Продолжение · 5
Усиление гонадотропной функции гипофиза при удалении яичников [326] и снижение уровня гонадотропинов в гипофизе и крови при введении в организм больших доз эстрогенов [94; 278] подтверждают установленный М.М. Завадовским принцип.
По принципу обратной связи избыток эстрогенов ингибирует, а недостаток стимулирует секрецию и выделение гонадотропинов.
Сейчас известны три типа подобных связей:
- Длинная обратная связь – выделение Гн-РГ модулируется гормонами периферических половых желез;
- Короткая обратная связь – секреция Гн-РГ зависит от количества гонадотропинов;
- Ультракороткая или аутообразная обратная связь – при этом типе связи сами Гн-РГ контролируют собственную продукцию. Кроме того, большое значение в этой регуляции придается моноаминам мозга и простагландинам [148]. Взаимодействие гормонов по принципу обратной связи координируется ЦНС [5; 24].
3.3. Яичники
Яичники – это парные органы, расположенные в полости малого таза. Яичник имеет миндалевидную форму.
Яичник состоит из двух слоев: коркового вещества, покрытого белочной оболочкой, и мозгового вещества.
Наружный слой коркового вещества состоит из клеток зачаткового эпителия, из которого образуются гаметы. Корковое вещество образовано развивающимися фолликулами, а мозговое – стромой, которая содержит соединительную ткань, кровеносные сосуды, и зрелые фолликулы.
Яичник содержит две эндокринные железы: фолликул и желтое тело. Однако, эти структуры взаимосвязаны, поскольку желтое тело является производным фолликулярной ткани.
Таким образом, фолликул можно рассматривать, в сущности, как функциональную единицу яичника. Форма и размер фолликула и желтого тела зависят от стадии их зрелости.
Основные функции яичников заключаются в образовании, сохранении и выделении яйцеклеток, а также в синтезе и секреции стероидных гормонов – эстрогенов и прогестерона.
Эстрогены и прогестерон ответственны: за рост и созревание яйцеклеток внутри яичника; за изменение поведения самки в различные периоды воспроизводительного цикла; подготовку половых органов к оплодотворению и беременности; поддержание беременности и развитие плода [84; 78; 205].
Рост и созревание половых клеток (ооцитов) начинается во время достижения половой зрелости.
Эти процессы проходят в фолликуле.
В фолликулярных клетках theca interna из холестерина синтезируются эстрогены до стадии тестостерона, который всасывается внутрь фолликула и под воздействием ароматизирующих ферментов, выделяемых зародышевыми клетками, превращается в эстрадиол-17β [89; 253].
Гормоны яичников относятся к классу стероидов.
Класс стероидных гормонов объединяет обширную группу полициклических соединений терпеноидной липидной природы [84]. Общим свойством всех стероидных гормонов является наличие в их молекулах стероидного блока – полициклического С17 – стеранового скелета.
Все стероидные гормоны характеризуются липофильностью и гидрофобностью.
В физиологических концентрациях они легко диффундируют через различные клеточные мембраны.
Все стероиды синтезируются из холестерина.
Синтез стероидных гормонов в яичниках находится под контролем гипоталамо-гипофизарного комплекса, поэтому в организме самок происходит смена и цикличность синтеза различных стероидных гормонов, что обеспечивает половой цикл.
Наибольшей физиологической активностью из эстрогенов обладает эстрадиол-17β [24].
Физиологическое значение эстрогенов заключается в воздействии главным образом на матку и влагалище, делая их способными к половому акту и подготавливая почву для оплодотворения [134].
Эстрогены в комплексе с прогестероном воздействуют на организм в двух направлениях:
- действием на ЦНС (гипоталамус) вызывают изменения в половом поведении животных;
- действием на периферическую нервную систему вызывают развитие вторичных половых признаков, увеличение размера матки в период течки, разрастание маточного эпителия, усиливает сокращения матки, облегчая продвижение спермиев к яйцеводу [88].
Эстрогены необходимы для половой дифференцировки в эмбриогенезе. Как и прогестерон, эстрогены принимают участие в процессах имплантации, стимулируют рост эпителия альвеолярных ходов молочной железы, обмен веществ в клетке, увеличивая синтез РНК, изменяют свойства мембран эпителия матки [131; 130; 265].
Кроме этого эстрогены, влияют на развитие костного скелета, ускоряя его созревание. За счет действия на эпифизарные хрящи они тормозят рост костей в длину.
Эстрогены задерживают азот, воду, соли, способствуют эффективному маточно-плацентарному кровообращению.
В итоге эстрогены регулируют половое поведение, овогенез, процессы оплодотворения и имплантации яйцеклетки, развитие и дифференцировку плода, нормальный родовой акт.
В экспериментах, проведенных на крысах и овцах, было установлено, что в синтезе эстрогенов участвуют клетки, теки интерна и гранулезы фолликула [223].
Из холестерина в клетках теки интерна под контролем ЛГ и ФСГ синтезируется тестостерон, который затем преобразуется в эстрадиол - 17β в гранулезных клетках фолликула под действием фермента ароматазы, после чего секретируется в жидкость развивающегося антрального фолликула и в овариальную вену.
