Физиолого-биохимические показатели при стимуляции репродуктивной функции коров. Монография

И. А. Кощаев

Обменные процессы представляют собой основные функции в организме, с которыми связаны все остальные его изменения. Обменные процессы происходят постоянно, они динамичны и изменчивы и связаны как с внешней средой, так и с внутренними изменениями в организме. При промышленном содержании животных негативные факторы часто способствуют возникновению различных нарушений обменных процессов, которые приводят к потере воспроизводительной функции, продуктивных показателей.

ГЛАВА 1. Физиолого-биохимические аспекты становления репродуктивного цикла у коров

Учение о функции воспроизводства у сельскохозяйственных животных базировалось на опыте и создании научной теории развития и становления половой цикличности у самок, где контроль за ее процессами осуществляется нейроэндокринной системой в состав которой входят: ЦНС, гипоталамус, гипофиз и периферические эндокринные железы (Студенцов А. П., 1980; Britt I.H., 1981; Черемисинов Г. А., 1984; Бабичев В. Н., 1984; Соловьев Н. А.,1989; Abdullah A.S., 1989; Корнева Е. А., Шхинек Э. К., 1989; Клинский Ю. Д., 2007; Пронин Б. Г., 2008), а также уровнем метаболических изменений в организме самок на различных стадиях репродуктивного периода (Чарабураев А. И., 1994). Активизация нейро-эндокринной регуляции у коров представляет собой комплекс сложных биохимических процессов, которые через повышение уровня обменных процессов могут инициировать половую цикличность и оплодотворение животных (Clarca J.I., 1995; Ratnayake R.T.G., 1998; Beam S.W., Butler W.R., 1999; Bramley T.A., 2002; Lucy M.C., 2003; Reist M., 2003; Sakaguchi M., 2004; Hess B.W., 2005; Скопичев В. Г. с соавт., 2004; Зайцев С. Ю. с соавт., 2005; Нежданов А. Г., 1991, 2006; Клинский Ю. Д., 2007; Coentrao C.M.,2008).

С наступлением половой зрелости в организме самок начинают происходить сложные морфофункциональные изменения различных органов и систем, направленные на обеспечение и поддержание половой цикличности (Coomsa J., 1991; Beam S.W., 1999; Bussolati G., Cassoni P., 2001; Bramley T.A., Menzies G.S., Rae M.T., Scobie G., 2002; Жукова С. Н., 2007). У самок с наступлением половой цикличности половые железы начинают усиленно вырабатывать гормоны — эстрогены и прогестерон (половые гормоны) генерируемые специфическими клетками яичников, гонадотропные (гипофиз) и факторы (гонадотропин — рилизинг-гормоны) гипоталамуса (Заманбеков Н. А., 1993). По определению Студенцова А. П. (1980) половой цикл — это сложный нейрогуморальный рефлекторный циклический процесс, происходящий в половых органах и во всем организме самки от одной стадии возбуждения до другой (Прокофьев М. И., 1983; Elmore R.G., 1989; Drianconrt M.A., 1991; Diskin M.G., Mackey D.R., Roche J.F., 2003).

Продолжительность полового цикла меняется у одних и тех же коров в течение жизни (Луферов, А.И., 1998). В основном исследователи считают, что она составляет в среднем 20 суток. Согласно классификации (Студенцов А. П., 1980) в половом цикле следует выделять три стадии (возбуждение, торможение и уравновешивание) и четыре феномена (течка, половое возбуждение, половая охота и овуляция), которые должны проявляться в определенное время, а так же последовательности и сопровождаются морфо-биохимическими изменениями в организме самок (Прокофьев М. И., 1983; Abdullah A.S., 1989). Несмотря на имеющиеся различия в протекании половой цикличности у коров и телок, авторами не отмечено какого-либо увеличения этих сроков в связи с возрастом. Считают, что в 85% случаев этот показатель колеблется от 18 до 24 дней, в 10% он больше, а в 5% — меньше. Установлено, что с применением искусственного осеменения в скотоводстве на промышленной основе, увеличивается продолжительность полового цикла (Чохотариди Л. Г., 1999). Хотя некоторые исследователи установили уменьшение продолжительности полового цикла. Исследователи отмечают, что колебания продолжительности периода анэструса, то есть периода от момента рассасывания желтого тела до начала половой охоты, больше выражены у лактирующих коров, нежели у телок. Ряд исследователей отмечает у коров наличие «тихой», малозаметной, охоты, то есть наличия овуляции без выраженных по внешним и внутренним факторам признаков охоты. Таким образом, ее регистрация в ряде случаев может быть визуально затруднена технологами по искусственному осеменению. В последнее время имеется много данных по наличию и изменениям в концентрации гормонов ответственных за полноценное протекание полового цикла у самок животных (Сысоев А. А., 1978; Соловьев Н. А., 1989; Fortune I.E., 1994; Ерохин А. С., 1998; Нежданов А. Г., 1991, 2006).

