Воспроизводство крупного рогатого скота

Увеличение размера лютеиновых клеток во время фазы формирования и уменьшение во время фазы регрессии параллельно секреции прогестерона. Во время проэструса регрессирующее желтое тело уменьшается в весе, в объемной плотности лютеиновых клеток и компонентах кровеносных сосудов, а также в выработке прогестерона. Наблюдается одновременное увеличение соединительной ткани и гиалинизация кровеносных сосудов. Отдельные лютеиновые клетки претерпевают дегенеративные изменения, выражающиеся в уменьшении размера клеток и накоплении крупных липидных капель в цитоплазме. Эти морфологические изменения связаны с прогрессивными изменениями в концентрации прогестерона в плазме от менее 2 нг/мл через 3 дня после овуляции до примерно 4 нг/мл через 6 дней и пиковых концентраций более 6 нг/мл через 10 и 14 дней после овуляции с последующим снижением уровня через 16 дней из-за лютеолиза.71

Ультрасонографическое обнаружение и морфология желтого тела

Надежность и точность УЗИ в определении желтого тела и связь между атрибутами ультразвукового изображения и функцией желтого тела имеют важное значение в клинических условиях для оценки нормальности и стадии цикла. При сравнении ультразвукового исследования с грубой анатомической диссекцией ( препарированием ) результаты совпали у 83% неопытных операторов и 97% опытных операторов. Растущее желтое тело было обнаружено ко 2-му дню (день 0 = овуляция) в более чем 95% из 80 эстральных циклов, а регрессирующее желтое тело было обнаружено в среднем через 1,4 дня в следующем эстральном цикле.¹³³

Большая часть (40–70%) нормальных желтых тел во время своего развития имеет центральную заполненную жидкостью полость; остальные являются плотными структурами (рассмотрено в ссылке 130). Полость желтого тела заполнена серозным транссудатом и остается безэховой в течение всего своего существования, в отличие от организованного сгустка и появления сети эхогенных линий в центральной полости желтого тела лошади. По мере созревания желтого тела центральная полость становится меньше и часто исчезает. Концентрации прогестерона в плазме при желтом теле с центральной полостью или без нее не отличаются. Профиль (площадь среза ) области лютеиновой ткани (минус площадь полости, если она имеется), обнаруженный с помощью ультразвука, соответствовал профилю концентрации прогестерона в плазме, за исключением того, что во время лютеолиза прогестерон начал уменьшаться за 1-2 дня до того, как регрессия стала видна на УЗИ.¹³⁴

Изменения атрибутов ультразвукового изображения (эхотекстуры, характерных черт ) желтого тела также отражают функцию желтого тела крупного рогатого скота (рис. 24.14).¹³⁰ Более высокие значения пикселей, полученные с помощью компьютерного количественного анализа эхотекстуры во время образования лютеиновой железы (метэструс) и регрессии (проэструс) имели схожие закономерности, наблюдаемые у лошадей и кобыл пони при субъективной оценке эхотекстуры¹³⁵ и пиксельного анализа¹³⁶ желтого тела, зарегистрированные in vivo с помощью трансректальной ультрасонографии. Для проверки гипотезы о том, что ультразвуковые изображения могут быть «окрашены» в цифровом виде, были разработаны компьютерные алгоритмы для создания «виртуальной гистологии» посредством тонких различий в эхотекстуре, возникающих из-за различных структур яичников.¹³⁷ Количественный анализ показал, что алгоритмы «палочек» увеличивали статистические различия в эхотекстуре стромы яичника в сравнении с желтым телом, что стало первым шагом к виртуальной гистологии ультразвуковых изображений и пониманию динамических изменений в яичнике на микроскопическом уровне безопасным, повторяемым и неинвазивным способом.¹³⁸

