Board invited review:The importance of the gestation period for welfare of calves: Maternal stressors and difficult births

The prenatal period is of critical importance in defining how individuals respond to their environment throughout life. Stress experienced by pregnant females has been shown to have detrimental effects on offspring biology in humans and a variety of other species. It also is becoming increasingly apparent that prenatal events can have important consequences for the behavior, health, and productivity of offspring in farmed species. Pregnant cattle may experience many potentially important stressors, for instance, relating to their social environment, housing system and physical environment, interactions with humans and husbandry procedures, and their state of health. We examined the available literature to provide a review of the implications of prenatal stress for offspring welfare in cattle. The long-term effects of dystocia on cattle offspring also are reviewed. To ensure a transparent and repeatable selection process, a systematic review approach was adopted. The research literature clearly demonstrates that prenatal stress and difficult births in beef and dairy cattle both have implications for offspring welfare and performance. Common husbandry practices, such as transport, were shown to influence offspring biology and the importance of environmental variables, including thermal stress and drought, also were highlighted. Maternal disease during pregnancy was shown to negatively impact offspring welfare. Moreover, dystocia-affected calves suffer increased mortality and morbidity, decreased transfer of passive immunity, and important physiological and behavioral changes. This review also identified considerable gaps in our knowledge and understanding of the effects of prenatal stress in cattle. © 2012 American Society of Animal Science. All rights reserved.

BORN AT 27 WEEKS OF GESTATION WITH CLASSICAL PKU: CHALLENGES OF DIETETIC MANAGEMENT IN A VERY PRETERM INFANT

Only few cases of classical phenylketonuria (PKU) in premature infants have been reported. Treatment of these patients is challenging due to the lack of a phenylalanine-free amino acid solution for parenteral infusion. The boy was born at 27 weeks of gestation with a weight of 1000 g (P10). He received parenteral nutrition with a protein intake of 3 g/kg/day. On day 7 he was diagnosed with classical PKU (genotype IVS10-11G>A/IVS12+ 1G>A) due to highly elevated phenylalanine (Phe) level in newborn screening (2800 micromol/L). His maximum plasma Phe level reached 3696 micromol/L. Phe intake was stopped for 4 days. During this time the boy received intravenous glucose and lipids as well as little amounts of Phe-free formula by a nasogastric tube. Due to a deficit of essential amino acids and insufficient growth, a parenteral nutrition rich in branched-chain amino-acids and relatively poor in Phe was added, in order to promote protein synthesis without overloading in Phe. Under this regimen, Phe plasma levels normalized on day 19 when intake of natural protein was started. The boy has now a corrected age of 2 years. He shows normal growth parameters and psychomotor development. Despite a long period of highly elevated Phe levels in the postnatal period our patient shows good psychomotor development. The management of premature infants with PKU depends on the child's tolerance to enteral nutrition. It demands an intensive follow-up by an experienced team and dedicated dietician. Appropriate Phe-free parenteral nutrition would be necessary especially in case of gastro-intestinal complications of prematurity.

Variation de l’expression et de l’activité des 11β-hydroxystéroïde déshydrogénases rénales, cardiaques et placentaires au cours de la gestation de la rate

L’activation du système rénine-angiotensine-aldostérone peut entraîner le développement d’une hypertension artérielle et de la fibrose cardiaque. Toutefois, au cours de la grossesse, malgré une hausse substantielle des niveaux d’aldostérone, ces effets délétères ne sont pas observés. L’aldostérone exerce ses effets via les récepteurs des minéralocorticoïdes, les MR, qui peuvent également lier le cortisol avec une affinité similaire. La régulation des niveaux locaux de ce glucocorticoïde par les 11β-hydroxystéroïde déshydrogénases (11β-HSD) est donc essentielle pour éviter une stimulation inappropriée des MR. Nous suggérons que, durant la grossesse, ces enzymes sont impliquées dans la protection de la mère et du foetus contre les niveaux élevés d’aldostérone et de cortisol. Notre hypothèse de travail est que les mécanismes d’adaptation qui prennent place au cours de la grossesse nécessitent des changements d’expression (ARNm et protéine) et d’activité des 11β-HSD spécifiques selon le tissu. Des rates Sprague-Dawley ont été sacrifiées aux jours 14, 17, 19 et 22 de gestation (terme = jour 23) et leurs organes ont été collectés. Dans le rein, les niveaux protéiques des 11β-HSD sont diminués en fin de gestation. Dans le placenta, on observe une importante chute de l’expression génique et protéique de la 11β-HSD1 au jour 17 tandis que la 11β-HSD2 y est augmentée. L’expression et l’activité de la 11β-HSD2 sont par la suite diminuées jusqu’à terme. Aucune différence significative n’est retrouvée dans le ventricule gauche cardiaque. En conclusion, nos résultats démontrent que la gestation est accompagnée d’importants changements dans le placenta, possiblement pour assurer un développement foetal adéquat, tandis que le rein et le coeur sont peu ou pas affectés. Des études plus approfondies sur l’expression des MR dans ces tissus nous aideront à mieux comprendre l’implication des 11β-HSD au fil de la gestation.