В течение всего репродуктивного цикла у молочных коров преобладает наличие полового гормона прогестерона (Падучева А. Л., 1974; Hunter A.,1977; Gortner R.,Haen E., 2001; Loose—Mitchell D.S., Stancel G.M., 2001; Lucy M.C., 1992, 2003; Hess B.W., Lake S.L., Scholljegerdes E.J. et al., 2005). Его концентрация в крови повышается уже с момента образования (через 3—4 сут) желтого тела в яичнике. Далее к 8-м сут полового цикла концентрация прогестерона возрастает до постоянного уровня. Содержание прогестерона в периферической крови в период охоты небольшое и составляет 0,1 — 0,8 нг/мл (Rajamahendran R., Walton J.S., 1988; Spicer L.J., Vernon R.K., Tuker W.B. et al., 1993,2006; Sakaguchi M., Sasamoto Y., Suzuki T. et al., 2004). Снижение концентрации гормона прогестерона наблюдается в течение нескольких дней перед его подъемом (Soroff J.R., 1984; Stanczyk F.Z.,1996; Silvia W.J., 1999; Stewart P.M., 2003). Это свидетельствует о низкой функциональной активности желтого тела в переходный период. Установлено, что уровень прогестерона повышается в фазу желтого тела яичника до 5 нг/мл, достигая максимального значения в 6—7 нг/мл к завершению этой фазы. Исследователями отмечено также, что только в начальной стадии полового цикла появляющееся желтое тело яичника будет чувствительно к действию окситоцина, который приводит к его регрессии и будет нечувствительно к влиянию простагландина F2-α. Было установлено, что концентрация прогестерона в периферической крови в фазу желтого тела влияет на оплодотворяемость в следующую охоту. Отмечено, что на эти показатели оказывает влияние также кормление и сезон года. Данные исследований показывают резкое падение уровня прогестерона в крови за 1—4 сут до начала охоты. Это падение начинается между 16 и 19 сутками цикла. Установлено, что у некоторых коров уровень прогестерона в крови снижается с 10 до менее 1 нг/мл в течение 6 часов, а у некоторых животных этот процесс длится до 2-х суток. Независимо от механизма рассасывания желтого тела к концу полового цикла концентрация гормона резко снижается в течение 2-х суток и сохраняется на том же уровне в период охоты до формирования нового желтого тела яичника во время овуляции.

Исследования показали, что продолжительность периода от минимального уровня прогестерона до начала охоты может колебаться под влиянием нескольких факторов: упитанности, стресса, сезона года, возраста (Таов И. Х., 2004); лактации (Перфилов А. А., 2009; Баймишев Х. Б., 2010); уровня кормления (Пензева М. Н., 2006; Кижаев М. Ф., 2012) и содержания (Логинов P.O., 2007; Попов С. А., 2010). Отмечено и влияние породы (Паращенко И. В., 2003; Каюмов Ф. Г., 2005; Родина Н. Д., 2005; Костромицкий В. Н., 2009; Лумбунов С. Г., 2009; Крупин Е. О., 2010; Лободин К. А., 2010) на некоторые особенности протекания половой цикличности (Клинский Ю. Д., 2007). Изучение факторов, которые могут оказывать влияние на степень снижения уровня прогестерона в крови у нормальных коров, дает возможность объяснить их реакции на контроль охоты независимо от вида химических соединений (Fowden A.L., 1993). Быстрое рассасывание желтого тела — ключевое событие в половом цикле. Оно проявляется в резком уменьшении образования прогестерона. Главным действующим фактором является простагландин F2-α, который в основном синтезируется в тканях матки. Поступление его из матки в яичник и желтое тело происходит местно непосредственно в тканях органов. Исследования показали, что простагландин выделяется пульсообразно в первые 2—3 дня. Рассасывание желтого тела происходит в течение 24—48 часов от начала увеличения выделения простагландина. Считают, что это происходит под влиянием эстрогенов яичников. Один раз начавшись, образование простагландина поддерживается эстрогенами и прогестероном (Lammoglia M.A., Willard S.T., Hallford D.M., Randel R.D., 1997; Сергеев П. В., 1999). Кроме того, когда концентрация прогестерона достигает основного уровня выделение простагландина прекращается.