Динамика кровотока в желтом теле

Основные изменения в микроциркуляторном русле яичника присходят во время роста и регрессии крупных фолликулов и желтого тела.^130,139,140 Для изучения сосудистого кровотока были использованы три варианта метода Допплера: (i) спектральный Допплер используется для отображения сосудистого потока с течением времени в форма волны; (ii) цветовой Допплер позволяет наложить информацию о направлении сосудистого потока на серое изображение в B-режиме; и (iii) силовой Допплер используется для наложения информации о низкоскоростном сосудистом потоке (без информации о направлении) на изображение в оттенках серого в B- режиме. Допплеровские исследования предоставили визуальные доказательства изменений со временем в кровотоке в пределах преовуляторной стенки фолликула коров, связанных с выбросом ЛГ.^140,141 Первоначальные результаты показывают, что в преовуляторном фолликуле коровы может происходить двухфазная реакция кровотока на ЛГ. Первоначальное увеличение кровотока сопровождалось зубчатым слоем фолликулярной гранулезы в течение 3 часов после лечения ЛГ, а второе увеличение кровотока было обнаружено примерно через 20 часов после введения ЛГ.¹⁴¹ У крупного рогатого скота отмечены отчетливые изменения в характере кровотока во время лютеогенеза, лютеолиза и ранней беременности, а также в ответ на гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ), простагландин ПГФ, ПГЕ, PGI, окситоцин и синтазу оксида азота (группа ферментов, катализирующих образование оксида азота и цитруллина из аргинина, кислорода и NADPH) .^140,142– 146

Лютеолиз

В начале 1970-х годов было обнаружено, что ПГФ2α является естественным лютеолизином у крупного рогатого скота^147,148 , и с тех пор ПГФ2α стал наиболее часто используемым средством для элективной индукции и синхронизации эструса у крупного рогатого скота.^149–151 Пульсирующее высвобождение ПГФ2α из матки инициирует лютеолиз, начинающийся за 4–6 дней до овуляции.^152,153 Ранние исследования показали, что зрелость желтого тела во время лечения простагландином влияла на лютеолитический ответ;¹⁵⁴ ПГФ2α не вызывал эффективно индукции лютеолиза в течение первых 5 или 6 дней после эструса. Ранее считалось, что недостаточная отзывчивость является результатом отсутствия рецепторов ПГФ2α в незрелом желтом теле, но более поздняя работа опровергла эту гипотезу, продемонстрировав присутствие рецепторов в желтом теле уже через 2 дня после овуляции.¹⁵⁵ Причина устойчивости незрелого желтого тела к ПГФ2α остается неясной, но некоторые предполагают, что зрелое желтое тело может иметь виток положительной обратной связи, включающий лютеиновый окситоцин ( окситоцин, помимо гипофиза, синтезируется в лютеиновых клетках яичников, матке и плодных оболочках) и TNF, которые вызывает высвобождение эндометрием ПГФ2α и поддерживает процесс лютеолиза.^156,157 Если это представление верно и незрелое желтое тело не обладает витком положительной обратной связи, то можно ожидать, что множественные инъекции ПГФ2α завершат лютеолитический процесс в ранней стадии желтого тела. Ввиду этой связи лютеолиз и овуляция были индуцированы у 56 из 60 телок (93%), которым вводили ПГФ2α утром и вечером на 4, либо на 5 день после эструса, в двух исследованиях, связанных с суперстимуляцией яичников относительно появления фолликулярной волны.^158,159 Недавние исследования показывают отчетливый причинно-следственный баланс между лютеотрофным эффектом эндогенных импульсов ЛГ и лютеолитическим эффектом импульсов ПГФ2α; повторные импульсы ПГФ2α из матки в конечном итоге преодолевают реанимационные эффекты ЛГ до полного лютеолиза (пересмотрено в работе 160).

