Для достижения максимальной синхронизации начала эструса по программе синхронизации необходимо присутствие недавно выбранного доминантного фолликула на момент окончания лечения. Следовательно, появление новой волны также должно быть синхронизировано, поскольку как стадия фолликулярной волны, так и длительность доминирования влияют на продолжительность фолликулярной фазы и интервал от лечения до эструса. Синхронность эструса является оптимальной, когда продолжительность доминирования составляет менее 4 дней (короткие) или более 10–12 дней (очень длинные). Кроме того, продолжительность доминирования преовуляторного фолликула также может влиять на фертильность. Когда продолжительность доминирования овуляторного фолликула превышает 10 дней, оплодотворяемость резко снижается,10-12 в основном из-за старения ооцитов с преждевременной активацией. Поэтому желательно точно контролировать динамику фолликулов (и, в частности, появление новых волн), чтобы минимизировать вариативность во времени начала эструса и обеспечить высокий уровень стельности.
Фармакологический контроль появления новой
Индукция появления новой волны фолликулов с использованием экзогенного гормонального лечения требует 1) последовательного прекращения существующей фолликулярной волны, 2) предсказуемой индукции кратковременного увеличения ФСГ, чтобы вызвать появление новой волны, и 3) нормального роста доминантного фолликула после отбора. Первоначальная зависимость развития фолликулярной волны от поддержки гонадотропина привела к использованию стероидов для подавления ФСГ и ЛГ и прекращения таким образом существующей волны. Тем не менее, следует понимать, что высвобождение ФСГ и ЛГ регулируется по-разному.6 В случае ФСГ доминирующий фолликул является ключевым регулятором повторяющихся повышений или уменьшений его уровня, которые происходят во время волны. Что же касается ЛГ, хотя концентрации прогестерона и важны для регуляции частоты пульса ЛГ, во время лютеиновой фазы происходят изменения частоты пульса, которые трудно объяснить изменением концентрации периферического прогестерона или эстрадиола. Альтернативным нестероидным подходом является введение ГнРГ для индукции эндогенных скачков ЛГ и ФСГ которые вызывают лютеинизацию или овуляцию существующего доминантного фолликула, вызывая тем самым появление новой волны. .14
волны
Применение ГнРГ
Метод контроля появления фолликулярной волны основан на двух принципах (рис. 33.1): 1) появление новой фолликулярной волны в основном зависит от ФСГ; и 2) эстроген-активный доминантный фолликул в значительной степени зависит от ЛГ. Таким образом, эффекты отрицательной обратной связи прогестагенов и эстрогенов можно использовать для синхронизации появления фолликулярной волны путем подавления ФСГ и/или ЛГ. Однако, степень зависимости фолликулов от гонадотропинов на различных стадиях развития фолликулярной волны плохо определена. Кроме того, детали локальных механизмов, которые играют ключевую роль в регулировании последовательного развития фолликулов через последовательные физиологические стадии волны, так же недостаточно четко определены. Это затрудняет разработку простого экзогенного гормонального лечения, которое дает предсказуемое появление новой волны у всех обработанных животных, независимо от стадии фолликулярной волны и стадии эструса при лечении.9,13
Функциональное устранение доминантных фолликулов или когорты растущих фолликулов путем индукции овуляции или лютеинизации с использованием экзогенно индуцированного высвобождения гонадотропина является практическим подходом в формировании новой фолликулярной волны. Введение ГнРГ вызывало немедленный всплеск ЛГ и ФСГ, величина которых не зависела от концентрации прогестерона или стадии волны фолликулов.15 Однако, влияние ГнРГ на существующую волну фолликула зависит от наличия или отсутствия доминирующего фолликула. ГнРГ, введенный после выбора доминантного фолликула, вызвал его овуляцию с появлением новой волны через 1,5–2,0 дня.14 Однако, когда ГнРГ вводили до отбора, он не оказывал влияния на развитие существующей фолликулярной волны. У всех коров, которых лечили после выбора доминантного фолликула, после индуцированного выброса гонадотропина последовало кратковременное увеличение ФСГ (но не ЛГ), которое было связано с появлением новой волны.15
Статика
2
Отбор & доминирование
1
Регрессия
Рост
Рис 33.1 Фазы фолликулярной волны. Фолликулярная волна состоит из фаз роста, статики и регрессии. Фаза роста включает рекрутирование, селекцию, доминирование и атрезию подчиненных фолликулов; статическая фаза включает подготовку к овуляции или регрессии; и фаза регрессии включает регрессию доминантного фолликула и подготовку к последующей волне. Метод контроля появления фолликулярной волны основан на двух принципах: 1) появление новой фолликулярной волны в первую очередь зависит от ФСГ; и 2) эстроген-активный доминантный фолликул в значительной степени зависит от ЛГ.
