Plan de complémentation

Mise en œuvre pratique d’une complémentation en élevage bovin

En élevage bovin, les évolutions de l’agriculture actuelle (monocultures, sélection de races hyperproductrices, sols carencés…) sont à l’origine d’un écart grandissant entre apports en minéraux et besoins des animaux (figure 8), augmentant ainsi la probabilité d’apparition de carences. Par ailleurs, la meilleure connaissance du rôle des oligo-éléments dans les réactions métaboliques entraine une recherche des carences plus fréquente.

Dans un tel contexte, divers outils permettent au vétérinaire, de recommander à ses éleveurs, des méthodes de gestion des carences ou excès en oligo-éléments au sein de son exploitation.

Evaluation des pratiques alimentaires

Vérification de la ration dans son ensemble

Dans un premier temps, il est important de vérifier la ration dans son ensemble. En effet, lorsque l’origine alimentaire d’un trouble est mise en évidence, il convient de vérifier dans un premier temps les éléments majeurs de la ration tels que les apports en énergie, en fibres, en matière azotée… (Arthington, 2003; Chantreau, 2017). Dans ce cas de figure, il convient de vérifier :

  • Le rationnement théorique : c’est-à-dire évaluer les apports calculés pour la ration, mais aussi le système de conception et son adaptation aux stades physiologiques et aux besoins des animaux de l’élevage.
  • La qualité de la ration distribuée : c’est à dire la quantité de fourrages distribués et la composition en minéraux de ces fourrages.
  • La quantité de ration réellement ingérée : en fonction des phénomènes de dominance, des parties de la ration sont « triées » par les bovins et non consommées.
  • La partie réellement valorisée de la ration, c’est-à-dire quelles sont les performances des bovins par rapports à celles théoriquement attendues avec la ration qu’ils reçoivent (Wolter & Ponter, 2013).

Cette même analyse devrait être réalisée lors de suspicion de carence en oligo-éléments. Cependant, cela est rarement fait compte tenu du prix des analyses. C’est la comparaison des quantités distribuées dans la ration et des apports journaliers recommandés qui permet de mettre en évidence les insuffisances de la ration (Guerin, 2010).

Enfin, il a été montré que la très grande majorité des rations distribuées aux ruminants sont déficitaires en minéraux. Cela est d’autant plus marqué pour les oligo-éléments. Il est donc parfois possible de s’intéresser directement à la complémentation en minéraux sans analyser les fourrages (Rollin, 2002).

Les objectifs d’une complémentation minérale sont de :

  • Corriger une carence avérée et réduire les signes cliniques associés,
  • Couvrir les besoins optimums en santé, bien-être et productivité des animaux,
  • Eviter les excès (Rollin, 2016).

Pour cela, des recommandations émises par l’INRA ou encore le NRC existent.Les normes INRA par exemple ont été émises en 1988 et revues en 2010 et incluent une marge de sécurité afin de limiter au maximum les possibilités de dépasser les seuils de toxicité. En effet, certains oligo-éléments ont une action toxique lorsqu’ils sont absorbés en trop grande quantité. Par exemple, lors d’excès de cuivre, une accumulation hépatique de l’élément s’opère suivie d’une libération brutale dans la circulation sanguine. Cela peut entrainer une destruction des globules rouges et une nécrose rénale. De même, le fer, l’iode et le sélénium sont toxiques car ce sont des oxydants puissants (Meschy, 2010). Ainsi, les apports recommandés se situent entre les seuils de carence et de toxicité pour les oligo-éléments et souvent ils sont inférieurs aux quantités optimales pour la santé, le bien-être et la productivité, afin de garder une marge par rapport aux seuils de toxicité (cf figure ci-contre).

Il est important de noter que ces recommandations sont globalement faibles, ne permettant à l’animal d’atteindre qu’un sub optimum en terme de bien-être et productivité.