Позднее было установлено, что эстрогены вырабатываются плацентой и, в незначительном количестве, корой надпочечников.
В настоящее время выделено три эстрогена: эстрон, эстриол и эстрадиол, но наибольшей активностью обладает эстрадиол. Считается, что эстрон и эстриол являются промежуточными продуктами метаболизма эстрадиола. У коров 50–65% эстрогенов составляет эстрадиол, 30–40% эстрон, количество эстриола незначительно. При беременности концентрация эстрадиола увеличивается [207; 303].
Скорость синтеза эстрадиола отражает число и качество созревающих фолликулов [168].
Концентрация эстрадиола поддерживается на низком уровне большую часть эстрального цикла и увеличивается в течение четырех дней перед эструсом, достигая своего пика в день или за день до начала эструса [207].
Этот пик предшествует или совпадает с предовуляторным пиком ЛГ. Увеличение концентрации эстрадиола положительно коррелирует с увеличением размера доминантного овариального фолликула [213], который, является источником большей части эстрогенов.
Высокие концентрации эстрадиола в течение фолликулярной фазы полового цикла индуцируют увеличение секреции гонадотропинов через положительную обратную связь.
Этот механизм влияет на увеличение частоты пульсов секреции Гн-РГ и на повышение чувствительности передней доли гипофиза к воздействию Гн-РГ, что приводит к выделению ЛГ и ФСГ [254]. Низкие концентрации эстрадиола - 17β, секретируемые развивающимися фолликулами во время лютеальной фазы, действуют в комплексе с прогестероном, для создания отрицательной обратной связи на секрецию ЛГ.
Повторный пик концентрации эстрадиола наступает на 6 день полового цикла и, по-видимому, связан с наличием крупного фолликула [168; 237].
Наличие в яичниках больших антральных фолликулов ускоряет рост преантральных, в результате воздействия эстрадиола-17β, который образуется под влиянием гонадотропинов [370].
Рост и атрезия антральных фолликулов происходят непрерывно во время эстрального цикла [315].
По мере развития фолликулов их чувствительность к гонадотропинам сильно изменяется.
При достижении гонадотропин-чувствительной стадии, фолликулы в начале более чувствительны к ФСГ, чем к ЛГ [291].
Под влиянием ФСГ происходит усиление чувствительности клеток гранулезы к ЛГ.
Вместе с ФСГ в этом процессе синергично участвует эстрадиол-17β [236; 291].
Эстрогены и ФСГ стимулируют рост преантральных фолликулов, увеличивают в них число рецепторов к ФСГ и, особенно, к ЛГ.
Преантральные фолликулы секретируют в основном андрогены [143].
Под влиянием андрогенов гранулеза фолликула становится чувствительной к воздействию ФСГ, при этом стимулируется образование прогестерона [236].
По мере созревания фолликулов в клетках тека интерна усиливается активность ароматизирующих ферментов, что приводит к увеличению секреции эстрогенов и снижению концентрации андрогенов [143].
Будет ли происходить атрезия фолликулов, зависит от соотношения эстрогенов и андрогенов в фолликулярной жидкости. Преобладание андрогенов прекращает рост фолликулов и приводит к их атрезии, а преобладание эстрогенов, способствует дальнейшему развитию фолликулов [236; 238; 237].
В жидкости предовуляторного фолликула резко возрастает содержание эстрадиола-17β.
Предовуляторный подъем эстрогенов способствует возрастанию уровня ЛГ, после чего, через несколько часов, наступает овуляция [127].
Резкое повышение уровня ЛГ («пик») в крови перед овуляцией, воздействуя на гранулезу, и теку интерна фолликулов, приводит к перестройке стероидогенеза: синтез эстрогенов ослабляется, а синтез прогестерона усиливается.
После овуляции оставшиеся структуры фолликула преобразуются в новую железу – желтое тело.
Клетки зародышевого эпителия размножаются, увеличиваются в размере, накапливают пигмент лютеин и превращаются в лютеиновые клетки.
В лютеиновых клетках желтого тела синтезируется гормон – прогестерон [201].
Он выделен в I930 году из желтых тел яичников свиней.
По химическому строению прогестерон представляет собой ненасыщенный 3,20 дикстон, образующийся из холестерина.
В желтом теле, плаценте и коре надпочечников из холестерина образуется промежуточное соединение – прегненолон, который под воздействием ферментов превращается в прогестерон.
Его концентрация начинает увеличиваться с 4-го дня полового цикла, достигая своего пика на 8-й день и сохраняясь на этом уровне до 17-го дня, и резко снижается до базального уровня перед следующим эструсом и овуляцией.
По данным [316] большая часть прогестерона (80%) секретируется в крупных клетках желтого тела, которые занимают приблизительно 40% объема желтого тела [297].
Как крупные, так и мелкие лютеальные клетки, по-видимому, чувствительны к воздействию ЛГ и, кроме того крупные лютеальные клетки чувствительны к влиянию простагландина Е2 [332].
