Кортизол как маркер физиологического стресса у быков-производителей (Bos taurus)
Автор: Абилов А.И., Гудилина А.А., Комбарова Н.А., Турбина В.В., Корнеенко-жиляев Ю.А.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Репродуктивная функция, эмбриогенез
Статья в выпуске: 2 т.59, 2024 года.
Бесплатный доступ
Эндокринный механизм стресса у животных до сих пор окончательно не выяснен. Социальный стресс из-за иерархии в стаде увеличивает выработку кортизола, катехоламинов, может влиять на половое поведение и фертильность, снижать продуктивность. Несмотря на огромное значение проблемы для племенных предприятий, занимающихся получением и криоконсервацией спермы сельскохозяйственных животных в коммерческих и научных целях, нет специальных исследований, посвященных связи качественных и количественных характеристик эякулята и оплодотворяющей способности сперматозоидов с уровнем постэякулятивного кортизола. В представленной работе мы впервые показали, что результативность искусственного осеменения прямо пропорциональна концентрации кортизола в сыворотке крови быков-производителей после эякуляции. У молодых быков-производителей доминировал стресс, связанный с взятием крови, у взрослых особей половое возбуждение подавляло стресс от этой ветеринарной манипуляции. Впервые выявлена зависимость оплодотворяющей способности сперматозоидов крупного рогатого скота от уровня кортизола в сыворотке крови у быков-производителей после эякуляции. Мы определили динамику концентрации кортизола в крови 11 быков-производителей голштинской породы иностранной селекции в возрасте 29-71 мес (холдинг АО «ГЦВ», дочернее племенное предприятие АО «Уралплемцентр», Свердловская обл., 2018-2021 годы) после эякуляции при периодичности получения семени согласно установленной технологии и оценили влияние кортизола на оплодотворяющую способность полученных сперматозоидов после их криоконсервации. Как у молодых, так и у взрослых животных выявлена достоверная положительная динамика уровня кортизола при ежесуточных ветеринарных манипуляциях по взятию крови в течение эксперимента. Средняя концентрация кортизола после эякуляции у молодых производителей (n = 6) в условиях стресса, вызванного этими регулярными манипуляциями, увеличивалась равномерно и в дни трех последовательных дуплетных взятий семени с 4-5-суточными интервалами составила 70,8; 91,1 и 144,7 нмоль/л. У взрослых быков (n = 5) старше 4 лет максимальный уровень кортизола (172,5 нмоль/л) зафиксирован после второго взятия семени, а к третьему отмечалось его незначительное снижение (на 5 %). С ростом концентрации кортизола после эякуляции увеличивается количество выделенных сперматозоидов. У молодых быков после трех последовательных дуплетных взятий семени с 4-5-суточными интервалами за одну эякуляцию получили соответственно 4,0; 5,5 и 6,2 млрд сперматозоидов, у производителей старше 4 лет - 6,6; 7,3 и 7,5 млрд сперматозоидов. При оценке оплодотворяющей способности сперматозоидов крупного рогатого скота в зависимости от уровня кортизола в сыворотке крови после эякуляции лучшие результаты (59-60 %, р function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }
Быки-производители, кортизол, эякуляция, спермопродукция, стресс, искусственное осеменение
Короткий адрес: https://sciup.org/142242447
IDR: 142242447 | DOI: 10.15389/agrobiology.2024.2.301rus
Список литературы Кортизол как маркер физиологического стресса у быков-производителей (Bos taurus)
- Collier R.J., Renquist B.J., Xiao Y. A 100-year review: stress physiology including heat stress. J. Dairy Sci., 2017, 100(12): 10367-10380 (doi: 10.3168/jds.2017-13676).
- Lynch E.M. Characterisation of Physiological and immune-related biomarkers of weaning stress in beef cattle. Ph.D. Thesis. National University of Ireland, Maynooth, Ireland, 2010.
- Brown E.J., Vosloo A. The involvement of the hypothalamopituitary-adrenocortical axis in stress physiology and its significance in the assessment of animal welfare in cattle. Onderstepoort J. Vet. Res., 2017, 84(1): e1-e9 (doi: 10.4102/ojvr.v84i1.1398).
- Юкомзан Е.В. Адаптационные механизмы при различных видах стресса у животных. E-Scio, 2022, 1(64): 309-324.
- Косяченко Н.М., Коновалов А.В., Ильина А.В., Кононов Д.В. Использование стрессоустойчивости и поведенческих функций крупного рогатого скота при современных технологиях производства молока: монография. Ярославль, 2013.
