Эндокринный контроль
воспроизводительной функции у животных

Достигнутые в последние 30 лет успехи в области биологии размножения сельскохозяйственных животных и прежде всего в эндокринологии значительно расширили возможности регулирования воспроизводительной функции у животных биотехнологическими методами.

Одним из наиболее выдающихся достижений первой половины XX в. в области физиологии размножения животных, по-видимому, следует считать открытие основных функций передней доли гипофиза. Целая серия замечательных открытий в этой области позволила установить, что через эту часть гипофиза осуществляется прямая или опосредованная регуляция широкого спектра биологических процессов в организме. В настоящее время окончательно установлено, что развитие половых желез и их функция особенно в более поздние стадии онтогенеза зависят в значительной степени от гонадостимулирующих гормонов передней доли гипофиза.

Передняя доля гипофиза у млекопитающих секретирует три гормона, которые оказывают стимулирующее и регуляторное действие на функцию половых желез. К ним относятся: фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), лютеинизирующий гормон (ЛГ) и пролактин, илилютеотропный гормон (ЛТГ), который, как выяснилось впоследствии, проявляет лютеотропные свойства только у грызунов.

Познание закономерностей процесса воспроизведения у самок сельскохозяйственных животных базировалось на определении динамики секреции гонадотропных и половых гормонов в разные фазы полового цикла. Уровни секреции гонадотропных и половых гормонов являются носителем обширной информации о функциональной активности гипофиза и половых желез на разных стадиях репродуктивной жизни животного, а также важным критерием активного контроля (биотехнологических методов) за эффективностью вмешательства в процессы воспроизведения животных с целью их регулирования.

В первые 6–8 дней после отела концентрация ЛГ в крови коров невелика. Затем этот показатель постепенно повышается. Этот процесс происходит параллельно с увеличением содержания ЛГ в гипофизе, хотя скорость накопления его в гипофизе выше, чем увеличение его уровня в крови коров. Преимущественное возрастание концентрации ЛГ в гипофизе обусловлено биологической необходимостью создания запаса этого гормона для его предовуляторного выброса. Выделение из гипофиза другого гонадотропного гормона – ФСГ – также увеличивается одновременно с развитием фолликулов.

С 7–10-го дня после отела тоническая секреция Л Г переходит в пульсирующую форму с интервалом 60–80 мин с последующим проявлением предовуляторного подъема у овулировавших коров или небольших подъемов у неовулировавших коров.

С 1970 г. проведены многочисленные исследования уровня ЛГ в периферической крови свиней радиоиммунологическим методом. При этом все исследователи обнаруживали подъем уровня Л Г почти у всех животных в день охоты, а некоторые и в день, предшествовавший охоте. При взятии крови с интервалом 6 ч исследователи наблюдали дополнительный подъем ЛГ в лютеиновую фазу цикла. Наибольший подъем ФСГ наблюдался между 2-м и 3-м днями цикла, хотя подъем концентрации гормона в крови начинался одновременно с подъемом предовуляторного уровня Л Г. Наряду с основным пиком ФСГ проявлялись дополнительные пики в другие периоды цикла, которые совпадали по времени с подъемом ЛГ.

Примечательной особенностью в секреции ЛГ и ФСГ у свиней является продолжительное повышение в предовуляторный период (Л Г 1–2 сут, а ФСГ – около 3 сут), но этот подъем относительно невысок по сравнению с базальным уровнем (ЛГ – в 2–4 раза, а ФСГ – примерно в 2 раза).

У овец предовуляторный пик ЛГ в крови проявляется в первые 12–16 ч после начала охоты и продолжается 8–10 ч. Величина его превышает базальный уровень в 30–50 раз. Овуляция наступает между 21 и 26 ч после пика ЛГ. Отдельные исследователи сообщали о небольшом подъеме Л Г на 14–15-й день цикла.

Подъем концентрации ФСГ у овец установлен в день охоты (200 нг/мл). В другие дни цикла концентрация ФСГ в сыворотке крови овец составляет 100–160 нг/мл.