Помимо этого, исследователии отметели, что иногда наблюдаемые и у коров аномалии в образовании и выделении простагландина могут повлечь за собой частичное возобновление функции желтого тела до тех пор, пока следующее выделение простагландина не вызовет его рассасывание. Процесс рассасывания желтого тела яичника может затянуться и продолжительность полового цикла увеличивается, что может быть причиной нарушения оплодотворяющей способности самки (Ratnayake R.T.G., Berghend B., Bertilsson J. et al., 1998; Parker K.L., Schimmer B.P., 2001; Reist M., Erdin D.K., von Euw D. et al., 2003). Замедление рассасывания желтого тела яичника после родов может происходить в течение нескольких месяцев. Такое явление может быть причиной недостаточной инволюции матки в послеродовом периоде и соответственно несвоевременного поступления простагландина F2-α (Печкарев В. Н., 2000).

Содержание эстрогенов в периферической крови коров колеблется в среднем от 3,6 пг/мл в течение полового цикла, до 2,0 пг/мл в фазу желтого тела яичника. Фолликул яичника является главным источником синтеза эстрогенов, среди которых основное место занимает эстрадиол-17β. По результатам исследований ряда авторов, секреция гормонов имеет три пика в течение полового цикла: на 3—7; 7—10 дни и перед овуляцией. Это обуславливается выделением ФСГ для созревания фолликула. Основное выделение эстрогенов происходит в последний день цикла и в первые часы охоты, совпадая по времени с предовуляторным выбросом лютеинизирующего гормона. Уровень эстрогенов при этом достигает 7,4 пг/мл, потом он снижается наполовину за несколько часов, возвращаясь к исходному уровню в течение 4-х часов после начала охоты и к моменту овуляции. Увеличение выработки эстрогенов в конце полового цикла до максимума может продолжаться сутки у одних коров и до 4-х дней у других, в результате чего наступает состояние половой охоты (Дегай В. Ф., 2000; Еремин С. П., 2004).

Исследования показали, что перед началом охоты у коровы повышается уровень эстрогенов. Это происходит после снижения уровня прогестерона в крови. Как только их концентрация достигнет определенного уровня, гипоталамус начинает выделять гонадотропин-рилизинг гормон (ГнРГ), который по кровеносной системе поступает в переднюю долю гипофиза. Реакция передней доли гипофиза на ГнРГ зависит от многих факторов, где одним из ведущих является концентрация стероидных гормонов в крови (Soroff J.R., 1984; Stryer L., 1995; Stanczyk F.Z., 1996; Stewart P.M., 2003; Spicer L.J., Zinn S.A., 2006).

В первые часы половой охоты у коровы наблюдается предовуляторный подъем концентрации лютеинизирующего гормона (ЛГ) в крови, как следствие повышения уровня эстрогенов (Silvia W.J., 1999). Следует отметить, что существует тесная взаимосвязь между началом предовуляторного пика ЛГ и началом половой охоты. Основная концентрация ЛГ в крови в фазу желтого тела колеблется от 1,2—1,4 до 2—4 нг/мл. Обычно максимальная его концентрация перед овуляцией поддерживается в крови не больше 6—8 час и составляет, по разным данным 8,7, 19—35, 50—65 или 100 нг/мл через 3—6 час после начала охоты. Предовуляторный выброс ЛГ вызывает лютеинизацию клеток зернистого слоя и внутренней теки фолликула, готового к овуляции. В это же время созревает ядро овоцита. Овуляция происходит в течение суток после пика ЛГ или через 30 час после начала охоты. Овуляция у коровы начинается примерно через одинаковый интервал после естественного пика ЛГ или после введения ей хорионического гонадотропина (ХГ) в первые часы охоты. Этот интервал соответствует времени, необходимому для завершения созревания ядра овоцита, например, вне организма.

