Productive output of post-cervical insemination in porcine : study of sperm selection in the female genital tract through backflow analysis = Rendimiento productivo de la inseminación post-cervical en la especie porcina : estudio de la selección espermática en el tracto genital de la hembra a través del análisis del reflujo

Abstract

El objetivo principal de este trabajo fue el estudio y rentabilidad de la aplicación de la inseminación post-cervical en granja así como el estudio de la influencia de distintas poblaciones espermáticas con diferentes características en su selección en el útero de la cerda; para ello se analizaron los espermatozoides que fueron expulsados en el reflujo tras la inseminación y aquellos que llegaron a la unión útero-tubárica. Los resultados se reflejan en la publicación de cuatro artículos. En el artículo I, los resultados mostraron que la aplicación de inseminación post-cervical tiene unos rendimientos reproductivos similares o superiores que la inseminación cervical, siendo los rendimientos mayores cuando se inseminan cerdas con 2-3 o ≥6partos.Al mismo tiempo se realizó un estudio económico detallado de la aplicación de la inseminación post-cervical en granja, siendo éste sustancialmente beneficioso al aplicar dicha técnica en comparación con la inseminación tradicional. Además, se pudo observar que tanto el volumen (%) como el número de espermatozoides (%) en el reflujo eran superiores cuando se utilizaba la inseminación cervical en relación a la post-cervical. Por otro lado, la calidad espermática se encontraba reducida en aquellos espermatozoides recogidos en el reflujo comparados con la dosis seminal inicial. En el artículo II, se evaluó la influencia de diferentes niveles de motilidad espermática en la dosis de inseminación sobre el % de cerdas con reflujo, el volumen (%), concentración espermática (%) y tipo de espermatozoides (%) (basados en sus características mótiles) recolectados en el reflujo a diferentes tiempos tras la inseminación post-cervical. Los resultados mostraron que no había diferencias en el % de cerdas que presentaban reflujo independientemente de la dosis de inseminación recibida (motilidad baja, media o alta). De la misma manera no se observaron diferencias en relación al volumen (%) y número de espermatozoides (%) entre los diferentes grupos experimentales a los distintos tiempos de recogida. Sin embargo, el % de espermatozoides de media o baja motilidad recolectados en el reflujo eran mayores que si presentaban una motilidad alta. Este hecho se observó a partir de los 16 minutos tras la inseminación, indicando un proceso de expulsión de espermatozoides aleatorio en los primeros momentos tras la inseminación (0-15 min) mientras que entre los 16-60 minutos, la eliminación espermática se correspondía a un proceso selectivo descartando en mayor medida espermatozoides con una capacidad mótil disminuida. En el artículo III, se evaluó la diferencia morfométrica entre los espermatozoides recolectados en el reflujo y en los que se encontraron en la unión útero-tubárica con aquellos que conformaban la dosis seminal de inseminación. Los resultados mostraron que el reflujo está formado por poblaciones espermáticas con una determinada dimensión y forma, siendo los de un tamaño de cabeza y longitud del flagelo menor los que tienden a ser encontrados en el reflujo. Además se comprobó que ni el fluido uterino, ni la alteración de acrosomas ni la osmolaridad estaban implicados en los cambios morfométricos. Por otro lado, se observó que el lugar de deposición espermático influía en el tamaño del espermatozoide que se recolectaba en el reflujo. Además, los datos obtenidos muestran que los espermatozoides que alcanzan la unión útero-tubárica presentan la misma longitud del flagelo que aquellos presentes en la dosis inicial de inseminación. En el artículo IV, barajamos la hipótesis de que los espermatozoides con morfoanomalías podían ser descartados o modificados por el ambiente uterino tras la deposición en el tracto genital de la hembra. Los resultados mostraron un mayor % de espermatozoides con morfoanomalías en el reflujo que en la dosis seminal y prácticamente la totalidad de la población espermática que colonizaba la unión útero-tubárica presentaban una morfología normal. Por otro lado, se observó que el fluido uterino no tenía ninguna influencia en cambios morfológicos de los espermatozoides eyaculados, sin embargo, cuando el fluido uterino se incubó con espermatozoides epididimarios se produjo una drástica reducción de las morfoanomalías. En conclusión, la presente tesis doctoral muestra que la inseminación artificial post-cervical es una técnica viable para su uso en las granjas. De hecho las ventajas obtenidas tanto a nivel reproductivo como económico son claras, siendo su implementación y aplicación a nivel de campo unarealidad. Por otro lado, se ha comprobado que los eyaculados son poblaciones heterogéneas con diversas características de motilidad, morfología y morfometría, y que estas particularidades propias de cada espermatozoide, influyen en su interacción con el tracto genital de la hembra una vez que son depositados. La mayor parte de los espermatozoides son eliminados en su trayecto hacia el lugar de fecundación, y esa discriminación parece ser un proceso selectivo o debido a modificaciones de algunas de las características propias del espermatozoide que sufren en su interacción con el útero.

