Клиническое значение показателей гормонально-метаболического и антиоксидантного статусов коров в связи с их репродуктивной функцией

Сафонов В.А., Рецкий М.И., Нежданов А.Г., Близнецова Г.Н.,
Шушлебин В.И.

ГНУ Всероссийский НИВИ патологии, фармакологии и терапии,
Воронеж, Россия, e-mail: [e-mail]

Общеизвестно, что продуктивное и репродуктивное здоровье животных определяется стабильностью функционирования энергетического, адаптационного и репродуктивного гомеостазов их организма. Для половозрелых самок животных характерен циклический тип функционирования репродуктивного гомеостаза, определяемый деятельностью гипоталамо-гипофизарно- гонадальной и других систем организма и продуцируемыми ими стероидными, тиреоидными и пептидными гормонами. При этом источником реализации их эффектов и получения главной массы энергии, необходимой для жизнедеятельности организма, является свободнорадикальное окисление, одним из вариантов которого является перекисное окисление липидов (ПОЛ). Активность этих процессов регулируется системой антиоксидантной защиты (АОЗ). При дисбалансе в эндокринной системе и системе ПОЛ-АОЗ развивается свободнорадикальная патология, которая является составной частью патогенеза многих болезней сельскохозяйственных животных (Рецкий М.И., 1997; Колчина А.Ф., 2000; Близнецова Г.Н., 2010). Поэтому дальнейшее изучение взаимосвязи эндокринных и свободнорадикальных процессов в организме коров в связи с разным физиологическим и патологическим состоянием их воспроизводительной функции продолжает оставаться актуальной задачей.

Целью настоящего исследования являлось изучение и выявление особенностей изменений гормонального, антиоксидантного, общего биохимического и гематологического статусов высокопродуктивных коров при физиологическом и патологическом течении половых процессов, роли эндокринной и антиоксидантной систем в развитии акушерско-гинекологических патологий и обеспечении их репродуктивного здоровья.

Исследования выполнены на 119 коровах красно-пестрой породы со среднегодовой молочной продуктивностью 6,5-6,7 тыс. кг, находящихся на разных этапах функционирования их репродуктивной системы.

Оценка состояния их гомеостаза проведена на основании иммуно-ферментного, биохимического и морфологического анализов образцов венозной крови.

Установлено, что гормонально-метаболический гомеостаз коров претерпевает значительные изменения во время формирования беременности. Уже по завершению периода эмбриогенеза концентрация в крови прогестерона, ответственного за секреторную трансформацию эндометрия и блокаду сократительной функции матки, увеличилась по сравнению с лютеиновой фазой цикла на 35,8%, тестостерона, ответственного за активизацию биосинтеза белка, формирование костной ткани и выработку факторов роста формирующегося плода, - на 41,8%, трийодтиронина, определяющего интенсивность основного обмена веществ, - на 31,0%. Параллельно с этим отмечено снижение функциональной активности надпочечных желез и содержания в крови кортизола на 45%.

Завершение формирования биологической системы мать-плацента-плод и спад лактационной доминанты (5 месяцев беременности) характеризовалось дальнейшим нарастанием в крови концентрации тестостерона на 27,0% и активизацией синтеза кортизола на 16,1%. Со стороны показателей содержания прогестерона и трийодтиронина в этот период выраженных изменений не отмечено.

На завершающем этапе формирования беременности (8,5 мес.) гормоносинтезирующая функция эндокринных желез и фетоплацентарного комплекса перестраивается в сторону увеличения синтеза кортикостероидов и снижения прогестагенов и андрогенов.

Изменения в синтезе и метаболизме половых, кортикостероидных и тиреоидных гормонов, являющихся специфическими регуляторами биофизических и биохимических процессов, обладающих мощным анаболическим (эстрогены, андрогены) и катаболическим (кортикостероиды, прогестерон, тиреоидные гормоны) действием, влекут за собой достаточно выраженные сдвиги в обмене белков, углеводов, жиров и других жизненно необходимых питательных веществ.

Определено, что уже на раннем этапе беременности отмечаются значительные изменения спектра сывороточных белков и активизация азотистого обмена. Они проявлялись увеличением концентрации альбуминов на 24,6%, снижением α-глобулинов на 34,3%, β-глобулинов – на 10,8% и γ-глобулинов – на 10,7%, повышением содержания мочевины на 47,2%, γ-глутамилтранс-феразы - на 31,6%, креатинина – на 8,9%, уменьшением показателей активности АлАТ на 22,0%. Следовательно, гестационные изменения в организме коров затрагивают не только органы репродуктивной системы, но и печень, почки, иммунную систему. Одновременно отмечено увеличение в крови содержания липидов, холестерина, каротина, витамина А.