У кобыл, в отличие от других видов сельскохозяйственных животных, вместо короткого предовуляторного пика ЛГ концентрация этого гормона повышается постепенно в течение эструса и достигает пика через 1–2 дня после овуляции, а затем постепенно понижается в течение нескольких дней. Длительное сохранение повышенного уровня ЛГ в крови кобыл, приводящее к проявлению овуляции в период диэструса, в сочетании с длительным сохранением оплодотворяющей способности сперматозоидов жеребца в половом тракте кобылы может быть причиной двойни у некоторых кобыл, несмотря на то, что во время спаривания у них диагностируют один созревший фолликул.

Концентрация ФСГ в сыворотке крови кобыл повышается в конце эструса и после диэструса и повторно в середине диэструса, за 10–13 дней до следующей овуляции. Эти пики ФСГ примерно в четыре раза превышают базальный уровень.

Важным звеном в понимании механизма регуляции полового цикла у животных является изучение секреции половых гормонов яичников. Эти наблюдения были сделаны в конце 60-х и начале 70-х годов. Выявлена примерно одинаковая закономерность изменения уровня половых гормонов в крови основных видов сельскохозяйственных животных. В конце полового цикла происходит резкое падение уровня прогестерона. В отличие отжвачных, падение уровня прогестерона в крови свиней начинается не за 2–4 дня, а за 6–7 дней до начала охоты, что удлиняет фолликулярную фазу цикла у этого вида животных. Уровень прогестерона в плазме крови свиней повышается в течение 5 дней, а у овец – 4 дней. Это, по-видимому, обусловлено большим числом желтых тел у свиней, чем у коров и овец.

Концентрация прогестерона в сыворотке крови кобыл обычно находится на низком уровне в период эструса, быстро повышается через 24–28 ч после овуляции, достигая пика через 5–7 дней. Этот уровень сохраняется в последующие 5–6 дней, а затем резко понижается между 14–16-м днями.

Вслед за резким падением прогестерона в конце полового цикла у животных наблюдается быстрый подъем концентрации эстрогенов. Многими исследователями выявлен подъем уровня эстрогенов, предшествующий предовуляторному выделению ЛГ, что характеризует эстрогены как физиологический пускатель, стимулирующий необходимое для овуляции выделение Л Г у овец и коров. Уровни эстрогенов в крови коров и овец повышаются в три раза в течение полового цикла: в начале цикла до подъема уровня прогестерона, в середине цикла и перед регрессией желтого тела. Именно в эти периоды полового цикла мы (М.И. Прокофьев и др., 1975) наблюдали заметное увеличение числа крупных фолликулов в яичниках коров. Ранее Раджакоски (Rajakoski, 1960) наблюдал две волны роста фолликулов в течение полового цикла. Первая фаза роста фолликулов начинается на 3–4-й день цикла. Один из них, крупный фолликул, функционирует до 11 -го дня, а другие подвергаются атрофии к 4–7-му дню цикла. Это позволило сделать вывод о существовании взаимосвязи между периодами ускоренного роста фолликулов и пиками эстрогенов в плазме крови.

Уровень эстрогенов в плазме крови коров в первые дни после отела довольно высокий, он снижается примерно вдвое за две недели до наступления первой охоты. Отметим для сравнения, что базальный уровень эстрогенов в плазме крови коров в период нормального полового цикла находится на значительно более низком уровне, чем в послеотельный период.

Можно полагать, что постоянно высокая концентрация эстрогенов в крови коров в ранний послеотельный период необходима для поддержания высокого тонуса мускулатуры матки и быстрой ее инволюции, а также для торможения процессов выделения ФСГ и ЛГ. Это, по-видимому, необходимо для предупреждения преждевременного проявления охоты и овуляции, когда еще не завершена инволюция матки. С уменьшением концентрации эстрогенов в крови их тормозящее действие снижается, что способствует выделению обоих гонадотропинов, росту и развитию фолликулов; новый короткий подъем уровня эстрогенов в крови перед овуляцией стимулирует предовуляторный выброс Л Г.

Уровень прогестерона в крови у коров резко падает примерно за 24–28 ч до отела, а при наступлении отела снижается до минимума. В первые 2–3 недели после отела концентрация прогестерона в крови коров держится на низком уровне. При первом выбросе Л Г происходит небольшое и кратковременное повышение секреции прогестерона. Возможно, именно это повышает чувствительность гипоталамо-гипофизарного комплекса, вследствие чего стимулируется секреция гонадотропных гормонов гипофиза, которая обеспечивает предовуляторный выброс ЛГ и первую овуляцию.

