На этой стадии развития эмбрион все еще не склонен к половой дифференцировке репродуктивного тракта.46 Если генетический пол мужской (XY), парамезонефрические протоки будут регрессировать, а мезонефрические протоки будут дифференцироваться с образованием придатка яичка, семяпроводов и семенных пузырьков мужского репродуктивного тракта. Если генетический пол женский (ХХ), мезонефрические протоки будут регрессировать, а парамезонефрические ( Мюллеровы) протоки будут дифференцироваться с образованием яйцеводов, матки и передней части влагалища. Этот процесс дифференцировки начинается на уровне индифферентной гонады, где мезотелиальные клетки запускают цепную реакцию событий, основанную на экспрессии транскрипционного фактора, известного как SRY (определяющий пол участок короткого плеча Y-хромосомы).47 Эти мезотелиальные клетки или поверхностные эпителиальные клетки индифферентной гонады проникают в гонаду во время инвазии и пролиферации первичных половых клеток и становятся гонадным гребнем. Кроме того, у особей мужского пола эти мезотелиальные клетки будут дифференцироваться в клетки Сертоли, и после активации гена SRY эти клетки Сертоли начнут выделять анти-мюллеровый гормон. Этот анти-мюллеровый гормон вызывает регрессию парамезонефрических протоков. Интерстициальные клетки дифференцирующегося яичка, также известные как клетки Лейдига, начинают секретировать тестостерон, который помогает дальнейшей дифференцировке мезонефрических протоков, а также придаточных половых желез. В отсутствие Y- хромосомы (женский генетический пол, XX) начинают образовываться яичники и отсутствие антимюллерового гормона приводит к дифференцировке парамезонефрических протоков, тогда как отсутствие тестостерона приводит к регрессии мезонефрических протоков. Несколько новаторских экспериментов дополнительно выяснили механизмы, лежащие в основе дифференциации и изменения пола.46 Например, двустороннее удаление индифферентной гонады у плода с генетически мужским (XY), либо женским (XX) полом приводит к регрессии мезонефрических протоков и развитию парамезонефрических протоков (женский фенотип независимо от генетического пола).
Сосредоточение внимания на определении и изменении пола у крупного рогатого скота отчасти связано с явлением, известным как фримартинизм. Фримартин - это стерильная телка, рожденная в паре с быком, что объясняется анастомозом, возникающим между плацентой женского и мужского зародышей. Из-за общего кровоснабжения половая дифференцировка женского тракта (мезонефрические и парамезонефрические протоки) подвергается воздействию анти-мюллеровского гормона и тестостерона от близнеца мужского пола. Одной из проблем в изучении фримартинизма является эффективность воспроизведения данного синдрома во время экспериментального исследования. Например, присутствие тестостерона во время критических периодов развития будет производить маскулинизированный женский плод (помогая дифференцировать часть мезонефрических протоков); тем не менее, эта экспериментальная модель не является истинным фримартином, потому что произведенный женский плод не является химерой (содержащей как клетки XX, так и XY). Этот химеризм, предположительно из-за вторжения мужских (XY) гематопоэтических стволовых клеток или лейкоцитов из анастомоза плаценты, приводит к интерсексуальной (гермафродитной) гонаде, которая иногда содержит смесь семенных канальцев в мозговом слое гонад и фолликулярных скоплений в корковом слое. Интересно, что гемопоэтические стволовые клетки могут функционировать подобно первичным половым клеткам развивающейся гонады из-за сходства в происхождении этих типов клеток.
Хотя регрессия и/или сохранение системы протоков в первую очередь контролируется гормональным вводом, необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить образование интерсексированной гонады, функция которой, по-видимому, определяется вторжением клеток крови XY близнеца мужского пола.
Рост плода и развитие органов
Характеристика роста эмбриона крупного рогатого скота на протяжении всего периода беременности позволила исследователям определить конкретные неблагоприятные факторы среды, которые могут нарушить нормальное развитие в утробе матери. В дополнение к внешним воздействиям окружающей среды, влияющим на рост плода, с его ростом и развитием связаны и несколько внутренних механизмов. Было показано, что в течение 70-100 дней беременности масса плода у нескольких пород крупного рогатого скота увеличивается примерно на 10 /день.48 Затем в период с 200 по 250 дни беременности скорость роста плода увеличивается примерно до 200–300 г/день; тем не менее, абсолютный рост плода на позднем сроке снизился до 100 г/день, что может быть связано с тем, что функция плода превышает возможности маточно-плацентарного обмена перед. В качестве альтернативы, плод может секретировать или изменять свои собственные гормональные профили, способствуя правильному созреванию и дифференцировке органов относительно роста.
