Воспроизводство крупного рогатого скота

Технологии, используемые для контроля эструса у крупного рогатого скота

Fred Lehman¹ и Jim W. Lauderdale²

1 Оверленд-Парк, Канзас, США

2 Lauderdale Enterprises, Огаста, Мичиган, США

Эта глава в значительной степени является воспроизведением работы доктора James (Jim) Lauderdale, написанной к столетию в журнале Animal Science. Кропотливые усилия доктора Лодердейла по улавливанию и изучению ключевых научных деталей показывают небольшой, но постепенный прогресс, который заложил основу для технологических достижений и разработки инструментов для контроля воспроизводства крупного рогатого скота. Без этих инструментов, многие из которых воплощены в коммерческих фармацевтических препаратах, ветеринары и производители были бы ограничены в своих возможностях по осуществлению массовых программ контроля эструса и суперовуляции. Признание исторических достижений, которые привели к прогрессивному улучшению нашего понимания репродуктивной физиологии и фармакологии, может только увеличить усилия териогенологов и практиков, стремящихся внести следующий вклад в нашу дисциплину. Мы благодарим доктора Лодердейла и журнал Animal Science за совместную работу над этой главой.

Введение

Эффективность воспроизводства - один из важнейших факторов успеха молочных и cow-calf-ферм. Безусловно, без воспроизводства нет ни cow-calf, ни молочного предпринимательства. В 1950-х годах была разработана технология заморозки спермы крупного рогатого скота, и искусственное осеменение (ИО) бычками, прошедшими тестирование по потомству, что стало общепризнанным эффективным средством более быстрого генетического прогресса в плане надоев молока и производства говядины. В период с 1950-х по 1960-е годы основным препятствием для ИО мясного скота была необходимость ежедневного выявления охоты и ИО в течение 60–90 дней и более. Таким образом, с появлением искусственного осеменения дальнейший контроль эструса и управление воспроизводством стали представлять больший интерес и ценность, особенно для мясных производителей. В этой главе представлен обзор исследований, опубликованных в основном в журнале Animal Science, которые способствуют успешному управлению эструсом и воспроизводством в целом. Дополнительные публикации, не упомянутые в данном документе, содержат обзоры по улучшению технологий управления эструсом крупного рогатого скота и племенным производством^1–11.

Управление эстральным циклом

крупного рогатого скота

Ранние исследования с P4 (прогестероном)

Trimberger и Hansel¹² ежедневно вводили подкожно молочным коровам (n=30, каждая корова была контрольной) прогестерон (P4) в кукурузном масле. Для коров, получавших P4, интервал от последней инъекции P4 до течки составлял 4,6 дня, а уровень стельности (PR) составлял 12,5%; У 50% были аномальные фолликулы и у 53% была аномальная течка. Однако, у небеременных коров половой цикл, следующий за синхронизированной течкой, был нормальным по продолжительности полового цикла, эструса и структуре яичников; PR составил 65,2%, что указывает на отсутствие последующего негативного эффекта P4 на воспроизводство. Nellor и Cole¹³ измельчали кристаллический P4 в крахмальной эмульсии и вводили мясным телкам однократно подкожно 540–1120 мг P4 в различные дни эстрального цикла. Охота и формирование желтого тела (ЖТ) были предотвращены. Охота выявлена у 89% телок через 15–19 дней после инъекции 540–560 мг P4, и через 15–23 дня после инъекции 700–1120 мг P4 (у жирных телок, получавших эти дозы, не было проявлений течки на 15–23 дни). Во втором исследовании эмульсия P4 вводилась однократно подкожно 19 телкам в дозе 540 мг с последующим введением 2140 МЕ лошадиного гонадотропина через 15 дней после P4; охота была обнаружена у 84% через 1–4 дня после введения лошадиного гонадотропина, и 14% стали стельными от ИО при выявленной охоте. PR составил 67% среди шести контролей. В третьем исследовании эмульсия P4 вводилась однократно подкожно 35 телкам в дозе 540 мг с последующим введением 750 МЕ лошадиного гонадотропина через 15 дней после P4; у 89% была выявлена течка на протяжении 4-часового периода через 1 день после введения гонадотропина, и все телки были искусственно оплодотворены через 48 часов после введения гонадотропина. К сожалению, по синхронизированному ИО (TAI) частота наступления беременности не сообщалась. Это первый отчет об использовании TAI как компонента управления эструсом и осеменением крупного рогатого скота. Еще 20 мясных телок - 10 циклирующих и 10 нециклирующих были обработаны 540 мг эмульсии P4 с последующим введением 750 МЕ лошадиного гонадотропина через 15 дней после P4; 100% циклирующих и 50% нециклирующих телок были обнаружены в охоте в течение 3-х дней, что позволяет предположить, что P4 может инициировать охоту у некоторых телок с анэстральным циклом.

