Ruminer sur l'efficacité alimentaire et la physiologie de la digestion

L'Ontario détient le plus haut taux de consommation de maïs de toutes les provinces canadiennes, en utilisant environ 4,1 millions de tonnes de maïs- grain pour l'alimentation animale, dont une partie sert à alimenter 775 000 têtes de bétail. Avec la hausse du coût des aliments pour bétail au cours de la dernière décennie et le fait que 75 % du coût total de production du bœuf de boucherie est alloué à l'alimentation, il est devenu nécessaire pour les producteurs de minimiser ces coûts tout en maintenant la production. La sélection en vue d'avoir un troupeau plus efficace sur le plan alimentaire est un excellent moyen pour les producteurs de réduire le coût des aliments en utilisant moins d'intrants alimentaires. Toutefois, il est bien connu que l'intégration de l'efficacité alimentaire dans les stratégies de gestion est peu pratique à la ferme, puisque la mesure commune (l'indice de consommation net : ICN) reste une méthode longue et coûteuse.

Pour tenter de résoudre ce problème, les chercheurs étudient les « biomarqueurs ». Ce sont des mesures biologiques chez un animal pouvant indiquer d'autres mesures (p. ex., l'efficacité alimentaire). Alors, comment pouvons-nous étudier les biomarqueurs et leurs relations avec l'efficacité alimentaire? Il est connu que les besoins énergétiques diffèrent entre les bovins efficaces et les bovins inefficaces sur le plan alimentaire. De même, quelques bêtes démontrent un meilleur rendement que d'autres lorsqu'ils reçoivent le même régime alimentaire et qu'ils sont logés dans le même environnement. Cela donne à penser qu'il existe des différences individuelles entre les bovins dans la façon de convertir efficacement les aliments en énergie pour le fonctionnement quotidienii. À partir de ce fait, nous avons étudié les paramètres du rumen (figure 1), afin de mieux comprendre son fonctionnement biologique et sa relation avec l'efficacité alimentaire et la santé digestive, et ainsi découvrir des moyens d'améliorer la performance.

Paramètres et mesures du rumen.

Figure 1. Paramètres et mesures du rumen. L'image de gauche montre des papilles ruminales au microscope. L'image en haut au centre montre une préparation de fluide ruminal pour une analyse du profil des acides gras courts. L'image de droite montre des bactéries du rumen au microscope. L'image en bas au centre montre une sonde gastrique utilisée pour mesurer le pH du rumen.

L'expérience

Nous avons utilisé 48 bœufs de boucherie croisés que nous avons nourris avec une ration riche en céréales (78 % de maïs humide), et nous les avons séparés en groupes d'efficacité alimentaire (faible ICN) et d'inefficacité alimentaire (ICN élevé). À l'aide d'une sonde (figure 1, image du bas) placée dans le sac du rumen, nous avons enregistré le pH ruminal pendant 5 à 9 jours (figure 2A). À l'abattage, les organes digestifs ont été enlevés et la sonde a été retirée (figure 2B). Nous avons également recueilli du liquide ruminal pour analyse microbienne et profilage des acides gras courts (figure 2C). Des tissus du rumen ont été prélevés des trois sacs du rumen et préparés à des fins d'analyse microscopique (figure 2D).

A: Bétail pendant l'enregistrement du pH ruminal. B : Organes digestifs retirés lors de l'abattage. C : Échantillons de liquide ruminal. D : Tissu des sacs ruminaux en cours de préparation pour la microscopie.

Figure 2. A: Bétail pendant l'enregistrement du pH ruminal. B : Organes digestifs retirés lors de l'abattage. C : Échantillons de liquide ruminal. D : Tissu des sacs ruminaux en cours de préparation pour la microscopie.

pH ruminal

Le pH ruminal est une mesure de l'acidité du liquide présent dans le rumen et un indicateur de la santé globale et de la fonction digestive. Il est influencé par des facteurs tels que la composition de la ration alimentaire, la diversité microbienne et le taux d'absorption des nutriments (figure 1). La sonde enregistre le pH ruminal en continu toutes les 5 minutes. Après l'abattage, les données ont été organisées en vue de déterminer la durée quotidienne moyenne à l'intérieur d'intervalles de pH spécifiques définis par les conditions digestives (tableau 1). Les données ont révélé que le bétail a passé environ 98 % de son temps au-dessus de l'intervalle du pH d'acidose, indiquant une saine fonction digestive au sein du troupeau.

Tableau 1. Temps (%) au cours d'une journée que les animaux efficaces et inefficaces ont passé dans les intervalles de pH

Condition du rumen
Intervalle de pH
Efficace (% temps/jour)
Inefficace (% temps/jour)
pH d'acidose
pH < 5,59
2,43
2,25
Référence d'une ration riche en céréales
5,60 < pH > 5,99
4,68
5,88
Digestion optimale
6,00 < pH > 6,39
12,27
14,20
pH élevé
pH > 6,40
77,59
76,67

Nous avons également développé un profil du pH ruminal sur une période de 24 heures, lequel a été comparé entre les animaux efficaces et inefficaces (figure 3). Nous n'avons noté aucune différence entre les bovins efficaces et inefficaces pour ce qui est du temps moyen passé dans les intervalles de pH ou dans les variations de pH dans la période de 24 heures. Les profils de pH affichent une variation du pH pendant la journée. Ceci est illustré par les chutes de pH qui surviennent après les repas et attribuables à l'augmentation des acides produits par la fermentation (figure 3).

