Evolution studies from embryo transfer and in vitro fertilization in Nelore cattle at Brazil / Estudo da evolução das biotécnicas de Transferência de Embriões e Fertilização in vitro na raça Nelore no Brasil

Data from Brazilian Association of Zebu Breeders were used to show the evolution of conventional embryo transfer (ET) and in vitro fertilization techniques between 1997 and 2007 for the Nelore cattle in Brazil. Data from 109.775 conventional embryo transfer and 73.121 ovum pickup (OPU) were used. The embryo transfer supremacy was observed until 2004 when a considerable increase of OPU number over ET occurred. More ET and OPU were carried out in Southeast and Mid-West than in others Brazilian regions. The average number of viable embryo along the analysis period is close to that reported by literature (between 5 and 7 embryos per flushing or OPU session).

Arquivos da Associação Brasileira dos Criadores de Zebu foram utilizados para traçar um panorama da evolução das biotécnicas de transferência de embriões e fertilização in vitro dos anos de 1997 a 2007 para a raça Nelore no Brasil. Registros de 109.775 coletas de embriões e de 73.121 aspirações foram disponibilizadas para análise. Observou-se a supremacia da técnica de transferência de embriões até o ano de 2004 com posterior crescimento da fertilização in vitro. As regiões Sudeste e Centro Oeste se destacaram na execução de ambas as biotécnicas. As médias de embriões viáveis produzidos pelas duas biotécnicas no decorrer dos anos nas regiões do país se encontram próximas as relatadas pela literatura (entre cinco e sete embriões por coleta ou aspiração).

Probability density function of the number of embryos collected from superovulated Nelore breed donors

Several models have been developed to evaluate reproductive status of cows through concentration of progesterone in milk, the effect of sex selection in the commercial production of herds and bioeconomic performance of the multiple ovulation and embryo transfer system in select herds. However, models describing the production of embryos in superovulated females have yet to be developed. A probability density function of the number of embryos collected by donors of the Nelore breed was determined. Records of 61,928 embryo collections from 26,767 donors from 1991 to 2005 were analyzed. Data were provided by the Brazilian Association of Creators of Zebu and Controlmax Consultoria e Sistemas Ltda. The probability density function of the number of viable embryos was modeled using exponential and gamma distributions. Parameter fitting was carried out for maximum likelihood using a non-linear gradient method. Both distributions presented similar level of precision: root mean square error (RMSE) = 0.0072 and 0.0071 for the exponential and gamma distributions, respectively; both distributions are thus deemed suitable for representing the probability density function of embryo production by Nelore females.

Diversos modelos têm sido desenvolvidos para avaliar o estado reprodutivo de vacas por meio da concentração de progesterona no leite, o efeito da seleção do sexo na produção comercial de rebanhos e o desempenho bioeconômico da ovulação múltipla e transferência de embriões em rebanhos selecionados. No entanto, modelos que descrevem a produção de embriões em fêmeas superovulados ainda têm de ser desenvolvidos. Uma função de densidade probabilidade para o número de embriões viáveis recuperados de doadoras da raça Nelore foi determinada. Dados de 61.928 coletas de 26.767 doadoras entre 1991 e 2005 foram analisados. Os resultados foram fornecidos pela Associação Brasileira de Criadores de Zebu (ABCZ) e pela empresa Controlmax Consultoria e Sistemas Ltda.. A densidade probabilidade do número de embriões viáveis foi modelada utilizando as funções exponencial e gama. A determinação dos parâmetros foi executada utilizando o critério de máxima verossimilhança em um método de gradiente não linear. Ambas distribuições permitiram similar nível de precisão: raiz do erro quadrático médio (RMSE) = 0.0072 e 0.0071 para a distribuição exponencial e gama, respectivamente. Tanto a distribuição exponencial quanto a gama foram adequadas para representar a função de densidade probabilidade da produção de embriões para doadoras da raça Nelore.

Probability density function of the number of embryos collected from superovulated Nelore breed donors

Several models have been developed to evaluate reproductive status of cows through concentration of progesterone in milk, the effect of sex selection in the commercial production of herds and bioeconomic performance of the multiple ovulation and embryo transfer system in select herds. However, models describing the production of embryos in superovulated females have yet to be developed. A probability density function of the number of embryos collected by donors of the Nelore breed was determined. Records of 61,928 embryo collections from 26,767 donors from 1991 to 2005 were analyzed. Data were provided by the Brazilian Association of Creators of Zebu and Controlmax Consultoria e Sistemas Ltda. The probability density function of the number of viable embryos was modeled using exponential and gamma distributions. Parameter fitting was carried out for maximum likelihood using a non-linear gradient method. Both distributions presented similar level of precision: root mean square error (RMSE) = 0.0072 and 0.0071 for the exponential and gamma distributions, respectively; both distributions are thus deemed suitable for representing the probability density function of embryo production by Nelore females.

