Increasing Milking Intervals Decreases the Mammary Blood Flow and Mammary Uptake of Nutrients in Dairy Cows

International audienceIncreasing the milking intervals reduces milk yield. The aims of this study were to determine whether the reduction in milk yield could be explained by a decrease in mammary uptake of the nutrients or a decrease in the efficiency of the mammary gland in using the milk precursors to synthesize milk components, or both. In a Latin square design with 5 periods, 4 multiparous lactating dairy cows in midlactation were milked at 8-, 12-, 16-, or 24-h intervals over a period of 7 d. The cows were surgically prepared to estimate the net mammary balance of nutrient precursors of milk components (glucose, alpha-amino nitrogen, acetate, beta-hydroxybutyrate, and total glycerol). The efficiency of the mammary gland in synthesizing milk components was estimated by the mammary uptake:milk output ratio. After 7 d of treatment, the decrease in milk yield of 6.1 kg/d between 8- and 24-h milking intervals was associated with a reduction in the uptake of nutrients by the mammary gland, whereas the efficiency of the mammary gland in synthesizing milk components remained relatively unchanged. The mammary uptake decreased by 26% for glucose, 32% for alpha-amino nitrogen, 18% for acetate, 24% for total glycerol, and 24% for beta-hydroxybutyrate, respectively. These reductions in nutrient uptake were due to a decrease in the mammary blood flow (1.23 +/- 0.24 L/min). For milk fat precursors (acetate, beta-hydroxybutyrate, and total glycerol), the decrease in mammary blood flow explained the entire reduction in the mammary uptake. For glucose and the milk protein precursors, the reduction in the mammary blood flow explained 60% of the decrease in the mammary uptake, with the other 40% being accounted for by a reduction in the mammary extraction of nutrients. The nutrient uptake was altered as milk yield decreased. These decreases began with the 16-h milking interval and were higher at the 24-h milking interval

Longer Milking Intervals Alter Mammary Epithelial Permeability and the Udder's Ability to Extract Nutrients

International audienceIncreasing the milking interval decreases milk yield and modifies milk composition. To gain a clearer understanding of the regulation of milk yield and composition, a study was conducted to establish the response curves of nutrient extraction by the mammary gland and mammary epithelial permeability in response to increasing milking intervals. Four multiparous lactating dairy cows were milked at 8-, 12-, 16-, or 24-h intervals over a period of 7 d using a Latin square design. Between the 8- and 24-h milking intervals, milk yield and milk protein levels fell curvilinearly from 38.2 to 29.2 kg/d and from 1,086 to 827 g/d, respectively. Milk fat yield decreased linearly from 1,475 to 1,235 g/d. Indicators of the opening of tight junctions increased linearly with increasing milking intervals: milk BSA increased from 148 to 207 mg/L and plasma lactose increased from 22.9 to 32.0 mg/L. The mammary gland's ability to extract nutrients decreased with increasing milking intervals. Extraction rates of glucose, beta-hydroxybutyrate, and total glycerol decreased significantly (from 27.2 to 23.3%, from 42.3 to 34.4%, from 36.6 to 30.8% between 8- and 24-h milking intervals, respectively), and not significantly for alpha-amino nitrogen (from 23.2 to 20.0%). The extraction rate of acetate remained constant. Moreover, the extraction of milk fat precursors appeared to be less regulated than those of the precursors of milk protein and lactose, which could partly explain why milk yield and milk protein yield decreased more than milk fat yield. The arteriovenous differences of beta-hydroxybutyrate and total glycerol remained constant, whereas those of glucose decreased significantly from 0.98 to 0.87 +/- 0.05 mmol/L and not significantly from 0.74 to 0.64 +/- 0.12 mmol/L for alpha-amino nitrogen. As a result, the mammary gland's ability to extract nutrients appears to be downregulated explaining partly the decrease in daily milk yield observed in response to increased milking intervals

Adaptation of the mammary oxygen consumption in response to milking frequency variations in dairy cows

suppl.1International audienc

The number and activity of mammary epithelial cells, determining factors for milk production

The ability of ruminant mammary glands to produce milk is determined by the number of cells secreting milk and their level of activity. Changes in the number of cells in the udder occur during lactation. It has been shown that mammary cells proliferate during this process, while other cells die through apoptosis. The decline in milk production after peak lactation appears to be due to a gradual reduction in the number of milk-secreting cells, either through cell death or by the abrasion of epithelial cells during milk ejection. Other factors are also known to modify cell turnover in the udder, such as reproductive status, growth hormone treatment or milking frequency and nutrition. A description of the effects of husbandry practices makes it possible to envisage different processes for mammary tissue regeneration during lactation. Indeed, changes in milking frequency are capable of modifying the number of epithelial cells in an alveolus, while GH treatment acts on the total number of alveoli. Thus recent studies have demonstrated an heterogeneity of the processes of proliferation and cell death within the mammary gland. However, unanswered questions still remain concerning the presence of stem cells in ruminants, the lifespan of mammary epithelial cells or the relative rate of loss of mammary cells due to apoptosis and epithelial abrasion