В ходе исследований этих характеристик некоторые ученые отметили, что рост бычьего плода обычно отстает от объема аллантоисной жидкости и расширения хориоаллантоисной оболочки.48,49 Как упоминалось выше, распределение питательных веществ по маточно-плацентарной единице ( плацентоме ) и постоянное поступление питательных веществ является необходимым условием для роста плода. Распространение хориоаллантоиса над эндометрием обеспечивает максимальную площадь поверхности для обмена питательными веществами во время развития, что должно поддерживать ускорение роста плода. Наблюдается сильная положительная корреляция между общим объемом амниотической жидкости и весом плода; однако корреляции между общим объемом аллантоисной жидкости и массой плода не обнаружено.48 Клонирование крупного рогатого скота путем переноса ядер соматических клеток позволило исследователям дополнительно определить эту связь между гомеостазом фетальной жидкости и развитием плода и плаценты.50 Клонированные бычьи плоды, у которых наблюдается аномальная плацентация, обычно ассоциируются ( связаны, коррелируют ) с чрезмерным накоплением жидкости в плодных мешочках, известным как синдром гидропса (водянка плода , анасарка плода ). В этой экспериментальной модели клонированные эмбрионы с синдромом гидропса, выжившие до середины беременности, демонстрируют избыточный рост плацентом, печени и почек по сравнению с нормальной беременностью.50 Также, в нескольких исследованиях с использованием различных видов млекопитающих органомегалия печени, почек и сердца потомства обычно сопровождается полигидрамниозом. Более того, основные механизмы гомеостаза водного мешка у беременной коровы не полностью поняты, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить истинную причинно-следственную связь.
Нарушение правильного развития органов происходит у клонированных телят, которые умирают вскоре после рождения. Используя эту экспериментальную модель, исследователи изучили восемь онтогенетически важных генов в шести различных органах (сердце, печень, селезенка, легкое, почка и мозг). Из этих генов развития почка была наименее пораженным органом, связанным со смертностью телят, в то время как сердце было органом, наиболее затронутым нарушением в регуляции генов по сравнению с нормальным потомством.51
Среди этих генов развития у клонированных потомков был активирован фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), связанный с ранней неонатальной смертностью. VEGF участвует в стимуляции васкулогенеза и ангиогенеза для восстановления снабжения тканей кислородом при недостаточном кровообращении. Надлежащие концентрации VEGF во время органогенеза и раннего развития органов имеют жизненно важное значение для правильного установления сердечно-сосудистой системы плода. Подавление VEGF может привести к снижению ангиогенеза органов плода с фатальными последствиями для плода (потеря беременности) или для новорожденного (смертность теленка); однако, повышенная регуляция может привести к органомегалии или сердечной дисфункции плода с такими же фатальными последствиями для новорожденного.
Маточный кровоток
Несколько методов (электромагнитные зонды, тяжелая вода ( тяжеловодородная вода или оксид дейтерия - используется в качестве изотопного индикатора в диагностике) , Допплер) были использованы для характеристики маточного кровотока у беременных коров. На раннем сроке беременности, примерно во время ее распознавания материнским организмом, маточный кровоток со стороны беременности (ипсилатеральная или контрлатеральная артерии ) реагирует по-разному, что может быть связано с выделениями концепта во время установления беременности.52 Сравнивая данные электромагнитных датчиков скорости кровотока с недавними наблюдениями с использованием допплерографии, мы можем увидеть сходство в увеличении кровотока в маточной артерии в течение первого триместра беременности (Таблица 25.1). Кроме того, диаметр маточных артерий остается относительно постоянным в течение этого периода, в то время как индекс артериального сопротивления уменьшается.53 Во втором триместре беременности кровоток маточной артерии увеличивается примерно с 1-2 л/мин до 4-5 л/мин (Таблица 25.2). На этой стадии беременности у матери могут проявиться первые признаки увеличения сердечного выброса. Также, кровоток матки относительно стороны беременности (ипсилатеральный или контрлатеральный) начинает расходиться, что позволяет увеличить доставку кислорода и питательных веществ, а также выделение продуктов обмена через маточный рог-плодовместилище ( Таблица 25.2). При исследовании коров голштинской породы в течение 147 дней беременности, Herzog и соавт.54 сообщили о сходном общем кровотоке маточной артерии у коров, несущих тяжелых и легких телят; однако на 175 день беременности у коров, несущих тяжелых телят, кровоток в маточной артерии увеличился по сравнению с коровами, несущими легких телят.