The main objective of this work was to study the viability of applying post-cervical insemination on the farm, as well as to the study the influence of different spermatozoa populations - with different characteristics - on the selection that takes place in the sow uterus; for this we analyzed spermatozoa which were expelled in the reflux after insemination and those which did reach the utero-tubal junction. In article I, the results showed that the use of post-cervical insemination produces a very similar or even higher reproductive yield than cervical insemination, the yield being much higher when inseminating sows with 2-3 or ≥6 births. At the same time, a detailed economic study of post-cervical insemination on the farm showed that this method produced substantially greater benefits than traditional insemination. Moreover, we were able to observe that the volume (%) as well as the number of spermatozoa (%) in the reflux was higher when using cervical insemination compared to post-cervical. On the other hand, the sperm quality was lower in those spermatozoa collected from the reflux compared to the initial insemination quality. In article II, we evaluated the influence of different levels of sperm motility in the insemination dose on the percentage of sows with reflux, the volume (%), sperm concentration (%), and type of spermatozoa (%) (based on the motility characteristics) collected from the reflux at different times after post-cervical insemination. The results showed that there were no differences in the % of sows which had reflux, regardless of the insemination dose received (low, medium or high motility). In the same way, there were no observable differences as regards the volume (%) and number of spermatozoa (%) between the different experimental groups at different times of collection. However, the % of spermatozoa of medium or low motility collected in the reflux was higher than those of higher motility. This observation was made 16 minutes after insemination, indicating the expulsion of random spermatozoa in the first moments following insemination (0-15 min), while at 16-60 minutes sperm elimination was a selective process, whereby spermatozoa with a low motility were expelled. In article III, we evaluated the morphometric differences between spermatozoa collected in the reflux and utero-tubal junction and those that formed the initial insemination dose. The results showed that the reflux was formed of sperm populations with a certain size and shape, mainly those with a small head and flagellum. It was also demonstrated that the uterine fluid, acrosome alteration and osmorality were not involved in these morphometric changes. On the other hand, we observed that the sperm deposition place was related with the size of the spermatozoa collected during reflux. Moreover, the data obtained showed that spermatozoa which reached the utero-tubal junction had the same length as those in the initial insemination dose. In article IV, we considered the hypothesis that the spermatozoa with morphoanomalies could be eliminated or modified by the uterine environment after deposition in the female genital tract. The results showed a higher % of spermatozoa with morphoanomalies in the reflux than in the seminal dose, while practically the whole spermatozoa population which colonized the utero-tubal junction had a normal morphology. Moreover, it was seen that the uterine fluid had no effect on the morphological changes that occurred in the ejaculated spermatozoa, although when the uterine fluid was incubated with epididymal spermatozoa, there was a drastic decrease in the number morphoanomalies. In conclusion, this PhD thesis shows that post cervical artificial insemination is a viable technique for use in farms, where the advantages are clear from both reproductive and economic points of view. Indeed, its implementation and application on farms is firmly established. Furthermore, we demonstrate that ejaculations are heterogeneous populations with a diverse motility, morphology and morphometry, and that these particularities - characteristics of each spermatozoon - influence any interaction with the genital tract of the female once deposited. Most spermatozoa are eliminated during their journey to the site of fecundation in what seems to be a selective process of discrimination or due to modifications in some of the characteristics of each individual spermatozoon as it interacts with the uterus.