Воспроизводство крупного рогатого скота

Гормональный профиль эстрального цикла
100 30 30
50 15 15
0 0 0
24 ч 4 ч 4 ч
ПГФ2a
0 5 10 15 20 0
Дни
ЛГ ФСГ Эстрадиол Прогестерон
()пг/млГнРГ )ГнРГ (пг/мл ГнРГ (пг/мл)
Концентрация

Рисунок 23.1 Относительные изменения циркулирующих концентраций лютеинизирующего гормона (ЛГ), фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), эстрадиола и прогестерона в течение эстрального цикла у коров. День, в который наблюдается эстральное поведение, обозначается как день 0 эстрального цикла. Циркулирующие концентрации прогестерона увеличиваются после овуляции по мере образования и созревания желтого тела и остаются повышенными на протяжении всей лютеиновой фазы. Высвобождение простагландина ПГФ2α вызывает лютеолиз, что сопровождается снижением циркулирующих концентраций прогестерона. Период быстрого роста и созревания фолликулов и повышенных концентраций эстрадиола в кровообращении, который следует за лютеолизом, характеризует фолликулярную фазу. Повышенный уровень эстрадиола в отсутствие прогестерона приводит к эстральному поведению и преовуляторному выбросу гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ; вверху, график слева). Во время лютеиновой фазы прогестерон подавляет частоту пульсирующей секреции ГнРГ (вверху, график посередине) и, следовательно, пульсирующей секреции ЛГ. Во время фолликулярной фазы избавление от ингибирования прогестероном приводит к увеличению частоты импульсов ГнРГ (вверху, график справа) и ЛГ, что способствует созреванию фолликулов и усилению стероидогенеза яичников. Колебания циркулирующих концентраций ФСГ и эстрадиола наблюдаются в связи с началом и развитием фолликулярных волн.

Характер высвобождения ГнРГ/ЛГ в фолликулярную фазу необходим для окончательного развития и созревания фолликула, а также для усиления стероидогенеза. Повышение циркулирующей концентрации эстрадиола во время поздней фолликулярной фазы приводит к преовуляторному всплеску ГнРГ. Всплекс ГнРГ характеризуется устойчивым увеличением концентрации ГнРГ в гипофизарной портальной крови. В начале волны пульсирующий выброс ГнРГ имеет высокую частоту и высокую амплитуду. По мере развития волны пульсирующий характер высвобождения ГнРГ сменяется непрерывным повышением ГнРГ в портальной кровеносной системе.² Это, в свою очередь, приводит к массивному выбросу ЛГ из аденогипофиза в периферическое кровообращение, аналогично выбросу ГнРГ в портальное кровообращение.^2,5 Таким образом, для эстрального цикла характерны два режима эндогенной секреции ГнРГ/ЛГ: тоническое эпизодическое высвобождение и преовуляторный выброс.⁶ Эти паттерны высвобождения ГнРГ/ЛГ регулируются главным образом эстрадиолом и прогестероном посредством отрицательных и положительных эффектов обратной связи на гипоталамическом и аденогипофизарном уровнях.

Аксоны ГнРГ-нейронов проецируются на срединное возвышение, где ГнРГ сохраняется в секреторных пузырьках, смежных с капиллярами гипоталамо-гипофизарной портальной сосудистой сети, и высвобождается при стимуляции. Через эту специализированную сосудистую сеть, которая соединяет гипоталамус и аденогипофиз (рис. 23.2), ГнРГ достигает аденогипофиза в функционально значимых концентрациях, связывается с рецепторами ГнРГ на поверхности гонадотропных клеток и стимулирует высвобождение гонадотропина. Хирургическое разрушение гипоталамо-гипофизарной сосудистой системы приводит к снижению содержания аденогипофизарных и циркулирующих концентраций ЛГ и ФСГ из-за отсутствия стимуляции ГнРГ гонадотропных клеток.^9,10 . Активность нейронов ГнРГ и высвобождение ГнРГ в срединном возвышении в значительной степени регулируются афферентными нейрональными сигналами и факторами, высвобождаемыми глиальными клетками.^11,12 Существуют также доказательства структурных изменений в глиальных клетках, которые окружают капилляры срединного возвышения¹³ и могут способствовать регуляции диффузии ГнРГ в гипоталамо-гипофизарное кровообращение после секреторного эпизода.

Функциональная анатомия

гипоталамо-гипофизарной единицы

Гонадный стероидный контроль

секреции гонадотропина

Клеточные тела нейронов у крупного рогатого скота, которые синтезируют ГнРГ, расположены в континууме ( скоплении ), который простирается от преоптической области до медиобазальной зоны гипоталамуса промежуточного мозга.^7,8

Положительным и отрицательным обратным действием эстрадиола и прогестерона на уровне гипоталамуса и аденогипофиза объясняют большинство изменений в характере высвобождения ГнРГ и ЛГ во время эстрального цикла (рис. 23.3).