Le remodelage cardiaque lors de la gestation chez la rate : implication du récepteur aux minéralocorticoïdes et altérations par un supplément sodique

La grossesse induit de profonds changements hémodynamiques et métaboliques de l’organisme maternel qui ont des conséquences sur le cœur. L’adaptation du cœur à cette condition physiologique nécessite un remodelage de sa structure et par conséquent des ajustements de sa fonction. Les mécanismes responsables de ces adaptations sont en grande partie inconnus. Cependant, ces connaissances sont essentielles pour la compréhension des complications cardiovasculaires, telle que l’hypertension gestationnelle (HG), qui constituent un risque pour la santé de la mère et du fœtus. Afin de caractériser les adaptations du cœur lors de la grossesse, l’originalité de notre approche expérimentale consistait à étudier le remodelage à l’échelle des cardiomyocytes du ventricule gauche. Ainsi, notre premier objectif était de déterminer les modifications structurales et fonctionnelles des cardiomyocytes chez la rate en vue d’identifier les altérations lors de l’HG. Chez les rates gestantes, le remodelage structural des cardiomyocytes se caractérise par une hypertrophie cellulaire avec une augmentation proportionnelle des dimensions. L’HG a été induite par un supplément sodique (0.9% NaCl) dans la diète. L’inadaptation structurale lors de l’HG se traduit par une diminution du volume cellulaire. L’étude des modifications fonctionnelles a révélé que lors de la gestation le fonctionnement contractile des cellules est dépendant de l’adaptation du métabolisme maternel. En effet, les substrats énergétiques, lactate et pyruvate, induisent une augmentation de la contractilité des cardiomyocytes. Cet effet est plus faible dans les cellules des rates hypertendues, ce qui suggère des anomalies du couplage excitation-contraction, dans lequel les courants calciques de type L (ICa-L) jouent un rôle important. Paradoxalement, le lactate et le pyruvate ont induit une augmentation de la densité des courants ICa-L seulement chez les rates hypertendues. Le récepteur aux minéralocorticoïdes (RM) est connu pour son implication dans le remodelage structuro-fonctionnel du cœur dans les conditions pathologiques mais pas dans celui induit par la grossesse. Notre deuxième objectif était donc de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la morphologie et de la contractilité des cardiomyocytes. Des rates gestantes ont été traitées avec le canrénoate de potassium (20 mg/kg/jr), un antagoniste des RM. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche l’hypertrophie cellulaire. De plus, l’inhibition des RM bloque l’effet du lactate et du pyruvate sur la contractilité. Chez la femme, la grossesse est associée à des changements des propriétés électriques du cœur. Sur l’électrocardiogramme, l’intervalle QTc est plus long, témoignant de la prolongation de la repolarisation. Les mécanismes régulant cette adaptation restent encore inconnus. Ainsi, notre troisième objectif était de déterminer le rôle du RM dans l’adaptation de la repolarisation. Chez la rate gestante, l’intervalle QTc est prolongé ce qui est corroboré par la diminution des courants potassiques Ito et IK1. L’inhibition des RM pendant la gestation empêche la prolongation de l’intervalle QTc et la diminution des courants Ito. Les travaux exposés dans cette thèse apportent une vision plus précise du remodelage cardiaque induit par la grossesse, qui est permise par l’étude à l’échelle cellulaire. Nos résultats montrent que lors de la gestation et de l’HG les cardiomyocytes subissent des remodelages morphologiques contrastés. Notre étude a aussi révélé que lors de la gestation, la fonction contractile est tributaire des adaptations métaboliques et que cette relation est altérée lors de l’HG. Nos travaux montrent que la régulation de ces adaptations gestationnelles fait intervenir le RM au niveau de la morphologie, de la relation métabolisme/fonctionnement contractile et de la repolarisation. En faisant avancer les connaissances sur l’hypertrophie de la grossesse, ces travaux vont permettre d’améliorer la compréhension des complications cardiovasculaires gestationnelles.