Эта зависимость маточного кровотока от относительного размера потомства может позволить исследователям определить конкретные моменты во время гестации, когда кормовые добавки или ограничения могут использоваться для корректировки роста потомства и исхода родов.
Наибольшее увеличение маточного кровотока было выявлено на поздних сроках беременности в третьем триместре (Таблица 25.3). Кроме того, это экспоненциальное увеличение маточного кровотока в третьем триместре беременности также соответствует наибольшему приросту массы плода. Изменения в сообщаемом кровотоке во время поздней беременности являются результатом лабораторного метода, а также индивидуального отклонения у животных. Используя электромагнитные датчики кровотока, Феррелл и Форд55 сообщили о маточном кровотоке в 4,0 ± 0,5 л/мин между 202 и 224 днями и 3,1 ± 0,2 л/мин между 230 и 258 днем. В более позднем исследовании с использованием другого метода та же лаборатория сообщила, что кровоток ипсилатеральной артерии на поздних сроках беременности на 226-й день составил 2,9 л/мин, а на 250-й день - 13,1 л/мин. Кроме того, в период с 137 до 250 дней наблюдалось увеличение в 4,5 раза ипсилатерального кровотока, а также увеличилось сердцебиение у матери.56,57 В следующем эксперименте использовали коров Шароле с плодом Шароле или Брахмана и коров Брахмана с плодом Шароле или Брахмана. На 220-й день беременности кровоток в ипсилатеральной маточной артерии у коров Брахмана с плодом Шароле или Брахмана был одинаковым, но ниже, чем у коров Шароле, несущих плод Шароле или Брахмана. Тем не менее, среди коров Шароле, имеющих плод Шароле, был повышенный кровоток по сравнению с теми, кто имел плод Брахмана. Это исследование показывает, что маточный кровоток на поздних сроках беременности и функция маточно-плацентарного аппарата могут быть ограничивающими факторами для роста плода. [38] В третьем исследовании тоже использовались две разные породы (Шароле и Герефорд), но при этом также рассматривались одиночные плоды и двойни. На 190-й день беременности наблюдалось снижение кровотока в ипсилатеральной маточной артерии у коров герефордской породы по сравнению с коровами шароле. Другое наблюдение из этого эксперимента состояло в том, что у коров, несущих близнецов, кровоток уменьшился по сравнению с коровами, несущими одного теленка, независимо от породы коров. Следовательно, двойневая беременность с пониженной массой тела телят при рождении по сравнению с одиночной может быть связана с влиянием пониженого кровотока на плод.
Совсем недавно были проведены два других исследования с использованием допплерографии во время поздней беременности. Bollwein и соавт.53 сообщили об ипсилатеральном и контралатеральном кровотоке маточной артерии на 210, 240, 270 и 284 дни беременности.
Таблица 25.1 Бычий ( вид Bos taurus) маточный кровоток (UBF) в течение первого триместра беременности.
| Порода | Стадия беременности | Метод | Результат | Дополнительный рез-т | Ссылки |
|---|---|---|---|---|---|
| Герефорд Герефорд Симментальская | Первые 30 дней Примерно 30 и 80 день Дни 30, 60 и 90 | Электромагнитные датчики кровотока Электромагнитные датчики кровотока Допплер | ↔ UBF до 13 дня Двух- трехкратное ↑ ипсилатерального UBF на 14–18 дни ↔ контрлатеральный UBF 31–45 дни 0.12 ± 0.02 л/мин 77–92 дни 0.20 л/мин ↔ обе артерии 30 день в среднем 0.10 л/мин | Дни19–25 ↓ ипсилатеральный UBF UBF ↑ до 30-го дня Контрлатеральный UBF ↓ ↓ RI* к 60 дню | Ford и др.52 Ferrell и Ford55 Bollwein и др.53 |
| Браун швицкая | 60 день в среднем 0.14 л/мин 90 день в среднем 0.30 л/мин | ↔ диаметр |
- ↔,устойчивое изменение; ↑, увеличился; ↓, снизился; RI, индекс резистентности.