Характер морфофункциональных изменений в половых органах показал, что стимуляция шейки матки может ускорить наступление овуляции на несколько часов (Lunenfeld B., 1993; Gimpl G., Fahrenholz F. et al., 2001). Считают это может происходить в самом начале половой охоты, когда возможно выделение максимума ЛГ. Рядом исследователей установлено, что изменения концентрации ЛГ имеют пульсирующий характер, который может меняться в зависимости от стадии полового цикла. В начале фазы желтого тела его колебания имеют низкую амплитуду (0,3—1,8 нг/мл), но высокую частоту (20—30) в сутки, а в середине этой фазы амплитуда резко возрастает (1,2—7 нг/мл) при снижении частоты (6—8) в сутки. Авторы полагают, что выделение ЛГ изменяется в зависимости от уровня стероидов яичников (Нежданов А. Г., 2006, 2007).

Изменения концентрации фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) в течение полового цикла в периферической крови коров, носит пульсирующий характер. Считалось, что окончательное созревание и овуляция фолликулов тормозятся в фазу желтого тела высокой концентрацией прогестерона. Развитие фолликулов тоже происходит в виде двух волн: в первые и вторые 12 дней цикла, то есть от его начала и до овуляции. При этом овуляция самого крупного фолликула происходит после 18-го дня цикла. На это же время приходится и пик фолликулостимулирующего гормона, вызывающего развитие фолликулов, которое всегда сопровождается снижением уровня прогестерона (Rajamahendran R., Walton J.S., 1988; Spicer L.J., Vernon R.K., Tuker W.B. et al., 1993; Sakaguchi M., Sasamoto Y., Suzuki T. et al., 2004). Кроме того, несмотря на одновременность падения пика ФСГ и нарастания пика ЛГ перед овуляцией, кривые выделения обоих гонадотропинов не совпадали больше ни в одной фазе полового цикла. Так, второй пик ФСГ наблюдался примерно через 28 час после предовуляционного выброса ЛГ. Предполагают, что он появляется во время овуляции (Прокофьев М. И., 1983).

Послеродовой период сопровождается сложными инволюционными процессами в половых органах и в первую очередь в матке. В мышечном слое ее происходят дегенеративные и атрофические процессы. Что приводит к резкому уменьшению мышечных волокон в объеме. В первые дни после родов закрывается внутреннее отверстие шейки матки, а затем наружное, и обычно к десятому дню канал шейки матки уже плотно закрыт. Послеродовой период характеризуется существенной перестройкой нервных и гормональных регуляторов, изменением течения обменных процессов и инволюционными процессами в репродуктивных органах (Сергиенко А. И., 1984; Мосин В. А., 1994; Кудряшова Ж. А., 2011). Длительность послеродового периода, особенно продолжительность инволюции матки, зависит от многих факторов в том числе от течения родов, режима кормления и содержания в период беременности и после родов, молочной продуктивности, продолжительности сухостойного периода и др. Исследованиями отмечено, что у коров на 4-5-й день после рождения плода появляются сильные ритмичные сокращения матки. При их отсутствии наступает субинволюция матки. Снижению субинволюции матки у самок может способствовать активный моцион животных (Ивашкевич О. П., 1998; Михалёв В. И., 2006; Постовой С. Г., 2010; Полозюк Е. С., 2011).

Большой теоретический и практический интерес, представляет время прихода в состояние половой охоты коров после отела, сроки и кратность осеменения (Казеев Г. В.,1982; Ниятбеков Алибек, 2002). Многие исследователи и практики считают, что наиболее желательным будет как можно быстрое осеменение коров после родов. В то же время имеются мнения, что осеменять коров в первый месяц после отела нецелесообразно, так как у многих из них оплодотворение наступает не в первую, а во вторую и третью охоту. Считают также, что осеменять необходимо через 50—90 дней после отела, так как инволюция половых органов заканчивается не ранее 47—90 дня. Однако, у большинства нормально развитых коров при правильном течении беременности, родов и послеродового периода инволюция половых органов заканчивается к 20—25 дню после отела, поэтому осеменение коров в ранние сроки экономически и физиологически оправдано. Установлено, что при осеменении коров в первый месяц после отела при нормальных условиях кормления и содержания оплодотворяемость может достигать более 80% (Сергиенко А. И., 1984).