Graphique qui indique le pH ruminal à la gauche en commençant par 6 et en augmentant par tranches de 0,5 pour atteindre 8 en haut. L'heure de la journée est affichée le long de l'axe horizontal du bas, en commençant par 1 à gauche et en finissant avec 23 à droite. Deux courbes tracées de gauche à droite montrent les groupes efficaces et inefficaces.

Figure 3. Comparaison du pH ruminal horaire moyen sur une période de 24 heures entre les bovins efficaces et les bovins inefficaces.

Analyse du microbiote

Les microorganismes qui vivent dans le rumen constituent le «microbiote» ruminal. La diversité de ces espèces microbiennes est remarquable et unique à chaque animal. La flore est responsable de la fermentation des composants alimentaires, dont les hydrates de carbone, les protéines, les graisses et autres composési organiques. L'analyse microbienne comprend les mesures de la concentration d'espèces microbiennes (bactéries, protozoaires, méthanogènes) par mL de fluide ruminal. Chaque espèce microbienne effectue différents processus pendant la digestion des aliments et crée différents produits terminaux pendant la fermentation. Les espèces microbiennes peuvent différer chez les bovins d'efficacité alimentaire divergente.

Profils des acides gras courts

Les produits terminaux de la fermentation dans le rumen incluent entre autres les acides gras courts. Ces derniers sont absorbés par la paroi du rumen grâce aux papilles et constituent la source d'énergie pour l'animal. Étant donné que ces acides gras représentent jusqu'à 75 % de l'approvisionnement en énergie quotidienne de l'animal, nous avons utilisé la chromatographie gazeuse pour mesurer la concentration totale de tous les acides gras courts, ainsi que les concentrations des principaux acides gras : acide acétique, propionique et butyrique. Notre recherche a révélé que les bovins de boucherie avec une meilleure efficacité alimentaire avaient une teneur totale en acides gras courts supérieure par rapport aux bovins moins efficacesiii, suggérant ainsi que les bovins efficaces digèrent leurs aliments plus efficacement et produisent plus de produits énergétiques à partir de la fermentation.

L'épithélium du rumen

L'épithélium du rumen est le tissu qui tapisse la surface du rumen. Il projette des structures semblables à des feuilles appelées papilles (voir figure 1D). La structure de l'épithélium du rumen subit des changements remarquables pour absorber les sources d'énergie, y compris les acides gras courts issus de la fermentation. Nous avons mesuré l'épaisseur de l'épithélium des papilles du plus grand sac du rumen. Cette mesure est représentée par la distance entre la couche extérieure (couche cornée) et le centre (tissu conjonctif) (image de droite de la figure 4). Selon des études préliminaires, il n'y a aucune différence d'épaisseur des papilles entre le bétail efficace et le bétail inefficace sur le plan alimentaire.

En haut à gauche, image des papilles du rumen à un grossissement de 40X. Image de droite, endroits où 4 mesures de l'épaisseur de l'épithélium des papilles ont été prises à un grossissement de 100X. En bas à gauche, image de la mesure de la couche cornée à un grossissement de 100X.

Figure 4. En haut à gauche, image des papilles du rumen à un grossissement de 40X. Image de droite, endroits où 4 mesures de l'épaisseur de l'épithélium des papilles ont été prises à un grossissement de 100X. En bas à gauche, image de la mesure de la couche cornée à un grossissement de 100X.

Recherche actuelle

Comme l'efficacité alimentaire a été associée à la teneur totale en acides gras courts, nous poursuivons la recherche afin d'approfondir les associations entre l'efficacité alimentaire et d'autres paramètres biologiques. Nous évaluons actuellement la largeur de l'épaisseur des papilles des autres sacs du rumen, ainsi que l'épaisseur de la couche cornée (image en bas à gauche de la figure 4), en raison des recherches antérieures qui ont démontré que les bovins nourris de fourrages avaient une couche cornée plus épaisse comparée aux bovins nourris d'aliments concentrés. En outre, toujours dans le contexte de l'efficacité alimentaire, l'analyse du microbiote et le profilage des acides gras courts des fluides du rumen de génisses nourries de fourrages sont en cours, ce qui va nous permettre de comparer les microbiotes des bovins nourris de concentrés et des bovins nourris de fourrages.

Implications

Notre recherche va accroître notre compréhension de la biologie de l'efficacité alimentaire et des paramètres du rumen. Elle va aussi nous permettre d'étudier les méthodes de contrôle de la santé digestive pour déterminer les moyens de concevoir le rumen en vue d'améliorer les fonctions comme la digestion des aliments, la prévention des maladies digestives et les émissions de gaz à effet de serre.

Remerciements

Nous remercions le soutien financier d'Agriculture Adaptation Council, d'Agriculture et Agroalimentaire Canada, du Beef Cattle Research Council, du Beef Farmers of Ontario et du ministère de l'Agriculture, de l'Alimentation et des Affaires rurales de l'Ontario.

Références bibliographiques

iHungate, R.E. 1966. The rumen and its microbes. Academic Press. New York and London.
iiLam, S.L., Munro, J.C., Cant, J.P., Guan, L.L., Steele, M.A., Miller, S.P., Montanholi, Y.R. Associations of rumen structure, function, and microbiology with feed efficiency in beef cattle. Book of Abstracts of the 66th Annual meeting of the European Federation of Animal Science, Warsaw, Poland 31 August - 4 September. Page 123.
iiiZebeli, Q., Khaiosa-ard, R. 2014. Cattle`s variation in rumen ecology and metabolism and its contributions to feed efficiency. Livestock Science. 66-75.


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