L'ovulation, processus fondamental de la reproduction chez les mammifères, est l'émission du gamète femelle, précédée d'un comportement spécifique appelé œstrus. La maîtrise du moment de l’ovulation chez les mammifères d’élevage permet d’améliorer la fertilité et la gestion des mises bas. Cet article explore les différents aspects de l'ovulation induite chez les animaux, en abordant les mécanismes physiologiques, les espèces concernées et les applications pratiques.
Comprendre l'œstrus : phase comportementale précédant l'ovulation
Quelques jours avant l'ovulation, un comportement spécifique, l'œstrus, se manifeste. Selon les espèces, ce comportement peut se poursuivre quelques heures après l'ovulation. Pendant la phase d’œstrus, la femelle développe une série de comportements pour attirer les mâles et accepte l’accouplement. Le terme d’œstrus dérive du nom grec « οιστροξ » désignant les œstres, diptères de la famille des œstridés qui infligent des morsures au bétail l’été. Les femelles en œstrus montrent un comportement qui est similaire à celui des animaux en présence d’une grande quantité d’œstres ou de taons : agacement, fouaillement de la queue, etc.
Heape définissait l’œstrus, en miroir du rut chez le mâle, comme « the special period of sexual desire of the female ». Les autres phases du cycle se définissent par rapport à l’œstrus : le pro-œstrus (orthographié également prœstrus) et le post-œstrus qu’on appelle maintenant metœstrus. Le prœstrus correspond à la phase folliculaire pendant laquelle une ou plusieurs vagues de follicules croissent et par la suite dégénèrent (atrésie) lorsque le ou les follicules destinés à continuer leur croissance (follicules dominants) sont sélectionnés. Durant le prœstrus, les follicules sécrètent des œstrogènes mais en quantité insuffisante pour induire le comportement sexuel. Plusieurs vagues folliculaires peuvent se succéder durant cette phase. Le metœstrus correspond à la phase lutéale au cours de laquelle les cellules folliculaires se transforment en cellules lutéales (lutéinisation), forment le corps jaune et secrètent de la progestérone. La phase d’œstrus correspond à la phase du comportement sexuel qui s’exprime quand les taux d’œstrogènes circulants sont élevés lorsque le ou les follicules dominants sont en croissance terminale. Au moment de l’ovulation les cellules de la granulosa se transforment en cellules lutéales et perdent leur capacité de sécréter des œstrogènes. La chute des œstrogènes plasmatiques s’accompagne de l’arrêt du comportement sexuel chez certaines espèces et donc du refus du mâle. La connaissance du moment précis de l’ovulation permet d’augmenter les chances de fécondation lors de l’utilisation de l’Insémination Artificielle (IA), particulièrement lors d’utilisation de semence cryoconservée car les spermatozoïdes ont une période de fécondance plus courte.
Ovulation spontanée versus ovulation provoquée : deux stratégies évolutives
On distingue deux types d’ovulation chez les mammifères domestiques : l’ovulation spontanée et l’ovulation provoquée. L’ovulation spontanée est déclenchée au cours de la période d’œstrus que la femelle soit en présence de mâles ou non. C’est le cas de la plupart des mammifères d’élevage. Dans le cas de l’ovulation provoquée, celle-ci n’intervient que lorsque la femelle s’accouple avec le mâle. Ainsi la durée de la phase d’œstrus peut être très variable, et ne s’arrête que lorsque la femelle s’accouple. C’est le cas chez la lapine, la chatte, et des femelles de certaines espèces de camélidés comme le dromadaire, le lama et l’alpaga.