Следовательно, ГнРГ синхронизирует появление новой волны только при введении в присутствии функционального доминантного фолликула, тогда как его введение до начала доминирования, по-видимому, не влияет на последующее развитие этой волны, вероятно, из-за отсутствия рецепторов ЛГ на клетках гранулезы такого растущего фолликула. Дихотомия (раздвоенность ) влияния ГнРГ на развитие фолликулярной волны является ограничением, которое необходимо учитывать при использовании его в качестве лечения при синхронизации появления новой волны в начале схем синхронизации с прогестероном, либо простагландином (PG)F2α.16 Последующее использование PGF2α, чтобы вызвать регрессию индуцированного желтого тела (ЖТ), является обязательным, когда ГнРГ используется для синхронизации фолликулярных волн. Кроме того, на результаты влияет не только стадия развития доминантного фолликула17 , но и стадия эстрального цикла18 во время введения ГнРГ. Если ГнРГ вводится, когда доминантный фолликул находится до или после доминирования, овуляция может не произойти, и новая фолликулярная волна не появится.17 Альтернативой является обеспечение наличия жизнеспособного растущего доминантного фолликула во время лечения ГнРГ. В этом отношении коровы будут реагировать наиболее согласовано, когда ГнРГ вводится между 5 и 12 днями эстрального цикла.18,19
Применение эстрадиола
Несмотря на то, что комбинированное лечение прогестином и эстрадиолом известно на протяжении десятилетий, знание физиологических эффектов и механизмов действия экзогенного эстрадиола и прогестерона на фолликулы является предпосылкой для разработки усовершенствованных методов контроля эстрального цикла. Эстрадиол подавляет фазу роста доминирующего фолликула; подавление является более сильным при применении в сочетании с прогестероном.20 Механизм, ответственный за эстроген-индуцированное подавление роста фолликулов, по-видимому, включает подавление как ФСГ, так и ЛГ.21 Кроме того, он оказывает свое негативное влияние как на гипоталамус, так и на гипофиз. Исследования были сосредоточены на влиянии кратковременного лечения эстрадиолом и прогестероном (отдельно или в комбинации) во время появления префолликулярной волны на уровень ЛГ и ФСГ, развитие волны и изменения во время развития волны.1 Период повышенного уровня ФСГ, связанный с появлением волны, был сокращен примерно на 10 часов после лечения эстрадиолом, прогестероном или их комбинацией по сравнению с контролем. Частота импульсов ЛГ была снижена после лечения прогестероном и еще больше снизилась в ответ на комбинированное лечение эстрадиолом и прогестероном. Эта комбинация стероидов также значительно снижала амплитуду пульса. Появление фолликулярной волны и отбор первого доминантного фолликула цикла были отсрочены примерно на 1,5 и 2,5 дня, соответственно, после комбинированного лечения эстрадиолом и прогестероном. Концентрации внутрифолликулярного эстрадиола в самом большом фолликуле снижалась после комбинированного лечения эстрадиолом и прогестероном, тогда как при лечении эстрадиолом они не изменялись. Тем не менее, они были подавлены в меньших фолликулах после лечения эстрадиолом и комбинацией эстрадиола и прогестерона. Следовательно, подавление импульсов ЛГ с помощью комбинированной терапии эстрадиолом и прогестероном важно для подавлении фолликулярного эстрадиола в самом большом фолликуле, тогда как подавление только ФСГ может быть достаточным для снижения концентрации фолликулярного эстрадиола в более мелких фолликулах.
В протоколах синхронизации эструса эстрадиол обычно вводят в начале протокола одновременно с введением прогестинвысвобождающего устройства. Комбинация эстрадиола и прогестина использовалась, чтобы определить, будет ли подавление роста фолликула вызывать появление новой волны через постоянный интервал после лечения, независимо от фаз (то есть растущих, статических или регрессирующих фаз) развития фолликула, на которые пришлось начало лечения. После применение эстрадиола-17β у коров с прогестероновым имплантом постоянно появлялась новая волна, в среднем, через 4,5 дня.9,16 После того, как эстрадиол метаболизировался, произошел всплеск ФСГ и появилась новая фолликулярная волна.22,23
Введение 2,5 или 5 мг эстрадиола-17β (или 2 мг эстрадиола бензоата или эстрадиола валерата) прогестин-имплантированным коровам на случайных стадиях цикла сопровождалось появлением новой фолликулярной волны приблизительно через 4 дня с небольшой вариабельностью.24-26 Механизм действия эстрадиола, по-видимому, заключается в ФСГ и ЛГ, вызывая атрезию фолликула с последующим синхронным высвобождением ФСГ и появлением новой фолликулярной волны. Следовательно, в целом эстрадиол является наиболее эффективным гормональным препаратом для синхронизации появления фолликулярной волны у крупного рогатого скота. Однако, все больше стран запрещают использование эстрадиола, поэтому необходимо искать альтернативы. Аналогичным образом, использование ГнРГ или ЛГ для индукции овуляции и устранения подавляющего воздействия доминантного фолликула на ФСГ приводит к скачку ФСГ и новой волне фолликулов в предсказуемое после этого время. Следовательно, синхронизация появления фолликулярной волны, вероятно, будет происходить посредством высвобождения ФСГ, что может включать манипулирование яичниковыми (фолликулярными) метаболическими путями или механизмами обратной связи с осью гипоталамус-гипофиз.