Morphological and functional characterization of placenta during gestation in bovine clones derived by somatic nuclear transfer

La technique de clonage par transfert nucléaire de cellules somatiques (SCNT) présente une page importante dans les annales scientifiques, mais son application pratique demeure incertaine dû à son faible taux de succès. Les anomalies placentaires et de développement fœtal se traduisent par des pertes importantes de gestation et des mortalités néonatales. Dans un premier temps, la présente étude a caractérisé les changements morphologiques des membranes fœtales durant la gestation clonée en les comparant à des gestations contrôles obtenues à partir de l’insémination artificielle. Les différentes anomalies morphologiques des placentomes telles que l’œdème chorioallantoique, la présence de zones hyperéchoiques et irrégulières dans la membrane amniotique et la présence de cellules inflammatoires dégénérées compromettent le développement fœtal normal de la gestation clonée. L’examen ultrasonographique représente une technique diagnostique importante pour faire le suivi d’une gestation et de caractériser les changements placentaires dans le cadre d’évaluation globale du bien-être fœtal. Le profil hormonal de trois stéroïdes (progestérone (P4), estrone sulfate (E1S), et œstradiol (E2)) et de la protéine B spécifique de gestation (PSPB) dans le sérum des vaches porteuses de clones SCNT a été déterminé et associé aux anomalies de gestations clonées. Une diminution de la P4 sérique au jour 80, une élévation du niveau de la concentration de la PSPB au jour 150, et une augmentation de la concentration d’E2 sérique durant le deuxième et troisième tiers de la gestation clonée coïncident avec les anomalies de gestation déjà reportées. Ces changements du profil hormonal associés aux anomalies phénotypiques du placenta compromettent le déroulement normal de la gestation clonée et gênent le développement et le bien-être fœtal. Sur la base des observations faites sur le placenta de gestation clonée, le mécanisme moléculaire pouvant expliquer la disparition de l’épithélium du placenta (l’interface entre le tissue maternel et le placenta) a été étudié. L’étude a identifié des changements dans l’expression de deux protéines d’adhérence (E-cadhérin et β-catenin) de cellules épithéliales pouvant être associées aux anomalies du placenta chez les gestations clonées. Le tissu de cotylédons provenant de gestations clonées et contrôles a été analysé par Western blot, RT-PCR quantitatif, et par immunohistochimie. Les résultats présentaient une diminution significative (p<0.05) de l’expression des dites protéines dans les cellules trophoblastiques chez les gestations clonées. Le RT-PCR quantitatif démontrait que les gènes CCND1, CLDN1 et MSX1 ciblés par la voie de signalisation de la Wnt/β-catenin étaient significativement sous exprimés. La diminution de l’expression des protéines E-cadherin et β-catenin avec une réduction de l’activation de la protéine β-catenin durant le période d’attachement de l’embryon peut potentiellement expliquer l’absence totale ou partielle de l’attachement des membranes fœtales au tissu maternel et éventuellement, l’insuffisance placentaire caractéristique des gestations clonées chez la vache. La caractérisation morphologique et fonctionnelle du placenta durant les gestations clonées à haut risque est essentielle pour évaluer le statut de la gestation. Les résultats de la présente étude permettront de prédire le développement et le bien-être fœtal de façon critique à travers un protocole standardisé et permettre des interventions médicales pour améliorer le taux de succès des gestations clonées chez les bovins.