Концентрация прогестерона у неоплодотворенных коров колеблется от минимума в эстральной фазе 0,1 – 0,5 нг/мл и достигает максимума 4 нг/мл на 10 – 16 день после овуляции [105].
Sneeman J.M. и Gosling J. [342] радиоиммунологическим методом обнаружили в плазме периферической крови у нормально циркулирующих телок минимальный уровень прогестерона в первые 2 – 4 дня полового цикла, на 10 – 16 день цикла концентрация прогестерона в крови быстро поднималась, а за четыре дня до наступления течки – резко падала.
Dobeli M. [181] установил, что до формирования в яичнике желтого тела концентрация прогестерона в плазме крови коров ничтожна и колеблется в пределах 100 – 500 пг/мл.
После формирования желтого тела концентрация прогестерона в плазме крови КРС постепенно повышается до 7 – 9 нг/мл и остается на этом уровне до 270-го дня стельности, а затем постепенно снижается к отелу до исходного уровня.
Воздействие высоких концентраций прогестерона через отрицательную обратную связь тормозит выделение ЛГ.
Когда желтое тело начинает регрессировать, частота импульсов ЛГ возрастает. Этот процесс происходит в результате увеличения уровня эстрадиола, который стимулирует подъем концентрации ЛГ. Прогестерон во время лютеальной фазы выделяется импульсами, и это показывает его прямую связь с импульсным выделением ФСГ из передней доли гипофиза [370].
Стадия развития желтого тела и стельность влияют на концентрацию прогестерона в плазме крови и молоке, что используется при диагностике стельности, эстральных циклов и послеотельной овариальной активности [310; 160].
Некоторое время после отела, уровень прогестерона в молоке сохраняется на базальном уровне.
Примерно у 50 процентов коров наступающее после этого увеличение концентрации прогестерона короче по продолжительности, чем во время нормального полового цикла.
Есть много предположений относительно источника и важности этого кратковременного подъема в концентрации прогестерона. Предполагали, что этот прогестерон секретируется неовулировавшими овариальными фолликулами, которые подверглись лютеолизации или нормальное желтое тело, которое не способно полноценно ответить на лютеотропные стимулы ЛГ. Однако некоторые исследования показывают, что это увеличение концентрации прогестерона предшествует овуляции и что выделение простагландина F2α из матки приводит к неполноценному лютеальному циклу [186].
Возможность функционирования этого первого укороченного лютеального периода обеспечивают гонадотропины, секретируемые как в нормальный половой цикл.
Проявление охоты редко наблюдается перед первым повышением уровня прогестерона у молочных коров, но обычно регистрируется в последующие половые циклы [295].
В исследованиях Ноттингемского университета на молочных и мясных коровах наблюдали оплодотворение перед повышением концентрации прогестерона в молоке.
Прогестерон и эстрогены оказывают центральное и периферическое действие.
При центральном действии эстрогены оказывают влияние на центры гипоталамуса, регулирующие гонадотропную функцию гипофиза, в комплексе с прогестероном оказывают сильное воздействие на выделение ЛГ из гипофиза перед овуляцией [93].
В результате у животного наступает половое возбуждение. Периферическое действие эстрогенов приводит к увеличению матки, пролиферации и ороговению эпителия влагалища, усилению отделения слизи эндометрием, создает благоприятные условия для продвижения спермиев по половым путям.
Прогестерон создает условия для имплантации бластоцисты и дальнейшего развития зародыша [44; 274].
Воздействуя на гипоталамус, он оказывает ингибирующее влияние на выделение ЛГ из гипофиза [134], не влияя на секрецию ФСГ; сенсибилизирует нервные половые центры, увеличивая их чувствительность к эстрогенам.
Кроме того, прогестерон влияет на белковый, минеральный и водный обмен.
В соответствии с открытым М.М. Завадовским принципом «плюс – минус» взаимодействия, яичники не только испытывают стимулирующее влияние со стороны гипофиза, но и, в свою очередь сами могут усилить (в малых дозах) или подавлять (в больших дозах) секрецию гонадотропинов [49].
Благодаря обратному тормозящему действию гормона желтого тела – прогестерона становится возможным регулирование циклической секреции гонадотропинов.
Введение прогестерона в организм или секреция его желтым телом подавляет циклическую секрецию гипофизарных гонадотропинов, необходимых для овуляции.
Однако овулирующие количества гонадотропинов выделяются немедленно, как только прекращается поступление прогестерона в организм, что приводит к предовуляторному росту фолликулов и овуляции.
Группой отечественных исследователей [40] были произведены некоторые модификации молекулы прогестерона и его производных с целью получения прогестагенов с высокой биологической активностью при оральном применении.
Так, введение в шестое положение двойной связи сопровождается получением высокоактивного гестагенного препарата, ацетата мегестрола (АЦМ). Минимальная эффективная доза АЦМ, по тесту Клауберга, вызывающая 50%-ый эффект при оральном введении, составила 0,5 мг.
3.4. Матка
Матка – мышечный полый орган, служащий вместилищем для развивающегося плода.