PR составил 20% при осеменении по выявленной охоте.

Второй семинар Brook Lodge по проблемам репродуктивной биологии, проведенный в мае 1965 года, способствовал обсуждению лидерами исследований в области репродуктивной биологии домашних животных адресного использования эстрогенов, P4 и прогестагенов, а также гонадотропинов для управления эструсом и воспроизводством крупного рогатого скота, лютеотрофных и лютеолитических механизмов, контролирующих продолжительность жизни ЖТ, и механизмов действия лютеинизирующего гормона (ЛГ) на стероидогенез ЖТ.¹⁴ Участникам встречи было рекомендовано продолжить существующие исследования по синхронизации полового цикла у молодняка крупного рогатого скота с целью последующей коммерциализации. Кроме того, J ohn Babcock¹⁴ спросил, может ли простагландин (PG) - новый класс соединений с вазоконстриктивными свойствами, выделяемый маткой, быть лютеолитическим фактором, контролирующим регрессию ЖТ. Вопрос Babcocka сподвиг ученых на исследования, которые привели к идентификации PGF2α как лютеолитика у крупного рогатого скота и к тому, что продукты PGF2α стали доступны для коммерческого использования в стадах крс.

Эти первоначальные исследования с использованием P4 с гонадотропинами и без них, а также данные, полученные в результате исследований гормональных факторов, влияющих на половой цикл коров, стимулировали исследования по поиску коммерчески жизнеспособных продуктов для управления половым циклом и воспроизводством крупного рогатого скота. В эти первые годы наибольший интерес для практической синхронизации эструса представляли пероральные экономичные прогестагены, которым давали с кормом в течение 18 дней для предотвращения охоты.

Разработка прогестагенов для коммерческого использования

Repromix^®

Группа Hansel исследовала применение медроксипрогестерона ацетата (MAP) - перорального синтетического гестагена, для синхронизации полового цикла крупного рогатого скота.¹⁵ Коровам породы герефорд (n = 32) скармливали 968/500 мг MAP в течение 20 дней, 16 из них получали инъекции 0,5 мг эстрадиола-17β во время ИО. Проявление охоты или формирование ЖТ, либо оба явления, были обнаружены у 91% в течение 3-5 дней после последней дачи MAP и у 25% диагностирована стельность от этого ИО. Введение 0,5 мг эстрадиола-17β во время ИО не повлияло на процент зачатий.

Основываясь на исследованиях доза-реакция, Zimbelman¹⁶ определил, что эффективная пероральная доза MAP для крупного рогатого скота составляет 180 мг ежедневно в течение 18 дней, причем кормление начинается на случайных стадиях эстрального цикла. В пяти исследованиях с участием 170 телок и коров у 86% животных была выявлена течка в течение 1–6 дней после последнего кормления MAP; в 93% случаев эструс был обнаружен на 2–4 дни, оплодотворяемость при ИО по синхронизированной охоте составила 51%, но сильно варьировала среди пяти исследований, а оплодотворяемость при ИО по охоте после синхронизированной охоты составила 76% среди ранее получавших MAP коров и 74% среди контрольных коров. Продолжительность стельности и масса тела теленка не различались между группой, получавшей с кормом MAP и контрольной группой. В течение кормления MAP не образовывались новые желтые тела, старые желтые тела регрессировали, но развитие фолликулов не изменялось. Эти данные были интерпретированы как показывающие, что MAP ингибирует овуляторный выброс ЛГ. Скармливание MAP крупному рогатому скоту в послеродовой период до возобновления половых циклов привело к значительному снижению вариабельности интервалов, но не среднего интервала от отела до первой овуляции после лечения, что позволяет предположить, что прогестаген может стимулировать возобновление половых циклов у коров после отела.