Ces normes varient en fonction de certains paramètres et, comme le montre la figure ci-dessus, ils sont relativement bas par rapport aux besoins de production des animaux (Rollin, 2016) :

  • Biodisponibilité des minéraux considérés (forme organique ou inorganique, possibilité d’interaction ou non)
  • Productivité des animaux, stress
  • Capacité d’ingestion (baisse en fin de gestation)

 

Les recommandations doivent servir de base pour le calcul de la complémentation par rapport à la ration. Ils sont néanmoins propres à chaque élevage, suivant la ration utilisée et la qualité de celle-ci, surtout vis-à-vis des oligo-éléments. Il est aussi important d’adapter les quantités d’apports en fonction de la présence ou non de certaines substances dans la ration, comme des produits goitrogènes, des thiomolybtates, des nitrates, un éventuel déficit en acides aminés de la ration… (Pin, 2007).

Les carences en oligo-éléments peuvent être de deux sortes :

  • Les carences primaires, qui correspondent à une consommation insuffisante en oligo-éléments, due à un défaut d’apport soit en qualité soit en quantité.
  • Les carences secondaires, qui font suite à la consommation d’un élément qui inhibe l’absorption d’un oligo-élément (Arthington, 2003).

Par la suite, il convient donc de s’intéresser aux pratiques pouvant conduire à des carences primaires et/ou secondaires.

Identification des pratiques à risque de mauvaise assimilation

Les pratiques à risque de mauvaise assimilation correspondent aux pratiques conduisant aux carences secondaires.

Les carences secondaires en cuivre sont relativement fréquentes. Notamment lors d’interactions avec le molybdène, le soufre, ou encore le fer. Les deux premiers éléments inhibent l’absorption du cuivre par captation et complexation du cuivre, formant ainsi des molécules très peu absorbées dans l’intestin et peu biodisponibles. Lorsque les bovins pâturent dans des prairies où l’herbe est trop rase, l’ingestion de terre, dont le fer peut représenter jusqu’à 10% de matière sèche, peut-être à l’origine d’une carence en cuivre (Guerin, 2010). Un excès de soufre, parfois présent dans l’eau par exemple, inhibe aussi l’absorption de sélénium. Ainsi, l’utilisation d’un puit de forage, recueillant les eaux de pluie, ou l’application d’engrais riche en souffre sur les cultures sont deux pratiques à risque de carence en cuivre et en sélénium (Arthington, 2003).

Tout phénomène à l’origine d’une altération du transit digestif peut être à l’origine d’une carence secondaire en oligo-éléments, par baisse de son absorption digestive. Ainsi par exemple, une diarrhée chronique non traitée peut être à l’origine de carences (Graham, 1991).

Identification des pratiques à risque de mauvaise complémentation

La très grande majorité des fourrages est carencée en oligo-éléments, on comprend donc que l’absence de complémentation minérale représente une pratique à risque de carence importante (Rollin, 2002).

Cependant, dans la plupart des travaux de nutrition animale, la majorité des recherches portent sur les éléments majeurs de la ration tels que les protéines digestibles, l’énergie ou encore la matière azotée ; puis dans un second temps sur le calcium et le phosphore  et enfin, peu d’entre elles portent sur les oligo-éléments. Les recommandations dans ce domaine se limitent donc souvent à l’utilisation d’un produit commercial contenant des oligo-éléments. Cependant, ce produit ne doit pas représenter un coût trop important tout en étant de bonne qualité, c’est-à-dire être suffisamment biodisponible pour les bovins (Adams, 1975; Meschy, 2010).

Evaluation des formes d’apport

Les galéniques disponibles

Dans un second temps, il est intéressant de savoir quel est le mode de distribution et si les apports sont plutôt maitrisés, avec un mode de distribution individuel et mesuré, ou plus aléatoires, avec une mise à disposition ad libidum des minéraux. Le tableau ci-dessous reprend les différentes formes macroscopiques disponibles pour les éleveurs. Lors de la mise en place d’une complémentation et notamment lors du choix de la forme galénique, il est important de considérer aussi la taille du troupeau, le type de bovins (laitiers/allaitants) et les contraintes en termes de temps et main d’œuvre pour l’éleveur. En effet, une complémentation par voie indirecte (eau de boisson, mélange à la ration) est souvent préférable à une absence de complémentation, bien que les apports individuels soient moins bien précisément connus (Meschy, 2010).

