Воспроизводство крупного рогатого скота

1. Bullesbach E, Schwabe C. Первичная структура и дисульфидные связи релаксиноподобного фактора (RLF) крупного рогатого скота. Biochemistry 2002;41:274–281.

2. Anand-Ivell R, Ivell R, Driscoll D, Manson J. Уровни инсулиноподобного фактора 3 в амниотической жидкости при беременности плодами мужского пола у человека. Hum Reprod 2008;23:1180–1186.

3. Anand-Ivell R, Hiendleder S, Vinoles C и др. . INSL3 у жвачных: значимый показатель зависящего от пола и генотипа взаимодействия между плодом и матерью. PLoS ONE 2011;6(5):e19821.

4. Ivell R, Wade J, Anand-Ivell R. INSL3 как биомаркер функциональной активности клеток Лейдига. Biol Reprod 2013;88:1–8.

5. Feugang J, Rodriguez-Munoz J, Willard S, Bathgate R, Ryan P. Исследование экспрессии релаксина и его рецепторов в гаметах и эмбрионах свиней. Reprod Biol Endocrinol 2011;9:10.

6. Feugang J, Rodríguez-Munoz J, Willard S, Ryan P. Влияние релаксина на характеристики подвижности сперматозоидов хряка при хранении. В кн.: Шестой международный симпозиум по релаксину и родственным пептидам 2012.

7. Feugang J, Youngblood R, Greene J и др. . Применение наночастиц — квантовых точек для потенциальной неинвазивной визуализации сперматозоидов млекопитающих. J Nanobiotechnol 2012;10:45.

8. Behringer R. Роль антимюллерова вещества in vivo. Curr Top Dev Biol 1994;29:171–187.

9. Cate R, Mattaliano R, Hession C и др. . Выделение генов антимюллерова вещества крупного рогатого скота и человека и экспрессия человеческого гена в клетках животных. Cell 1986;45: 685–698.

10. Belville C, Van Vlijmen H, Ehrenfels C и др. . Мутации гена антимюллерова гормона у пациентов с синдромом персистенции мюллеровых протоков: биосинтез, секреция и процессинг аномальных белков и анализ с использованием трёхмерной модели. Mol Endocrinol 2004;18:708–21.

11. Kitahara G, El-Sheikh Ali H, Sato T и др. . Профили антимюллерова гормона (AMH) как новый биомаркер для оценки наличия функционально активного крипторхического яичка у телят японской чёрной породы. J Reprod Dev 2012;58:310–315.

12. Ying S. Ингибины и активины: химические свойства и биологическая активность. Proc Soc Exp Biol Med 1987;186:253–264.

13. Robertson D, Burger H, Fuller P. Ингибин/активин и рак яичников. Endocrinol Related Cancer 2004;11:35–49.

14. Suresh P, Rajan T, Tsutsumi R. Новые мишени старых гормонов: пересмотр клинической роли ингибинов. Endocrinol J 2011;58:223–235.

15. Phillips D. Активины, ингибины и фоллистатин у крупных видов домашних животных. Domest Anim Endocrinol 2005;28:1–16.

16. Kaneko H, Noguchi J, Kikuchi K, Hasegawa Y. Изменение молекулярно-массовых форм ингибина A и ингибина B в семенниках крупного рогатого скота с возрастом. Biol Reprod 2003;68:1918–1925.

17. Kaneko H, Matsuzaki M, Noguchi J, Kikuchi K, Ohnuma K, Ozawa M. Изменения уровней ингибинов A и B в крови и семенниках быков в ходе постнатального развития. J Reprod Dev 2006;52:741–749.

18. Fortes M, Reverter A, Hawken R, Bolormaa S, Lehnert S. Гены-кандидаты, связанные с развитием семенников, качеством спермы и уровнями гормонов — ингибина, лютеинизирующего гормона и инсулиноподобного фактора роста 1 — у быков брахманской породы. Biol Reprod 2012;87:58.

19. Ginther O, Beg M, Bergfelt D, Kot K. Активин A, эстрадиол и свободный инсулиноподобный фактор роста I в фолликулярной жидкости перед экспериментальным наступлением доминирования фолликула у крупного рогатого скота. Biol Reprod 2002;67:14–19.