Diversos modelos têm sido desenvolvidos para avaliar o estado reprodutivo de vacas por meio da concentração de progesterona no leite, o efeito da seleção do sexo na produção comercial de rebanhos e o desempenho bioeconômico da ovulação múltipla e transferência de embriões em rebanhos selecionados. No entanto, modelos que descrevem a produção de embriões em fêmeas superovulados ainda têm de ser desenvolvidos. Uma função de densidade probabilidade para o número de embriões viáveis recuperados de doadoras da raça Nelore foi determinada. Dados de 61.928 coletas de 26.767 doadoras entre 1991 e 2005 foram analisados. Os resultados foram fornecidos pela Associação Brasileira de Criadores de Zebu (ABCZ) e pela empresa Controlmax Consultoria e Sistemas Ltda.. A densidade probabilidade do número de embriões viáveis foi modelada utilizando as funções exponencial e gama. A determinação dos parâmetros foi executada utilizando o critério de máxima verossimilhança em um método de gradiente não linear. Ambas distribuições permitiram similar nível de precisão: raiz do erro quadrático médio (RMSE) = 0.0072 e 0.0071 para a distribuição exponencial e gama, respectivamente. Tanto a distribuição exponencial quanto a gama foram adequadas para representar a função de densidade probabilidade da produção de embriões para doadoras da raça Nelore.

Economic optimization of the number of recipients in bovine embryo transfer programs

Purchase and maintenance of recipient females account for a large proportion of the costs and determine the number of calves that can be produced in an embryo transfer program. However, the large variability of embryo production by the donors and the need to purchase and synchronize the recipients before knowing the number of embryos collected make it difficult for the decision maker to identify the ideal number of recipient females to allocate. An ex-ante evaluation to determine the optimal number of recipient females was carried out through a sensitivity analysis for the ratio between the number of recipients and donors in a simulation model. The variability for the number of embryos collected was accounted for by applying the Monte Carlo simulation technique, assuming normal distribution and known values for mean and variance. The simulation considered monthly intervals between collections, during a 24 months program. The effect of embryo freezing on the number of pregnancies was considered by introducing a stock of frozen embryos into the mathematical model. Optimal recipient/donor ratio and the cost per pregnancy were compared for three recipient synchronization protocols (prostaglandin, progesterone - P4 and Ovsynch), based on the expected performance for synchronization, conception and transfer/treated rates for each protocol. Stochastic simulation associated with sensitivity analysis was effective in identifying the optimal donor to recipient ratio. Freezing embryos is effective to reduce the operational costs per pregnancy. The estimated optimal recipient/donor ratio was 20 for prostaglandin and 16.7 for the other protocols. The P4 protocol, although the most expensive, resulted in the lowest pregnancy cost estimation followed by prostaglandin and Ovsynch.

A aquisição e manutenção de receptoras representam grande proporção dos custos e determinam o número de produtos gerados em um programa de transferência de embriões. Entretanto, a grande variabilidade na produção de embriões e a necessidade de adquirir e sincronizar receptoras antes de conhecer o número de embriões na coleta geram dificuldades na identificação do número ideal de receptoras pelo tomador de decisão. Nesse contexto, uma avaliação ex-ante para determinação do número ótimo de receptoras foi realizada por meio de análise de sensibilidade para a razão entre o número de receptoras e de doadoras em um modelo de simulação. Considerou-se a variabilidade no número de embriões coletados aplicando-se a técnica de simulação de Monte Carlo, assumindo-se distribuição normal com média e variância do número de embriões viáveis conhecidos. Consideraram-se coletas e transferências de embriões em intervalos mensais durante um período de 24 meses. O efeito do congelamento de embriões no número de prenhezes foi representado modelando-se a dinâmica de um estoque de embriões congelados. Foram comparados a razão ótima entre receptoras e doadoras e o custo por prenhez de três protocolos de sincronização de receptoras (prostaglandina, Progesterona P4 e Ovsynch) com base em suas respectivas taxas de sincronização, aptidão e prenhez. A simulação estocástica associada com análise de sensibilidade foi efetiva em identificar a razão receptora / doadora ideal. O congelamento de embriões foi efetivo para reduzir o custo por prenhez. A razão ótima de receptoras por doadora foi afetada pelo protocolo de sincronização, sendo de 20 para a prostaglandina e de 16,7 para os demais protocolos. Apesar do maior custo, o protocolo P4 resultou na menor estimativa de custo por prenhez seguido pelo protocolo utilizando prostaglandina e pelo protocolo Ovsynch.

