Концентрация кисспептина, тестостерона и кортизола в крови коров в транзитный период при нарушениях энергообмена
В транзитный период (3 недели до и 3 недели после отела) у молочных коров происходят существенные метаболические изменения в энергетическом обмене. Гипогликемия приводит к синтезу и накоплению кетоновых тел в крови (в первую очередь бета-гидроксибутирата) с последующим вхождением в субклиническое или клиническое кетозное состояние. Возникает отрицательный энергетический баланс, обусловливающий стрессовое состояние животных. В этих условиях одним из основных гормональных маркеров, на который необходимо обращать пристальное внимание в транзитный период, является уровень стероидных гормонов — кортизола и тестостерона.
На поздних сроках стельности у коров уровень кортизола постепенно возрастает, что вызывает стимуляцию глюконеогенеза в печени и катаболизм белков в периферических тканях, мобилизацию жирных кислот и повышение концентрации липидов в печени. При этом андрогенные гормоны, в число которых входит тестостерон, замедляют катаболизм аминокислот, блокируют катаболическое действие кортизола и, напротив, стимулируют синтез белков.
В норме концентрация тестостерона к отелу начинает снижаться. Однако в некоторых случаях при нарушениях в энергообмене на фоне или без патологии печени может возникнуть проблема утилизации стероидных гормонов, что приводит к их накоплению в крови.
Еще одним потенциальным маркером нежелательных изменений в энергетическом обмене (применительно к возможности реализации репродуктивной функции) может выступить сравнительно недавно открытый пептид — кисспептин, в отношении которого данных об изменениях его концентраций в ходе транзитного периода в норме и при отрицательном энергетическом балансе данных в литературе нет.
Кисспептины (КП), представляющие собой семейство пептидов различной длины, и их рецептор (KISS1R) совместно с гонадотропин-рилизинг-гормоном (Гн-РГ), гонадотропинами (лютеинизирующий и фолликулостимулирующий гормоны) и половыми стероидами являются важными регуляторами репродуктивной функции различных видов животных. КП продуцируются главным образом в нейронах различных ядер гипоталамуса.
Начавшееся в 2003 году активное изучение пептидного семейства КП позволило доказать их ключевую роль в регуляции репродуктивной функции. Однако в отношении коров Bos Taurus, особенно молочного скота, сведений о КП и возможностях с их помощью целенаправленно управлять половым циклом недостаточно. В связи с этим представляется актуальным определение гормональных изменений в транзитный период у высокопродуктивных молочных коров.
Цель данной работы — изучение концентрации кисспептина, тестостерона и кортизола в крови коров в транзитный период при нарушениях энергообмена.
Материалы и методы исследования
Исследуемые молочные коровы голштинской породы, от которых получена сыворотка крови, содержались на базе племенного завода Ленинградской области.
Хранение биоматериала и лабораторные исследования проводились во Всероссийском научно-исследовательском институте генетики и разведения сельскохозяйственных животных — филиале ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр животноводства — ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста» в 2023 году.
В генеральную совокупность животных вошли 20 голов со средним уровнем продуктивности около 11 тыс. кг молока. Кормление и содержание были идентичными для всех животных и соответствовали зооветеринарным требованиям.
У всех коров взятие крови из хвостовой вены осуществляли утром (перед кормлением) один раз в два дня на протяжении 32 дней (за 9 дней до отела и 21 день после отела). Полученную сыворотку крови замораживали и хранили при -70 °С для последующего определения концентрации кисспептина, тестостерона и кортизола. Для иммуноферментного анализа использовали наборы Cloud-Clone Corp. (КНР) (кисспептин) и «Алкор Био» (Россия) (кортизол и тестостерон).
Учитывая, что кисспептин — пептидный видоспецифичный гормон, для его количественного определения использовали набор для Bos Taurus.
Определение всех трех гормонов проводили на микропланшетном фотометре Infinite F50 Tecan (Австрия).
В дальнейшем генеральную совокупность животных разделили на две группы по концентрации глюкозы и бета-гидроксимасляной кислоты в цельной крови на 5-й день после отела.
