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.
Схемы эстральной синхронизации, протокол которых включает прогестерон, имеют три основных преимущества. Во-первых, поддержание концентрации прогестерона на уровне, превышающем пороговый уровень (> 1 нг/мл), подавля���� всплеск ЛГ и эстральное поведение. Лечение прогестероном в течение 14 или 21 дня приводило к высокому уровню эстральной реакции в течение 3 дней
после удаления прогестерона.38 Однако, оплодотворяемость после длительного лечения прогестероном на 10–15% ниже, чем у коров, получавших прогестерон в течение более короткого периода времени. Причиной сниженного уровня зачатия является то, что внутривлагалищные устройства, высвобождающие прогестерон, создают более низкие концентрации прогестерона, чем во время лютеиновой фазы, а частота импульсов ЛГ и периферические концентрации эстрадиола повышены. Следовательно, доминантный фолликул продолжает получать поддержку гонадотропина и после того, как произошла бы его овуляция или атрезия. Считается, что ультраструктурные изменения в яйцеклетке в персистентном доминантном фолликуле снижают фертильность обработанных коров.39,40 Проблемы с фертильностью у коров, получавших прогестерон, привели к разработке протоколов с краткосрочным (7–9 дней) применением прогестерона. Прогестерон также обычно сочетается с фолликулярной синхронизацией, так что во время приема прогестерона вновь появляется доминирующий фолликул. Добавки прогестерона - эффективный метод лечения анэструса, который возникает приблизительно у 20% коров в начале сезона размножения (в мясном скотоводстве) .41,42 Кроме того, на молочных фермах США 28% первотелок и 15% повторнородящих коров не овулировали через 60 дней после отела.42 Таким образом, второе основное преимущество прогестерона в протоколах эстральной синхронизации заключается в том, что анэстральные коровы реагируют на использование прогестерона. Добавки прогестерона у анэстральной коровы сначала снижают, а затем увеличивают пульсацию ЛГ.43,44 Увеличение пульсации ЛГ усиливает развитие доминантных фолликулов. Прогестерон также подготавливает гипоталамический центр эстральной экспрессии к всплеску ЛГ. Удаление прогестерона сопровождается охотой, овуляцией и лютеиновой фазой нормальной длины у подавляющего процента обработанных коров.43 Лечение кистозного заболевания яичников является третьим преимуществом приема прогестерона. Данная патология встречается приблизительно у 10% североамериканских молочных коров.45 Аномально высокая фоновая пульсация ЛГ и отсутствие всплеска ЛГ являются характерными эндокринными особенностями заболевания.45–47 Добавки прогестерона снижают пульсацию ЛГ у кистозных коров. Снижение пульсации ЛГ после лечения прогестероном сопровождается обратным развитием кистозного (доминантного) фолликула. Развитие нового доминантного фолликула проходит нормально, а овуляция происходит после отмены прогестерона.46–48
Однократная инъекция ГнРГ в сочетании с 48-часовым удалением теленка также вызывает овуляцию у мясных коров. Одна инъекция хорионического гонадотропина человека (ХГЧ) 500–3000 МЕ вызывает овуляцию у молочных и мясных коров. Кроме того, экзогенный эстрадиол, благодаря своему эффекту положительной обратной связи на скачки ФСГ и ЛГ, также использовался для индукции овуляции у коров. Следует отметить, что индуцированное ГнРГ ЖТ у новотельных коров обычно имеет более короткую продолжительность жизни, чем спонтанно сформированное ЖТ. Кроме того, введение ГнРГ до полной инволюции матки приводит к появлению пиометры у новотельных молочных коров. Поэтому однократная инъекция ГнРГ в раннем послеродовом периоде не очень полезна на практике.
Синхронизация эструса
Протокол с простагландином
Механизм действия простагландина - лютеолиз, и, следовательно, применение программы с простагландином ограничено только циклирующими коровами с функционально зрелым ЖТ. Введение лютеолитической дозы PGF2α (25 мг) или его синтетических аналогов (например, 500 мкг клопростенола) вызывает регрессию ЖТ в большинстве стадий диэструса, тем самым вызывая охоту у более чем половины (55–65%) циклирующих (не стельных ) особей стада. (Рисунок 33.3a). Вторая инъекция, сделанная через 11–14 дней, должна привести к синхронной охоте стада, потому что коровы, которые отреагировали на первую инъекцию, будут находиться на 6-15-м дне диэструса с большинством из них на 7-9-м дне (рис. 33.3b). 100% ответная реакция нереальна, даже если было известно, что у каждой коровы в группе было зрелое ЖТ во время второй инъекции. Частично это связано с тем, что PGF2α лизирует не все зрелые желтые тела, по крайней мере, у лактирующих молочных коров. Например, ответная реакция будет наблюдаться у примерно 25% коров, которые были на 6-й день, у 33% от тех, которые были на 7-й день, и менее 100% тех, которые были на 8-16й день цикла Было разработано много простагландин-контроллируемых программ синхронизации, (рис. 33.3). Выбор программы, наиболее подходящей для стада, зависит от множества факторов, включая эффективность выявления охоты на ферме, навыки пальпации обслуживающего ветеринарного врача (рис. 33.3с), стоимость лечения, доступность рабочей силы и цели программы. Эти программы включают внутримышечные инъекции одной лютеолитической дозы PGF2α. Сравнивали различные дозы и места инъекции: седалищноректальная ямка или подхвостовая (одна лютеолитическая доза) и подслизистая влагалища (половина стандартной лютеолитической дозы). Введение половины стандартной лютеолитической дозы под слизистую влагалища или инъекция одной лютеолитической дозы PGF2α в седалищную ямку было столь же эффективным, как и внутримышечное введение.49
Индукция овуляции
Перед преовуляторным всплеском ЛГ у циклирующих коров частота импульсов ЛГ постепенно увеличивается до одного импульса в час в ответ на эндогенные импульсы ГнРГ. У циклирующих коров однократная доза экзогенного ГнРГ вызывает высвобождение ЛГ. Таким образом, однократная инъекция ГнРГ вызывает всплеск ЛГ и овуляцию при назначении приблизительно через 10–18 дней после отела у молочных коров и на 21–31 день после отела у мясных коров.42
Протоколы с прогестероном
14-дневное лечение
В соответствии с этим протоколом коровам вводят прогестерон в течение 14 дней, обычно с помощью интравагинального устройства с прогестероном (IVPD) или перорально прогестин (ацетат меленгестрола, MGA) (рис. 33.4). Поскольку овуляция подавляется на срок до 14 дней, фолликул, который овулирует в соответствии с этим протоколом, стареет (персистентный фолликул) и, следовательно, снижает фертильность.
