Arg)، في التخفيف من هذه الآثار السلبية وتحسين أداء الإناث. الأرجينين ضروري لعمليات بيولوجية متنوعة، بما في ذلك تخليق البروتين والحفاظ على توازن الميكروبات المعوية، وقد تعزز مكملاته كفاءة المشيمة وتطور الجنين.
حدد المجلس الوطني للبحوث (NRC) متطلبات الأرجينين للإناث الحوامل بناءً على عدة عوامل، لكن النتائج الأخيرة تشير إلى أن هذه التقديرات قد تكون غير كافية بسبب زيادة أحجام الولادات نتيجة التقدم في التربية. يبدو أن توقيت مكملات الأرجينين خلال الحمل يؤثر على تأثيراتها، حيث يعزز التكميل المبكر التطور الوعائي وتوفير المغذيات، بينما يرتبط التكميل المتأخر بتحسين أوزان الولادة وتجانس الولادات. ومع ذلك، لا يزال تأثير الأرجينين على إنتاجية الإناث بشكل عام موضع جدل. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم تأثيرات مكملات الأرجينين على الحالة الإنتاجية والفسيولوجية للإناث عبر مراحل الحمل المختلفة والمواسم، باستخدام نهج متعدد الأوميات جنبًا إلى جنب مع تحليل الميكروبات البرازية لتقييم تأثيره على فسيولوجيا الإناث.
طرق البحث
شملت الدراسة 320 من إناث Topigs TN70، تم تغذيتها وتربيتها بشكل موحد قبل التجربة. عند بدء الحمل، تم تخصيص الإناث إلى أربع مجموعات من 80 بناءً على الوزن الجسماني (BW) والعدد: 1) مجموعة التحكم (CO) التي تتلقى نظامًا غذائيًا قياسيًا للحمل؛ 2) مجموعة Early35 التي تتلقى نظام CO الغذائي مكملًا بـ 21.8 غرام/يوم من الأرجينين (Arg) خلال أول 35 يومًا؛ 3) مجموعة Late45 التي تتلقى نفس مكمل الأرجينين خلال آخر 45 يومًا؛ و4) مجموعة COM التي تتلقى الأرجينين طوال فترة الحمل. تم إجراء التجربة على مدى موسمين: حار (من يوليو إلى أكتوبر) وبارد (من نوفمبر إلى يناير)، مع توزيع متنوع للإناث عبر المجموعات في كل موسم.
تم تصنيف الإناث إلى ثلاث فئات من العدد: قديمة (الترتيب السابع والثامن)، متوسطة (الترتيب الرابع إلى السادس)، وشابة (الترتيب الثاني والثالث)، باستثناء الإناث الأولية. تم إيواؤها في مجموعات من حوالي 70 وتم تغذيتها عبر نظام تغذية تلقائي، مع منحنيات تغذية محددة تم تعديلها لتناسب التغيرات الموسمية. احتوى نظام CO الغذائي على 16.5 غرام/يوم من الأرجينين، وكان الهدف من المكملات تحقيق إجمالي 38.3 غرام/يوم، مستندًا إلى تحليل ميتا بواسطة Virdis وآخرين. كانت الإناث تتمتع بإمكانية الوصول إلى الماء بحرية طوال فترة الحمل والرضاعة، وتم نقلها إلى وحدة الولادة قبل أسبوع من الولادة، حيث تم إدارة توزيع العلف لضمان تناول الأرجينين المناسب لمجموعات Late45 وCOM.