Матка расположена в тазовом отделе брюшной полости.
Сверху в нее входят трубы, а снизу ее полость сообщается с влагалищем. Стенка матки состоит из трех оболочек: слизистой (эндометрия), мышечной (миометрия) и серозной (периметрия). Состоит матка из шейки матки и тела.
Об участии матки в регуляции половой функции самок известно сравнительно давно.
В 1930 году R. Kurzrok и C.C. Lieb установили, что семенная жидкость человека способствует попеременному сокращению или расслаблению миометрия в зависимости от времени физиологического цикла матки.
В 1935 г. U.S. Eulervon обнаружил стимулирующее влияние семенной жидкости мужчины на сократительную способность гладкой мускулатуры.
В последующих опытах он получил данные указывающие на принадлежность неизвестных биологически активных веществ к кислотам жирного ряда.
Так как, по его предположению, они вырабатывались простатой, он назвал их простагландинами.
Позднее они были выделены из различных тканей человека и животных.
Простагландины обнаружены практически во всех тканях человека и животных.
Они оказывают влияние на эндокринную, репродуктивную, нервную, пищеварительную, дыхательную, сердечнососудистую и выделительную системы [225].
Механизм их действия на уровне клетки заключается в изменении секреции циклического аденозинмонофосфата на уровне мембран с одновременным освобождением Ca²+ из клеточных мембран и поступлением натрия внутрь клетки.
Предшественниками простагландинов в биосинтезе являются жирные кислоты: арахидоновая, декосатетраэнолатовая, декосапентаэнолатовая.
Hansel установил, что лютеальная и фолликулярная ткани содержат ПГ-синтетазный ферментный комплекс, а арахидоновая кислота стимулирует синтез PGF in vitro при инкубации срезов этих тканей [219].
В настоящее время различают шесть классов простагландинов (A, B, С, D, E, F), они имеют в своей структурной основе двадцать углеродных атомов и различаются положением гидроксильных остатков и кетогрупп, а также числом двойных связей в молекулах, обозначаясь по этому признаку цифрами 1, 2, 3.
Различают еще α и β – по конфигурации девятой гидроксильной группы [299; 168].
Наличие лютеолитического агента в эндомертии подтверждалось и более поздними исследованиями. Разрушая эндометрий у свиней и морских свинок, многие авторы добивались продления существования циклического желтого тела, также как и при полном удалении матки [294; 145].
Продолжение · 6
Ginther O.J., [205] установил, что после удаления матки (эктомии) вместе с шейкой у коров происходила персистенция желтого тела, но если были оставлены шейка и часть тела матки или часть одного из рогов, то циклирование не прекращалось, хотя наблюдались нарушения регулярности циклов.
В 1966 году J.С. Babcock [146] было установлено, что концентрация простагландина F2α увеличивается в матке к концу полового цикла и вызывает лютеолиз желтого тела.
Это впоследствии было подтверждено многими исследователями.
Исследования L.R. Wilson [et al.], [270] показали, что простагландины появляются в крови маточных вен в период регрессии желтого тела.
Значительное увеличение концентрации простагландина F2α на 14-й день цикла по сравнению с другими днями подтверждает ключевое значение матки в регрессии желтого тела.
По данным W. Hansel [219], раздражение матки вызывает сокращение или удлинение полового цикла в зависимости от стадии цикла в момент нанесения раздражения.
Pharris B.B. [301] установил, что лютеолитическим действием обладают простагландины типа F2α.
Эти вещества секретируются тканями матки и через кровеносную систему яичников могут оказывать влияние на кровоснабжение желтых тел, что подтверждается инъекциями простагландина F2α крысам и кроликам, которые значительно уменьшали кровоснабжение матки и яичников.
Такие же инъекции беременным овцематкам снижают лютеальную функцию яичников и плаценты, вызывая аборт.
Позднее эти сведения подтвердили многие авторы [92; 343].
По-видимому, действие простагландинов обусловлено в основном воздействием на гладкие мышцы сосудов. Так, В.В. Ряженов, Т.А. Бабкина, Н.И. Романова [92] вводили ПГ F2α в вену крыс в дозе 2 мкг/кг, при этом наблюдалось снижение артериального давления на 10,2%, в дозе 5 мкг/кг – на 19,8%.
При этом, снижение давления наступало сразу после введения ПГ F2α и продолжалось 40 – 50 секунд. В дозе 10 мкг/кг ПГ F2α вызывал двухфазный эффект – сначала снижал артериальное давление на 20,6%, а затем повышал на 12,1%.
В исследованиях W.H. Tam, W.K. Beveridge, E.S.F. Tso [355], на морских свинках установлено, что в фолликулах присутствуют рецепторы ПГ F2α, которые участвуют в развитии фолликулов яичника.
Кроме того, простагландины участвуют в транспорте яйцеклетки в яйцеводе [366].
На положительную роль простагландинов в механизме оплодотворения указывают также S. Rustichelli, A. Chiappa, M. Mariatti [325].