20. Beg M, Ginther O. Отбор фолликулов у крупного рогатого скота и лошадей: роль внутрифолликулярных факторов. Reproduction 2006;132:365–377.

21. Xiong X, Wang A, Liub G и соавт. . Влияние p,p′-дихлордифенилдихлорэтилена на экспрессию трансферрина и андрогенсвязывающего белка в клетках Сертоли крыс. Environ Res 2006;101:334–339.

22. Griswold M. Секреция белков клетками Сертоли: общие положения. В кн.: Russell LD, Griswold MD (ред.) Клетка Сертоли . Клируотер, Флорида: Cache River Press, 1993, с. 195–200.

23. Kelce W, Stone C, Laws S, Gray L, Kemppainen J, Wilson E. Стойкий метаболит ДДТ p,p′-DDE — мощный антагонист андрогеновых рецепторов. Nature 1995;375:581–585.

24. Griswold M. Белковые секреты клеток Сертоли. Int Rev Cytol 1988;110:133–156.

25. Tapanainen J, Aittomaki K, Huhtaniemi LT. Новые представления о роли фолликулостимулирующего гормона в размножении. Ann Med 1997;29:265–266.

26. Fritz I, Rommerts F, Louis B, Dorrington J. Регуляция образования андрогенсвязывающего белка под действием FSH и дибутирилциклического АМФ в культурах, обогащённых клетками Сертоли. J Reprod Fertil 1976;46:17–24.

27. Suire S, Fontaine I, Guillou F. Фолликулостимулирующий гормон (FSH) стимулирует транскрипцию гена трансферрина в клетках Сертоли крыс: цис- и транс-действующие элементы, участвующие в действии FSH на ген трансферрина через циклический 3′,5′-монофосфат. Mol Endocrinol 1995;9:756–766.

28. Schteingart H, Meroni S, Pellizzari E, Perez A, Cigorraga S. Регуляция ароматазной активности клеток Сертоли плотностью клеток и длительной стимуляцией FSH, EGF, инсулином и IGF-1 на разных этапах полового созревания. J Steroid Biochem Mol Biol 1995;52:375–381.

29. Skinner M, Griswold M. Секреция тестикулярного трансферрина культивируемыми клетками Сертоли регулируется гормонами и ретиноидами. Biol Reprod 1982;27:211–221.

30. Lin L, Doherty D, Lile J, Bektesh S, Collins F. GDNF — нейротрофический фактор, полученный из линии глиальных клеток, для дофаминергических нейронов среднего мозга. Science 1993;260:1130–1132.

31. Liu T, Yu B, Luo F и соавт. . Анализ профиля экспрессии генов в семенниках крыс на ранних стадиях постнатального развития. Reprod Domest Anim 2012;47:724–731.

32. Johnston D, Olivas E, DiCandeloro P, Wright W. Стадиеспецифические изменения экспрессии GDNF клетками Сертоли крыс: возможный регулятор размножения и дифференцировки стволовых сперматогониев. Biol Reprod 2011;85:763–769.

33. Aponte P, Soda T, van de Kant H, de Rooij D. Основные особенности культивирования сперматогониев крупного рогатого скота и влияние нейротрофического фактора, полученного из линии глиальных клеток. Theriogenology 2006;65:1828–1847.

34. Harikae K, Tsunekawa N, Hiramatsu R, Toda S, Kurohmaru M, Kanai Y. Данные о почти полной смене пола в гонадах фримартинов крупного рогатого скота: образование структур, подобных семенным канальцам, и трансдифференцировка в типичные клетки семенника. J Reprod Dev 2012;58:654–660.

35. Russell L, Griswold M (ред.). Клетка Сертоли . Клируотер, Флорида: Cache River Press, 1993.

36. Kramer M, de Lange A, Visser M. Сперматогонии у быка. Z Zellforschung 1964;63:735–758.

37. Krallinger H. Цитологические исследования некоторых домашних млекопитающих. Arch Tierernahr Tierz 1931;5:127–187.

38. Parks J, Lee D, Huang S, Kaproth M. Перспективы сперматогенеза in vitro. Theriogenology 2003;59:73–86.

39. Senger P. Эндокринология самцов и сперматогенез. В кн.: Пути к беременности и родам , 2-е переработанное изд. Редмонд, Орегон: Current Conceptions Inc., 2005, с. 214–239.