النتائج
في قسم النتائج، يؤكد المؤلفون أنه بينما لم يكن التركيز الأساسي للدراسة على التأثيرات الموسمية، فإنهم سيبرزون التفاعلات الأكثر أهمية بين النظام الغذائي والموسم. يضمن هذا النهج تضمين النتائج المتعلقة بالتغيرات الموسمية، مما يوفر معلومات شاملة للقارئ. يهدف المؤلفون إلى الحفاظ على الوضوح والملاءمة عند مناقشة هذه التفاعلات، على الرغم من الطبيعة الثانوية للتحليل الموسمي في سياق الأهداف البحثية العامة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات مكملات الأرجينين (Arg) الغذائية والتغيرات الموسمية على أداء النمو للإناث وخنازيرها. تم تقسيم الإناث إلى أربع مجموعات: مجموعة تحكم (CO) تتلقى نظامًا غذائيًا أساسيًا، وثلاث مجموعات تتلقى مكملات الأرجينين في مراحل حمل مختلفة (Early35، Late45، وCOM). أظهرت النتائج الرئيسية أنه بينما ظل طول الحمل ثابتًا عبر المجموعات، كان الوزن الجسماني (BW) ومتوسط الزيادة اليومية (ADG) في اليوم 106 أعلى بشكل ملحوظ في مجموعة COM مقارنةً بـ CO (298 كغ مقابل 292 كغ، P = 0.003؛ 503 غرام/يوم مقابل 445 غرام/يوم، P = 0.040). لم يتأثر العدد الإجمالي للخنازير المولودة والمولودة حية بالنظام الغذائي، لكن مجموعة COM أظهرت نسبة أعلى من الخنازير الموميات والمطحونة مقارنةً بمجموعتي Early35 وLate45.
كانت التأثيرات الموسمية ملحوظة أيضًا، حيث ارتبط الموسم الحار بزيادة نسبة الخنازير ذات الوزن عند الولادة المنخفض (LBW) ونسبة أقل من الخنازير ذات الوزن عند الولادة العالي (HBW). أظهر تحليل تركيبة اللبأ أنه بينما لم تتأثر معظم المعايير بالنظام الغذائي، كانت تركيزات اللاكتوز أعلى في الموسم البارد (P = 0.001)، وكانت مستويات IgG مرتفعة بشكل ملحوظ في مجموعة CO (P < 0.001). حددت ملفات التعريف الأيضية 29 من المستقلبات في اللبأ، مع اختلافات ملحوظة بين المجموعات الغذائية، مما يبرز بشكل خاص تركيز الكرياتين فوسفات الأعلى في مجموعة CO. بشكل عام، تؤكد الدراسة على التفاعل المعقد بين مكملات النظام الغذائي، والعوامل الموسمية، والنتائج الإنجابية في الإناث.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40104-024-01079-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39294768
Publication Date: 2024-09-19
Author(s): Sara Virdis et al.
Primary Topic: Animal Behavior and Welfare Studies
Overview
This study investigates the effects of arginine supplementation on the productive performance and physiological status of sows during different gestation periods and seasons, utilizing a multi-omics approach. A total of 320 sows were divided into four groups across warm and cold seasons: a control group receiving a standard diet with 16.5 g/d of arginine, and three experimental groups receiving a supplemented diet with 38.3 g/d of arginine during either the first 35 days (Early35), the last 45 days (Late45), or throughout the entire gestation (COM). Key metrics such as colostrum composition, metabolomic profiles, and piglet outcomes were analyzed.
The results indicated that arginine supplementation significantly influenced piglet outcomes based on the timing of administration. The Early35 group exhibited a lower percentage of stillborn (P < 0.001), mummified (P = 0.002), and low birthweight (LBW) piglets (P = 0.02) compared to the control group. Conversely, the Late45 group had a reduced percentage of stillborn piglets (P = 0.029) and an increased percentage of high birthweight (HBW) piglets (P < 0.001). The COM group showed a higher percentage of LBW (P = 0.004) and crushed piglets (P < 0.001). Additionally, arginine supplementation altered the metabolomic profiles of colostrum, urine, and feces, affecting pathways related to creatine and nitric oxide, as well as microbial activity. The findings underscore the significant role of arginine in the physiology of pregnant sows and suggest that its metabolic effects vary depending on the gestational period, warranting further investigation to clarify its mechanisms of action.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the increasing litter sizes in sows over the past decade, which have not been matched by adequate uterine capacity or nutrient availability. This discrepancy has resulted in a higher incidence of low birthweight (LBW) piglets and increased pre- and post-natal mortality, particularly exacerbated by heat stress (HS). HS negatively impacts feed intake, reproductive health, and milk quality, leading to economic losses for farmers. The paper emphasizes the critical role of amino acids (AAs), particularly arginine (Arg), in mitigating these adverse effects and optimizing sow performance. Arg is essential for various biological processes, including protein synthesis and maintaining intestinal microbial balance, and its supplementation may enhance placental efficiency and fetal development.