Hansel и др.¹⁷ исследовали применение MAP и хлормадинона ацетат (CAP) для синхронизации охоты у мясного скота. Животные получали эти гестагены перорально в дозе 240 мг MAP в день и 10 мг CAP в день, каждый в течение 18 дней. По сводным данным за 1963 и 1964 гг., частота выявления эстральной фазы в течение 1–9 дней после последнего скармливания составила 84% для MAP (n = 232) и 87% для CAP (n = 236); у 93% контролей (n = 229) была выявлена охота в течение 20 дней. PR при ИО по синхронизированной охоте плюс последующей охоте составил 49% для MAP и 31% для CAP в синхронизированные дни 1–9 охоты и 46% для ИО контрольных животных в течение 20 дней. PR по ИО в синхронизированную охоту плюс последующую охоту для MAP и CAP и ИО в течение 40 дней для контроля составлял 74, 68 и 66% соответственно.

Исследование, проведенное группой Hansel в Корнелле (Итака, штат Нью-Йорк) и группой Zimbelman в компании Upjohn (Каламазу, штат Мичиган), стимулировало коммерческое развитие компании Upjohn,которая стала поставлять MAP под торговым названием Repromix®. Repromix® был первым продуктом для синхронизации течки крупного рогатого скота. The Repromix Story представлял собой буклет на 45 страниц, в котором была представлена информация о репродуктивном цикле крупного рогатого скота, синхронизации репродуктивного цикла, эффективности и безопасности Repromix как средства синхронизации эструса у коров, данные полевых испытаний и методы управления, необходимые для успешной синхронизации полового цикла и осеменения коров.¹⁸ Коровам давали 180 мг MAP в день в течение 18 дней в случайные дни эстрального цикла. В исследовании принимали участие университетские (n = 9) и коммерческие (n = 63) учреждения, из которых 4326 голов крупного рогатого скота получали MAP и 1899 голов выступали в качестве необработанного контроля. По сводным данным за 1962–1963 (52 исследования) и с 1964 (18 исследований), 76% коров, получавших MAP, были обнаружены в охоте на 1-6 дни после последнего потребления MAP с PR 36%. У контрольных коров PR 42% по ИО по охоте, выявленной в течение 20 дней. PR для ИО при обнаружении охоты в течение 26 дней составлял 60% для MAP и 45% для контроля. Repromix® продавался в Соединенных Штатах для синхронизации охоты крупного рогатого скота примерно с 1965 по 1967 год, но он был слишком дорогим для коммерческих производителей, и компания Upjohn прекратила продажи в 1967 году.

Syncro-Mate-B^®

Wiltbank и др.¹⁹ исследовали гестагены отдельно и в комбинации с эстрогенами для синхронизации эструса у крупного рогатого скота. В первоначальном исследовании мясным телкам (n=324 в двух испытаниях) вводили подкожно различные дозы P4 в кукурузном масле и эстрадиол в течение разных интервалов времени, начиная с разных дней эстрального цикла. Эстральная синхронность в течение 4 дней составила 68–100% (контроль 100% за 21 день), а оплодотворяемость - 12–53% (контроль 50% за 21 день).

Wiltbank и др.²⁰ скармливали телкам дигидроксипрогестерона ацетофенид (DHPA) либо отдельно, либо в комбинации с эстрадиолвалератом (EV) для синхронизации течки. Мясных телок разделили на группы, одной из которых скармливали 500 мг DHPA ежедневно в течение 20 дней (n = 50), начиная с неизвестных дней полового цикла, а вторая служила необработанным контролем (n = 54). Выявление охоты в течение 48 часов составило 96%, а оплодотворяемость - 54% среди телок, обработанных DHPA. В контрольной группе оплодотворяемость при ИО по выявленной синхронизированной охоте составила 26%. Яйцеклетки собрали у телок через 48 часов после искусственного осеменения, и степень оплодотворения составляла 54% для группы DHPA и 86% для контроля. Во втором исследовании 100 мясных телок были проведены по обратной схеме обработка-контроль.