(a) (b) ДМГ
ПОО
ПОГ 3Ж
ДМГ
ВМГ
МТ
ЗХ ДЯ pt
СВ
НГ
(c)
АГ
ЛГ
ФСГ

Рисунок 23.2 Диаграмма, представляющая сагиттальный вид нижней части мозга коровы и областей гипоталамуса, участвующих в нейроэндокринном контроле репродукции. У крупного рогатого скота тела нейрональных клеток гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ) распределены в континууме, который простирается от перегородки/преоптической области (ПОО) до базальных частей гипоталамуса (а). Нейроны ГнРГ проецируются ( распространяются) на срединное возвышение (СВ), где нейрональные терминалы примыкают к капиллярам гипоталамо-гипофизарной портальной системы. ГнРГ, высвобождаемый в СВ, достигает гонадотропов в аденогипофизе (AГ) и стимулирует синтез и высвобождение лютеинизирующего (ЛГ) и фолликулостимулирующего (ФСГ) гормонов. Изображения с низким (b) и высоким (c) увеличением ГнРГ-иммунореактивных нейрональных волокон, которые выступают базолатерально в направлении срединного возвышения и оканчиваются рядом с капиллярами (*) внешней зоны СВ. ПОГ - передняя область гипоталамуса; ДЯ - дугообразное ядро; ДМГ - дорсомедиальный гипоталамус; МТ - мамиллярное ( сосцевидное) тело; НГ - нейрогипофиз; ЗХ- зрительная хиазма ( перекрест зрительных нервов) ; pt — туберальная часть (pars tuberalis) (листовидный вырост, окружающий ножку гипофиза, функции которого не ясны) аденогипофиза; ПОЗ - преоптическая зона; ВМГ- вентромедиальный гипоталамус; 3Ж, - третий желудочек.

Эффект влияния прогестерона на импульсное высвобождение ГнРГ/ЛГ хорошо охарактеризован: прогестерон ингибирует частоту высвобождения ЛГ¹⁴ , действуя на уровне гипоталамуса.^15,16 Однако, эффект отрицательной обратной связи эстрадиола является более сложным и проявляется в значительной степени аддитивно ( добавочно ) к действию прогестерона.¹⁷ Положительная же обратная связь эстрадиола является основным физиологическим механизмом, стимулирующим развитие преовуляторного выброса ГнРГ и ЛГ в поздней фолликулярной фазе. Интересно, что хотя прогестерон и может блокировать эстрадиол-индуцированный всплеск ЛГ у телок и овец^18,19 предшествующее воздействие эндогенного (лютеиновая фаза) или экзогенного (фармакологическое лечение) прогестерона усиливает эстрадиолиндуцированный всплеск ЛГ.²⁰ Механизмы, с помощью которых прогестерон ингибирует частоту импульсного высвобождения ЛГ, по-видимому, опосредованы эндогенными опиоидными пептидами, в частности динорфином.²¹ Исследования на овцах показали, что прогестерон, воздействуя на нейроны динорфина, расположенные в дугообразном ядре гипоталамуса и содержащие рецепторы к прогестерону, подавляет частоту импульсов ГнРГ посредством активации нейротрансмиссии ( передачи нервных импульсов) эндогенного опиоидного пептида. Этот эффект, по-видимому, опосредован κ( каппа) -опиоидным рецептором. Поддержка этого механизма действия продемонстрирована наблюдениями, согласно которым 1) интрацеребровентрикулярная инъекция прогестерона ингибирует пульсирующую секрецию ЛГ;¹⁶ 2) антагонисты эндогенного опиоидного пептида²² и κ-опиоидного рецептора,²³ инъецированные в медиобазальный ( средний) г ипоталамус, увеличивают частоту импульсов ЛГ; и 3) прогестероновые рецепторы, содержащиеся в динорфиновых нейронах, расположенных в дугообразном ядре гипоталамуса, широко распространяются и на нейроны ГнРГ в медиобазальном гипоталамусе, но в меньшей степени на нейроны ГнРГ в преоптической области.

Важно отметить, что у овец популяция нейронов ГнРГ, расположенных в медиобазальном гипоталамусе, по-видимому, является основной группой нейронов ГнРГ, активируемых во время импульса ЛГ.²⁴ Это доказывает, что нейронная схема, расположенная в этой области, представляет собой путь, посредством которого прогестерон ингибирует частоту эпизодического выброса ГнРГ/ЛГ во время лютеиновой фазы. Хотя у крс механизмы влияния отрицательной обратной связи прогестерона в отношении регуляции высвобождения ЛГ не были тщательно изучены, данные указывают на то, что эндогенные опиоидные пептиды играют роль, аналогичную той, которая характерна для овец²⁵ .