L’existence de deux modalités de déclenchement de l’ovulation chez les mammifères peut être discutée sous l’angle de l’écologie comportementale et de l’évolution. Les différentes stratégies évolutives empruntées par les espèces, reposent essentiellement sur l’optimisation de la production d’une descendance viable présentant une bonne survie. Chez les espèces à ovulation induite, le premier mâle qui s’accouple avec la femelle fécondera l’ovocyte (espèce mono-ovulante) ou la majorité des ovocytes (espèce poly-ovulante). Chez les espèces à ovulation spontanée, c’est le mâle qui s’accouple avec la femelle au temps t le plus proche de l’ovulation qui fécondera l’ovocyte ou la majorité des ovocytes. Mais les mâles ne peuvent pas prédire le moment de l’ovulation avec précision, il est probable que leurs spermatozoïdes entrent en compétition spermatique avec les spermatozoïdes des autres mâles qui l’auront précédé ou succédé (Soulsbury, 2010). On s’attend ainsi à observer un niveau plus élevé de compétition entre mâles (par exemple compétition spermatique) chez les espèces à ovulation spontanée que chez les espèces à ovulation provoquée. La capacité des mâles à monopoliser la paternité dépend de plusieurs facteurs qui ont été bien démontrés comme l’existence de phénomènes de synchronisation de l’œstrus chez les femelles, la structure familiale et l’existence d’association mâle-femelle. Chez les mâles d’espèces à ovulation spontanée, l’association intermittente mâle-femelle est corrélée à une perte de monopolisation de la paternité, ce qui n’est pas le cas pour les mâles d’espèces à ovulation provoquée. Ainsi, le mode d’ovulation apparaît comme une stratégie évolutive de l’espèce permettant une meilleure monopolisation parentale des mâles (Soulsbury, 2010). Les raisons pour lesquelles certaines espèces ont évolués vers l’un ou l’autre mode d’ovulation, ne sont cependant pas très claires. un certain nombre d’espèces à ovulation provoquée vivent en groupe et avec des associations mâle-femelle. Le mode d’ovulation provoquée permet de diminuer le niveau de compétition spermatique et donc de compétition entre mâles, mais les facteurs responsables de la stratégie évolutive ne sont pas connus.
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Le rôle crucial de l'hormone lutéinisante (LH)
Il est classiquement admis que l’ovulation est la conséquence d’une décharge d’hormone lutéinisante (LH) sécrétée par l’hypophyse. Au moment de l’ovulation, la concentration plasmatique de LH atteint des valeurs très élevées, on parle de pic pré-ovulatoire de LH. Par exemple chez la brebis, la concentration de LH varie de 2 à 8 ng/mL alors qu’au cours du pic préovulatoire elle peut atteindre 30 à 60 ng/mL. Toujours chez la brebis, la durée du pic préovulatoire est d’environ 12 heures (Caraty et al., 1998). L’ovulation intervient 24-36 heures après le maximum du pic de LH (Driancourt et al., 2014). Chez la truie, le pic de LH dure environ 24 heures et l’ovulation intervient 24-64 heures après le début du pic de LH (Martinat-Botté et al., 1997). Chez la vache, le pic de LH dure 12 à 45 heures selon la race et le statut physiologique (Wiltbank et Pursley, 2014), l’ovulation intervient dans les 24 à 30 heures après le maximum du pic de LH (Saumande et Humblot, 2005). Une exception, la jument, pour laquelle le pic de LH dure plusieurs jours et dont le maximum est atteint 24 heures après l’ovulation (Noden et al., 1975).
Ovulation provoquée : le cas de la chatte et des camélidés
Plusieurs espèces de mammifères domestiques ont une ovulation provoquée : la chatte, la lapine et certains camélidés. Chez l’alpaga, le lama et le dromadaire, l’ovulation est aussi induite par le coït, mais c’est un facteur présent dans le liquide séminal du mâle, l’« Ovulation Inducing Factor » (OIF), qui est impliqué. L’OIF injecté par voie intramusculaire ou intra-utérine à des femelles alpaga induit un pic de LH qui démarre deux heures après l’injection, l’ovulation intervient 24 à 30 heures après (Tanco et al., 2011).