С включением в процессы стероидогенеза фетоплацентарного комплекса (5 мес. беременности) изменения биохимического статуса организма коров оказались направленными на снижение содержания в крови мочевины на 20,0%, глюкозы – на 26,0%, липидов – на 24,6%, холестерина – на 32,6%, витамина А – на 30,0%, уменьшение активности АлАТ - на 39,7%, АсАТ - на 14,0%, ГГТ – на 17,5%, ЩФ – на 20,0%.

Дальнейшее увеличение сроков беременности и прекращение лактации сопровождалось повышением утилизации белков и конечных продуктов их обмена, о чем свидетельствует уменьшение содержания в сыворотке крови белка на 7,9%, альбуминов – на 10,8%, мочевины – на 10,7%, увеличение креатинина на 25,1%. Одновременно отмечено снижение концентрации общих липидов на 12,1% и холестерина на 19,8%, что связано, надо полагать, с активацией процессов пероксидации липидов и предродового стероидогенеза. Количество глюкозы в крови к этому времени увеличилось на 39,7% и достигло первоначальных значений, что отражает повышение биоэнергетических процессов в организме и органах репродукции.

В системе минерального гомеостаза формирование беременности в определенной степени затронуло показатели содержания в крови фосфора, магния, железа, марганца, селена. При этом наиболее значимые изменения выявлены со стороны концентрации селена (снижение на 16,3%) и марганца (снижение на 12,5%), являющихся активными компонентами антиоксидантной системы, формирования механизмов иммунной защиты, синтеза гормонов.

Исследование морфологического состава крови у коров в динамике беременности выявило закономерное увеличение концентрации гемоглобина на 9,9%, показателя венозного гематокрита – на 8,8%, снижение к пяти месяцам беременности содержания лейкоцитов на 17,7%, нейтрофилов – на 14,3%, моноцитов – на 59,6% и возвращение их к исходным к завершающему этапу беременности. На протяжении всей беременности у коров была достаточно выражена эозинофилия (11,3±1,32-12,6±1,90%), превышающая показатели циклирующих животных на 52,7-70,0%, что следует рассматривать как проявление защитной антитоксической реакции организма животных на появление в кровеносном русле токсических продуктов обмена, плодовых протеинов и комплексов антиген-антитело.

Анализ различных вариантов межклеточных соотношений в крови коров или выявление индексов их соотношения, отражающих баланс клеточных элементов неспецифической защиты и специфического иммунного ответа, показал, что при формировании беременности, особенно в период становления фетоплацентарного комплекса, наблюдается снижение ИСНЛ на 23,4%, ИСНЭ – в 2 раза, ИСМЭ – в 4 раза и увеличение ИСЛМ в 2,7 раза. Исходя из общепринятой оценки направленности изменений индексов популяций лейкоцитов (Осин А.Я., 1978), можно заключить, что это является отражением активации во время беременности эффекторного звена иммунного реагирования и микрофагальной системы защиты.

Эндокринная и метаболическая перестройка организма беременных животных сопровождается активизацией процессов свободнорадикального окисления и компенсаторным повышением мощности ферментативного звена системы антиоксидантной защиты. Содержание в крови коров промежуточного продукта перекисного окисления липидов – малонового диальдегида к концу беременности увеличилось на 83%, ГПО – на 65,9%, СОД – на 63,9%, ГР – на 22,8%, каталазы – на 50,0%. В то же время концентрация одного из «перехватчиков» свободных радикалов – витамина Е уменьшилась на 30%.

В общую закономерность реакции ферментативного звена антиоксидантной защиты вписываются и изменения в содержании в крови стабильных метаболитов оксида азота. Сумма их к концу беременности возрастает почти в три раза. Следует считать, что такая реакция системы оксида азота в организме беременных животных направлена на усиление механизмов антиоксидантной защиты (Huie R.E., Padmaja S., 1993; Зенков Н.К. с соавт., 2001; Murphy M.P., 2009) и увеличение активности антиоксидантных ферментов (Dobashi K. et al., 1997; Ulker S. et al., 2003).

Таким образом, изменение физиологического состояния организма животных, связанное с формированием беременности, сопровождается активным включением в метаболические процессы половых гормонов, гормонов щитовидной и надпочечниковых желез, а также систем антиоксидантной защиты и оксида азота на фоне усиления реакций свободнорадикального окисления и ослабления клеточных иммунных реакций.

Выявлено, что при функциональной недостаточности эндокринной системы и фетоплацентарного комплекса у беременных животных развивается патологическое состояние, именуемое поздним токсикозом беременных или гестозом. Данная патология развивалась на фоне пониженного содержания в крови прогестерона (ниже клинически здоровых животных в 2,4 раза), тестостерона (ниже в 1,7 раза), кортизола (ниже в 1,3 раза) и эстрогенных гормонов (ниже в 1,3 раза). При этом изменения метаболического профиля носят сложный характер, различающийся по фазам патологического процесса, зависят от длительности его течения, особенностей компенсаторно-приспособительных реакций организма. Общей закономерностью является снижение концентрации в крови альбуминов на 16,4%, общих липидов – на 32,4%, мочевины – на 12,1%, соотношения мочевина-креатинин – на 14,6%, увеличением количества триглицеридов в 2,1 раза, молочной кислоты – в 2,5 раза. Это является отражением не только расстройства маточно-плацентарного кровообращения, но и вовлечением в патологический процесс печени и почек.