GH and milking frequency act differently on mammary cells

International audienc

Variations in mammary extraction of nutrients under the effect of a 36-h milk accumulation into the udder in dairy cows

National audienc

GH and milking frequency act differently on mammary cells

International audienc

Adaptation of dairy cows to increasing degrees of incomplete milk removal during a single milking interval

International audienc

Est-il possible d’utiliser la métabolomique du lait pour étudier de façon non invasive les voies de synthèse des constituants majeurs du lait ?

National audienceL’amélioration de la prédiction de la qualité du lait est un enjeu majeur pour la filière laitière. Le travail de modélisation des réseaux métaboliques (Abdou Arbi et al., 2014) a montré qu’il était nécessaire de mieux caractériser les variations du réseau de métabolites intermédiaires (issus de la glycolyse et du cycle de Krebs) pour prédire la répartition des nutriments dans les différentes voies de synthèses du lait. L’analyse métabolomique du lait par LC-MS-MS permet désormais l’identification d’un grand nombre de ces métabolites (Meyrand et al., 2013 ; Klein et al., 2013). Ce projet avait pour objectif d’évaluer l’intérêt d’une analyse qualitative puis de dosages quantitatifs et à haut débit des métabolites intermédiaires précurseurs des 3 constituants majeurs du lait (protéines, lactose, matières grasses). La première étape du travail (2017) a consisté à comparer 22 préparations différentes d’un même lait réalisées à l’UMR PEGASE, et à choisir, en interaction avec l’UMR LABERCA, la méthode d’analyse LC-MS-MS la plus adaptée. La préparation des échantillons suivante a été retenue car elle permettait d’obtenir le maximum de métabolites : lait écrémé pendant 15 min à 1500 g puis filtré à l’aide d’un filtre moléculaire [Vivaspin, Sartorius] à 1800 g pendant 45 min à 4°C. Les empreintes métaboliques ont été acquises par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse de type Q-Exactive Orbitrap (Thermo Fisher Scientific) en mode d’ionisation Electrosray alternatif positif et négatif (ESI+ et ESI-, respectivement). La séparation chromatographique a été réalisée en chromatographie liquide haute performance (HPLC :1200 Infinity Series Agilent) avec une colonne SeQuant-ZIC-HILIC (5μm, 200A, 150*2.1mm, Merck KGaA). Cette méthode (LC-HRMS en HILIC+/-) a permis l’annotation de la plupart des métabolites listés lors du travail bibliographique préliminaire à l’exception des sucres phosphatés. Elle n’a cependant pas permis une séparation complète de ces métabolites du fait de la richesse des matrices, malgré des dilutions importantes avant l’injection. Les 16 échantillons de laits de vaches de l’essai d’Omphalius et al. (2019) ont ensuite été analysés en 2019 par une approche sans a priori sur 2657 ions en mode ESI+ et 2256 ions en mode ESI-. Deux analyses statistiques multivariées ont été utilisées : l’analyse en composantes principales (ACP) et l’analyse discriminante partielle par régression des moindres carrés (PLS-DA). Dans cet essai, l’apport d’énergie et l’apport de 3 acides aminés (AA : Lys, Met et His) dans les rations modifiaient significativement les synthèses de protéines (+ 8 % et + 7 %, respectivement), de matières grasses (+ 6 % et + 3 %) et de lactose (+ 7 % et NS). Aucune discrimination des traitements alimentaires (énergie x AA) n’a été mise en évidence en métabolomique, que ce soit avec l’ACP ou la PLS-DA. Pour l’analyse quantitative, nous avons comparé les résultats obtenus par LC-HRMS à l’analyse enzymatique par détermination fluorimétrique (Larsen et al., 2014) ciblée sur 12 métabolites du lait. Seul l’acide citrique présentait une identification non putative par LC-HRMS mais les résultats n’étaient pas corrélés (R2 < 0,1) à ceux obtenus par détermination fluorimétrique. Cette seconde analyse ciblée montrait pourtant que l’apport d’AA augmentait le ratio isocitrate sur citrate à bas niveau d’énergie (interaction) et avait tendance à diminuer la concentration de glucose-6-P et le ratio glucose-6-P sur glucose. En conclusion, l’analyse métabolomique par LC-HRMS en HILIC+/- n’a pas permis une séparation des métabolites d’intérêts telle que celle proposée par Meyrand et al. (2013)