La forme et la fréquence des apports en oligo-éléments influencent fortement leur biodisponibilité. Cette dernière notion correspond à la proportion effectivement active dans l’organisme et métabolisée par rapport à la quantité d’élément absorbée. Cela correspond donc à la partie valorisée de la ration, pour les oligo-éléments.

Ainsi, l’excrétion des oligo-éléments augmente lorsque les apports augmentent. Si on prend l’exemple de minéraux distribués avec la ration, les quantités apportées sont relativement importantes pour pouvoir couvrir les besoins, mais la fréquence est faible : seulement deux fois par jour. Les mécanismes d’absorption sont alors rapidement saturés et une partie non négligeable des apports est directement éliminée. 

Même si la quantité distribuée semble suffisante pour répondre aux besoins des animaux, la quantité absorbée est trop faible – du fait du mode de distribution. A l’inverse, une même quantité distribuée sur une durée plus importante, comme des dispositifs à libération continue par exemple, sera mieux absorbée par l’animal et donc mieux valorisée (Spears, 2014).

On comprend ainsi que la quantité d’oligo-éléments apportée dans la ration n’est pas une donnée suffisante. De plus, la biodisponibilité d’un élément suppose que celui-ci a été non seulement absorbé, mais aussi transporté jusqu’au tissu cible et qu’il y a effectué son action. Or, des interactions existent entre les différents composants de la ration et la vitesse du transit, l’état du tube digestif, le stade physiologique de l’animal sont parmi les facteurs influençant l’absorption des éléments par la barrière intestinale. La notion d’utilisation métabolique (figure ci-dessous) permet de décrire les apports, l’absorption, la biodisponibilité, le métabolisme et l’élimination des oligo-éléments (Arnaud & Belleville-Nabet, 1995).

La solubilité des oligo-éléments est un autre paramètre important influençant leur biodisponibilité. Celle-ci varie avec la forme biochimique apportée, et peut influencer sur les durées de délitement des dispositifs à effet retard.

Les formes chimiques d’apport

Nous avons rappelé les différentes formes macroscopiques sous lesquelles se trouvent les oligo-éléments. Cependant, bien que cette forme ait une grande importance dans la biodisponibilité des éléments minéraux, il ne faut pas oublier de prendre en compte leur forme chimique. En effet, toutes les sources d’oligo-éléments ne peuvent être exploitées de manière identique par les animaux : elles peuvent être totalement assimilées et utilisées par l’animal, partiellement, ou totalement éliminées, faisant ainsi varier leur biodisponibilité (McDowell 2003).

Il existe de nombreuses formes chimiques d’apport en oligo-éléments, qui peuvent être réparties en deux groupes : les sels inorganiques et les sels organiques. Depuis la fin des années 90, une troisième catégorie existe : les hydroxy oligo-éléments.

Les sels inorganiques

Il s’agit d’un élément minéral et d’un ligand non-carboné. Ce sont les premières formes mises mis sur le marché, dans les années 50. Ce groupe est constitué de :

  • Sulfates (SO42-)
  • Chlorures (Cl-)
  • Carbonates (CO3-)
  • Oxydes (O2-)

Parmi ces formes inorganiques, les sulfates sont les plus assimilables pour les animaux. Les sels inorganiques sont largement utilisés de nos jours, à la fois pour prévenir les carences, mais aussi comme solution curative lorsque la carence est avérée. Les bactéries du rumen exercent une action forte sur la dégradation et l’absorption des carbonates et des oxydes. La pureté, variable selon les sources de minéraux utilisées, est un élément important influençant la biodisponibilité d’un élément. Par ailleurs, la biodisponibilité des sels inorganiques peut être fortement impactée par la présence de substances antagonistes, diminuant ainsi le métabolisme de certains éléments. Moins sensibles à ces interactions, les formes organiques sont souvent préférées car la biodisponibilité est alors plus importante, malgré un prix un peu plus élevé (Spears, 2013).