- Collier R.J., Gebremedhin K.G. Thermal biology of domestic animals. Annu. Rev. Anim. Biosci., 2015, 3(1): 513-532 (doi: 10.1146/annurev-animal-022114-110659).
- Etim N.N., Williams M.E., Evans E.I., Offiong E.E. Physiological and behavioural responses of farm animals to stress: implications to animal productivity. American Journal of Advanced Agricul-tural Research (AJAAR), 2013, 1(2): 53-61.
- Bova T.L., Chiavaccini L., Cline G.F., Hart C.G., Matheny K., Muth A.M., Voelz B.E., Kes-ler D., Memili E. Environmental stressors influencing hormones and systems physiology in cattle. Reprod. Biol. Endocrinol., 2014, 12: 58 (doi: 10.1186/1477-7827-12-58).
- Колесникова Л.Р., Макарова О.А., Натяганова Л.В., Долгих М.И., Корытов Л.И. Перестройка метаболизма и физиологических функций организма под воздействием стресса. Acta Biomedica Scientifica, 2018, 3(6): 15-22 (doi: 10.29413/ABS.2018-3.6.2).
- Щуко А.Г., Веселов А.А., Юрьева Т.Н., Волкова Н.В., Шабанов Г.А., Рыбченко А.А., Поч-таренко Т.В. Эпигенетика и способы ее реализации. Сибирский научный медицинский журнал, 2017, 37(4): 26-36.
- Chu B., Marwaha K., Sanvictores T., Ayers D. Physiology, stress reaction. StatPearls Publishing, 2019.
- Шарыпова Н.В., Свешников А.А. Половая функция у мужчин и состояние менструального цикла у женщин при хроническом действии стресс-факторов чрезвычайной интенсивности: монография. Издательский дом «Академия Естествознания», Пенза, 2013.
- Sapolsky R.M. The influence of social hierarchy on primate health. Science, 2005, 308(5722): 648-652 (doi: 10.1126/science.1106477).
- Val-Laillet D., de Passille A.M., Rushen J., von Keyserlingk M.A.G. The concept of social dom-inance and the social distribution of feeding-related displacements between cows. Applied Animal Behaviour Science, 2008, 111(1): 158-172. (doi: 10.1016/j.applanim.2007.06.001).
- Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. М., 1960.
- Эрнст Л.К., Джапаридзе Т.Г., Варнавский А.Н. Организация воспроизводства высокопродуктивных коров. Молочное и мясное скотоводство, 2008, 4: 5-8.
- Lenzi A., Lombardo F., Salacone P., Gandini L., Jannini E.A. Stress, sexual dysfunctions, and male infertility. J. Endocrinol. Invest., 2003, 26(3 Suppl): 72-76.
- Абилов А.И., Ескин Г.В., Комбарова Н.А. Концентрация эстрадиола в крови быков и его влияние на спермопродукцию и результативность осеменения. Сельскохозяйственная биология, 2016, 51(6): 830-836 (doi: 10.15389/agrobiology.2016.6.830rus).
- Абилов А.И., Митяшова О.С., Мымрин С.В., Гудилина А.А., Пыжова Е.А., Комба-рова Н.А., Левина Г.Н. Содержание эндогенных гормонов у быков-производителей с учетом возраста, аутоиммунного состояния и продуктивности материнских предков. Сельскохозяйственная биология, 2018, 53(4): 743-752 (doi: 10.15389/agrobiology.2018.4.743rus).
- Silva W.C., Silva J.A.R., Camargo-Júnior R.N.C., Silva É.B.R., Santos M.R.P., Viana R.B., Silva A.G.M., Silva C.M.G., Lourenço-Júnior J.B. Animal welfare and effects of per-female stress on male and cattle reproduction — a review. Front. Vet. Sci., 2023, 10: 1083469 (doi: 10.3389/fvets.2023.1083469).
- Гусакова Е.А., Городецкая И.В. Значение глюкокортикоидов в организации стресс-реакции организма. Вестник ВГМУ, 2020, 19(1): 24-35 (doi: 10.22263/2312-4156.2020.1.24).
- Ковязина Н.А., Алхутова Н.А. Индекс ДГЭАС/кортизол как маркер стресс-индуцированного преждевременного старения. Клиническая лабораторная диагностика, 2019, 64(3): 140-144 (doi: 10.18821/0869-2084-2019-64-3-140-144).