40. Amann R. Репродуктивная способность молочных быков. IV. Сперматогенез и дегенерация половых клеток семенников. Am J Anat 1962;110:69–78.

41. Berndtson W, Desjardins C. Цикл семенного эпителия и сперматогенез в семенниках быка. Am J Anat 1974;140:167–180.

42. Johnson L, Wilker C, Cerelli J. Сперматогенез у быка. В кн.: Материалы пятнадцатой технической конференции по искусственному осеменению и воспроизводству . Колумбия, штат Миссури: Национальная ассоциация животноводов-селекционеров, 1994, с. 9–27.

43. Johnson L, Varner D, Roberts M, Smith T, Keillor G, Scrutchfield W. Эффективность сперматогенеза: сравнительный подход. Anim Reprod Sci 2000;60–61:471–480.

Глава 3

Терморегуляция семенников

John P. Kastelic

Кафедра здоровья сельскохозяйственных животных, факультет ветеринарной медицины, Университет Калгари, Калгари, Альберта, Канада

Введение

Поскольку один бык может оплодотворить от 20 самок при естественной случке до тысяч самок при искусственном осеменении, плодовитость быков имеет исключительно важное значение. Хотя стерильные быки (полностью неспособные к размножению) встречаются редко, плодовитость быков может варьировать в широких пределах, особенно при отсутствии отбора по этому признаку.¹Хорошо известно, что для образования способных к оплодотворению сперматозоидов температура семенников быка должна быть на 2–6 °C ниже внутренней температуры тела; следовательно, повышение температуры семенников независимо от причины ухудшает качество спермы.²Хотя первопричина бесплодия быков часто остаётся неизвестной, я предполагаю, что во многих случаях ею является повышенная температура семенников.

Анатомия и физиология

Регуляция температуры семенников зависит от нескольких анатомических особенностей. Кожа мошонки обычно тонкая, с редким волосяным покровом и густой сетью подкожных сосудов, что способствует потере тепла путём излучения.³Шейка мошонки — самая тёплая её часть; длинная, хорошо выраженная шейка (и отвислая мошонка) способствует снижению температуры семенников, увеличивая площадь теплоотдачи путём излучения и позволяя семенникам находиться дальше от тела. Мясистая оболочка мошонки — тонкий слой гладких мышц под её кожей — находится под контролем симпатической нервной системы и соответственно сокращается на холоде и расслабляется в тепле.⁴Мышца, поднимающая семенник, также сокращается при низкой температуре окружающей среды, подтягивая семенники ближе к телу.⁴Дорсальнее семенника расположен сосудистый конус семенника,⁵состоящий из сильно извитой яичковой артерии, окружённой лозовидным сплетением — сложной венозной сетью. Сосудистый конус семенника действует как классический противоточный теплообменник, передавая тепло от артерии к вене и тем самым способствуя охлаждению семенника. Описаны особенности температуры поверхности мошонки и сосудистого конуса семенника у быков в возрасте 0.5–3 лет.⁶В недавнем исследовании на быках⁷было установлено, что диаметр сосудистого конуса семенника увеличивался с возрастом; кроме того, больший диаметр конуса и меньшее расстояние между артериальной и венозной кровью в нём были связаны с

большей долей нормальных сперматозоидов и меньшим числом сперматозоидов с дефектами.⁷В сравнительном исследовании качества спермы и терморегуляции мошонки и семенников у быков Bos indicus , Bos taurus, а также B. indicus / B. taurus — помесей этих видов — между тремя генотипами были выявлены значительные различия в расположении сосудов, характеристиках яичковой артерии (например, толщине её стенки) (e.g.) и толщине белочной оболочки; в целом у быков B. indicus способность к терморегуляции была наилучшей, а у быков B. taurus — наихудшей; помесные быки занимали промежуточное положение.⁸