Évaluation ultrasonographique du bien-être foetal bovin en fin de gestation

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Caractérisation des effets et des récepteurs de l'endothéline dans la vasculature utérine lors de la gestation chez la rate

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Réduction d'expansion volumique au cours de la gestation : conséquence sur la circulation utéro-placentaire.

La grossesse est caractérisée par une augmentation du volume circulant maternel et du débit sanguin afin de subvenir aux besoins croissants du foetus. En diminuant l'expansion volumique maternelle, nous avons développé un modèle de restriction de croissance intra-utérine (RCIU) chez la rate dans lequel on observe une diminution du diamètre des artères utérines arquées ainsi qu'une diminution de la réponse à l'angiotensine II. Nous avons émis l'hypothèse que comparativement aux rates normales, les vaisseaux utérins des rates RCIU présentent une dysfonction des mécanismes de relaxation dépendant de l'endothélium lors de la réponse à des agents vasoactifs. Notre objectif était de caractériser l'influence de l'endothélium sur la régulation de la réactivité des artères utérines radiales dans notre modèle RCIU. À l'aide d'un myographe pressurisé, des courbes de concentration-réponse à des agents vasoactifs (Phényléphrine (Pe), Carbachol (Cbc) et Nitroprussiate de sodium (SNP)) ont été effectuées, en présence ou en absence d'inhibiteurs des voies principales de la relaxation dépendante de l'endothélium (monoxyde d'azote (NO), prostacycline (PGI2) et facteurs hyperpolarisants dépendant de l'endothélium (EDHF)). Nous avons ainsi démontré que les artères utérines radiales des rates RCIU ont un diamètre plus petit que celles des rates contrôles. Une utilisation plus grande du NO dans la réponse dilatatrice au Cbc a été observée chez les rates RCIU. De plus, l'inhibition de la voie de l'EDHF par l'ajout de KCl aux inhibiteurs de la voie du NO (L-NAME) et des PGI2 (Ibuprofène) bloque presque complètement la relaxation au Cbc chez les deux groupes. En conclusion, dans les artères utérines radiales des deux groupes, il y a une participation importante de l'EDHF lors de la dilatation au Cbc. De plus, dans notre modèle RCIU, la voie du NO est activée, probablement afin de compenser la diminution du diamètre des artères et la réduction de la perfusion utérine.

Liens entre l'histoire obstétrique, les facteurs de risque nutritionnels et génétiques, la santé mentale périnatale et la durée de la gestation

Problématique : La période périnatale est critique pour la santé et le développement de l’enfant. Les problèmes de santé mentale pendant la grossesse et après l’accouchement peuvent mener à des conséquences néfastes sur le développement de l’enfant et les issues plus tardives de sa santé. Cette thèse se concentre sur deux problèmes de santé mentale périnatale d’intérêt substantiel : le stress psychosocial pendant la grossesse et la dépression postnatale. Méthodes : Dans la première partie, nous donnons un aperçu de la dépression postnatale et effectuons une revue de la littérature portant sur deux facteurs de risque qui suscitent un nouvel intérêt, soit le génotype du transporteur de la sérotonine et l’état des acides gras oméga-3 polyinsaturés. Ensuite, dans le cadre de la deuxième partie, nous effectuons une revue de la littérature sur le stress psychosocial pendant la grossesse et la naissance prématurée, le tout en discutant les mécanismes physiologiques reliant ces deux derniers. Puis, nous examinons les liens existant entre le stress psychosocial et la durée de gestation au sein de la cohorte 3D, une étude longitudinale réalisée au Québec. Pour conclure, nous effectuons une investigation plus détaillée sur les facteurs de risque de l’anxiété liée à la grossesse dans la cohorte 3D, ceci en mettant l’accent sur l’historique des grossesses antérieures. Résultats : Dans la première partie, trois études menées rigoureusement révèlent des associations entre le génotype du transporteur de la sérotonine et la dépression postnatale. De même, les preuves s’accumulent à l’effet qu’une insuffisance en acides gras oméga-3 polyinsaturés soit associée à un risque plus élevé de dépression postnatale. Des données probantes préliminaires suggèrent qu’il pourrait y avoir une interaction entre les deux nouveaux facteurs de risque. Dans la deuxième partie, la littérature montre des liens entre le stress psychosocial pendant la grossesse et la naissance prématurée qui varient selon les dimensions du stress et le moment de mesure de celui-ci. Des associations plus fortes sont généralement trouvées plus tôt durant la gestation, alors que la perception subjective du stress et l’anxiété liée à la grossesse sont les plus étroitement associées à la naissance prématurée. Les voies comportementales, infectieuses, neuroinflammatoires, et neuroendocriniennes sont identifiées comme mécanismes physiologiques potentiels. Dans notre étude sur le stress psychosocial et la durée de la gestation au sein la cohorte 3D, nous avons observé une faible association entre l’anxiété liée à la grossesse au troisième trimestre et la naissance spontanée avant 39 semaines de gestation. Dans notre étude sur l’histoire obstétrique et l’anxiété liée à la grossesse, des liens indépendants ont été observés entre plusieurs issues de grossesses antérieures et l’anxiété liée à une grossesse subséquente. Conclusions : Les données probantes de la première partie soutiennent un programme de recherche ayant pour but de clarifier les liens entre les acides gras oméga-3 polyinsaturés, le génotype du transporteur de la sérotonine et la dépression postnatale. Dans la deuxième partie, nos résultats mettent en lumière l’importance relative du stress psychosocial comme prédicteur de la durée de gestation, tout en faisant une contribution importante pour des méta-analyses futures. Ils suggèrent d’ailleurs de nouvelles pistes de recherche pour les cadres conceptuels liant le stress et les issues de la naissance.