- Xiong X., Wu Q., Zhang L., Gao S., Li R., Han L., Fan M., Wang M., Liu L., Wang X., Zhang C., Xin Y., Li Z., Huang C., Yang J. Chronic stress inhibits testosterone synthesis in Leydig cells through mitochondrial damage via Atp5a1. Journal of Cellular and Molecular Medicine, 2022, 26(2): 354-363 (doi: 10.1111/jcmm.17085).
- Аль-Шукри С.Х., Боровец С.Ю., Торопов В.А. Нарушение сперматогенеза и исходы вспомогательных репродуктивных технологий при различных формах гипогонадизма. Урологические ведомости, 2016. VI(1): 21-28 (doi: 10.17816/uroved621-28).
- Абилов А.И., Комбарова Н.А., Амерханов Х.А., Шеметюк С.А., Шамшидин А.С., Мымрин С.В., Пыжова Е.А., Боголюбова Н.В., Гудилина А.А., Абилова С.Ф., Комбаров П.Г., Митяшова О.С. Метаболический профиль и спермопродукция у голштинских быков-производителей зарубежной селекции при содержании в разных климатических и геохимических условиях в России и Казахстане. Сельскохозяйственная биология, 2021, 56(4): 730-751 (doi: 10.15389/agrobiology.2021.4.730rus).
- Ермакова И.В. Современные представления о механизмах регуляции функции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Новые исследования, 2014, 4(41: 77-86.
- Malenka R.C., Nestler E.J., Hyman S.E. Molecular neuropharmacology: a foundation for clinical neuroscience (2nd ed.). McGraw-Hill Medical, New York, 2009: 246-259.
- Mormède P., Andanson S., Aupérin B., Beerda В., Guémené D., Malmkvist J., Manteca X., Manteuffel G., Prunet P., van Reenen C.G., Richard S., Veissier I. Exploration of the hypotha-lamic—pituitary—adrenal function as a tool to evaluate animal welfare. Physiology & Behavior, 2007, 92(3): 317-339 (doi: 10.1016/j.physbeh.2006.12.003).
- Chen Y., Arsenault R., Napper S., Griebel P. Models and methods to investigate acute stress responses in cattle. Animals, 2015, 5(4): 1268-1295 (doi: 10.3390/ani5040411).
- Ramamoorthy S., Cidlowski J.A. Corticosteroids: mechanisms of action in health and disease. Rheumatic Diseases Clinics of North America, 2016, 42(1): 15-31 (doi: 10.1016/j.rdc.2015.08.002).
- Binsiya T., Sejian V., Bagath M., Krishnan G., Hyder I., Manimaran A., Lees A., Gaughan J., Bhatta R. Significance of hypothalamic—pituitary—adrenal axis to adapt to climate change in livestock. International Research Journal of Agricultural and Food Sciences, 2017, 2(1): 1-20.
- Холл Дж. Э. Медицинская физиология по Гайтону и Холлу. 2-е изд. М., 2018.
- Caldwell J.D., Jirikowski G.F. Sex hormone binding globulin and corticosteroid binding globulin as major effectors of steroid action. Steroids, 2014, 81: 13-16 (doi: 10.1016/j.steroids.2013.11.010).
- Burdick N.C., Randel R.D., Carroll J.A., Welsh T.H. Interactions between temperament, stress, and immune function in cattle. International Journal of Zoology, 2011, 2011: Article ID 373197 (doi: 10.1155/2011/373197).
- Kim L.U., D’Orsogna M.R., Chou T. Onset, timing, and exposure therapy of stress disorders: mechanistic insight from a mathematical model of oscillating neuroendocrine dynamics. Biology Direct, 2016, 11: article number 13 (doi: 10.1186/s13062-016-0117-6).
- Артемова Е.В. Особенности синтеза, активации и дезактивации глюкокортикоидов. Биологическая роль кортизола в метаболических нарушениях. Ожирение и метаболизм, 2017, 2017, 14(2): 48-52 (doi: 10.14341/omet2017248-52).
- Лишманов Ю.Б., Маслов Л.Н., Нарыжная Н.В., Пей Жан-минг, Колар Ф., Жанг И., Порт-ниченко А.Г., Ванг Х. Эндогенная опиоидная система как звено срочной и долговременной адаптации организма к экстремальным воздействиям. Перспективы клинического применения опиоидных пептидов. Вестник РАМН, 2012, 6: 73-92 (doi: 10.15690/vramn.v67i6.287).