На основании раскрытия физиологических механизмов регуляции эстральной цикличности, установлена закономерность достоверного повышения содержания общего холестерина в сыворотке крови коров, как условия возобновления функциональной активности яичников и полноценных эстральных циклов в послеродовой период.

Для коррекции воспроизводительной функции у коров, разработаны и предложены способы определения функционального состояния яичников у коров (Патенты РФ №№2155016, 2000 и 2211683, 2003) на основе результатов исследования биохимического состава крови, содержания различных клеток влагалищного эпителия, отражающего итоговую реакцию на яичниковые гормоны, и физико-химических характеристик секрета влагалища (Куанг Ф., 1990; Василенко Т.Ф, 2004, 2005, 2007; Дегтярев В. П.,2006; Дедов И. И., 2006; Каргинов Т. В., 2009; Кузнецов С., 2010).

Предложены способы сокращения анэстрального периода и стимуляции становления результативных овуляторных циклов у коров после родов на основе включения в рацион препаратов, содержащих вещества стероидной природы растений таких как, например, рапонтик сафлоровидный (Rhaponticum carthamoides) и серпуха венценосная (Serratula coronata) (Патенты РФ №№2028806, 1995; 2099963, 1997 и 2218929, 2003).

Разработан способ регуляции воспроизводительной функции коров в послеродовой период, основанный на включении калиевой соли уксусной кислоты в корма с повышенной пропорцией белковых (концентрированных) кормов, что способствует увеличению содержания холестерина в крови коров, возникновению полноценных овуляторных циклов и повышению вероятности оплодотворения коров (Патент РФ №2125369,1999).

Проведенные опыты по выявлению нарушений половой цикличности у молочных коров и влиянию их на физиологическое состояние показали, что неполноценное проявление половой цикличности (Харута Г. Г.,1996; Волков С. С., 1999) препятствует плодотворному осеменению коров. Отмечено (Лободин, К. А., 2010), что нарушения обмена веществ, стероидогенеза и изменения гематологического статуса животных, сопровождаются торможением овуляции у 15, асинхронным ее ходом — у 16, нарушением лютеогенеза — 58 и снижением оплодотворяемости у 37% коров. Основными причинными факторами заболеваний родового и послеродового периодов у животных, являются нарушение белкового, кислотно-щелочного, витаминного и минерального обменов веществ приводящих в конечном итоге, к изменению нейро-гормональной регуляции половой цикличности (Удрис Г. А., 1965; Tappel A.L., 1967; Soroff J.R., 1984; Van Saun R.J., et al., 1989; Stanczyk F.Z., 1996; Weiss E., Buchholz I., Schweigert F.J., 1998; Дегай В. Ф., 2000; Stojevic Z. et al., 2002; Нежданов А. Г., 2006;). Эколого-биологические аспекты так же играют большую роль в процессах восстановления половой цикличности после родов (Чохотариди Л. Г., 2008).

Многочисленными исследованиями установлена определенная зависимость процента оплодотворяемости коров от длительности времени между осеменениями (Бердникова Л. Н., 2007; Логинов P.O., 2007; Гармаш Е. И., 2007; Хуртасенко А. В., 2008; Митяшова О. С., 2009; Хомушку Ч. М., 2012). Данная изменчивость характеризуется периодичностью через 20-дневный интервал и снижением с последующим увеличением уровня оплодотворяемости животных (Чернышева М. Н., 1997). Интервал между нормальными отелами является одним из важнейших факторов, определяющих экономическую эффективность молочного стада. Идеально он должен равняться двенадцати месяцам. При использовании метода искусственного осеменения это может быть достигнуто только при следующих условиях: высокая оплодотворяемость и эффективность выявления половой охоты, сервис-период менее 90 дней. Несмотря на определенную тенденцию к более раннему осеменению, все же, по общему мнению, оно может быть осуществлено у молочных коров не ранее чем через 60 дней после отела.