Mécanismes cellulaires et moléculaires de l'ovulation
L’ovulation est un processus complexe au cours duquel sont induits à la fois la reprise de méiose de l’ovocyte, l’expansion du cumulus, la rupture du pôle apical du follicule, et la différenciation des cellules de la granulosa et de la thèque menant à la formation du corps jaune. Au cours d’un cycle normal, tous ces événements doivent être coordonnés pour aboutir à la production d’un ovocyte mature et fécondable, et d’un corps jaune capable d’assurer le début de gestation.
Le rôle du pic de LH dans l'activation des cellules folliculaires
Une cascade d’événements mène à l’ovulation, mais l’initiateur est le pic de LH. Seuls les follicules qui expriment une grande quantité de récepteurs de la LH à la surface des cellules de granulosa sont capables d’ovuler en réponse au pic préovulatoire de la LH (tableau 1). La LH se fixe sur ses récepteurs au niveau des cellules folliculaires qui répondent à ce signal par la régulation de l’expression de plusieurs (figure 1). La fixation de la LH sur son récepteur augmente les taux intracellulaires d’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) et d’inositol tri-phosphate (Piquette et al., 1991), mais cette dernière voie ne serait néanmoins qu’une voie potentialisatrice (figure 1), activée seulement en présence de forte concentration hormonale. Ainsi activée par l’AMPc, la Protéine Kinase A (PKA) induit une cascade de phosphorylation et d’activation de facteurs de transcription (CREB, SP1) qui vont inhiber, ou activer l’expression de gènes-cibles codant pour des enzymes de la stéroidogenèse. Ainsi, dans les heures suivant l’augmentation circulante de la LH, les taux sériques d’œstrogènes et d’androgènes s’effondrent, alors que le taux de progestérone augmente considérablement. En réponse à une production accrue de monoxyde d’azote (NO ; activité vasodilatatrice) la thèque devient œdémateuse et hyperhémique, augmentant le flux sanguin du follicule préovulatoire et la perméabilité vasculaire. Simultanément, les cellules de la granulosa perdent leurs récepteurs de la FSH, tandis que l’expression des récepteurs de la LH diminue de façon transitoire.
Inflammation, enzymes protéolytiques et rupture folliculaire
Le processus d’ovulation est associé à une réaction de type inflammatoire. La synthèse ovarienne de cytokines inflammatoires (IL, TNFα), de prostaglandines et de cortisol (à action anti-inflammatoire) s’accentue dans le follicule préovulatoire au moment de l’ovulation chez la souris, la ratte, la lapine, la truie, la vache, la jument et la femme. L’interleukine 1 (IL-1) est capable d’induire la rupture du follicule ex vivo, sur des ovaires perfusés de ratte et de lapine (Brännström et al., 1993 ; Takehara et al., 1994) et in vivo chez la jument après injection intrafolliculaire de follicules dominants (Martoriati et al., 2003). Le mécanisme d’action des cytokines dans la maturation préovulatoire est probablement similaire à celui observé au cours d’une inflammation. En particulier elles stimulent la production de prostaglandines, NO, et l’activité d’enzymes protéolytiques. De plus, elles sont capables de moduler la stéroidogenèse et interviendraient aussi dans la maturation du complexe ovocyte-cumulus chez la lapine et la jument (Gérard et al., 2004).
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La rupture de la paroi folliculaire et l’expulsion de l’ovocyte dans l’oviducte nécessitent l’action d’enzymes protéolytiques dégradant la matrice extracellulaire. La production locale d’activateur du plasminogène, de plasmine et de collagénases (métalloprotéases MMP1 et MMP2) augmente considérablement. L’activateur du plasminogène transforme le plasminogène en plasmine, qui elle-même activerait certaines collagénases (Beers et al., 1975). L’augmentation préovulatoire de la concentration intra-folliculaire de la progestérone stimule la synthèse et l’activité de deux autres protéases ADAMTS1 et CTSL1, qui viennent participer à la protéolyse. En parallèle, l’activité d’inhibiteurs de sérines protéases (SERPIN) et les inhibiteurs des métalloprotéases matricielles (TIMP1 et TIMP2) augmente. L’expression de ces métalloprotéases et des TIMP est régulée par les stéroïdes et les prostaglandines.