Влияние отрицательной обратной связи эстрадиола на высвобождение ЛГ является более сложным. Во время периодов повышенного уровня прогестерона (например, в лютеиновую фазу) эстрадиол усиливает ингибирование прогестероном пульсации ЛГ. Этот эффект может включать прямое воздействие эстрадиола на эндогенные нейроны опиоидных пептидов, включая нейроны динорфина дугообразного ядра, которые у овец, как известно, экспрессируют α-рецепторы эстрогена и рецепторы прогестерона.^26,27 У овариэктомированных овец эстрадиол усиливает экспрессию ( чувствительность) рецепторов к прогестерону в дугообразном ядре, поэтому отрицательная обратная связь прогестерона может усиливаться с помощью эстрадиола²⁸ за счет повышения чувствительности нейронов гипоталамуса к воздействию прогестерона. Отрицательная обратная связь эстрадиола у овец также наблюдается в способности эстрадиола уменьшать амплитуду импульсов ЛГ во время фолликулярной фазы²⁹ . Однако, этот эффект может быть следствием увеличения частоты пульсации ЛГ, наблюдаемой во время поздней фолликулярной фазы² или ингибирования экспрессии генов α-субъединицы гликопротеиновых гормонов (общих для ЛГ, ФСГ и адренокортикотропина) и β-субъединицы ЛГ.^30,31

10 Постовуляторная/прелютеиновая фаза Поздняя фолликулярная фаза
Низкий прогестерон - высокая частота, низкая (преовуляторный всплеск ЛГ)
8 амплитуда импульсов ЛГ
6 25
4
2
0 20
Лютеиновая фаза
10
(Повышенный прогестерон - низкая частота, высокая
амплитуда импульсов ЛГ)
8
6 15
4
2
0 10
10 Ранняя фолликулярная фаза
(Снижение прогестерона - увеличение
8 частоты пульсации ЛГ)
6 5
4
2
0
0
0 6 12 18 24 0 6 12 18 24
Время (ч) Время (ч)
)ЛГ (нг/мл
ЛГ (нг/мл)
)ЛГ (нг/мл
)ЛГ (нг/мл

Рисунок 23.3 Особенности выделения лютеинизирующего гормона (ЛГ) во время эстрального цикла у коров. Образцы крови из яремной вены коровы были отобраны с 10-минутными интервалами в течение 24 часов в четырех различных фазах эстрального цикла. Модифицировано с разрешения Rahe и др.²

Эстрадиол, по- видимому, оказывает двухфазное влияние на секрецию ЛГ во время развития фолликулярной фазы. Введение эстрадиола в физиологических дозах, способных вызвать преовуляторный всплеск ЛГ, вначале приводит к острому снижению частоты пульсации ЛГ.^29,32 Доказательства этого эффекта также присутствуют во время поздней фолликулярной фазы эстрального цикла.⁵ Этот краткий период спада пульсации (~6 часов) , вызванный эстрадиолом, сменяется значительным увеличением частоты и амплитуды пульсации ГнРГ/ЛГ и, соответственно, прогрессивным устойчивым повышением концентрации ЛГ, характерным для преовуляторного всплеска (эстрадиол - положительная обратная связь; Рисунок 23.4).^5,6 Хотя механизмы, с помощью которых формируется эстрадиол - положительная обратная связь, неясны, они, по- видимому, включают активацию эстрадиол-восприимчивых нейронов в гипоталамусе и передачу сигнала эстрадиола к нейронам ГнРГ для стимуляции его выброса в срединном возвышении.³³ Вентромедиальный гипоталамус и дугообразное ядро были определены как критические участки воздействия положительного эффекта эстрадиола у овец.^34,35 Изменения в трансмиссии норэпинефрина, β- эндорфина, глутамата, γ- аминомасляной кислоты (ГАМК) , нейрокинина В и кисспептина могут быть вовлечены в процесс передачи положительной обратной связи эстрадиола.

На уровне аденогипофиза эстрадиол усиливает экспрессию рецепторов к ГнРГ.³⁶ Этот эффект является физиологически значимым, поскольку повышенное выделение гонадотропных гормонов в ответ на воздействие ГнРГ во время поздней фолликулярной фазы может иметь решающее значение для поддержания повышенной секреции ЛГ во время преовуляторного всплеска ГнРГ.

Предварительное воздействие прогестерона усиливает вызванный эстрадиолом всплеск секреции ЛГ. Этот эффект прогестерона, повидимому, имеет место как на уровне гипоталамуса, так и на уровне аденогипофиза. У овариоэктомированных овец, предварительно обработанных прогестероном в течение искусственного эстрального цикла, величина выброса ГнРГ была выше, чем у овец, не подвергавшихся предварительному воздействию прогестерона.³⁷ Хоть данные и свидетельствуют о том, что этот эффект возникает вследствие изменения секреции ГнРГ, имеет место также прямое влияние аденогипофиза. Так, у овариоэктомированных овец с хирургически заблокированной гипоталамо-аденогипофизарной связью, чувствительность к эстрадиол-индуцированному всплеску ЛГ была повышена у овец, предварительно обработанных прогестероном.³⁸ По-видимому, у коров предварительная обработка прогестероном так же хорошо влияет на отзывчивость на эстрадиольную обратную связь.^39,40 Контроль синтеза и высвобождения ФСГ из гонадотропов четко регулируется ГнРГ и гонадными гормонами, включая стероидные и белковые гормоны.