(a)
12
10
8
6
4 Препубертатные
телята
0 4 8 12 16 20
(b)
12
10
8
6
4 Стельные коровы
0 4 8 12 16 20
Дни от появления волны
Увеличение ЛГ
Снижение ЛГ
56 недель
1 месяц
42 недели
2 недели
3 месяца
6 месяцев
9 месяцев
14 недель
34 недели
()Диаметр доминантного фолликуламм

Рис. 24.15 Профили диаметра доминантного фолликула в фолликулярных волнах во время препубертатного развития у (а) телят и (б) во время беременности у коров по данным ежедневного трансректального УЗИ. (а) Профиль изображен в возрасте 56 недель и представляет собой волну, непосредственно предшествующую половому созреванию (первая овуляция; данные Adams et al.¹⁵⁸ ; Evans и др.¹⁶² ). В возрасте от 14 до 56 недель межволновой интервал (обозначенный стрелками) увеличился с 6,8 до 9,2 дня. (б) У беременных коров с 1 до 9 месяца беременности межволновой интервал (обозначен стрелками) уменьшился с 9,6 до 6,4 дня. Данные Ginther et al.⁴⁸ ; Bergfelt и др.³³ ; Ginther и др.¹⁶⁴ ). Изменения в профилях доминирующих фолликулов связаны с изменениями циркулирующих концентраций ЛГ.

Овариальная динамика во время разных репродуктивных состояний

Препубертатный и перипубертатный периоды

В единственном исследовании фолликулярной динамики яичника в препубертатном и перипубертатном периодах использовалась трансректальная ультрасонография для мониторинга ежедневных изменений в развитии фолликула у телят в возрасте 2 недель; мониторинг телят проводился регулярно в течение первого года жизни.^161–163

Половое созревание определяли по моменту первой овуляции, и было установлено, что у телок герефорд-кроссов, использованных в исследовании, оно наступает в 52–56 недель (12–13 месяцев). Примечательно, что во всех исследованных возрастных категориях развитие фолликулов происходило волнообразно, как у взрослых особей. Индивидуальное развитие фолликула характеризовалось фазами роста, статики и регрессии, и с каждым появлением фолликулярной волны были связаны периодические скачки концентрации ФСГ в сыворотке (см. Рис. 24.8). Скачки ФСГ охватывали в среднем 3 дня и были максимальными за 1 день до появления волны. Был сделан вывод, что механизмы, контролирующие хорошо упорядоченные явления возникновения волн, отбора и регрессии фолликулов у зрелого крупного рогатого скота, также существовали и у препубертатных телок.

Профиль диаметра доминантного, а также самого большого подчиненного фолликула в препубертатном периоде увеличивался с возрастом (рис. 24.15). Скорость увеличения была наибольшей в возрасте от 2 до 8 недель и затем в возрасте от 24 до 40 недель и была связана с периодами роста средних концентраций ЛГ.¹⁶² Количество обнаруженных фолликулов (≥3 мм в диаметре) также резко возросло в возрасте от 8 до 14 недель, а затем, по-видимому, уменьшалось по мере приближения полового созревания во временной связи с ранним повышением и последующим конусообразным снижением средних концентраций ФСГ. Причина развития раннего повышения циркулирующих концентраций ЛГ и ФСГ в возрасте от 4 до 14 недель неясна, но она может отражать начальное созревание оси гипоталамус-гипофиз и последующую чувствительность к отрицательной обратной связи со стороны яичниковых стероидов. Это мнение подтверждается данными, показанными на рисунке 24.15, а также наблюдаемыми изменениями в интервале между появлением доминантных фолликулов последовательных волн (межволновой интервал). Интервал между волнами был относительно длинным (8–9 дней) в возрасте 2 и 8 недель, но стал значительно короче (6,8 дня) в 14 недель. Далее интервал между волнами постепенно увеличивался (7–9 дней) до полового созревания.

Изучение данных за период, непосредственно предшествующий первой овуляции и охватывающий последующие два интеровуляторных интервала, выявило уникальные характеристики в начале овуляторной цикличности у коров.¹⁶³ Первый овуляторный цикл был коротким (7,7 ± 0,2 дня), а первая овуляция произошла после того, как доминантный фолликул вошел в статическую фазу; то есть доминантный фолликул был старше во время овуляции, чем его аналог в более поздних циклах. Первое желтое тело (из состарившегося овуляторного фолликула) было меньше и короче, чем желтое тело последующих циклов, что привело к сокращению интеровуляторного интервала. Второй интеровуляторный интервал имел нормальную продолжительность (20,3 ± 0,5 дня) и состоял из двух или трех фолликулярных волн. Средние концентрации эстрадиола и ЛГ в сыворотке, а также частота пульсации ЛГ увеличивались с приближением первой овуляции, но концентрация ФСГ - нет. Как отмечалось ранее, скачки ФСГ были связаны с появлением фолликулярной волны. Эти результаты демонстрируют поразительное сходство между началом полового созревания у молодых телок и возобновлением овуляторной цикличности у новотельных коров (см. ниже).