Les sels organiques

An inorganic salt is composed of a mineral element and a carboned ligand. It is either complexes, artificially synthetized, made of organic elements and metal ion, or complexes produced by yeasts. They have been developed in the 70s, in addition to inorganic forms, in order to enhance bioavailability. There are :

  • Proteinates, complexes made of amino acids and metal ion,
  • Chelates of only one amino acid with a metal ion,
  • Polysaccharides complexes,
  • Malate, fumarate and citrate, but are very little used in animal feed as very expensive,
  • Selenium yeasts, only for Selenium.

The main objective of supplementation under organic form is to increase bioavailability of trace elements supplied. This can be done thanks to a covalent bond between the ligand and the mineral element. This bond would give to the mineral a better resistance in the digestive tract.

Hydroxyanalogue forms

A hydroxy trace element is composed of a mineral element, bonded to a hydroxyl goup and a chloride group by covalent bonds. These are usually elements that are not soluble in water. Therefore, they are non-hygroscopic and less reactive to sulphates. Furthermore, by improving bioavailability of trace elements, the quantity excreted in the environment through faeces are less important. Likewise, their low solubility to pH of the rumen, allows to reduce impact on the rumen microorganisms. Indeed, the cattle needs in trace elements are higher than those from the rumen microorganisms. However, if concentrations that are too high, especially in Zinc and Copper, can be responsible for a deterioration of the rumen microorganisms ((Intellibond), 2013).

The type of salts used does not only determine trace elements bioavailability. For instance, supply of organic or inorganic forms determines the speed of disintegration of boluses from a galenic point of view. A bolus mainly made of organic salts with have a shorter disintegration time than a bolus manly made of inorganic salts.

Therefore, the idea is, for the manufacturer, to find the right balance between the disintegration time/desired length of action and the composition.

Assessment of the trace elements status of the animals

To assess cattle’s assimilation of trace elements of their ration makes it possible to assess the effective intake of the ration. The status in trace elements can be obtained through different samples: blood, milk, saliva or animal tissues.

Blood sample

Blood status in trace elements can be obtained in several ways :

  • Direct, by measuring the plasmatic concentrations of the elements,
  • Indirect, by assessing the activity of certain enzymes or hormones of which the functioning and concentration depend on specific trace elements,
  • Indirect, by measuring concentration of certain metabolites which accumulate during deficiencies (table on the right, according to Herdt & Hoff 2011)

Direct measurement is not possible when there are clinical signs, which means the deficiency is quite serious (figure below). Nowadays, breeders are more and more willing to identify deficiencies when those are subclinical and before they have an economic impact. These indirect measures are no longer enough. Furthermore, measures of this types require a different technic of analysis for each trace elements. This is the reason why the price is significantly higher as if we were measuring the total plasmatic concentrations in trace elements.

Measurement of plasmatic concentrations in trace elements is the reference method the most used as the easiest to technically execute. This is also a standardised method and thus easy to repeat. Moreover, the lastest technical innovations, such as dosage by plasma torch couples with mass spectrometry (ICP/MS), made it possible to reduce farmer’s costs, obtain rapid and precise results (Chappuis & Poupon, 1991; Lumet & Negriolli, 2007). Howevere, it has been shown that plasmatic concentrations in trace elements could be influenced by feed intake, homeostasis, physiological stage or age (Herdt & Hoff, 2011).

When the objective is to determine a plasma profile of livestock in trace elements, it is relevant to select animals at random in herds, but should represent best the herd. Indeed, it increases the impact of the predictive values of the analyses and the random selection makes it possible to reduce individual variations, especially those related to the physiological stage (Herdt, 2000; Siliart, 2014). However, it is important to not sample them when thy are too young, less than 2 months, neither in the month before or after calving, as the variations in minerals during theses periods are very high and not representative of the global status of the herd. Moreover, the sampled animals have to be clinically healthy, as trace elements status are very affected by different diseases – for instance, steric concentrations in Copper increase during the inflammatory process (Herdt & Hoff, 2011).