Обработанным телкам давали 400 мг DHPA ежедневно в течение 9 дней и вводили внутримышечно 5 мг EV (эстрадиола валерат) на 2 день скармливания DHPA. Выявление эструса составило 84% за 96 часов; оплодотворяемость составила 32% для DHPA/EV и 50% для контрольных телок. Дальнейшие исследования также были направлены на изучение комбинации DHPA, вводимого в течение 9 дней, и EV, вводимого внутримышечно на 2-й день кормления DHPA. Одной группе мясных телок скармливали 400 мг DHPA в течение 9 дней и вводили 5 мг EV на 2 день кормления DHPA (n = 66), а вторая служила в качестве необработанного контроля (n = 33). Кормление DHPA начинали без учета дня полового цикла. Процент обработанных телок, у которых обнаружена охота, составил 82% через 48 часов, 86% через 72 часа и 95% через 96 часов. Частота зачатия составила 54% для телок с синхронизированным эструсом и 52% для контрольных ИО в течение 21 дня. Основываясь на данных цитированных выше исследований, Wiltbank и др.²¹ изучили использование подкожных имплантатов с полигидроксиполимером для доставки агента, ингибирующего эстральную фазу (норэтандролон, Nor), в комбинации с EV, вводимым внутримышечно при имплантации для регресса ЖТ. Мясным телкам имплантировали имплант Nor на срок 9 дней и вводили 5 мг EV при имплантации (n = 42), вторая группа была контрольной (n = 62). Процент прихода в охоту через 96 часов составил 93% для Nor с оплодотворяемостью 56% в группе, получавшей Nor, и осемененной по синхронизированной охоте и 67% для контрольных ИО по охоте, выявленной в течение 22 дней. Внутримышечная инъекция 2 мг эстрадиола-17β через 24 часа после удаления имплантата привела к проявлению охоты у 98–100% особей на протяжении 48-часового интервала и 100% овуляции через 36-часовой интервал. Было опубликовано три исследования по синхронизации охоты у мясного скота с использованием подкожных 9-дневных имплантатов, содержащих норгестомет вместо Nor, и либо внутримышечной инъекции EV, либо комбинированной инъекции, либо EV и норгестомета.^22-24 Эти исследования предоставили данные, которые привели к испытанию конечного продукта под коммерческим названием Syncro-Mate-B®(SMB). Syncro-Mate-B® представляет собой имплантат на основе полигидроксиполимера с концентрацией норгестомета 6 мг, вводимый подкожно на 9 дней, плюс внутримышечная инъекция 3 мг норгестомета и 5 мг EV во время имплантации. Spitzer и др.²³ исследовали использование SMB и осеменение либо при обнаружении охоты, либо в определенное время (TAI) после удаления имплантата. Мясных телок разделили на группы, одна из которых служила контролем и была осеменена при выявлении охоты в течение 21 дня (n = 276); вторая обработана SMB и осеменена при выявлении синхронизированной охоты (n = 307); третья обработана SMB и осеменена по фиксированному времени (TAI) дважды через 48 и 60 часов (n = 47); четвертая обработана SMB и TAI в 45, 48 или 50 часов (n = 176); и пятая обработана SMB и TAI в 54 или 55 часов (n = 152). PR (оплодотворяемость) составил 62% за 21 день для контроля; 50% для SMB+ИО по выявленной охоте в течение 5 дней; 45% для SMB+TAI в 48 и 60 часов; 62% для SMB+TAI в 45, 48 или 50 часов; и 58% для SMB+TAI в 54 или 55 часов. PR по ИО за 21 день составил 62%, 61%, 57%, 70% и 67% для пяти групп, соответственно. На основании данных, представленных выше, SMB был одобрен Центром ветеринарной медицины Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA CVM) как «Препарат для синхронизации течки/овуляции у мясного крупного рогатого скота и нелактирующих молочных телок».²⁵

Меленгестрола ацетат

Zimbelman и Smith^26,27 сообщили о серии исследований, направленных на изучение эффективности перорального введения дозы меленгестрола ацетата (MGA) для подавления течки и воздействия на динамику фолликулов и желтых тел в яичниках крупного рогатого скота.