Потоотделение и реакции всего организма также способствуют охлаждению семенников. У быков плотность потовых желёз наиболее высока в коже мошонки.⁹У баранов апокринные потовые железы мошонки выделяют секрет одновременно (до 10 раз в час), когда температура поверхности мошонки составляет около 35.5 °C.¹⁰У этих животных частота дыхания возрастает по мере повышения температуры поверхности мошонки и достигает 200 дыхательных движений в минуту при температуре поверхности мошонки 38–40 °C.¹¹

Поверхностная и внутренняя температура

У быков мясных пород средние значения температуры в верхней, средней и нижней частях составляли соответственно 30.4, 29.8 и 28.8 °C (на поверхности мошонки); 33.3, 33.0 и 32.9 °C (в подкожной ткани мошонки); 34.3, 34.3 и 34.5 °C (внутри семенника).¹²Таким образом, разница температур между верхней и нижней частями (температурный градиент) составляла соответственно 1.6, 0.4 и –0.2 °C для поверхности мошонки, её подкожной ткани и ткани семенника. В направлении сверху вниз мошонка становится холоднее, тогда как семенник (независимо от мошонки) — теплее. Эти температурные градиенты согласуются с особенностями кровоснабжения: мошонка снабжается кровью сверху вниз, а семенник — преимущественно снизу вверх. Яичковая артерия выходит из нижней части сосудистого конуса семенника, проходит вдоль семенника (под телом придатка) и у его нижнего конца разветвляется на множество ветвей, которые распространяются вверх и в стороны по поверхности семенника, прежде чем войти в его паренхиму.¹³Температура крови в яичковой артерии у верхнего и нижнего концов семенника была сходной, но в месте её входа в

паренхиму семенника была значительно ниже (температура внутри артерии в этих точках составляла соответственно 34.3, 33.4 и 31.7 °C¹⁴). Таким образом, и мошонка, и семенник наиболее тёплые в месте начала их кровоснабжения (верхняя часть мошонки и нижняя часть семенника), но по мере удаления от этого места становятся холоднее (то есть нижняя часть мошонки и верхняя часть семенника). Примечательно, что эти противоположно направленные температурные градиенты в совокупности обеспечивают почти однородную температуру внутри семенника in situ .¹⁵

У быков мясных пород внутренняя температура головки, тела и хвоста придатка семенника составляла в среднем 35.6, 34.6 и 33.1 °C (градиент — 2.5 °C).¹²То, что головка придатка была теплее паренхимы верхней части семенника, объясняли её близостью к сосудистому конусу семенника. Примечательно также, что хвост придатка, играющий важнейшую роль в хранении и созревании сперматозоидов, был холоднее паренхимы семенника.

Хорошо известно, что качество спермы у быков, получавших после отъёма рацион с умеренной энергетической ценностью, выше, чем у быков, получавших высокоэнергетический рацион. В одном исследовании у быков мясных пород, получавших после отъёма в течение 168 дней рацион с умеренной, а не высокой энергетической ценностью, градиент температуры поверхности мошонки был больше (3.9 против 3.4 °C, P < 0.02), доля морфологически нормальных сперматозоидов была выше (68.8% против 62.5%, P < 0.01), как и доля сперматозоидов с поступательной подвижностью (53.4% против 44.5%, P < 0.006).¹⁶Возможно, повышение энергетической ценности рациона уменьшало теплоотдачу, тем самым повышая температуру семенников и мошонки.

Источники тепла в семенниках

У восьми быков ангусской породы измеряли кровоток в семенниках и потребление ими кислорода, чтобы определить относительную роль кровотока и обмена веществ как источников тепла в семенниках.¹⁷Кровоток в яичковой артерии составлял в среднем 12.4 mL/мин. Артериальная кровь была теплее (39.2 против 36.9 °C, P < 0.001), а насыщение гемоглобина кислородом в ней было выше, чем в крови яичковой вены (95.3 против 42.0%, P < 0.001). На основании величины кровотока и насыщения гемоглобина кислородом было рассчитано, что кислород, потребляемый одним семенником (1.2 mL/мин), обеспечивает образование 5.8 калорий тепла в минуту, тогда как на долю кровотока приходится 28.3 калорий в минуту. Следовательно, основной источник тепла в семеннике — кровоток, а не обмен веществ.