В первую группу (контроль) вошли 15 голов с концентрацией в крови глюкозы выше 3 ммоль/л (3,1–3,6) и уровнем бета-гидроксимасляной кислоты ниже 1 ммоль/л (0,5–0,8). Во второй группе (опытная) у 5 голов концентрация глюкозы зафиксирована на уровне 3 ммоль/л (2,4–3,6), уровень бета-гидроксимасляной кислоты выше 1 ммоль/л (1,2–1,5), что соответствует состоянию отрицательного энергетического баланса (субклинический кетоз).
На 15-й день после отела у всех животных обеих групп уровень глюкозы был выше 3 ммоль/л, уровень бета-гидроксимасляной кислоты ниже 1 ммоль/л. Определение концентрации бета-гидроксимасляной кислоты и глюкозы в крови осуществляли с помощью глюкометра TD-4235E (TaiDoc Technology, КНР).
После отела у животных обследовали органы репродуктивной системы (яичники и матку) с помощью ультразвукового исследования. Отсутствие гинекологических патологий являлось критерием для дальнейшего участия животных в эксперименте.
Обращение с подопытными животными соответствовало European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and Other Scientific Purposes.
Полученные данные обрабатывали с помощью программы IBM SPSS Statistics V26 (США) с применением статистического критерия Манна — Уитни (Mann — Whitney U test). Корреляционный анализ проведен с помощью коэффициента корреляции Спирмена.
Результаты и обсуждение
В начале эксперимента обнаружены различия в содержании кисспептина между контрольной и опытной группами. В опытной группе уровень кисспептина был выше на 9-й, 7-й и 5-й день до отела в 2,4–3 раза (р < 0,01–0,05) (рис. 1), что, возможно, объясняется регуляторными свойствами кисспептина в отношении анорексигенных и орексигенных центров. В частности, идентифицированы рецепторы к лептину, обладающему анорексигенными свойствами, в дугообразном ядре, где расположены кисспептин-нейроны.
Получены подробные данные об участии кисспептина в некоторых метаболических путях, среди которых можно выделить глюкагоновый, инсулиновый, путь бета-2 и бета-3 адренорецепторов, рецепторов глюкагоноподобного пептида-1 и др.
Результаты этих исследований могут объяснить повышенную концентрацию кисспептина в предотельный период (табл. 1). Это также объясняет, что на 5-й день после отела уровень кисспептина был достоверно выше (p < 0,05) во второй группе, где зафиксированы нарушения энергообмена.
Кортизол в предотельный период показал схожую динамику в обеих группах с разницей по уровню гормона (табл. 1).
За девять дней до отела концентрация кортизола имела тенденцию к повышению, причем в опытной группе за 7 дней до отела она достигла довольно высоких значений — 36,53 ± 18,19 нг/мл. В дальнейшем происходило снижение, и за день до отела произошло повышение концентрации, что является нормой: усиление синтеза в печени глобулина, связывающего кортикостероид, за счет эстрогенного влияния плаценты по принципу обратной связи вызывает секрецию кортизола в надпочечниках материнского организма и плода. Это определяет формирование «гестационного стресса» — сигнала к началу предродового изменения организма. В этом отношении, не учитывая разницу в концентрациях, можно отметить нормальность динамики кортизола.
В случае с концентрацией тестостерона в контрольной группе изменения в предотельный период были малозаметны. В опытной группе происходило повышение уровня тестостерона с 1,89 ± 0,46 нмоль/л за 9 дней до отела до 6,30 ± 1,06 нмоль/л за 1 день до отела. При этом за 5, 3 и 1 день до отела зафиксированы межгрупповые достоверные различия (p < 0,05).
У животных обеих групп стельность завершилась спонтанными физиологическими родами и рождением здоровых телят. Концентрация всех исследуемых гормонов после отела снизилась, однако в дальнейшем в отношении кортизола и тестостерона метаболическая картина изменилась. Существенных различий после отела в случае концентрации кисспептина не зафиксировано, кроме 5-го дня после отела (р < 0,05) (рис. 1).