Splanchnic metabolism of dairy cows during the transition from late gestation through early lactation

Blood flow and net nutrient fluxes for portal-drained viscera (PDV) and liver ( total splanchnic tissues) were measured at 19 and 9 d prepartum and at 11, 21, 33, and 83 d in milk ( DIM) in 5 multiparous Holstein-Friesian cows. Cows were fed a grass silage-based gestation ration initially and a corn silage-based lactation ration peripartum and postpartum. Meals were fed at 8-h intervals and hourly (n = 8) measures of splanchnic metabolism were started before ( 0730 h and 0830 h) feeding at 0830 h. Dry matter intakes (DMI) at 19 and 9 d prepartum were not different. Metabolism changes measured from 19 to 9 d prepartum were lower arterial insulin and acetate, higher arterial nonesterified fatty acids and increased net liver removal of glycerol. After calving, PDV and liver blood flow and oxygen consumption more than doubled as DMI and milk yield increased, but 85 and 93% of the respective increases in PDV and liver blood flow at 83 DIM had occurred by 11 DIM. Therefore, factors additional to DMI must also contribute to increased blood flow in early lactation. Most postpartum changes in net PDV and liver metabolism could be attributed to increases in DMI and digestion or increased milk yield and tissue energy loss. Glucose release was increasingly greater than calculated requirements as DIM increased, presumably as tissue energy balance increased. Potential contributions of lactate, alanine, and glycerol to liver glucose synthesis were greatest at 11 DIM but decreased by 83 DIM. Excluding alanine, there was no evidence of an increased contribution of amino acids to liver glucose synthesis is required in early lactation. Increased net liver removal of propionate (69%), lactate (20%), alanine (8%), and glycerol (4%) can account for increased liver glucose release in transition cows from 9 d before to 11 d after calving.

Visceral tissue mass and rumen volume in dairy cows during the transition from late gestation to early lactation

The objectives were to measure the effects of transition and supplemental barley or rumen-protected protein on visceral tissue mass in dairy cows and the effects of transition and barley on rumen volume and liquid turnover. Cows were individually fed a grass silage-based gestation ration to meet energy and protein requirements for body weight stasis beginning 6 wk before expected calving. A corn silage-based lactation ration was individually fed ad libitum after calving. In the visceral mass study, 36 cows were randomly assigned to one of 3 dietary treatments: basal ration or basal ration plus either 800 g dry matter (DM) of barley meal per day or 750 g DM of rumen-protected soybean protein per day. Cows were slaughtered at 21 and 7 d before expected calving date or at 10 and 22 d postpartum. Visceral mass and rumen papillae characteristics were measured. Diets had little effect on visceral mass. The mass of the reticulo-rumen, small intestine, large intestine, and liver was, or tended to be, greater at 22 d postpartum but not at 10 d postpartum before DM intake had increased. Rumen papillae mass increased at 10 d postpartum, perhaps in response to increased concentrates. Mesenteric fat decreased after calving, reflecting body fat mobilization. Ten rumen-cannulated cows were fed the basal gestation ration alone or supplemented with 880 g of barley meal DM. Rumen volumes and liquid dilution rates were measured at 17 and 8 d before calving and at 10, 20, and 31 d postpartum. Feeding barley had no effects. After calving, rumen DM volume and liquid dilution rate increased, but liquid volume did not increase. Changes in gastrointestinal and liver mass during transition were apparently a consequence of changes in DM intake and nutrient supply and not initiation of lactation per se.