В семеннике обычно поддерживается состояние, близкое к гипоксии.⁴Повышение температуры усиливает обмен веществ, одновременно увеличивая потребность в кислороде для поддержания аэробного метаболизма. Однако у баранов,⁴кровоток мало изменяется в ответ на повышение температуры семенников, вследствие чего в них развивается гипоксия. Повысить насыщение крови кислородом практически невозможно, поскольку в нормальных условиях кровь почти полностью насыщена им. Хотя усиление кровотока увеличило бы доставку кислорода, оно также принесло бы в семенники значительное дополнительное количество тепла. Поэтому наиболее целесообразной реакцией на повышение температуры семенников, по-видимому, было бы усиление теплоотдачи мошонки.

Патогенез изменений морфологии сперматозоидов, вызванных перегревом

В физиологических условиях семенник работает на грани гипоксии,¹⁸тогда как при повышении температуры мошонки и семенников обмен веществ и потребление кислорода

возрастают, но приток крови к семеннику остаётся неизменным, что приводит к выраженной гипоксии.¹⁹Чтобы определить относительный вклад гипертермии и гипоксии в вызванные перегревом изменения морфологии сперматозоидов, мышей содержали при температуре окружающей среды 20 и 36 °C и одновременно подвергали воздействию повышенной концентрации кислорода, чтобы предотвратить гипоксию, вызываемую повышением температуры семенников.²⁰Гипероксия, которая, как известно, повышает насыщение семенников кислородом, не предотвратила вызванного гипертермией ухудшения качества спермы. Кроме того, поскольку при 20 °C характеристики сперматозоидов у мышей, находившихся в условиях гипоксии, существенно не отличались от таковых у мышей в условиях нормоксии или гипероксии, можно было заключить, что повышение температуры семенников влияло на качество спермы вследствие самой гипертермии, а не гипоксии.²⁰Аналогичные результаты были получены при теплоизоляции мошонки у баранов (Kastelic и соавт., неопубликованные данные). Хотя для подтверждения этих результатов необходимы дальнейшие исследования, они ставят под сомнение давно устоявшееся представление о том, что повышение температуры семенников влияет на морфологию сперматозоидов вследствие гипоксии.

Оценка температуры поверхности мошонки методом инфракрасной термографии

Инфракрасные термограммы мошонки быков с предположительно нормальной терморегуляцией мошонки были симметричными справа и слева, причём температура в верхней части была на 4–6 °C выше, чем в нижней.^21,22Менее упорядоченное распределение температуры, в том числе отсутствие симметрии по горизонтали и наличие участков с повышенной температурой поверхности мошонки, расценивали как признак нарушения терморегуляции семенников или придатков семенников. Почти у всех быков с отклонениями на термограмме качество спермы было снижено;^21,22и наоборот, отклонения на термограмме выявлялись не у каждого быка с низким качеством спермы. Таким образом, инфракрасная термография полезна при оценке племенной пригодности быков, хотя она не заменяет получение и исследование спермы. В одном исследовании 30 годовалых бычков мясных пород, каждый из которых был признан пригодным к воспроизводству по результатам стандартного обследования, предоставили по отдельности для спаривания примерно с 18 тёлками на 45 дней.²³Показатели стельности через 80 дней после окончания случного сезона были сходными (83 против 85%) у тёлок, спаривавшихся с быками с нормальным или сомнительным распределением температуры поверхности мошонки соответственно, но были выше (P < 0.01), чем у тёлок, спаривавшихся с быками с аномальным распределением температуры поверхности мошонки (68%).

Последствия повышения температуры семенников

Повышение температуры окружающей среды

Влияние повышенной температуры окружающей среды на качество спермы широко описано. В одном исследовании температура окружающей среды 40 °C при относительной влажности 35–45% в течение 12 часов приводила к снижению качества спермы.²⁴Кроме того, быки Bos taurus более восприимчивы к высоким температурам окружающей среды, чем быки Bos indicus.²⁴При воздействии высоких температур окружающей среды качество спермы у быков-помесей (Bos indicus × Bos taurus) снижалось в меньшей степени и позднее, а восстанавливалось быстрее, чем у чистопородных быков Bos taurus.²⁵