Фолликулярное развитие в период стельности

Результаты трех отдельных исследований подтверждают, что волновое явление возникает на протяжении всей беременности, за исключением последних 21 дня, когда не было обнаружено никаких фолликулов размером 6 мм или более.^33,48,164 В присутствии прогестерона (эндогенного или экзогенного),³³ ановуляторные фолликулярные волны появляются через равные промежутки времени. Однако максимальный диаметр доминирующего фолликула последовательных волн уменьшился и был связан с последовательным уменьшением межволнового интервала (то есть период доминирования стал короче) (рис. 24.15). Первоначальное снижение произошло сразу после первой фолликулярной волны беременности, а последующее резкое снижение произошло после четвертого месяца беременности. Прогестерон подавляет рост доминантного фолликула дозозависимым образом⁷¹ , а прогрессирующее снижение фолликулярного доминирования, наблюдаемое у беременных коров, объясняется подавляющим воздействием на ЛГ повышения уровня прогестерона в середине беременности и повышением уровня эстрогена в ближайшей перспективе.¹⁶⁴

У стельных коров, так же как у нестельных, периодические скачки ФСГ были связаны с появлением фолликулярных волн. Кроме того, на величину и частоту всплесков ФСГ повлиял размер доминантного фолликула. Волны, в которых доминантный фолликул достигал диаметра 10 мм или более, ассоциировались ( были связаны) с более длинными интервалами между последовательными скачками ФСГ и более низкими концентрациями ФСГ. Наоборот, волны с меньшими доминирующими фолликулами (6–9 мм) были связаны с более короткими интервалами и более высокими концентрациями ФСГ. Подобная взаимосвязь между ФСГ и динамикой фолликулярной волны наблюдалась у препубертатных телят.

Фолликулярное развитие в послеродовой период

Было показано, что у всех видов, у которых оно изучалось, лактация и сосание оказывают подавляющее влияние на фолликулярное развитие яичников. Степень подавления у крупного рогатого скота была связана в первую очередь с энергетическим балансом (состояние питания, упитанность, молочная продуктивность, паритет ( количество предыдущих отелов )) и предродовыми расстройствами (метрит, эндометрит, мастит, хромота) (рассмотрено в [165–167]). Интервал от отела до первой овуляции у молочных коров составлял в среднем 21 день (от 10 до 55 дней),¹⁶⁸ , но был значительно длиннее у первородящих коров, чем у многоплодных (31,8 ± 8,3 дня против 17,3 ± 6,3 дня).¹⁶⁹ Появление первой фолликулярной волны после отела варьировалось от 2 до 7 дней (в среднем 4,0 дня) у голштинских первотелок¹⁶⁴ , а доминирующий фолликул первой послеродовой волны овулировал у 14 из 19 (74%) многоплодных фризских коров¹⁷⁰ в среднем на 27-й день (диапазон 12– 58).¹⁷¹ У мясного скота возобновление фолликулярных волн наблюдалось в течение 10 дней после отела,¹⁷² , но первая овуляция происходила несколько позднее, чем у молочного скота (в среднем через 30,6 дня) и лишь в редких случаях это был доминантный фолликул первой послеродовой волны (11%).¹⁷²