Эффективная пероральная суточная доза для подавления эструса и предотвращения образования ЖТ, но не влияющая на дальнейшее развитие фолликулов была определена как 0,25–0,50 мг. Кормление MGA в течение 14–18 дней одинаково эффективно синхронизировало охоту после прекращения его дачи. Zimbelman и Smith заметили, что телки, получавшие MGA, по-видимому, увеличивали прирост массы тела по сравнению с контрольными телками, особенно при дозах MGA 0,25–0,75 мг.^27,28 Наблюдение, что у телок, получавших MGA, увеличивалась масса тела, натолкнуло группу Blossа также исследовать MGA в качестве стимулятора роста мясных телок.²⁸ Мясным телкам (n = 255) скармливали MGA в составе стандартного откормочного рациона в различных дозах от 0,35 до 0,53 мг и в разных физиологических условиях (пубертатный, неполовозрелый, овариэктомированный) ежедневно в течение 106–119 дней. Овариэктомированные или неполовозрелые телки не увеличивали прирост массы тела, а конверсия корма была выше или ниже контроля. Однако, у пубертатных телок, получавших MGA, среднее увеличение среднесуточного прироста на 6,2% и конверсии корма на 6,4% по сравнению с контрольными животными. Патологоанатомическое исследование яичников часто выявляет множественные фолликулы, что позволяет предположить, что прогестаген подавляет высвобождение ЛГ, что приводит к ановуляторным, но эстроген-компетентным фолликулам, что подтверждается Imwalle et al.²⁹ Была выдвинута теория о персистентном низком уровне эндогенного эстрогена, и данные подтверждают эту интерпретацию, который приводит к увеличению скорости роста за счет анаболического действия.³⁰ Последующие исследования на коммерческих откормочных площадках привели к утверждению MGA в качестве «Препарата для увеличения скорости прироста массы тела, улучшения конверсии корма и подавления охоты у телок, выращенных в неволе на убой.³¹

Исследования, проводившиеся в компании Upjohn в период с 1960 по 1969 год, были направлены на получение одобрения FDA CVM в отношении MGA для синхронизации течки у мясного скота. Однако, запрос на лейбл эстральной синхронизации был отложен до 1997 года изза деловых, политических и регулирующих решений. Поскольку MGA был коммерчески доступен благодаря положительным результатам на откормочной площадке и наличию обширных данных по эффективным программам синхронизации полового цикла мясного скота, MGA использовался для синхронизации полового цикла мясного скота, начиная примерно с 1970 года. Синхронизация эструса была исследована в 15 испытаниях с 556 получавшими MGA, и 829 необработанными контрольными животными.³² Эструс выявлялся у 70% MGA-телок через 3–8 дней после последнего потребления и 86% были выявлены в течение 20 дней; у 71% контролей охота выявлена в течение 20 дней. Диапазон выявления эстральной активности среди 15 испытаний составлял 39–95% для группы MGA в течение 3–8 дней и 28–90% для контрольных телок в течение 20 дней. Процент стельности при первом осеменении был подсчитан в 24 испытаниях с 1853 MGA-обработанными и 537 контрольными животными и составил 36% (диапазон 11–75%) для MGA за 3–8 дней и 50% (диапазон 24–91%) для контрольной группы за 20 дней. Оплодотворяемость по второму осеменению среди MGA-обработанных телок составила 61% (диапазон 8–100%). Наблюдаемый индекс зачатия 0,72 (36%/50%) среди телок, получавших MGA и осемененных в течение 3-8 дней по охоте по сравнению с оплодотворяемостью в контрольной группе за 20 дней, оставался стабильным в течение последних 40 лет, и очевидно увеличение оплодотворяемости телок, получавших MGA и осемененных во время второй охоты, было последовательным наблюдением. Причиной снижения оплодотворяемости в охоту, выявленную сразу после приема прогестерона/прогестагенов являются «персистентные фолликулы».^33–38

В 1997 г. MGA был одобрен FDA CVM для кормления 0,5 мг в день на срок до 24 дней для подавления эструса у телок, предназначенных для разведения.³⁹