The National Research Council (NRC) has established Arg requirements for gestating sows based on several factors, but recent findings suggest that these estimates may be insufficient due to increased litter sizes from breeding advancements. The timing of Arg supplementation during gestation appears to influence its effects, with early supplementation promoting vascular development and nutrient supply, while late supplementation is associated with improved birth weights and litter uniformity. However, the impact of Arg on overall sow prolificacy remains contentious. This study aims to evaluate the effects of Arg supplementation on the productive and physiological status of sows across different gestation stages and seasons, employing a multi-omics approach alongside fecal microbial analysis to assess its influence on sow physiology.
Methods
The study involved 320 Topigs TN70 sows, uniformly fed and reared prior to the experiment. At the onset of gestation, the sows were allocated into four groups of 80 based on body weight (BW) and parity: 1) Control (CO) group receiving a standard gestation diet; 2) Early35 group receiving the CO diet supplemented with 21.8 g/d of arginine (Arg) for the first 35 days; 3) Late45 group receiving the same Arg supplementation for the last 45 days; and 4) COM group receiving Arg throughout gestation. The experiment was conducted over two seasons: warm (July to October) and cold (November to January), with varying distributions of sows across groups in each season.
Sows were categorized into three parity classes: old (7th and 8th order), mid (4th to 6th order), and young (2nd and 3rd order), excluding primiparous sows. They were housed in groups of approximately 70 and fed via an automatic feeder system, with specific feeding curves adjusted for seasonal variations. The CO diet contained 16.5 g/d of Arg, and the supplementation aimed to achieve a total of 38.3 g/d, informed by a meta-analysis by Virdis et al. Sows had ad-libitum access to water throughout gestation and lactation, and were transitioned to a farrowing unit one week prior to farrowing, where feed distribution was managed to ensure proper Arg intake for the Late45 and COM groups.
Results
In the Results section, the authors emphasize that while the primary focus of the study was not on seasonal effects, they will highlight the most significant interactions between diet and season. This approach ensures that the findings related to seasonal variations are included, providing comprehensive information for the reader. The authors aim to maintain clarity and relevance in discussing these interactions, despite the secondary nature of the seasonal analysis in the context of the overall research objectives.
Discussion
In this study, the effects of dietary arginine (Arg) supplementation and seasonal variations on the growth performance of sows and their piglets were investigated. Sows were divided into four groups: a control group (CO) receiving a basal diet, and three groups receiving Arg supplementation at different gestational stages (Early35, Late45, and COM). Key findings indicated that while gestation length remained consistent across groups, body weight (BW) and average daily gain (ADG) on day 106 were significantly higher in the COM group compared to CO (298 kg vs. 292 kg, P = 0.003; 503 g/d vs. 445 g/d, P = 0.040). The total number of piglets born and born alive was unaffected by diet, but the COM group exhibited a higher percentage of mummified and crushed piglets compared to the Early35 and Late45 groups.
Seasonal effects were also notable, with the warm season associated with a higher percentage of low birth weight (LBW) piglets and a lower percentage of high birth weight (HBW) piglets. Colostrum composition analysis revealed that while most parameters were unaffected by diet, lactose concentration was higher in the cold season (P = 0.001), and IgG levels were significantly elevated in the CO group (P < 0.001). Metabolomic profiling identified 29 metabolites in colostrum, with notable differences between dietary groups, particularly highlighting the CO group's higher creatine phosphate concentration. Overall, the study underscores the complex interplay between dietary supplementation, seasonal factors, and reproductive outcomes in sows.