Доказано участие простагландинов в стероидогенезе и передаче действия гормонов на клеточном уровне, сообшают А.М. Чомаев, Ю.Д. Клинский, Ч.Б. Колодиев [127].
Вызывая регрессию желтого тела и снижая концентрацию прогестерона в крови, ПГ F2α разблокирует гипоталамо-гипофизарную систему и, тем самым, способствует увеличению концентрации гонадотропных гормонов в крови [150].
Простагландин F2α из-за способности рассасывать желтые тела яичников нашел широкое использование во многих схемах синхронизации охоты и индукции овариальной функции коров.
Однако, применение только простагландинов нецелесообразно, так, как они воздействуют только на животных, имеющих желтые тела и оплодотворяемость при этом, не превышает 50% [275; 126; 266; 347].
3.5. Простагландины
Особое место в регуляции половых функций занимают простагландины (ПГ).
Простагландины не вполне соответствуют классическим определениям гормонов, к которым их часто относят [12; 136] и не имеют специального органа – продуцента, но они тесно входят в систему эндокринных регуляций и их причисляют к гормоноидам, гормоноподобным веществам.
Влияние простагландинов на организм разностороннее, они воздействуют не нервную, пищеварительную, дыхательную, сердечнососудистую, выделительную, эндокринную и репродуктивную системы.
ПГ модулируют активность многих биологически активных веществ, практически ни одно из физиологических явлений не осуществляется без ПГ [12; 226; 359].
Простагландины были обнаружены в 1930-х годах в семенной жидкости [263] и в простате человека и барана [193], было установлено, что они вызывают сокращение гладкой мускулатуры матки, понижают кровяное давление.
Elliasson R. [190] показал, что ПГ синтезируются в пузырьковых железах, но позднее они были обнаружены во многих тканях животных.
Так, ПГЕ и ПГF обнаружены почти во всех исследованных тканях [136; 314, 228].
Наиболее высоко содержание и разнообразие простагландинов в органах и тканях репродуктивной системы.
В отличие от гормонов, образование простагландинов не имеет строгой локализации.
Они синтезируются в микросомах клеток в матке, яичниках, почках, легких, кишечнике и других органах и тканях.
Предшественниками простагландинов в биосинтезе являются полиненасыщенные жирные кислоты: арахидиновая, декосатетраэнолатовая, декосапептаэнолатовая.
Простагландины содержат 20 атомов углерода.
Bergstrom S. [154] впервые получил очищенные препараты ПГЕ и ПГF1, в 1960 г. была определена их химическая структура, а в 1966 г. осуществлен химический синтез [308].
Из тканей животных выделено более 14 соединений, относящихся к простагландинам.
Их объединяют в 6 классов [162] и согласно Международной номенклатуре обозначают буквами А, В, С, Д, Е и F в зависимости от различий в структуре циклопентанового ядра.
Наиболее распространены ПГ классов А, В, Е и F. Число двойных связей в боковых цепях обозначают цифрами 1,2 или 3.
По конфигурации 9-ой гидроксильной группы выделяют подгруппы альфа и бета.
Физиологическое действие простагландинов определяется их высокой активностью, структурными различиями и большой распространенностью в организме.
Считают, что простагландины влияют на ткани и клетки непосредственно.
Важную роль играют простагландины в функциях эндокрин-ных желез, что подтверждается их наличием в щитовидной желе-зе, тимусе, надпочечниках, половых железах и других железах.
Простагландины стимулируют синтез соматотропина, про-лактина, прогестерона, оцитоцина, тироксина, кортикостероидов, уменьшают инкрецию лютропина и адреналина.
Простагландины участвуют в передаче нервных импульсов, оказывают влияние на деятельность сердца и тонус кровеносных сосудов.
Они стимулируют сокращения миокарда, суживают сосуды и влияют на кровяное давление.
Простагландины участвуют в регуляции обмена воды и электролитов. Они тесно взаимодействуют с гормонами в регуляции роста и дифференцировки тканей.
У самцов простагландины увеличивают объем эякулята и концентрацию в нем спермиев. В половых путях самок они улучшают подвижность спермиев.
Действие различных простагландинов может быть диаметрально противоположным, так ПГF2α стимулирует, а ПГЕ угнетает сократительную способность маточных труб [282].
Простагландины неустойчивы, быстро распадаются, они активны в ничтожных количествах.
За сутки в организме образуется около 1 мг ПГ. Действие ПГ осуществляется на уровне клетки через цАМФ, с одновременным высвобождением из клеточной мембраны Са++ и поступлением в клетку ионов натрия.
Для животноводства важность изучения и использования простагландинов связана с их влиянием на половые функции [311; 178; 325].
Есть данные, что простагландины участвуют в развитии фолликулов, овуляции, в оплодотворении [103; 48].
Tam W.H. с соавторами [350] обнаружили в фолликулах у морских свинок рецепторы к ПГF2α.
У коров и овец клопростенол (синтезированный аналог ПГF2α) стимулирует развитие только крупных фолликулов, причем в более выраженной форме на том яичнике, где произошла овуляция [327; 373; 200].