Economic optimization of the number of recipients in bovine embryo transfer programs

Purchase and maintenance of recipient females account for a large proportion of the costs and determine the number of calves that can be produced in an embryo transfer program. However, the large variability of embryo production by the donors and the need to purchase and synchronize the recipients before knowing the number of embryos collected make it difficult for the decision maker to identify the ideal number of recipient females to allocate. An ex-ante evaluation to determine the optimal number of recipient females was carried out through a sensitivity analysis for the ratio between the number of recipients and donors in a simulation model. The variability for the number of embryos collected was accounted for by applying the Monte Carlo simulation technique, assuming normal distribution and known values for mean and variance. The simulation considered monthly intervals between collections, during a 24 months program. The effect of embryo freezing on the number of pregnancies was considered by introducing a stock of frozen embryos into the mathematical model. Optimal recipient/donor ratio and the cost per pregnancy were compared for three recipient synchronization protocols (prostaglandin, progesterone - P4 and Ovsynch), based on the expected performance for synchronization, conception and transfer/treated rates for each protocol. Stochastic simulation associated with sensitivity analysis was effective in identifying the optimal donor to recipient ratio. Freezing embryos is effective to reduce the operational costs per pregnancy. The estimated optimal recipient/donor ratio was 20 for prostaglandin and 16.7 for the other protocols. The P4 protocol, although the most expensive, resulted in the lowest pregnancy cost estimation followed by prostaglandin and Ovsynch.

A aquisição e manutenção de receptoras representam grande proporção dos custos e determinam o número de produtos gerados em um programa de transferência de embriões. Entretanto, a grande variabilidade na produção de embriões e a necessidade de adquirir e sincronizar receptoras antes de conhecer o número de embriões na coleta geram dificuldades na identificação do número ideal de receptoras pelo tomador de decisão. Nesse contexto, uma avaliação ex-ante para determinação do número ótimo de receptoras foi realizada por meio de análise de sensibilidade para a razão entre o número de receptoras e de doadoras em um modelo de simulação. Considerou-se a variabilidade no número de embriões coletados aplicando-se a técnica de simulação de Monte Carlo, assumindo-se distribuição normal com média e variância do número de embriões viáveis conhecidos. Consideraram-se coletas e transferências de embriões em intervalos mensais durante um período de 24 meses. O efeito do congelamento de embriões no número de prenhezes foi representado modelando-se a dinâmica de um estoque de embriões congelados. Foram comparados a razão ótima entre receptoras e doadoras e o custo por prenhez de três protocolos de sincronização de receptoras (prostaglandina, Progesterona P4 e Ovsynch) com base em suas respectivas taxas de sincronização, aptidão e prenhez. A simulação estocástica associada com análise de sensibilidade foi efetiva em identificar a razão receptora / doadora ideal. O congelamento de embriões foi efetivo para reduzir o custo por prenhez. A razão ótima de receptoras por doadora foi afetada pelo protocolo de sincronização, sendo de 20 para a prostaglandina e de 16,7 para os demais protocolos. Apesar do maior custo, o protocolo P4 resultou na menor estimativa de custo por prenhez seguido pelo protocolo utilizando prostaglandina e pelo protocolo Ovsynch.

Mathematical models in ruminant nutrition

Mathematical models can be used to improve performance, reduce cost of production, and reduce nutrient excretion by accounting for more of the variation in predicting requirements and feed utilization in each unique production situation. Mathematical models can be classified into five or more categories based on their nature and behavior. Determining the appropriate level of aggregation of equations is a major problem in formulating models. The most critical step is to describe the purpose of the model and then to determine the appropriate mix of empirical and mechanistic representations of physiological functions, given development and evaluation dataset availability, inputs typically available and the benefits versus the risks of use associated with increased sensitivity. We discussed five major feeding systems used around the world. They share common concepts of energy and nutrient requirement and supply by feeds, but differ in structure and application of the concepts. Animal models are used for a variety of purposes, including the simple description of observations, prediction of responses to management, and explanation of biological mechanisms. Depending upon the objectives, a number of different approaches may be used, including classical algebraic equations, predictive empirical relationships, and dynamic, mechanistic models. The latter offer the best opportunity to make full use of the growing body of knowledge regarding animal biology. Continuing development of these types of models and computer technology and software for their implementation holds great promise for improvements in the effectiveness with which fundamental knowledge of animal function can be applied to improve animal agriculture and reduce its impact on the environment.

