Mesures de calorimétrie indirecte et quantification de la production de 13CO₂

Les modifications rapides du métabolisme énergétique à l’échelle de l’animal entier induites par des facteurs alimentaires et sanitaires sont difficiles à évaluer à cause de l’inertie du métabolisme et des limitations des méthodologies classiques pour quantifier ces variations rapides. Le développement de la mesure en continu de l’enrichissement isotopique des gaz respiratoires après la perfusion ou l’ingestion d’un nutriment marqué permet de détecter ces changements. De plus, la modélisation de la production de chaleur et du métabolisme énergétique permet de raffiner l’estimation des changements du métabolisme énergétique, de l’oxydation et du dépôt des nutriments à court terme.
Notre objectif était de combiner les mesures de calorimétrie indirecte avec la quantification de la production de 13CO₂ consécutive à l’ingestion de [U-13C]-glucose afin de déterminer les effets d’un challenge sanitaire sur le métabolisme énergétique de porcelets issus de lignées divergentes pour la consommation moyenne journalière résiduelle (CMJR ; Gilbert et al, 2007). La CMJR d’un animal en croissance est calculée par la différence entre sa consommation alimentaire réelle et celle prédite par ses besoins théoriques pour l’entretien et la croissance, sans prendre en compte les besoins liés à des fonctions non productives telles que les réponses inflammatoires et immunitaires.

Une méthode faiblement invasive

L’expérience a été réalisée au cours de deux périodes d’une durée de trois jours, séparées par une journée pour l’induction d’une inflammation par l’injection intraveineuse d’adjuvant complet de Freund (ACF). À chaque période, la production de chaleur et les bilans azotés et énergétiques ont été mesurés sur des porcelets mâles castrés issus de chaque lignée et hébergés individuellement en chambre respiratoire. La production de chaleur a été décomposée entre ses composantes relatives à l’activité physique, l’effet thermique du repas et le métabolisme résiduel à partir de la modélisation de la consommation d’O₂ et de la production de CO₂ (van Milgen et al, 1997).
Le dernier jour de chaque période, nous avons estimé la dynamique de l’oxydation du [U-13C]-glucose alimentaire à partir de l’échantillonnage de l’air extrait de la chambre respiratoire, la mesure en continu de sa concentration en CO₂ et de la détermination par IRMS de son rapport isotopique. Le taux d’oxydation des glucides a été calculé comme le taux de récupération du 13C provenant du glucose marqué afin de calculer la lipogénèse.
Ensuite, le modèle de décomposition de la production de chaleur a été adapté afin de caractériser la cinétique de la production de 13CO₂. Pour cela, nous avons considéré que le glucose marqué alimentait un pool commun de carbone (12C et 13C) utilisable par les voies métaboliques impliquées dans l’effet thermique du repas. Nous avons modélisé ceci en ajoutant un troisième compartiment de mélange du carbone au modèle initial à deux compartiments et nous avons calculé le temps nécessaire pour récupérer sous forme de 13CO₂ la moitié du 13C ingéré à partir de la vitesse de vidange des compartiments.
Les porcelets les plus efficients ont présenté une production de chaleur résiduelle plus faible et ont eu tendance à accroître leur rétention énergétique à cause d’une plus grande rétention d’énergie sous forme de lipides. L’injection  d’adjuvant complet de Freund n’a pas modifié la consommation alimentaire mais a augmenté la rétention énergétique dans les deux lignées. Elle a en revanche diminué l’oxydation du glucose chez les animaux les moins efficients jusqu’au niveau des porcelets les plus efficients (50% en moyenne). Les porcelets les plus efficients ont présenté en revanche une augmentation du temps nécessaire pour récupérer sous forme de 13CO₂ la moitié du 13C ingéré jusqu’à 4,8 h, contrairement aux porcelets les moins efficients (3,8 h). Finalement, le quotient respiratoire calculé comme le rapport entre la production de CO₂ et la consommation d’O₂ a été modifié temporairement le premier jour après l’injection d’ACF et indiquait une diminution de l’intensité de la lipogénèse.

Vers l’alimentation de précision

L’utilisation combinée des chambres respiratoires et des isotopes stables du carbone permet d’étudier les changements à court terme du métabolisme énergétique des animaux d’élevage dans le contexte de l’alimentation de précision. La compréhension de l’alternance des phases anaboliques et cataboliques à une échelle de temps inférieure à la journée contribuera à une meilleure explication de la variabilité individuelle dans les performances de production et la robustesse des animaux.

Valorisation

• Labussière, E., Merlot, E., Thibault, J.-N., Noblet, J., Le Floc'h, N., van Milgen, J. (2013). Nutrient utilization during inflammation differs between pigs selected for differences in feed efficiency. In: Energy and protein metabolism and nutrition in sustainable animal production (p. 401-402). EAAP Publication, 134. Presented at 4th International symposium on energy and protein metabolism and nutrition (ISEP), Sacramento, USA (2013-09-09 - 2013-09-12). Wageningen, NLD : Wageningen Academic Publishers. [lien]
• Labussière, E., Dubois, S., Gilbert, H., Thibault, J.-N., Le Floc'h, N., Noblet, J., Van Milgen, J. (2015). Effect of inflammation stimulation on energy and nutrient utilization in piglets selected for low and high residual feed intake. Animal, 9 (10), 1653-1661. [DOI]

Références bibliographiques

• Gilbert, H., Bidanel, J. P., Gruand, J., Caritez, J.-C., Billon, Y., Guillouet, P., Lagant, H., Noblet, J., Sellier, P. (2007). Genetic parameters for residual feed intake in growing pigs, with emphasis on genetic relationships with carcass and meat quality traits. Journal of Animal Science, 85 (3), 3182-3188. [DOI]
• van Milgen, J., Noblet, J., Dubois, S., Bernier, J.F. (1997). Dynamic aspects of oxygen consumption and carbon dioxide production in swine. British Journal of Nutrition, 78, 397-410. [lien]