Повышение концентрации прогестерона в крови коров обычно наблюдается в период, предшествующий первой охоте. Это явление непродолжительно, оно происходит в течение 4–6 дней. Источником увеличения прогестерона является желтое тело яичника, образовавшееся в результате первой овуляции, которая в большинстве случаев не влечет за собой проявление охоты.

Одним из значительных достижений второй половины XX в. было открытие гонадотропин-рилизинг гормона (ГН–РГ), или гонадолиберина, контролирующего гонадотропную функцию гипофиза. Осуществляется это следующим образом: нервные окончания из гипоталамуса выделяют нейрогормональные вещества в капилляры первичного сплетения портальной системы в срединном возвышении, и эти нейрогормоны переносятся вниз через гипофизарную ножку в синусы передней доли гипофиза и оказывают влияние на секреторную активность гипофизарных клеток. Благодаря тому, что нейросекреторные клетки совмещают нервную и эндокринную функции, в гипоталамусе происходит переключение начального нервного импульса в гуморальные звенья эфферентных цепей.

Была установлена структура ГН–РГ, состоящего из 10 аминокислот (декапептид), и идентичность его у животных разных видов. Отсутствие видоспецифичности ГН–РГ, в отличие от гипофизарных гонадотропинов, и его несложная структура привлекли внимание исследователей в плане его химического синтеза и применения для регулирования сроков овуляции у животных. И это предвидение ученых подтвердилось. Вскоре он был синтезирован и созданы его аналоги, в частности, сурфагон в нашей стране.

Организация производства ГН–РГ рядом коммерческих фирм создала возможность получения этого препарата вдостаточных количествах, что позволило перейти к изучению его роли в регуляции воспроизводительной функции не только у лабораторных, но и у сельскохозяйственных животных.

Еще одно открытие в области биологии размножения животных второй половины XX в. касается лютеолитическогофактора, простагландина F-2a.

Многими исследователями было установлено, что после удаления матки желтое тело функционирует в течение продолжительного периода времени, и это является убедительным доказательством существования литического фактора в матке. Было установлено, что маточный лютеолизин переносится из яичниковой вены в близко проходящую яичниковую артерию посредством механизма обратного тока и транспортируется прямо через артериальную кровь в яичник.

У коров, свиней и овец ПГФ_2а выделяется из матки в виде выбросов волнообразно, каждый продолжительностью несколько часов и с определенными интервалами времени (Kindahletal., 1976). Регрессия желтого тела обычно наступает через 2 сут после начала выделения ПГФ_2а, охота проявляется через 24–48 ч после регрессии желтого тела.

Регулирование полового цикла у животных

Метод регулирования времени прихода в охоту групп животных в определенные сроки – синхронизация охоты. Это открывает целый ряд преимуществ для организации системы ведения животноводства. Сроки проведения искусственного осеменения могут быть значительно сокращены, д это значит, что время, затрачиваемое на выявление охоты, может быть значительно уменьшено или по крайней мере строго лимитировано, а следовательно, снижены трудовые затраты в связи с укорочением периода выявления охоты и искусственного осеменения. Более того, если метод обеспечивает точное время овуляции, то возможно осеменение без выявления охоты, т. е. в так называемое фиксированное время. В результате исключается возможность проведения осеменения в неоптимальные сроки и старения зигот, с одной стороны, и уменьшаются трудовые затраты на выявление животных в охоте, с другой.

Известные способы синхронизации половой охоты и овуляции у животных основаны на двух основных подходах.

Первый подход основан на удалении или прекращении функции желтого тела. В результате этого все животные соответствующей группы вступают в фолликулярную фазу полового цикла в одно и то же время и таким образом одновременно приходят в состояние половой охоты. С этой целью широкое применение нашел так называемый лютеолитический фактор простагландин F_(2а) (ПГФ_2а).