Концентрация кортизола в опытной группе держалась на достоверно высоком уровне на протяжении 7 дней после отела в сравнении с контролем (р < 0,05) с максимальным значением 20,29 ± 3,38 нг/мл на 3-й день после отела. Начиная с 9-го дня после отела концентрации кортизола в группах достоверно не различались, кроме 15-го дня после отела (р < 0,05). Подобный гормональный профиль нетипичен для коров с субклиническим кетозом, при фиксации которого, по данным ряда авторов, уровень кортизола всегда низок. Можно предположить наступление патологических изменений в печени, для которых свойственно при снижении глюкозы повышение кортизола для мобилизации жирных кислот из жирового депо и аминокислот из мышечных белков для последующего глюконеогенеза.
В случае с тестостероном наблюдалась более выраженная метаболическая картина. На протяжении практически всего периода после отела (вплоть до 21-го дня) между группами зафиксированы достоверные различия (р < 0,05). При этом уровень тестостерона в опытной группе практически до 21-го дня после отела сохранял высокие значения — 2,95–7,07 нмоль/л. Объяснение этому можно найти в повышенной молочной продуктивности, которая может являться причиной в условиях субклинического кетозного состояния усиления синтеза стероидных гормонов при одновременном снижении активности дегидрогеназ и ароматаз яичников.
Схожая метаболическая картина наблюдалась в статье С. В. Васильевой и др. (2022 г.), в которой у животных с послеродовой патологией печени, связанной с нарушениями в энергообмене, возникали проблемы утилизации половых стероидов.
Авторы предположили, что это возможно при нарушении катаболизма стероидных гормонов посредством конъюгации с глюкуроновой кислотой, что приводит к накоплению стероидов с последующим негативным влиянием на репродуктивную функцию.
Для оценки сопряженности уровня кисспептина в крови коров с концентрациями кортизола и тестостерона рассчитали значения коэффициентов корреляции, анализ которых позволил выявить наличие отрицательной связи между содержанием кисспептина и тестостерона = -0,732 (p < 0,01).
Выводы
Результаты исследования показывают, что при общих закономерностях изменения гормонального профиля крови у высокопродуктивных коров в транзитный период концентрации кисспептина, кортизола и тестостерона имеют различия в зависимости от наличия отрицательного энергетического баланса.
Уровень кисспептина был достоверно выше в предотельный период в опытной группе и на 5-й день после отела (p < 0,05). Уровень кортизола держался на высоком уровне до 7-го дня после отела (p < 0,05). Концентрация тестостерона в крови на протяжении всего транзитного периода была достоверно высокой у животных с нарушениями в энергообмене.
Подобные различия могут быть объяснены адаптационными особенностями молочных коров при подготовке к отелу и послеотельными нарушениями в энергообмене в состоянии субклинического кетоза.
Об авторах
Геннадий Владимирович Ширяев1; кандидат сельскохозяйственных наук
GS-2027@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-4698-3917
Татьяна Александровна Ларкина1; кандидат биологических наук
tanya.larkina2015@yandex.ru; https://orcid.org/ 0000-0003-4574-4639
Георгий Сергеевич Никитин2; кандидат ветеринарных наук
nikitin.g.s007@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-2080-2970
Анна Олеговна Притужалова1; младший научный сотрудник
aklevakina14@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-2865-9582
Наталья Александровна Ширяева1; младший научный сотрудник
odormidonova@mail.ru
Оксана Юрьевна Перинек1; кандидат биологических наук
https://orcid.org/0000-0002-8953-7511
Антон Алексеевич Курочкин1; младший научный сотрудник kurochkin.anton.66@gmail.com; https://orcid.org/0000-0003-4430-4770
1Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных — филиал Федерального исследовательского центра животноводства «ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста», Московское шоссе, 55А, Тярлево, Санкт-Петербург, 196625, Россия
2Санкт-Петербургский государственный университет ветеринарной медицины, ул. Черниговская, 5, Санкт-Петербург, 196084, Россия
УДК: 636.082:577.175.3/.7
DOI: 10.32634/0869-8155-2024-385-8-56-60
Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии
