Воспроизводство крупного рогатого скота

в котором бычки получали разное питание в возрасте от 2 до 16 месяцев, снижение частоты импульсов ЛГ в препубертатный период приводило к задержке полового созревания у бычков с низким уровнем питания. Напротив, более устойчивое повышение частоты импульсов ЛГ у бычков с высоким уровнем питания было связано с более ранним началом выработки тестостерона и большей массой семенников в возрасте 16 месяцев по сравнению с бычками с низким и средним (контрольным) уровнем питания (рисунок 4.3).¹⁶

Эти наблюдения были подтверждены дополнительными исследованиями, специально посвящёнными влиянию питания в препубертатный период. У бычков, получавших усиленное питание только в возрасте от 2 до 7 месяцев, также наблюдалось более устойчивое повышение частоты импульсов ЛГ и более высокая секреция тестостерона. Они достигали половой зрелости на 2 недель раньше и имели большую массу семенников в возрасте 16.5 месяцев по сравнению с бычками, получавшими контрольный рацион (рисунок 4.4).²⁶С другой стороны, снижение секреции ЛГ вследствие недостаточного питания в возрасте от 2 до 7 месяцев было связано с более поздним наступлением половой зрелости и меньшей массой семенников в возрасте 16 месяцев, даже если после 7 месяцев эти бычки получали контрольный рацион или усиленное питание, а секреция ЛГ и тестостерона

после изменения питания не различалась (рисунок 4.5).²⁷

В препубертатный период доля паренхимы семенников, занимаемая семенными канальцами, постепенно увеличивается, а диаметр семенных канальцев к возрасту 6 месяцев достигает приблизительно 125 мкм.^14,28 У новорождённых бычков и в возрасте 4 месяцев в семенных канальцах обнаруживаются участки связывания ФСГ; повышение концентрации ФСГ стимулирует пролиферацию недифференцированных клеток Сертоли.¹⁷ Хотя существует немало свидетельств того, что ФСГ необходим для нормального функционирования клеток Сертоли, период их дифференцировки совпадает с началом секреции тестостерона клетками Лейдига. Это указывает на то, что тестостерон также может способствовать созреванию недифференцированных клеток Сертоли. Приблизительно в возрасте 4 месяцев недифференцированные клетки Сертоли переходят в фазу G0 клеточного цикла и остаются в ней до конца жизни быка. После завершения фазы пролиферации недифференцированные клетки Сертоли начинают превращаться в клетки Сертоли взрослого типа. На обращённых друг к другу мембранах соседних недифференцированных клеток Сертоли начинают формироваться протяжённые

Средний
Высокий
8 A: P < 0.0005
a NA: P < 0.005
7
6
5
b
4
3
2
1
0
14 18 22 26 30
Возраст (недели)
Средний уровень питания, N: P = 0.08
A: P < 0.0001
12 Высокий уровень питания, NA: P = 0.07
10
8
6
4
2
0
14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 74
Возраст (недели)
Импульсы ЛГ/10 ч
Тестостерон (нг/mL)

Рисунок 4.4 Среднее (± стандартная ошибка среднего) число импульсов ЛГ и концентрации тестостерона в сыворотке крови бычков пород ангус и ангус × шароле, получавших средний (контрольный) или высокий уровень питания в возрасте от 10 до 30 недель, а затем одинаковый рацион со средним уровнем питания в возрасте от 31 до 74 недель. N, A и N*A обозначают соответственно влияние питания, возраста и взаимодействия питания с возрастом. Надстрочные индексы a и b обозначают различия ( P = 0.09) между группами в пределах одного возраста. Бычки из группы с высоким уровнем питания достигали половой зрелости раньше (314 дней) и имели большую суммарную массу обоих семенников в возрасте 74 недель (610 g), чем бычки из группы со средним уровнем питания (327 дней и 531 g соответственно). Адаптировано по Brito L, Barth A, Rawlings N и др. . Влияние улучшенного питания в раннем возрасте на концентрации метаболических гормонов, гонадотропинов и тестостерона в сыворотке крови, а также на развитие семенников у бычков. Domest Anim Endocrinol 2007;33:460–469. Публикуется с разрешения Elsevier.

Низкий/средний
Низкий уровень питания, N: P = 0.07
Низкий/высокий
Средний уровень питания, A: P < 0.001
10 10 Средний/средний
8 8
6 6
4 4
2 2
0 0
14 18 22 26 30 34
Средний/средний
Низкий уровень питания, N: P < 0.05 Низкий/средний
A: P < 0.0001
1.8 Средний уровень питания, A: P < 0.005 12 Низкий/высокий
1.5 10
1.2
8
0.9
6
0.6
4
0.3
2
0.0
14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66
Возраст (недели) Возраст (недели)
Период 1 Период 2
Импульсы ЛГ/10 ч Импульсы ЛГ/10 ч
Тестостерон (нг/mL) Тестостерон (нг/mL)

Рисунок 4.5 Среднее (± стандартная ошибка среднего) число импульсов ЛГ и концентрации тестостерона в сыворотке крови бычков пород ангус и ангус × шароле, получавших рацион со средним (контрольным) уровнем питания в возрасте от 10 до 70 недель либо рацион с низким уровнем питания в возрасте от 10 до 26 недель, а затем рацион со средним или высоким уровнем питания в возрасте от 27 до 70 недель. N, A и N*A обозначают соответственно влияние питания, возраста и взаимодействия питания с возрастом. Бычки из группы со средним/средним уровнем питания достигали половой зрелости раньше и имели большую суммарную массу обоих семенников в возрасте 70 недель, чем бычки из группы с низким/средним уровнем питания (293 против 331 дней и 600 против 528 g соответственно). У бычков из группы с низким/высоким уровнем питания возраст наступления половой зрелости и суммарная масса обоих семенников занимали промежуточное положение (313 дней и 553 g соответственно). Адаптировано по Brito L, Barth A, Rawlings N и др. . Влияние ограничения кормления в раннем возрасте на концентрации метаболических гормонов, гонадотропинов и тестостерона в сыворотке крови, а также на половое развитие бычков. Reproduction 2007;134:171– 181. Публикуется с разрешения Общества репродукции и фертильности.

межклеточные контакты над сперматогониями и в базальной части канальцев; первые признаки «растрескивания» цитоплазмы канальцев обнаруживаются примерно в возрасте 6 месяцев.^9–11 Вероятно, секреция ФСГ, созревание клеток Сертоли и усиление секреции тестостерона также участвуют в дифференцировке гоноцитов в сперматогонии. Гоноциты постепенно смещаются к базальной мембране и делятся митозом, образуя сперматогонии типа A. В результате дифференцировки и дегенерации гоноциты полностью исчезают из семенных канальцев к возрасту 5 месяцев. Сперматогонии типа A делятся митозом, образуя сперматогонии типа In и типа B, которые, в свою очередь, вступают в мейоз примерно в возрасте 4–5 месяцев.^{9,11,14,28,29}

Пубертатный период

Пубертатный период характеризуется снижением секреции гонадотропинов, усилением секреции тестостерона, началом сперматогенеза и последующим появлением сперматозоидов в эякуляте. Этот период также совпадает с началом фазы быстрого роста семенников (см. главу 5, где приведены графики

роста семенников) и продолжается приблизительно с 6 до 12 месяцев жизни у быков Bos taurus.

Быстрое усиление секреции тестостерона и, возможно, повышение чувствительности гипоталамуса к отрицательной обратной связи со стороны андрогенов, вероятно, обусловливают снижение секреции ЛГ в пубертатный период. При этом вырабатываемый клетками Сертоли ингибин может действовать на гонадотрофы, ограничивая секрецию ФСГ, поскольку иммунизация антисывороткой к ингибину вызывает выраженное повышение концентрации ФСГ у бычков в препубертатный период.^{30, 31}После 7 месяцев жизни масса клеток Лейдига медленно, но непрерывно увеличивается и к 24 месяцам достигает в семеннике молодого взрослого быка примерно 10 g вследствие значительного увеличения объёма клеток Лейдига (гипертрофии); масса митохондрий в клетках Лейдига с 10 до 24 месяцев жизни возрастает более чем вдвое.⁸После околопубертатного периода частота импульсов секреции тестостерона не увеличивается и с 6 до 10 месяцев жизни остаётся на уровне приблизительно 4.5–6.8 импульсов за 24 часов. Однако в период полового созревания амплитуда импульсов возрастает, вследствие чего средняя концентрация тестостерона повышается примерно до 12 месяцев жизни. Повышенная секреция тестостерона необходима для начала сперматогенеза.^6,19–21,32

Диаметр семенных канальцев увеличивается приблизительно до 200 мкм к 8 месяцам жизни и достигает 240 мкм к 16 месяцам.^14,28, 33 У быков голштинской породы общая длина семенных канальцев в одном семеннике увеличивается с 830 м в 3 месяцев жизни до 2010 м в 8 месяцев жизни.²⁸После 6–7 месяцев жизни большинство клеток Сертоли завершают морфологическую дифференцировку и приобретают строение, характерное для взрослых животных. При этом можно наблюдать контактные комплексы, состоящие из множества последовательно расположенных точек или линий слияния мембран соседних клеток Сертоли. Эти контакты образуют функциональный гематотестикулярный барьер и разделяют эпителий канальцев на базальный отдел, содержащий сперматогонии, и адлюминальный отдел, содержащий половые клетки на более поздних стадиях сперматогенеза; формирование функционального гематотестикулярного барьера сопровождается образованием просвета канальцев и предшествует появлению первичных сперматоцитов и половых клеток на более поздних стадиях развития.^9–11У быков голштинской породы число клеток Сертоли взрослого типа резко возрастает с 202 до 8862 миллионов клеток на семенник в возрасте 5 и 8 месяцев соответственно.²⁸

Пролиферация половых клеток достигает максимума между 4 и 8 месяцами жизни и отражает увеличение пула стволовых клеток сперматогониев. У быков голштинской породы число сперматогониев возрастает с 181 миллионов клеток на семенник в 4 месяцев жизни до 3773 миллионов клеток на семенник в 8 месяцев жизни; число сперматогониев продолжает увеличиваться примерно до 12 месяцев жизни.²⁸Число первичных сперматоцитов медленно увеличивается до 8 месяцев жизни, когда оно превышает число сперматогониев. Вторичные сперматоциты и округлые сперматиды впервые появляются приблизительно в 6–7 месяцев жизни, тогда как удлинённые сперматиды появляются примерно в 8 месяцев. После 10 месяцев жизни число сперматид быстро возрастает и становится больше числа половых клеток любого другого типа. Зрелые сперматозоиды появляются в семенных канальцах приблизительно в 8–10 месяцев жизни. Семенники массой более 100 g у быков шведской красно-пёстрой породы или более 80 g у быков голштинской породы, вероятно, уже вырабатывают сперматозоиды.^{9, 11, 14, 28, 29}В конечном итоге сперматогенез достигает такого уровня эффективности (то есть из отдельных клеток-предшественников образуется всё больше половых клеток на поздних стадиях развития), при котором вырабатывается количество сперматозоидов, достаточное для их появле-

ния в эякуляте, — физиологического события, характеризующего наступление половой зрелости (см. главу 5).

Метаболические гормоны в предпубертатный и пубертатный периоды

Механизмы регуляции размножения и энергетического баланса неразрывно связаны и сформировались в ходе эволюции, обеспечивая преимущества при размножении и выживание видов. Нервный аппарат, оценивающий интенсивность обмена веществ и энергетический баланс, получил название «метаболический сенсор» организма. Этот сенсор преобразует сигналы, определяемые концентрациями определённых гормонов в крови (на периферии), в нейронные сигналы, которые в конечном счёте регулируют генератор импульсов GnRH и управляют репродуктивным процессом. Гормоны — показатели метаболического состояния могут служить сигналами для гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси и влиять на половое развитие. Динамика некоторых из этих гормонов изучалась у растущих быков мясных пород (рисунок 4.6). В отличие от видов, у которых концентрация циркулирующего гормона роста (GH) продолжает увеличиваться и после наступления половой зрелости, у быков концентрация GH в пубертатный период снижается.^16,34Различия в стадии развития организма, на которой представители разных видов достигают половой зрелости, вероятно, обусловливают различия в динамике GH между видами. Соответственно, динамика GH у быков, по-видимому, указывает на то, что для эффективной выработки сперматозоидов гонадами организм должен достичь относительно поздней стадии развития. Различия в секреции GH между видами могут быть связаны с регуляторным влиянием стероидов на его секрецию. У других видов стероиды стимулируют секрецию GH, но концентрации GH у интактных быков и кастрированных бычков не различаются.³⁵Кроме того, в ходе полового развития снижение концентрации GH наблюдается одновременно с повышением концентрации тестостерона, что указывает на отсутствие у быков положительной обратной связи между стероидами и секрецией GH, характерной для других видов.^16,34

Концентрация циркулирующего инсулиноподобного фактора роста (IGF)-I у быков непрерывно повышается и достигает плато

IGF-I
Инсулин
550 GH 22
500 Лептин 20
450 18
400 16
350 14
300 12
250 10
200 8
150 6
100 4
50 2
0 0
14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70
Возраст (недели)
IGF-I (нг/mL)
Инсулин, GH, лептин (нг/mL)

Рисунок 4.6Средние концентрации (± SEM) IGF-I, инсулина, GH и лептина в сыворотке крови в ходе полового развития у быков пород ангус и ангус × шароле при полноценном кормлении.^{16, 26, 27, 34}