Таблица 25.2 Бычий маточный кровоток (UBF) во втором триместре беременности.
| Порода | Стадия беременности | Метод | Результат | Дополнительный рез-т | Ссылки |
|---|---|---|---|---|---|
| Герефорд | Примерно 140 и 180 дни | Электромагнитные датчики кровотока | 139–155 дни, 2.0 ± 0.6 л/мин 178– 199 дни, 3.2 ± 0.4 л/мин | Ferrell и Ford55 | |
| Герефорд | 163–166 дни 173–176 дни | Устойчивая диффузия; раствор | Среднее 5.9 ± 0.5 мл/мин | Среднее HR* 68.6 ± 2.6 уд/мин | Ferrell и др.60 |
| Симментальская Браун швицкая | 120, 150, 180 дни | антипирина Допплер | Ипсилат-й 120 день, 0.7 л/мин Контрлат-й 120 день, 0.4 л/мин Ипсилат-й150 день, 1.7 л/мин Контрлат-й 150 день, 0.9 л/мин Ипсилат-й 180 день, 4.0 л/мин Контрлат-й 180 день, 1.3 л/мин | Bollwein и др.53 | |
| Голштины | 147 и 175 дни | Допплер | ↑ Общий UBF у тяжелых и легких коров: Легкие коровы 147 день, 2.6 л/мин Тяжелые коровы 147 день, 3.4 л/мин Легкие коровы 175 день, 4.2 л/мин Тяжелые коровы 175 день, 5.4 л/мин | На 147-й день у коров был схожий общий UBF при ношении тяжелых или легких телят, но на 175-й день у коров с тяжелыми телятами кровоток↑ по сравнению с легкими телятами | Herzog и др.54 |
↑, увеличился; HR, частота сердцебиения
Таблица 25.3 Бычий маточный кровоток (UBF) в третьем триместре беременности.
| Порода | Стадия беременности | Метод | Результат | Дополнительный рез-т | Ссылки |
|---|---|---|---|---|---|
| Герефорд | Примерно 210 и 240 дни | Электромагнитные датчики кровотока | 202–224 дни, 4.0±0.5 л/мин 230–258 дни, 3.1±0.2 л/мин | Ferrell и Ford55 | |
| Брахман Шароле | 220 ± 0.4 день | D2O (ипсилат-й) инфузия | ↑ипсилат-й UBF у Шароле по сравнению с Брахманом | У Шароле с плодом Шароле↑ кровоток по сравнению с Шароле с плодом Брахмана | Ferrell38 |
| Шароле Герефорд | 190±0.5 день | D2O (ипсилат-й) инфузия | ↓ UBF у Герефорда 4.8 л/мин по сравнению с 7.1 л/мин у Шароле | ↓ UBF у коров с близнецами 5,2 против одноплодных 6,7 л/мин | Ferrell и Reynolds58 |
| Симментальская Браун швицкая | 210, 240, 270, и 282 дни | Допплер | Ипсилат-й 210 день, 5.0 л/мин Контрлат-й 210 день, 1.3 л/мин Ипсилат-й 240 день, 6.0 л/мин Контрлат-й 240 день, 2.8 л/мин Ипсилат-й 270 день, 10.5 л/мин Контрлат-й 270 день, 3.9 л/мин Ипсилат-й 282 день, 13.1 л/мин Контрлат-й 282 день, 4.5 л/мин | ↑ UBF и диаметр во время беременности ↓ RI в течение первых 8 месяцев и ↔ после | Bollwein и др.53 |
| Голштины | 203, 231, 259 и 273 дни | Допплер | Легкие коровы 203 д., 6.1 л/мин Тяжелые коровы 203 д., 8.7 л/мин Легкие коровы 231 д., 10.5 л/мин Тяжелые коровы 231 д., 13.1 л/мин Легкие коровы 259 д., 13.6 л/мин Тяжелые коровы 259 д., 16.9 л/мин Легкие коровы 273 д., 14.1 л/мин Тяжелые коровы 273 д., 19.2 л/мин | Линейное ↑ общего UBF с 3,0 до 16,9 л/мин ↑ общий UBF у тяжелых и легких коров Коровы с похожим весом с тяжелыми телятами имели↑общего UBF по сравнению с таковыми с легкими телятами | Herzog и др.54 |
↔, устойчивое изменение; ↑, увеличился; ↓, снизился; RI,индекс резистентности; D2O, оксид дейтерия (тяжелая вода).
Они наблюдали увеличение кровотока и диаметра артерии во время беременности и снижение сопротивления маточной артерии в течение первых 8 месяцев беременности, в то время как в прошлом месяце артериальное сопротивление было схожим. Во втором эксперименте Herzog et al.54 измеряли кровоток на 203, 231, 259 и 273 дни беременности.
На протяжении всего этого эксперимента они наблюдали линейное увеличение общего маточного артериального кровотока. Кроме того, тяжелые коровы имели большее увеличение кровотока по сравнению с легкими коровами; однако у коров с одинаковым весом и несущих тяжелые плоды, кровоток был выше, чем у коров с легкими плодами.