Накопленные данные о нейроэндокринной регуляции полового цикла у животных создали научную основу и для второго подхода к синхронизации охоты, основанного на торможении развития фолликулов в период искусственного удлинения лютеиновой фазы цикла до такой продолжительности, пока не произойдет регрессия желтого тела у всех обработанных животных. Прекращение влияния ингибирующего фармакологического агента сопровождается ростом и развитием фолликулов у всех животных и приведением их одновременно в фолликулярную фазу цикла с последующим синхронным проявлением охоты и овуляции. Большинство способов синхронизации охоты, основанных на этом подходе, базируются на применении прогестерона или его синтетических аналогов – прогестагенов. Введение последних в течение нескольких дней обеспечивает проявление половой охоты одновременно у всех животных после окончания обработки независимо оттого, в какой фазе цикла они находились в начале обработки.

Крупный рогатый скот

Чтобы эффективно применять способы регуляции воспроизводства, напомним основные взаимосвязи стадии проявления охоты и оплодотворяемости у коров, а также закономерности эндокринного контроля полового цикла.

Ни один фактор не играет более положительной или более отрицательной роли в результативности искусственного осеменения, чем выявление охоты. Охота – это короткий период половой восприимчивости коровы или телки, которая происходит каждые 18–24 дня. Корова может быть плодотворно осеменена, если у нее произошло выделение яйцеклетки – овуляция фолликула яичника в воронку яйцевода. Овуляция наступает через 10–14 ч после окончания половой охоты, которая продолжается у коров в среднем 18 «. Ввиду того, что сперматозоидам требуется некоторое время находиться в половом тракте коровы, чтобы приобрести способность к оплодотворению яйцеклетки, что обозначается термином «капацитация», то осеменение должно проводиться за несколько часов до овуляции.

Это означает, что для получения высокой оплодотворяемости коровы должны быть осеменены в течение последних 2/3 продолжительности охоты, или в пределах нескольких часов после выявления охоты. Это приблизительно 24-часовой период после первых признаков прихода коровы в охоту. Коров обычно не замечают в охоте в момент ее начала. Поэтому для выбора оптимального времени осеменения можно пользоваться табл. 4.1.

Таблица 4.1. Периоды осеменения коров

Как уже говорилось выше, один из подходов для синхронизации охоты основан на укорочении функции желтого тела. Для этой цели у крупного рогатого скота нашли применение препараты простагландина.

Введение простагландина в ранний период полового цикла до формирования желтого тела (1–5-й дни) не оказывает эффекта. Если желтое тело регрессирует в конце полового цикла (18–21-й дни), то простагландин тоже не оказывает эффекта, но самки в этой стадии полового цикла должны прийти в охоту примерно в то же время, что и обработанные.

Если простагландин вводят корове или телке со сформировавшимся желтым телом (в основном с 6-го до 17-го дня полового цикла), то он вызывает регрессию желтого тела. Корова или телка приходят в охоту и овулируют через 2–5 дней после инъекции.

Применяются две схемы обработки коров и телок простагланди_н0м: одно- и двукратная. Однократная инъекция простагландина в любую фазу полового цикла после 4–5-го дня вызывает охоту у большинства обработанных животных. При этом около 60 % коров и телок приходят в охоту из тех, у которых было во время обработки сформированное желтое тело, и 20 % животных с регрессирующим желтым телом, которые приходят в естественную охоту. Охота наступает между 48–72 ч после обработки, а овуляция примерно через 24 ч после индуцированной охоты. Таким образом, можно выявить в охоте и осеменить животных после первой обработки, а оставшихся обработать простагландином через 10– 12дней, когда у них будет сформированное желтое тело, и осеменить в течении 2–3-х последующих дней по мере прихода в охоту.

Двукратная обработка простагландином с 11-дневным интервалом сопровождается приходом 90–95 % циклирующих животных в охоту в течение 5-дневного периода после второй обработки. Животных обычно осеменяют однократно через 60–72 ч или двукратно через 72 и 96 ч после второй обработки. При этом можно проводить осеменение без выявления в охоте через 76–80 ч после второй обработки простагландином. Большинство проявлений повторных охот происходит через 32–38 дней после первой или через 20–26 дней после второй инъекции простагландина. Планируемые сроки повторной охоты и проявление ее в короткий период времени снижает также трудоемкость по выявлению их в охоте и осеменению.