- Ткачук В.А., Воротников А.В. Молекулярные механизмы развития резистентности к инсулину. Сахарный диабет, 2014, 2: 29-34 (doi: 10.14341/DM2014229-40).
- Viru A., Viru M. Cortisol — essential adaptation hormone in exercise. Int. J, Sports Med., 2004, 25(6): 461-464 (doi: 10.1055/s-2004-821068).
- Encyclopedia of human behavior (2nd ed.) /V.S. Ramachandran (ed.). Аcademic Press, 2012.
- Морозов В.Н., Хадарцев А.А. К современной трактовке механизмов стресса. Вестник но-вых медицинских технологий, 2010, XVII(1): 5-17.
- Suarez-Trujillo A., Hoang N., Robinson L., McCabe C.J., Conklin D., Minor R.C., Townsend J., Plaut K., George U.Z., Boerman J., Casey T.M. Effect of circadian system disruption on the concentration and daily oscillations of cortisol, progesterone, melatonin, serotonin, growth hor-mone, and core body temperature in periparturient dairy cattle. J. Dairy Sci., 2022, 105(3): 2651-2668 (doi: 10.3168/jds.2021-20691).
- Fatima N., Rana S. Metabolic implications of circadian disruption. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology, 2020, 472(5): 513–526 (doi: 10.1007/s00424-020-02381-6).
- Амстиславская Т.Г. Роль центрального серотонина в регуляции полового поведения сам-цов. Психофармакология и биологическая наркология, 2008, 8(1-2/1): 2271-2279.
- Thüer S., Mellema S., Doherr M.G., Wechsler B., Nuss K., Steiner A. Effect of local anaesthesia on short- and long-term pain induced by two bloodless castration methods in calves. Vet. J., 2007, 173: 333-342 (doi: 10.1016/j.tvjl.2005.08.031).
- Huszenicza G., Jánosi S., Gáspárdy A., Kulcsár M. Endocrine aspects in pathogenesis of mastitis in postpartum dairy cows. Anim. Reprod. Sci., 2004, 82-83: 389-400 (doi: 10.1016/j.anirepro-sci.2004.04.029).
- Almeida P.E., Weber P.S., Burton JL., Zanella A.J. Depressed DHEA and increased sickness response behaviors in lame dairy cows with inflammatory foot lesions. Domestic Animal Endocri-nology, 2008, 34(1): 89-99 (doi: 10.1016/j.domaniend.2006.11.006).
- Forslund K.B., Ljungvall O.A., Jones B.V. Low cortisol levels in blood from dairy cows with ketosis: a field study. Acta Vet. Scand., 2010 ,52(1): 31 (doi: 10.1186/1751-0147-52-31).
- Ciobotaru E. Spontaneous diabetes mellitus in animals. In: Diabetes mellitus — insights and per-spectives /O.O. Oguntibeju (ed.). Intech, 2013: 271-296 (doi: 10.5772/48170).
- Beerda B., Kornalijnslijper J.E., van der Werf J.T., Noordhuizen-Stassen E.N., Hopster H. Effects of milk production capacity and metabolic status on HPA function in early postpartum dairy cows. J. Dairy Sci., 2004, 87(7): 2094-2102 (doi: 10.3168/jds.S0022-0302(04)70027-2).
- de Boer G., Trenkle A., Young J.W. Glucagon, insulin, growth hormone, and some blood me-tabolites during energy restriction ketonemia of lactating cows. J. Dairy Sci., 1985, 68(2): 326-337 (doi: 10.3168/jds.S0022-0302(85)80829-8).
- Veterinary medicine: a textbook of the diseases of cattle, horses, sheep, pigs and goats. 10th Edition. Elsevier Saunders, London, 2007.
- Moyes K.M., Drackley J.K., Salak-Johnson J.L, Morin D.E., Hope J.C., Loor J.J. Dietary-induced negative energy balance has minimal effects on innate immunity during a Streptococcus uberis mastitis challenge in dairy cows during midlactation. J. Dairy Sci., 2009, 92: 4301-4316 (doi: 10.3168/jds.2009-2170).
- Джапаров Е.К., Дерхо М.А. Кортизол и его взаимосвязи с лейкоцитами в организме хряков-производителей. Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана, 2019, 3: 110-117 (doi: 10.31588/2413-4201-1883-239-3-110-117).