Контроль продолжительности жизни желтого тела
Укорочение лютеиновой фазы (преждевременный лютеолиз)
Лютеолиз инициируется эстрадиолом из развивающегося преовуляторного фолликула, который запускает высвобождение гипофизарного окситоцина, который, в свою очередь, стимулирует выделение небольшого количества маточного PGF2α. Затем PGF2α инициирует петлю положительной обратной связи, включающую высвобождение дополнительного количества лютеинового окситоцина и PGF2α как лютеинового, так и маточного происхождения.27 Окситоцин стимулирует синтез и секрецию PGF2α из матки. Недавно было высказано предположение, что высвобождение лютеинового PGF2α усиливает лютеолитический сигнал аутокринным или паракринным способом.27,28 PGF2α вызывает снижение притока крови к лютеиновой паренхиме и морфологические изменения, которые уменьшают как количество мелких стероидогенных лютеиновых клеток, так и размер крупных лютеиновых клеток. Кроме того, он участвует во внутриклеточной передаче сигналов, которая облегчает апоптоз крупных лютеиновых клеток и стимулирует внутрилютеальную продукцию PGF2α, что приводит к гибели ЖТ.29,30 С момента открытия PGF2α в качестве лютеолитического агента у крупного рогатого скота,31,32 он стал наиболее часто используемым средством для элективной ( избирательной) индукции лютеиновой регрессии и/или синхронизации эструса.33 Инъекция PGF2α вызывает немедленную регрессию ЖТ после приблизительно 5-го дня эстрального цикла: концентрации прогестерона быстро снижаются до базальных уровней в течение 24 часов, а частота импульсов ЛГ увеличивается, вызывая значительное увеличение секреции эстрадиола доминантным фолликулом и индукцию эструса и овуляции.
(a)
За 2-3 дня до эструса
PGF2 α
Прогестерон/
желтое тело
Овуляторная
фолликулярная волна
(b)
За 4-6 дней до эструса
PGF2 α
Прогестерон/ Во время атрезии Во время
желтое тело предварительного отбора
Овуляторная
фолликулярная волна
Преовуляторная
фолликулярная волна
Рисунок 33.2 Интервал от введения PGF2α до эструса. (а) Животные с функциональным доминантным фолликулом придут в охоту в течение 2-3 дней, потому что доминантный фолликул во время индуцированного лютеолиза овулирует вскоре после этого. (б) Животным, находящимся в фазе пре-доминирования или регрессии фолликулярной волны, потребуется 4–6 дней, чтобы доминантный фолликул достиг предовуляторного диаметра и, следовательно, будут иметь более длинный и более вариабельный интервал до начала эструса.
Несмотря на быстрый лютеолиз, интервал от лечения до начала течки является переменным и зависит от стадии фолликулярной волны на момент лечении. Животные с функциональным доминантным фолликулом обычно приходят в охоту в течение 2–3 дней, потому что доминантный фолликул во время индуцированного лютеолиза вскоре овулирует (рис. 33.2а); однако животным в фазе пре-доминирования или регрессии волны потребуется 4– 6 дней, чтобы сформировать доминантный фолликул и, следовательно, они будут иметь более длинный и более изменчивый интервал до появления эструса (рис. 33.2b).
PGF2α не смог эффективно вызвать лютеолиз в течение первых 5 или 6 дней после эструса. Недостаточная чувствительность, как считалось, была вызвана отсутствием рецепторов PGF2α в незрелом ЖТ, но недавняя работа продемонстрировала присутствие рецепторов PGF2α в ЖТ уже через 2 дня после овуляции.34 Однако, похоже, что зрелое ЖТ может обладать положительной обратной связью, вызывающей внутрилютеальную продукцию PGF2α, которая способствует продолжению процесса лютеолиза, инициируемого однократной обработкой экзогенным PGF.35
Следует отметить, что хотя лютеолитический ответ был переменным при однократном введении дозы PGF2α на 5 или 6 день эстрального цикла, две последовательные дозы аналога простагландина (с интервалом 12 часов) вызывали регрессию лютеиновой фазы (в 95– 100% случаев) на 2–5 дней после течки.36,37
Удлинение/имитация лютеиновой фазы с помощью экзогенного прогестерона
Разработка устройств для интравагинальной доставки прогестерона, таких как интравагинальное устройство для высвобождения прогестерона (PRID, 1,55 г), устройство для контролируемого интравагинального высвобождения [CIDR, 1,38 г (США) или 1,9 г (Канада)] и Cue-Mate (1,56 г) интравагинальное устройство с прогестероном, облегчило использование прогестагенов для синхронизации у коров. В целом, для всех схем синхронизации на основе прогестерона у высокой доли (до 85%) коров наблюдается эструс через 36–72 часа после удаления импланта. Эта более высокая степень эстральной синхронности обеспечивает ИО в фиксированное время между 48 и 84 часами после удаления импланта с последующей гормональной индукцией овуляции с использованием ГнРГ или эстрадиола. В качестве альтернативы, можно наблюдать за коровами и осеменять однократно после обнаружения эструса.