Для второго подхода к синхронизации охоты, основанного на удлинении лютеиновой фазы полового цикла, у крупного рогатого скота нашли применение препараты прогестерона или его производных. Наиболее распространенным приемом в синхронизации охоты у крупного рогатого скота с помощью прогестагенов является использование Синхромата-Б. Схема применения Синхромата-Б включает подкожную имплантацию в ухо коровы препарата норгестамета, содержащего синтетический прогестаген, и внутримышечную инъекцию норгестамета (3 мг) и эстрадиола валерианата (6 мг). Имплантат вводят коровам или телкам под кожу на внешней стороне уха. Во время введения имплантата инъецируют эстрадиол валерианат и норгестамет. Затем через 9 дней имплантат удаляют. В результате все обработанные животные приходят в охоту через 24–36 ч. После удаления имплантата осеменение может быть проведено без выявления охоты через 48–54 ч или в сочетании с выявлением охоты.

Другой прием синхронизации охоты у коров и телок основан на применении внутривлагалищных устройств (ПРИД), пропитанных прогестероном. ПРИД вводят во влагалище животных на период от 6 до 7 дней. Точность синхронизации охоты повышается, если за 1–2 сут до удаления устройств инъецируют ПГФ_2а или его аналоги. С целью вызывания более четкого проявления охоты и повышения оплодотворяемости особенно у коров в послеотельный период непосредственно перед или сразу после удаления ПРИД инъецируют СЖК в дозе 3000 М.Е.

Свиньи

В системе осеменения свиней используются три основных биотехнологических приема: стимуляция половой охоты у основных свиноматок после отъема поросят, синхронизация половой охоты у половозрелых свинок, синхронизация овуляции у ремонтных свинок и основных свиноматок.

Основным биотехнологическим приемом для вызывания охоты у свиноматок в оптимальные сроки является применение СЖК.

Обработку свиноматок СЖК проводят через 24 ч после отъема поросят. Свиноматкам первого опороса инъецируют СЖК внутримышечно в область шеи в дозе 1000 интернациональных единиц (и.е.) или 4000 мышинных единиц (М.Е.), а свиноматкам с многократными опоросами – 750–800 и.е. или 3000–3200 М.Е. СЖК. Охота наступает на 4–5-й день после отъема поросят или на 3–4-й день после инъекции СЖК. Осеменяют свиней дважды в одну охоту с интервалом 16 ч. Доза семени на одно осеменение – 4 млн сперматозоидов.

Широкое применение для контроля времени овуляции у свиней нашел ГН–РГ и его аналоги. С этой целью ГН–РГ или его аналог вводят через 56–68 ч после обработки СЖК, проведенной через 24 ч после отъема поросят.

Наиболее распространенным в настоящее время препаратом прогестерона для торможения полового цикла у ремонтных свиней является Регумейт (Regumate) фирмы «Rousel – Uclaf», «Serum–Werk». Он содержит активное вещество Альтреногест (Altrenogest). В 100 мл масляного раствора содержится 0,4 г Альтреногеста. Ежедневная доза препарата –20 мг, инъекции проводят в течение 18-ти дней. Эффект синхронизации охоты выше, если через 24 ч после последней инъекции Альтреногеста инъецируют 600–800 и.е. СЖК. В последнее время показана высокая эффективность от применения Регумейта в течение 15 дней в дозе 16 мг/голову/день. Осеменение проводят после выявления охоты по обычной схеме.

Целью синхронизации овуляции у свиней являются осеменение в фиксированное время, т. е. без выявления охоты.

Схема обработки следующая. Через 24 ч после отъема поросят свиньям инъецируют СЖК. Свиноматкам первого опороса вводят 1000 и.е. СЖК или 4000 М.Е., а многократно рожавшим – 800 и.е. или 3000 М.Е. Для стимуляции овуляции у свиней используется хооионический гонадотропин (ХГ). Интервал между инъекцией СЖК и ХГ зависит от продолжительности периода подсоса свиноматок. Свиноматкам с 5-недельным подсосным периодом ХГ вводят через 56–58 ч после инъекции СЖК, а свиноматкам с 4-недельным подсосным периодом – через 72 ч. В последнее время ХГ часто заменяют релизинг-гормоном гонадотропина (ГН – РГ). С этой целью используют немецкий препарат Гонавет (Gonavet) или отечественный сурфагон. Ремонтным свиньям СЖК вводят через 24 ч после окончания обработки Регумейтом и ХГ и через 78–80 ч после инъекции СЖК. Искусственное осеменение в фиксированное время проводят двукратно: первое осеменение – через 24–26 ч после инъекции ХГ и второе – 16 ч спустя или через 40–42 ч после инъекции ХГ.