Первая послеродовая овуляция часто сопровождается отсутствием эстрального поведения и короткой лютеиновой фазой (обзор в 173). Первая овуляция не сопровождалась течкой у 17 из 18 (94%) новотельных молочных коров¹⁷⁰ , а продолжительность первого послеродового интеровуляторного интервала варьировалась в зависимости от того, когда появился первый фолликул, предназначенный для овуляции. Первый послеродовой интеровуляторный интервал примерно у 25% молочных коров был коротким (в среднем 11,2 дня), еще у 25% имел нормальную продолжительность (в среднем 20,6 дня) и был длинным (в среднем 30,0 дня) у оставшихся 50% коров.¹⁷⁰

При коротких циклах первый фолликул, предназначенный для овуляции обнаруживали позднее (≥10 дней после отела), тогда как при нормальных и длинных циклах его находили раньше (обычно ≤10 дней). Эти результаты отлично согласуются с данными другого исследования¹⁶⁸ , в котором после коротких послеродовых ановуляторных периодов (около 14 дней) следовал цикл нормальной длины (18–21 день), а после более длинных послеродовых ановуляторных периодов (21–25 дней) - короткий цикл (<14 дней). У большинства мясных коров (78%) овуляция произошла во второй, третьей или четвертой послеродовой фолликулярной волне, и, как и у молочного скота, первые овуляции, произошедшие через 20 дней (16 из 18 коров), сопровождались коротким циклом (14 из 16 коров).¹⁷² Короткие циклы ассоциировались с короткой лютеиновой фазой, меньшим желтым телом и более низкими концентрациями циркулирующего прогестерона. Короткая лютеиновая фаза после первой послеродовой овуляции объясняется преждевременным высвобождением ПГФ2α маткой в результате меньшего количества прогестероновых рецепторов и большего количества окситоциновых рецепторов в клетках эндометрия¹⁷³ , однако, является ли лютеиновая недостаточность результатом изменения преовуляторной дифференциации гранулезы/теки клетки на фоне низкого уровня ЛГ еще предстоит проверить.

Фолликулярное развитие в старости

Снижение фертильности при материнском старении было хорошо задокументировано у крупного рогатого скота и человека.^174–176 Эндокринные и овариальные признаки репродуктивного старения были охарактеризованы в серии исследований, в которых старые коровы (≥15 лет) сравнивались со своими молодыми дочерьми (≤ 5 лет).^177–179 Средние концентрации циркулирующего ФСГ были стабильно выше у старых коров, чем у их дочерей, но закономерность в секреции ФСГ и появлении волн у старых коров сохранялась, т. е. каждой фолликулярной волне яичника предшествовал всплеск циркулирующего ФСГ. Несмотря на повышенный уровень ФСГ, в каждую фолликулярную волну у старых коров было вовлечено меньше фолликулов размером 4–5 мм по сравнению с их дочерьми. Эта интересная обратная взаимосвязь между количеством фолликулов, набранных в волну, и пиковыми концентрациями ФСГ также была сообщена в исследованиях, согласно которым число фолликулов волны у индивидуумов повторяется^59,102 . Продолжительность интеровуляторного и межволнового интервалов не менялась с возрастом, но овуляторный фолликул старых коров с двухволновым циклом был меньше во время овуляции, чем у молодых коров. Аналогичным образом диаметр желтого тела был меньше, а концентрация прогестерона в плазме, как правило, была ниже у старых коров по сравнению с молодыми. Влияния возраста на концентрацию циркулирующего ЛГ или частоту пульса ЛГ не выявлено.

Чувствительность ( ответная реакция ) оси гипоталамус-гипофиз у молодых и старых коров была изучена в исследовании, включающем синхронизацию яичников на основе эстрадиола/ прогестерона.¹⁷⁸ Стероидная терапия подавляла циркулирующий ФСГ в обеих возрастных группах, и интервалы между лечением и последующим пиком ФСГ и появлением волны не отличались между старыми и молодыми коровами. В исследовании реакции яичников на суперстимулирующую терапию¹⁷⁹ в фолликулярную волну было вовлечено меньше мелких (<5 мм) фолликулов, и у старых коров появилось меньше фолликулов всех размерных категорий после суперстимуляции по сравнению с их молодыми дочерьми. В среднем у молодых дочерей было на восемь овуляций на корову больше, чем у их матерей.