Modelos matemáticos podem ser utilizados para melhorar a performance, reduzir os custos de produção, e minimizar a exceção de nutrientes através de melhores estimativas da exigência e utilização de alimentos em vários cenários produtivos. Modelos matemáticos podem ser classificados em cinco ou mais categorias dependendo da sua natureza. Um dos maiores problemas na construção de modelos matemáticos é o nível de agregação das equações. Os passos mais importantes são o estabelecimento do propósito do modelo, determinação da melhor combinação de equações empíricas e teóricas para representar das funções fisiológicas dado a disponibilidade de banco de dados, informações tipicamente encontradas a nível de campo, e os benefícios e riscos associados com o uso do modelo na produção animal. Nesse artigo são discutidos cinco sistemas de alimentação padrão de ruminantes mais utilizados atualmente. Eles compartilham de conceitos de exigência e disponibilidade de energia e nutrientes, mas diferem na estrutura e como esses conceitos são abordados. Modelos animais podem ser utilizados para vários propósitos, entre eles uma simples descrição de observações, estimativa de respostas à diferentes manejos, e caracterização de mecanismos biológicos. Dependendo dos objetivos, várias alternativas podem ser utilizadas na construção do modelo matemático, entre elas, equações algébricas simples, equações de relação puramente estatísticas, ou até modelos mecanicistas e dinâmicos. Esse último favorece o uso da quantidade crescente de informações cientificas relacionadas à biologia animal. O desenvolvimento contínuo desses tipos de modelos juntamente com as inovações computacionais e de softwares permitem avanços na forma de uso dos conhecimentos fundamentais de nutrição animal de forma que a produção animal possa ser melhor explorada ao mesmo tempo reduzindo-se o impacto ambiental.

Mathematical models in ruminant nutrition

Mathematical models can be used to improve performance, reduce cost of production, and reduce nutrient excretion by accounting for more of the variation in predicting requirements and feed utilization in each unique production situation. Mathematical models can be classified into five or more categories based on their nature and behavior. Determining the appropriate level of aggregation of equations is a major problem in formulating models. The most critical step is to describe the purpose of the model and then to determine the appropriate mix of empirical and mechanistic representations of physiological functions, given development and evaluation dataset availability, inputs typically available and the benefits versus the risks of use associated with increased sensitivity. We discussed five major feeding systems used around the world. They share common concepts of energy and nutrient requirement and supply by feeds, but differ in structure and application of the concepts. Animal models are used for a variety of purposes, including the simple description of observations, prediction of responses to management, and explanation of biological mechanisms. Depending upon the objectives, a number of different approaches may be used, including classical algebraic equations, predictive empirical relationships, and dynamic, mechanistic models. The latter offer the best opportunity to make full use of the growing body of knowledge regarding animal biology. Continuing development of these types of models and computer technology and software for their implementation holds great promise for improvements in the effectiveness with which fundamental knowledge of animal function can be applied to improve animal agriculture and reduce its impact on the environment.

Modelos matemáticos podem ser utilizados para melhorar a performance, reduzir os custos de produção, e minimizar a exceção de nutrientes através de melhores estimativas da exigência e utilização de alimentos em vários cenários produtivos. Modelos matemáticos podem ser classificados em cinco ou mais categorias dependendo da sua natureza. Um dos maiores problemas na construção de modelos matemáticos é o nível de agregação das equações. Os passos mais importantes são o estabelecimento do propósito do modelo, determinação da melhor combinação de equações empíricas e teóricas para representar das funções fisiológicas dado a disponibilidade de banco de dados, informações tipicamente encontradas a nível de campo, e os benefícios e riscos associados com o uso do modelo na produção animal. Nesse artigo são discutidos cinco sistemas de alimentação padrão de ruminantes mais utilizados atualmente. Eles compartilham de conceitos de exigência e disponibilidade de energia e nutrientes, mas diferem na estrutura e como esses conceitos são abordados. Modelos animais podem ser utilizados para vários propósitos, entre eles uma simples descrição de observações, estimativa de respostas à diferentes manejos, e caracterização de mecanismos biológicos. Dependendo dos objetivos, várias alternativas podem ser utilizadas na construção do modelo matemático, entre elas, equações algébricas simples, equações de relação puramente estatísticas, ou até modelos mecanicistas e dinâmicos. Esse último favorece o uso da quantidade crescente de informações cientificas relacionadas à biologia animal. O desenvolvimento contínuo desses tipos de modelos juntamente com as inovações computacionais e de softwares permitem avanços na forma de uso dos conhecimentos fundamentais de nutrição animal de forma que a produção animal possa ser melhor explorada ao mesmo tempo reduzindo-se o impacto ambiental.