Maturation de l'ovocyte et expansion du cumulus
En réponse au pic préovulatoire de la LH, l’ovocyte, bloqué au stade de prophase de 1ère division méïotique, entre en phase de maturation en reprenant sa méiose. Ce stade appelé GVBD (germinal vesicle break down) est visualisé par la rupture de la membrane nucléaire. L’ovocyte évolue, dans la plupart des espèces mammaliennes jusqu’en métaphase de 2ème division méiotique, stade auquel l’ovocyte reste bloqué jusqu’à la fécondation. La LH induit l'expansion du cumulus, phénomène nécessaire à la maturation méiotique et l’acquisition de la compétence au développement de l’ovocyte.
Contrôle hormonal de la croissance folliculaire et de l'ovulation
La croissance folliculaire et l’ovulation dépendent des hormones gonadotropes ou gonadotropines, FSH et LH, sécrétées par les cellules gonadotropes de l’hypophyse. La synthèse et la libération de la LH et de la FSH sont dépendantes d’une interaction complexe de multiples signaux endocrines et paracrines.
Le rôle central de la GnRH
La synthèse et la libération des deux hormones gonadotropes LH et FSH sont sous la dépendance de la neurohormone hypothalamique, la GnRH (voir chapitre 2.3.a). Son rôle a été bien établi par l’utilisation d’antagonistes de GnRH (Brooks et al., 1993) ou d’anticorps anti-GnRH (Caraty et al., 1984 ; Molter-Gérard et al., 1999). Ces traitements induisent une suppression immédiate de la libération de la LH, la disparition du pic préovulatoire et le blocage de l’ovulation. La GnRH est libérée sous forme pulsatile par les neurones et elle atteint l’hypophyse via le système sanguin porte hypothalamo-hypophysaire (figure 2) Elle induit à son tour une libération pulsatile des hormones gonadotropes. La fréquence des pulses de GnRH varie au cours du cycle œstral (figure 3) : chez la brebis, elle est de l’ordre d’un pulse/heure au cours de la phase folliculaire puis devient continue au cours de la période précédant l’ovulation. À l’issue de l’ovulation, cette fréquence devient basse avec une valeur d’un pulse toutes les six heures durant la phase lutéale chez la brebis (figure 3). La fréquence des pulses conditionne la libération des hormones gonadotropes. Une fréquence élevée favorise la libération de la LH, une fréquence faible favorise la production de la FSH (figure3) (Dalkin et al., 1989). Au cours du pic préovulatoire de la LH on observe un pic de FSH de moindre amplitude (figure 3) qui permet le recrutement de follicules pour le cycle suivant. Alors que la synthèse et la libération de la LH sont intimement dépendantes de celle de la GnRH, celles de la FSH impliquent d’autres molécules (voir §2.2.d).
Induction de l'ovulation : applications et méthodes
Induction de l'œstrus chez la chèvre du Sahel
Le développement folliculaire et l’occurrence de l’ovulation ont été étudiés chez la chèvre du Sahel en œstrus induits. Quinze femelles d’âges et de poids moyens respectifs de 37,25 ± 1,5 mois et 32,5 ± 7,3 kg, et de parité comprise entre 1 et 3 ont été traitées à l’aide d’éponges intravaginales (acétate de fluorogestone, 20 mg/éponge) pendant 11 jours. Ce traitement a été associé à l’administration intramusculaire par animal de 400 UI de gonadotrophine chorionique équine (eCG) et de 2 ml de cloprosténol le neuvième jour. La détection de l’œstrus a été réalisée par observation visuelle après l’introduction de deux boucs fertiles dans le troupeau. Le développement folliculaire a été suivi par échographie à intervalles de 12 heures au moyen d’une sonde linéaire de 5 MHz. Le délai moyen d’apparition de l’œstrus a été de 15,4 ± 2,9 h. L’œstrus a été matérialisé par des écoulements vulvaires et des tentatives de chevauchements entre congénères. Sa durée moyenne a été de 32,3 ± 3,8 h. A l’arrêt du traitement, 13 follicules ont été observés sur l’ovaire droit et 13 follicules sur l’ovaire gauche avec des diamètres moyens respectifs de 5,26 ± 1,25 mm et de 4,73 ± 1,45 mm. Le diamètre moyen du follicule préovulatoire a été 7,6 ± 2,1 mm. Ce diamètre a varié selon l’ovaire. Au total 17 ovulations ont été enregistrées dont huit dans l’intervalle entre 45 et 50 heures après la fin du traitement.