The optimum number of animals to sample corresponds to 10% of the total number of cows of the herd. But it also depends on the objective of the analysis: estimate the average concentrations in trace elements of the herd, assess a deficiency prevalence or highlight it. The minimum number of animals to sample varies from 4 to 12 depending on the authors (Herdt & Hoff, 2011; Kincaid, 1999; Oetzel, 2004). In order to lower the costs, sometimes pooled samples from several animals can be taken. Then, between 5 and 20 animals can be samples depending on the authors, and group average values can be compared to reference values of this group. However, when dosing glutathione peroxidase for the assessment of Selenium, the number of individuals to sample would be of 5 maximum. Beyond, the obtained value for the mix would statistically be too different from the average value of the individuals (Pitel, Besnier, Reisdorffer, Defontis, & Richard, 2014). However, the use of pooled samples to assess a herd’s status is subject to controversy. Indeed, blood sample of a mix hides heterogeneity of status between animals. Moreover, just one extreme value can significally change the results. Thus, only very high or very low results could be interpreted (Guyot & Rollin, 2007; Siliart, 2014).

Finally, during blood tests, it is relevant to choose the right sample tube. Indeed, tubes made of glass or those with a rubber cork are at risk to contaminate the sample, favouring hemolysis or by artificially increasing Zinc level. It is recommended to sample on EDTA K2 tubes, specifically treated on the cork to make trace elements dosage possible.

 

 These tubes are supplied by Vétalis to all veterinarians who request it.

Sample of tissues

These samplings allow an access to different trace elements stocking organs. Therefore, liver biopsy gives a direct assessment of Copper, Iron and Cobalt stock. Even though this sample is relatively easy and quick to do, it is more expensive and slower than a blood sample. This is why it is not often used in Europe.

During a longer fast, stress, inflammations or infections – even starting – quantities of trace elements stocked change. This happens before apparition of any clinical sign or any variation of plasma concentrations (Suttle, 2010). This is why, when sampling is possible, biopsies can be worth it to carry out – even more in clinical context (Herdt & Hoff, 2011). Finally, chronic exposure to high doses of minerals causes their accumulation in the stocking organs, quite often without increasing their plasma levels. Therefore, biopsies make possible to objectify intoxication before clinical consequences appear (Auza, 1983).

Milk samples

For Iodine and Selenium, excreted amounts in the milk reflect the short-term status of the animal. The analysis can be done on either one individual or on the milk from the tank. However, it is important to make sure that the contaminated milk by erythrocytes hasn’t been put in the mixed milk. This would distort the Selenium value (Guyot, Saegerman, Lebreton, Sandersen, & Rollin, 2009).

However, Iodine cannot be sampled on the colostrum as it contains three to five times more Iodine than the milk. Moreover, when using iodine-based products, this sampling is useless as the products artificially increase the iodine level measured (Meschy, 2010).

Other samples

Urinary and hair profiles could seem interesting at first sight because easy to do for many people. However, they are not the most relevant samples. Indeed, urinary concentrations in trace elements are not correlated to blood concentrations: when feed supplies increase, urine elimination also increases. Furthermore, urine excretion depends on the trace element and on the intake type. For instance, Selenium renal excretion is increased when the latter is supplied in the inorganic form compared to an organic supply. In general, when there is no kidney damage, trace elements in urine come from an excessive supply or a sudden weight loss (Guyot & Rollin, 2007; Siliart, 2014).

Hair concentrations highly vary depending on the colour: black hair is richer in Zinc, red hair is richer in Copper. Moreover, these concentrations are lagging indicators of a possible deficiency. Finally, hair is very often contaminated by the external environment (when friction against the fence for example) and dust. Therefore, hair concentrations in trace elements depend more of the hair colour, the age of the animal and the external environment than of his status (Meschy, 2010; Siliart, 2011, 2014).

Thus, urine or hair samples are not suitable for assessing the trace element status of cattle.