В исследованиях Y. Kobaydshi [еt аl.], [230] перфузия яичников крольчих с добавлением ПГF2α способствовала овуляции, но не влияла на созревание яйцеклеток.
Особое внимание исследователей привлекла способность ПГ вызывать рассасывание желтого тела.
Регрессия желтого тела наступает в результате сокращения кровеносных сосудов, обеспечивающих питание яичников [364] и нарушения работы ферментных систем, обеспечивающих синтез прогестерона.
Снижение уровня прогестерона приводит к выбросу лютеинизирующего гормона из гипофиза, что вызывает наступление охоты и овуляции [330; 285; 313].
Прежде чем подробно остановиться на роли простагландинов в животноводстве рассмотрим закономерности фолликуло - и овогенетических процессов в яичниках коров и телок.
ГЛАВА IV. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОЛЛИКУЛО - И ОВОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЯИЧНИКАХ
ГЛАВА IV. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОЛЛИКУЛО - И ОВОГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЯИЧНИКАХ
КОРОВ И ТЕЛОК
Главным условием успешного применения в производственных условиях методов контроля репродуктивной активности является правильное понимание процессов фолликуло - и овогенеза и их эндокринной регуляции.
Без правильного понимания этих процессов не представляется возможным дальнейшее совершенствование всей биотехнологии воспроизводства [86; 91].
В процессах фолликулогенеза, развития и созревания яйцеклеток выделяют три периода.
Первый период характеризуют ростом фолликулов от стадии примординальных до стадии предполостных, в которых происходит увеличение размеров ооцитов.
Второй – ростом фолликулов от стадии крупных преантральных до стадии предовуляторных, в которых ооцит достигает дефинитивных размеров.
Третий – овуляцией фолликула, выходом зрелой яйцеклетки и формированием желтого тела цикла, а в случае оплодотворения – желтого тела беременности [46; 85; 86].
В процессе роста фолликулы популяции постоянно изменяют чувствительность к гонадотропным гормонам.
Степень чувствительности каждого фолликула определяется вариациями концентраций гонадотропных рецепторов в клетках их гранулезы.
В свою очередь, концентрация прогестерона, 17-β-эстрадиола и тестостерона в фолликулярной жидкости антральных фолликулов зависит от их размеров, приходящихся на каждый конкретный период полового цикла.
Фолликуло - овогенетические и эндокринные процессы в яичниках на протяжении половой зрелости самок претерпевают изменения и находят проявление в половом цикле.
Начало полового цикла соответствует дню охоты, обозначаемому нулевым днем цикла. На протяжении цикла яичник имеет последовательный функциональный ритм: волнообразное развитие и рост популяции антральных фолликулов – созревание доминирующего фолликула последней волны роста популяции – овуляция – образование и развитие желтого тела [130; 91].
Центральным явлением периодичности этих функциональных процессов является овуляция, которая разделяет фолликулярную и прогестативную фазы функциональных и морфологических изменений.
В соответствие в эндометрии функционально и морфологически чередуются пролиферативная и секреторная фазы.
При учете поведения самок, как реакции на комплекс внутриовариальных процессов, овуляция происходит в середине эструса, которому предшествует окончание проэструса.
После завершения овуляторного процесса и окончания эструса следует начало метэструса.
Рост популяции антральных фолликулов на протяжении полового цикла происходит волнообразно.
Возможны либо две, либо три волны роста, каждая из которых сопровождается развитием доминантного фолликула.
У коров с двухволновым ростом популяции продолжительность полового цикла равна в среднем 20 дням.
Созревание фолликулов первой волны начинается в день 0 (день овуляции), второй – на 10-й день цикла.
Первые клинически выраженные признаки регрессии желтого тела наблюдают на 15 день цикла, в то время как продолжительность регрессии равна 16,5 дней.
У коров с трехволновым ростом популяции продолжительность полового цикла равна в среднем 23 дня, созревание фолликулов первой волны начинается на 0,5 день, второй и третьей – на 9-й и 16-й дни цикла, соответственно.
У коров при трехволновом росте популяции первые признаки регрессии желтого тела можно наблюдать на 18 – 20 день, а в целом процесс регрессии продолжается 19,2 дня.
Считают, что возникновение третьей волны роста и созревания фолликулов связано с увеличенной продолжительностью лютеальной фазы, причем параллельно лютеолизису доминантный фолликул трансформируется в овуляторный фолликул [210; 86].
Фолликулярный рост последней волны, завершающейся овуляцией фолликула, отмечается на поздней лютеальной фазе цикла. Доминантные фолликулы предшествующих волн на соответствующих стадиях роста подвергаются регрессии и атрезии [133].
Растущие под комбинированным воздействием ФСГ и ЛГ фолликулы начинают выделять эстрогены, уровень которых достигает максимума незадолго до овуляции, непосредственно стимулируемой пиковой концентрацией ЛГ.
Временные и количественные параметры пика ЛГ являются главным явлением регуляции нормо-функциональной деятельности яичника, т.к. в случае их отклонения от нормы происходит нарушение овуляторного процесса в виде преждевременной или поздней овуляции либо ее отсутствием с последующим перерождением неовулировавшего фолликула.