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Induction de l'ovulation chez la jument
Saillir ou inséminer au plus près de l’ovulation est l’un des objectifs de l’induction de l’ovulation chez la jument. Le vétérinaire peut proposer d’induire l’ovulation de la jument grâce à une injection d’hormone. Un flacon de solvant est donc associé à chaque dose. Les voies d’administration sont intraveineuse (I.V.) lente et intramusculaire (I.M.). Une injection par cycle de 1 500 UI d’hCG par la voie intra-veineuse suffit pour induire l’ovulation (rôle LH) : Selon les publications, entre 75 et 97 % des ovulations ont lieu dans les 48 heures après l’injection (moyenne 36 - 38 heures). La fertilité des cycles traités est semblable aux cycles non traités. Les injections répétées sur une même saison, ainsi que des doses élevées (> 2 500 UI) induisent la formation d’anticorps chez la jument, du fait de l’origine humaine de l’hormone utilisée. L’immunisation produite chez ces juments supprime l’efficacité du CHORULON® pour induire l’ovulation, mais elle n’empêche pas les hormones naturelles de la jument (LH et FSH) de fonctionner normalement. Lors d’injection trop tardive, si l’ovulation a déjà été « programmée » par la jument, elle peut survenir moins de 24 heures après l’injection d’hCG ou GnRH (qui n’a alors servi à rien). A prendre en compte pour le choix du moment de la saillie.
RECEPTAL® est une solution prête à l’emploi, injectable de préférence par voie I.M. Les voies I.V. et S.C. sont aussi possibles. Des stimulations hypophysaires répétées par l’injection de GnRH induisent une sécrétion de eLH active. Cela provoque l’ovulation lorsque la jument est en chaleur et qu'elle présente un follicule pré ovulatoire d’un diamètre égal ou supérieur à 35 mm. Ce produit sera utilisé chez la jument dans les mêmes conditions que l’hCG (CHORULON®). Une seule injection sur le cycle n’est pas efficace pour induire l’ovulation chez la jument. Des injections répétées toutes les 6 ou 12 heures sont nécessaires pour induire efficacement l’ovulation.
OVUPLANT® est un implant sous cutané, biocompatible, qui libère de façon continue de la Desloréline, analogue de la GnRH. Une seule injection, sans risque d’immunisation, permet d’induire précisément l’ovulation d’un follicule en croissance d’un diamètre supérieur à 30 mm. Suivant la mise en place de l’implant, jusqu’à 95% des juments ovulent dans les 36 - 48 heures. Très simple d’emploi, l’implant, pré-chargé dans un dispositif seringue-aiguille à usage unique, est injecté en sous-cutané au niveau de l’encolure à mi-distance entre la tête et l’épaule. Il ne nécessite pas d’être retiré. La Desloréline est une molécule synthétique, non immunogène, pour laquelle aucun cas de jument réfractaire n’a été rapporté. Son utilisation est donc possible tout au long de la saison, sans perte d’efficacité. Il a été reporté, chez certaines juments ayant reçu OVUPLANT®, une période de diœstrus plus longue. Pour éviter ce désagrément, il est possible d’injecter l’implant et de le retirer 48 heures après l’injection. Pour que cela soit réalisable, l’implant est injecté dans la muqueuse de la vulve.
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