Optimization of post-cervical insemination in gilts and development of a new method of deep intra-cervical insemination based on the study of the reproductive system

Abstract

La inseminación artificial (IA) ha evolucionado en las últimas décadas desde una IA cervical (CAI) hacia una inseminación más profunda, denominada IA post-cervical (PCAI). Con esta nueva técnica se ha conseguido reducir la concentración espermática en las dosis seminales, obteniendo los mismos resultados productivos que con CAI, lo que conlleva importantes ventajas económicas. Sin embargo, hasta la fecha, PCAI solo se utiliza en cerdas de más de un parto (primíparas y multíparas), pero no es así en cerdas sin ningún parto (cerdas nulíparas). Por lo tanto, el objetivo principal de este estudio fue evaluar la validez actual del método PCAI en hembras nulíparas y posibles variantes que mejoren su eficiencia, así como el estudio de otras alternativas basadas en las características anatómicas del cuello uterino de este tipo de cerdas. En el artículo 1, se observó que la eficiencia de los dispositivos actuales de PCAI aplicados en cerdas nulíparas era muy reducida (23.1%) respecto al 95% alcanzado en cerdas multíparas. Las cerdas que no pudieron ser inseminadas en un primer intento fueron sometidas a diferentes tratamientos previos al siguiente intento de aplicación PCAI (Hidrocloruro de Vetrabutina-VC; diluyente atemperado-WE a 44.9 ± 2.1 ºC) con el fin de obtener una relajación de la musculatura presente en el cérvix y facilitar el paso del dispositivo de PCAI. Los resultados mostraron una tasa de éxito para el grupo VC del 34.2% frente al 23.8% del grupo WE. En el siguiente ensayo, se diseñaron dos nuevos dispositivos de PCAI con dimensiones más reducidas adaptadas a las cerdas nulíparas. Un primer dispositivo (GpC1) formado por un catéter multianillas de menor diámetro (16 mm) que el usado en cerdas multíparas, pero con la misma cánula interna. El segundo diseño de dispositivo (GpC2) consistió en el mismo catéter multianillas del grupo GpC1, pero con una cánula interna de menor diámetro (2.5 mm). Los resultados obtenidos mostraron un mayor éxito de aplicación para el grupo GpC2 que para el GpC1 (60.3% vs. 37.0%, p <0.05), pero en ambos casos se mejoró la técnica con respecto al dispositivo PCAI de multíparas. En el artículo 2 se estudiaron las diferencias anatómicas e histológicas entre el aparato reproductor de una cerda multípara y nulípara. Se observó que la longitud del cérvix y la sección transversal del cérvix (parte craneal del útero) en cerdas multíparas era superior que en cerdas nulíparas. En cuanto al análisis histológico del cérvix, se observó un mayor contenido de tejido conectivo y menor cantidad de fibras musculares en cerdas multíparas que en cerdas nulíparas. Además, en el estudio morfológico interno del canal cervical, que se realizó mediante inyección ex vivo de silicona en el cérvix, se observaron diferencias significativas entre cerdas nulíparas y multíparas. En el artículo 3, y en base a los datos obtenidos en los experimentos anteriores, se diseñó un nuevo dispositivo para inseminación en cerdas nulíparas, denominado Inseminación Artificial Profunda-Cervical (Dp-CAI), formado por un catéter cervical multianillas con un diámetro de 17 mm y una cánula interna de 65 cm de longitud y 3 mm de diámetro. Se observó un porcentaje de éxito del 88.9% con el nuevo dispositivo Dp-CAI. En cuanto a los resultados reproductivos, no se observaron diferencias significativas entre las dos metodologías de inseminación (CAI vs. Dp-CAI), aun utilizando dosis seminales reducidas en Dp-CAI. En conclusión, se ha mostrado que existen diferencias anatómicas e histológicas entre cerdas nulíparas y multíparas, lo que dificulta la aplicación de PCAI, por lo que el diseño de nuevos dispositivos de IA cervical profunda adaptados a las cerdas nulíparas reduce la concentración espermática y el volumen de las dosis seminales sin menoscabar en los rendimientos productivos.

Artificial insemination (AI) has evolved in recent decades from cervical AI (CAI) to deeper insemination, called post-cervical AI (PCAI). With this new technique, it has been possible to reduce the sperm concentration in the seminal doses, obtaining the same productive results than using CAI, which entails important economic advantages. However, PCAI is only used in sows with more than one farrowing (primiparous and multiparous), but this is not the case in females without any farrowing (nulliparous). Therefore, the main objective of this study was to evaluate the current validity of the PCAI method in nulliparous females and possible variants that improve its efficiency, and the evaluation of other AI alternatives based on the anatomical characteristics of the cervix of this type of female. In article 1, it was observed that the efficiency of current PCAI devices applied in nulliparous females was very low (23.1%) compared to 95% achieved in multiparous sows. The animals that could not be inseminated in a first attempt were subjected to different treatments (Vetrabutin Hydrochloride-VC; tempered diluent-WE at 44.9 ± 2.1 ºC) before the next PCAI attempt to obtain a relaxation of the cervical canal and facilitate the passage of the PCAI device. The results showed a success rate for the VC group of 34.2% compared to 23.8% for the WE group. In the next trial, two new PCAI devices were designed with smaller dimensions adapted to nulliparous females. A first device (GpC1) consisting of a smaller multi-ring catheter diameter (16 mm) than multiparous device, but with the same internal cannula. The second device design (GpC2) consisted of the same multi-ring catheter from the GpC1 group, but with a smaller inner cannula diameter (2.5 mm). The results obtained showed a greater application success for the GpC2 group than for the GpC1 (60.3% vs. 37.0%, p <0.05), but in both cases the technique was improved concerning the multiparous PCAI device. In article 2, the anatomical and histological differences between the reproductive system of a multiparous and nulliparous females were studied. The length of the cervix and the cross-section of the cervix (cranial part of the uterus) were found to be greater in multiparous sows than in nulliparous. Regarding the histological analysis of the cervix, a higher content of connective tissue and less amount of muscle fibres were observed in multiparous sows than in nulliparous. Also, in the internal morphological study of the cervical canal, which was performed by ex vivo silicone injection in the cervix, significant differences were observed between nulliparous and multiparous females. In article 3, and based on the data obtained in the previous experiments, a new device for insemination in nulliparous animals was designed, called Deep-Cervical Artificial Insemination (Dp-CAI), formed by a multi-ring cervical catheter with a diameter of 17 mm and an inner cannula of 65 cm length and 3 mm in diameter. A success rate of 88.9% was observed when the new Dp-CAI device was used. Regarding reproductive results, no significant differences were observed between the two insemination methodologies (CAI vs. Dp-CAI), even using reduced seminal doses in Dp-CAI. In conclusion, it has been shown that there are anatomical and histological differences between nulliparous and multiparous females, making it difficult to apply PCAI in nulliparous animals, so the design of new deep cervical AI devices adapted to nulliparous animals reduces the sperm concentration and the volume of the seminal doses without impairing the final reproductive performance.