- Кубасов Р.В. Гормональные изменения в ответ на экстремальные факторы внешней среды Вестник Российской академии медицинских наук, 2014, 69(9-10): 102-109 (doi: 10.15690/vramn.v69i9-10.1138).
- Fernandez-Novo A., Pérez-Garnelo S.S., Villagrá A., Pérez-Villalobos N., Astiz S. The effect of stress on reproduction and reproductive technologies in beef cattle — a review. Animals, 2020, 10(11), 2096 (doi: 10.3390/ani10112096).
- Кузнецова Е.А., Адамчик А.С., Гончаров Н.П., Кация Г.В. Диагностическое значение су-точных колебаний свободных форм тестостерона и кортизола при ожирении и метаболи-ческом синдроме у мужчин до 50 лет. Андрология и генитальная хирургия, 2016, 17(1): 26-31 (doi: 10.17650/2070-9781-2016-17-1-28-33).
- van der Meij L., Demetriou A., Tulin M., Méndez I., Dekker P., Pronk T. Hormones in speed-dating: the role of testosterone and cortisol in attraction. Hormones and Behavior, 2019, 116: 104555 (doi: 10.1016/j.yhbeh.2019.07.003).
- Phoenix C.H., Dixson A.F., Resko J.A. Effects of ejaculation on levels of testosterone, cortisol, and luteinizing hormone in peripheral plasma of rhesus monkeys. Journal of Comparative and Physiological Psychology, 977, 91(1): 120-127 (doi: 10.1037/h0077300).
- Alomar M., Soukouti A., Alzoabi M.A., Zarkawi M. Testosterone and cortisol patterns and the effects of electro-ejaculation and copulation in Awassi rams. Archives Animal Breeding, 2016, 59(1): 139-144 (doi: 10.5194/aab-59-139-2016).
- Veronesi M.C., Tosi U., Villani M., Govoni N., Faustini M., Kindahl H., Carluccio A. Oxytocin, vasopressin, prostaglandin F(2), luteinizing hormone, testosterone, estrone sulfate, and cortisol Theriogenology, 2010, 73(4), 460-467 (doi: 10.1016/j.theriogenology.2009.09.028).
- Veronesi M.C., De Amicis I., Panzani S., Kindahl H., Govoni N., Probo M., Carluccio A. PGF(2), LH, testosterone, oestrone sulphate, and cortisol plasma concentrations around sexual stim-ulation in jackass. Theriogenology, 2011, 75(8): 1489-1498 (doi: 10.1016/j.theriogenology.2010.12.010).
- Национальная технологии замораживания и использование спермы племенных быков-произво-дителей /Под ред. А.И. Абилова, Н.М. Решетниковой. М., 2008.
- Хабаров С.В., Стерликова Н.А. Мелатонин и его роль в циркадной регуляции репродуктивной функции (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий, 2022, 29(3): 17-31 (doi: 10.24412/1609-2163-2022-3-17-31).
- Thun R., Eggenberger E., Zerobin K., Lüscher T., Vetter W. Twenty-four-hour secretory pattern of cortisol in the bull: evidence of episodic secretion and circadian rhythm. Endocrinology, 1981, 109(6): 2208-2212 (doi: 10.1210/endo-109-6-2208).
- Lee D.Y., Kim E., Choi M.H. Technical and clinical aspects of cortisol as a biochemical marker of chronic stress. BMB Reports, 2015, 48(4): 209-216 (doi: 10.5483/bmbrep.2015.48.4.275).
- Lightman S.L., Birnie M.T., Conway-Campbell B.L. Dynamics of ACTH and cortisol secretion and implications for disease. Endocrine Reviews, 2020, 41(3): bnaa002 (doi: 10.1210/endrev/bnaa002).
- Huang Y.M., Chi C.W., Wu P.S., Tai H.C., Chien M.N., Chen Y.J. Adrenal gland irradiation causes fatigue accompanied by reactive changes in cortisol levels. J. Clin. Med., 2022, 11(5): 1214 (doi: 10.3390/jcm11051214).
- Borg K.E., Esbenshade K.L., Johnson B.H. Cortisol, growth hormone, and testosterone concen-trations during mating behavior in the bull and boar. Journal of Animal Science, 1991, 69(8): 3230-3240 (doi: 10.2527/1991.6983230x).
- Bishop J.D., Malven P.V., Singleton W.L., Weesner G.D. Hormonal and behavioural correlates of emotional states in sexually trained boars. Journal of Animal Science, 77(12), 3339-3345 (doi: 10.2527/1999.77123339x).