При преждевременной или поздней овуляции происходит выход либо незрелой, либо персистентной яйцеклетки, что исключает возможность оплодотворяемости и развития зиготы [120; 29].
Кратко изложенные сведения о механизме развития и временных параметрах полового цикла и его отдельных стадий имеют исключительное значение для технологий его направленной регуляции.
Это обусловлено тем, что целесообразная эффективность воздействий гормональными препаратами возможна только на определенных стадиях цикла.
Данные о продолжительности полового цикла коров весьма противоречивы.
Исследования показывают, что половой цикл у коров и телок длится в пределах 14 – 28 дней, 12 – 28 дней, 16 – 26 дней [63].
По данным ряда зарубежных специалистов, диапазон колебаний длительности полового цикла составляет 16 – 28 дней.
Чэпмен и Косида установили, что он длится у 5% коров 16 и менее дней, у 60% – 17 – 28 и у 35% – 29 и более дней; Шмидт утверждает, что у 7,6% он продолжается 27 дней и менее, у 26% – 8 – 24 дня, и у остальных большие сроки; по Елленбергу и Лохману, у 30% коров половой цикл был короче или длиннее диапазона 17 – 25 дней [63; 130; 157; 39].
Кроме того, для конкретного животного продолжительность цикла – величина непостоянная и может широко варьировать. Минимальная вариабельность характерна для возраста коровы между 3 – 5 лактациями в период оптимума воспроизводительного статуса, когда воспроизводительная функция наиболее «точно отрегулирована».
Увеличение степени вариабельности наиболее выражено у молодых и старых животных [70].
Данные о сроках наступления пубертата и точно «отрегулированного» чередования половых циклов у телок также противоречивы.
При этом определенное значение имеет порода животных.
У европейских пород скота в возрасте 18 – 20 и более мес. до 30 – 40% телок могут оставаться неполовозрелыми, хотя у части телок половые циклы с правильным чередованием устанавливаются с 9 – 10 месячного возраста [300].
Тем не менее, принято считать, что средний возраст наступления пубертата у телок равен 300 дням при достижении живой массы 300 кг. В этих случаях фолликулярную активность регистрируют за 20 -40 дней до начала первой овуляции, причем разницы между длительностью первого и второго цикла не наблюдают [292].
Формирование половой функции у телок подразделяют на три стадии: 1) первичное появление половых рефлексов; 2) формирование полового цикла; 3) наступление половой зрелости. Проявление первых половых рефлексов опережает наступление таких феноменов, как течка и овуляция [51].
Независимо от породы механизм полового созревания у телок сводится к следующему: в период, предшествующий половому созреванию, активизируется образование гонадотропинов гипофизом, что приводит к росту фолликулов и продукции ими эстрогенов, которые накапливаются в крови и в соответствие принципу «плюс-минус» взаимодействия тормозят продукцию гонадотропинов, что блокирует продолжение роста фолликулов.
Для этой стадии характерна систематическая персистенция фолликулов.
У телок перед половым созреванием в течение 1 – 2-х месяцев обнаруживают в яичниках тонкостенные персистирующие фолликулы, вследствие чего желтых тел в таких яичниках не обнаруживают.
С возрастом инкреция эстрогенов нормализуется.
Становится адекватной гипоталамо-гипофизарная реакция на эстрогены, что приводит к оптимальной динамике секреции гонадотропинов с преовуляторным пиком ЛГ, предполагающим нормальную овуляцию [52].
Данные относительно вариабельности продолжительности фолликулярной и лютеальной фаз, как у коров, так и телок, указывают на более стабильный характер последней.
Стабильность продолжительности лютеальной фазы связывают с ее важнейшей ролью в подготовке организма к предстоящей стельности.
Однако на механизм регуляции стабильной продолжительности лютеальной фазы, которым можно было бы полностью объяснить эволюцию желтого тела, единой точки зрения нет.
Регуляция внутриовариальных процессов в значительной степени автономна, и, тем не менее, нормальная функциональная деятельность яичника невозможна без определенного влияния гонадотропных гормонов из-за необходимой степени гипофизарной поддержки функционирования желтого тела.
Общепризнанно, что для реализации лютеотропной функции необходимо обязательное присутствие ЛГ, тогда как неясно, может ли, так называемый, чистый ЛГ играть лютеотропную роль. Установлено, что в эксперименте для этой функции необходимо его постоянное введение в составе с пролонгатором (адъювант Фрейда) [68].
Цикличность функции яичника регулируется выделением гонадотропинов из гипофиза, деятельность которого осуществляется высшими нервными стимулами в рамках системы положительной обратной связи с гипоталамусом.
Основную роль здесь играет реакция гипофиза на гонадолиберин через посредство соотношения концентраций циркулирующих в крови стеролов, что рассматривают как сумму положительной и отрицательной связей, с одной стороны, прогестагенов, с другой – эстрогенов [70].
Важнейшим разделом научных исследований является вопрос о сроках начала нормоциклической деятельности яичников у коров после отела.
Непременным условием нормальной продолжительности цикла, а, следовательно, оплодотворения и эмбриогенеза является активное функционирование маточных желез и других гистохимических элементов эндометрия, морфологических и топографических параметров матки.
Измененные в результате стельности и родов указанные параметры инволюционируют постепенно и с определенной последовательностью. У 77% коров матка размеров небеременного состояния достигает к 28 – 30 дням.
Размеры шейки нормализуются на 35 – 40-й день.
Структуры, обеспечивавшие беременность отторгаются и вместе с лохиями элиминируются из организма за 9 – 10 дней. Регенерация покровного эпителия и маточных желез происходит через 3 – 4 недели после отела.
Еще 2 – 3 недели требуется для того, чтобы началось их нормальное функционирование. Освобождение матки от микробов происходит к концу 2 месяца после отела, ко времени 2-ой или 3-ей течки [39; 63].
Фолликулярная функция яичников после отела возобновляется быстрее: первые фолликулы созревают через 3 – 4 недели (что инициирует течку и половое возбуждение), происходит первая овуляция.
В случае раннего осеменения оплодотворенные яйцеклетки погибают, т.к. не находят в матке необходимых условий для развития.
Это объясняют сообщения, согласно которым лишь 17,8% коров из числа осемененных в первые 30 дней после отела становятся стельными, в то время как результативность осеменений возрастает по мере отсрочки осеменения после отела к 45 – 60 дню [210].
Решение проблемы более раннего плодотворного осеменения связано с увеличением эффективности реализации генетически детерминированных репродуктивных возможностей, что сопря-жено, во-первых, с детализацией причин, вызывающих снижение оплодотворяемости, во-вторых, с выявлением возможностей целенаправленных воздействий на эти механизмы с помощью биологически активных веществ и, таким образом, с разработкой высокоэффективной биотехнологии интенсивного воспроизводства.
Обобщая большое число наблюдений, приходят к выводу, что в среднем продолжительностью полового цикла у коров следует считать 21 день, у телок (к периоду случки) – 20 дней.
На протяжении цикла изменения функционального состояния яичников отражаются определенными изменениями гормонального статуса.
Определяя функциональное состояние яичников по гормональному статусу, можно эффективно управлять процессами воспроизведения [157; 58; 97].
В соответствующие периоды цикла имеют место отчетливые различия в изменениях соотношений концентраций ФСГ, ЛГ, прогестерона и эстрадиола.
Эта разница может служить оценкой таких важных процессов, как лютеолизис, развитие, созревание и овуляция фолликула, образование, развитие и регрессия желтого тела.
Учитывая, что воздействие гормональными препаратами многократно количественно и качественно изменяет спонтанно протекающий процесс [58; 69; 97], для гормональных обработок следует использовать животных, у которых половой процесс нормально функционирует.
Ключевым моментом, определяющим успех биотехнических мероприятий, является точная характеристика функционального состояния желтого тела.
Морфологическим критерием желтого тела, предполагающим возможность результативного начала обработки с целью вызвать охоту, является его размер (≈ 1,0 х 1,0 см) в середине полового цикла, определяемый на практике методом ректальной пальпации.
Однако оценка воспроизводительного статуса коров по состоянию желтого тела недостаточно точна. Правильный диагноз проэструса, эструса, метэструса и диэструса составляет 54,2; 60,0; 71,4 и 89,8%, соответственно, и в целом после одной ректальной пальпации не превышает 80% [280].
В этом отношении достаточно точен метод анализа изменений концентрации прогестерона в крови на протяжении полового цикла, который в значительной степени позволяет корректировать ошибки, допускаемые при ректальной диагностике.
Функциональное состояние яичников у коров после отела оценивают по профилю прогестерона, который определяют, начиная с 10 дня после отела до осеменения с 5-дневными интервалами [191; 99; 321].
Находят прямую связь между концентрацией прогестерона в крови и способностью коров положительно реагировать на гормональные обработки.
Установлена взаимосвязь между концентрацией прогестерона, приходящейся на день начала обработок, проявлением индуцированной охоты и оплодотворяемостью после осеменения [221].
Более того, начало нормального эмбриогенеза после оплодотворения в индуцированную охоту возможно лишь при определенных концентрациях прогестерона в плазме крови перед началом проведения гормональной обработки.
Значительное повышение концентрации прогестерона выше оптимальной, составляющей 2,05±0,5 – 3,1±0,5 мг/мл, равно как и низкие значения, негативно влияют на процессы оплодотворения и эмбриогенеза [158; 120].
Учитывая непременное выполнение условия правильного понимания механизмов естественной регуляции репродуктивной функции, для успеха при ее направленной корректировке мы регламентировали постановку экспериментов и анализ данных, получаемых в ходе их проведения, в соответствии с данными литературы по этому вопросу, изложенными в настоящей главе.
Теперь проследим за тем, в каких направлениях шло развитие направленной регуляции функции размножения у самок сельскохозяйственных животных.