Овцы

У овец, как и у крупного рогатого скота, желтое тело чувствительно к лютеинизируюшему действию простагландинов только в течение определенного периода его функционирования. Регрессия желтого тела может быть вызвана однократной внутримышечной инъекцией простагландина Ф_2а или его аналога (100 мкг JCF 80996) только в тот период, когда возраст желтого тела не менее трех дней, т. е. с 4-го дня полового цикла.

Ввиду того, что у овец, как и у крупного рогатого скота, желтое тело чувствительно к лютеолитическому действию ПГФ_2а или его аналогов только в течение определенного периода полового цикла, лишь 65 % овец обычно реагируют на обработку простагландином, если он вводится однократно группе овец без учета стадии полового цикла. Чтобы вызвать у всех овец соответствующую стадию полового цикла, применяют двукратную обработку простагландином с 8- или 9-дневным интервалом. Это обеспечивает высокую точность контроля времени начала охоты после второй обработки. Охота наступает в среднем через 38,8 ± 1,3 ч, пик Л Г – через 50,0 ± 1,0 ч и овуляция – через 73,1 ± 1,6 ч после двух инъекций 100 мкг ICI 80996 циклирующим овцам с 8–9-дневным интервалом.

Оплодотворяемость овец после естественного спаривания в синхронизированную охоту не отличается от контроля.

Второй, широко распространенный способ синхронизации охоты у овец проводится с помощью внутривлагалищных пессариев, пропитанных прогестагенами, в частности кронолоном. Пессарии, содержащие достаточную дозу прогестагена (30–45 мг кронолона), вводят во влагалище на 14–16 дней, чтобы затормозить проявление охоты и привести всех овец группы к одинаковой фолликулярной стадии полового цикла. После удаления пессариев большинство овец приходят в охоту через 24–72 ч, обычно на второй день после удаления пессариев. Инъекция 350–750 и.е. СЖК во время удаления пессариев повышает эффект синхронизации охоты и несколько ускоряет начало ее проявления.

Стимуляция охоты у овец во внеслучной сезон достигается путем обработки гонадотропными гормонами без предварительной обработки или с предварительной обработкой прогестероном в виде многократных подкожных инъекций прогестерона в масляном растворе или путем использования внутривлагалищных пессариев, пропитанных прогестагеном.

Схема гормональной обработки может быть следующая. Во внеслучной сезон овцам вводят внутривлагалищные пессарии, пропитанные одним из прогестагенов (флюгестерон аустат-ФГА, кронолон, медроксипрогестерон ацетат-МАП) на 14 дней. Во время удаления пессариев инъецируют 500 и. е. СЖК. Овцы приходят в охоту в течение двух дней после обработки. По меньшей мере 60 % овец, осемененных в июне или июле после такой обработки, дают приплод. При этом важно, чтобы при естественном осеменении было не меньше одного барана на десять обработанных овец и допуск баранов к овцам проведен не ранее чем через 48 ч после окончания обработки.

Лошади

Однократная инъекция кобылам 1,25–10 мг простагландина Ф_2а или две внутримышечные инъекции 300–600 мкг синтетического аналога простагландина JCJ 79939 вызывают охоту в течение трех дней, если вводятся во время сформированного желтого тела. Как и у коровы, желтое тело кобылы является невосприимчивым к действию простагландинов примерно до 5-дневного возраста и поэтому обработка кобыл простагландином в первые четыре дня полового цикла неэффективна.

Несмотря на то, что простагландин хорошо синхронизирует охоту у кобыл в течение 3-х дней после обработки, овуляция синхронизируется менее точно (7–12 дней после обработки) ввиду значительных индивидуальных колебаний продолжительности охоты у этого вида животных. Колебания в сроках проявления овуляции можно в значительной степени уменьшить путем введения ХГ или ГН–РГ на 2-й или 3-й день после начала охоты. Внутривенное введение, к примеру, 2000–2500 и.е. ХГ вызывает овуляцию у 90 % животных через 36–48 ч после инъекции ХГ и благодаря этому сокращает число осеменений в одну охоту с 2,7 до 1,8 при одновременном повышении оплодотворяемости с 50 до 56 %.