Evaluation of the contribution of the placentomal fusion during gestation in cattle

The placenta of mammals is a structure formed by the juxtaposition of the fetal membranes and the maternal tissues. The main function of the placenta is to regulate the physiological interchange between the fetus and the mother as well as to operate as an important endocrine organ during the gestation. The placentomal fusions were characterized throughout gestation of cattle using macroscopic, histological and flow cytometry analyses. Analyzing the cell cycle phases with a flow cytometry, a balance between the G2M phase and apoptosis was observed, suggesting that the placentomal fusions do not interfere in the placentary maturation process, which is a pre-requirement for the fetal-maternal disconnection and the release of fetal membrane. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Can physical exercise during gestation attenuate the effects of a maternal perinatal low-protein diet on oxygen consumption in rats?

A protocol of physical exercise, based on maximal oxygen uptake ((V) over dot(O2max)), for female rats before and during pregnancy was developed to evaluate the impact of a low-protein diet on oxygen consumption during gestation and growth rate of the offspring. Virgin female Wistar rats were divided into four groups as follows: untrained (NT, n = 5); trained (T, n = 5); untrained with low-protein diet (NT+LP, n = 5); and trained with low-protein diet (T+LP, n = 5). Trained rats were submitted to a protocol of moderate physical training on a treadmill over a period of 4 weeks (5 days week(-1) and 60 min day(-1), at 65% of (V) over dot(O2max)). At confirmation of pregnancy, the intensity and duration of the exercise was reduced. Low-protein groups received an 8% casein diet, and their peers received a 17% casein diet. The birthweight and growth rate of the pups up to the 90th day were recorded. Oxygen consumption ((V) over dot(O2)), CO(2) production and respiratory exchange ratio (RER) were determined using an indirect open-circuit calorimeter. Exercise training increased. (V) over dot(O2max) by about 20% when compared with the initial values (45.6 +/- 1.0 ml kg(-1) min(-1)). During gestation, all groups showed a progressive reduction in the resting (V) over dot(O2) values. Dams in the NT+LP group showed lower values of resting (V) over dot(O2) than those in the NT group. The growth rate of pups from low-protein-fed mothers was around 50% lower than that of their respective controls. The T group showed an increase in body weight from the 60th day onwards, while the NT+LP group presented a reduced body weight from weaning onwards. In conclusion, physical training attenuated the impact of the low- protein

Oxidative stress status of highly prolific sows during gestation and lactation

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Quantitative Analysis of Placental Vasculature by Three-Dimensional Power Doppler Ultrasonography in Normal Pregnancies From 12 to 40 Weeks of Gestation

Evaluate the distribution and variation of placental vascular indices according to gestational age and placental volume. From March to November 2007, three-dimensional (3D)-power Doppler ultrasound was performed in 295 normal pregnancies from 12 to 40 weeks of gestation. Using the same preestablished settings for all patients, power Doppler was applied to the placenta and placental Volume was obtained by the rotational technique (VOCAL(TM)). The 3D-power histogram was used to determine the placental vascular indices: vascularization index (VI), flow index (FI) and vascularization-flow index (VFI). The placental vascular indices were then plotted against gestational age and placental volume. All placental vascular indices showed constant distribution throughout gestation. A tendency for a reduction in placental vascular indices with increased placental volume was observed, but was only statistically significant when placental FI was considered (p < 0.05). All placental vascular indices estimated by 3D-power Doppler ultrasonography presented constant distribution throughout gestation, despite the increase in placental volume according to gestational age. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.