Изменения со стороны минерального обмена у коров выявлены только при развитии тяжелой формы патологического процесса и касались снижения содержания в крови меди на 15,0% и цинка на 5,6%, что, несомненно, отразилось на процессах кроветворения и тканевого дыхания. Общее количество лейкоцитов в крови больных животных превышало клинически здоровых на 9,0%, эозинофилов – на 54,1%, а лимфоцитов было ниже на 5,4%, нейтрофилов – на 7,7%, моноцитов – на 11,6%, тромбоцитов – на 41,0%. Показатель гематокрита возрастал на 4,3%, а сорбционная способность эритроцитов – на 55,7%. Отмечаемые изменения морфологического состава крови свидетельствуют о развитии синдрома эндогенной интоксикации и о снижении неспецифической резистентности организма.

Также установлено, что уже на начальном этапе развития гестоза отмечается активация процессов свободнорадикального окисления, о чем свидетельствует увеличение содержания в крови МДА на 43% и проявление компенсаторной реакции организма в виде повышения активности ГПО на 11%, каталазы – на 14,3%, содержания стабильных метаболитов NO^· – на 38%, витамина С – на 24,1%. В то же время содержание антиоксиданта α-токоферола, биосинтез которого в организме не происходит, оказалось сниженным на 13,1%, как результат вхождения его в реакцию по нейтрализации токсических продуктов обмена веществ.

С переходом в тяжелую форму патологии, при сохранении высокого уровня активности неферментативного звена антиоксидантной защиты и системы NO^·, мощность неферментативного звена продолжает снижаться. Содержание витамина Е в крови уменьшилось на 44,5% и витамина С оказалось ниже здоровых животных на 20,8%.

Таким образом, поздний токсикоз или гестоз беременных развивается на фоне фетоплацентарной недостаточности, активизации процессов пероксидации липидов и снижении активности неферментативного звена антиоксидантной защиты, вовлечением в патологический процесс печени и почек и сопровождается развитием анемии. Результаты наших исследований подтверждают концепцию о роли окислительного стресса и антиоксидантной недостаточности в исходном звене развития токсикозов беременных (Абрамченко В.В., 1994; Колчина А.Ф., 2000; Сидорова И.С. с соавт., 2007; Dekker G., Zecman G., 1992; Steven E. et al., 1998 и др.).

Следовательно, в условиях дисбаланса межгормональных взаимоотношений, дисбаланса между интенсивностью свободнорадикальных реакций и активностью системы антиоксидантной защиты развивается свободнорадикальная патология, являющаяся составной частью патогенетических механизмов развития гестоза у животных.

Изучение биохимического профиля коров с нарушенной после родов воспроизводительной функцией, в частности, при развитии эндометрита, показало, что воспалительные заболевания матки проявляются на фоне низкой функциональной активности половых и щитовидной желез. Концентрация прогестерона в их крови была ниже здоровых животных в 2,3-2,5 раза, тестостерона – на 28,0-54,7%, трийодтиронина – на 27,1-20,6%.

Более низкие показатели содержания в крови общего белка (на 8,7%), липидов (на 21,7%), холестерина (на 78,3%), витамина А (на 35,3%), магния (на 9,1%), селена (на 11,9%), связанного с белком йода (на 23,4%), повышенное содержание мочевины (на 28,3%), креатинина (на 8,3%), митохондриального фермента АсАТ (на 15,4%), кортизола (на 27,1%) отражают хроническое стрессовое состояние таких животных, активное течение у них процессов пероксидации белков и липидов, при котором в патологический процесс вовлекаются не только половые органы, но и печень, почки, сердце.

Прямым доказательством этого является высокий уровень концентрации в крови МДА (выше здоровых животных на 76%), NO ^· (выше в 2,9 раза), что следует связать с резким увеличением нейтрофильной и макрофагальной продукции активных форм кислорода и NO ^·, наблюдаемой при развитии воспалительного процесса. Повышение у таких животных активности ГПО на 65,8%, СОД – на 46%, каталазы – на 45% и ГР – на 14,6% свидетельствует о компенсаторном включении механизмов ферментативного звена антиоксидантной защиты. В то же время невысокий рост активности ГР в сравнении с ростом ГПО может свидетельствовать о недостаточном функциональном потенциале глутатионового звена системы АОЗ и о не способности адекватного пополнения пула восстановленного глутатиона. Надо полагать, что недостаточный потенциал системы глутатиона может быть связан с дефицитом в организме селена – ключевого компонента антиоксидантной защиты и биохимической адаптации (Мойсеенок А.Г. с соавт., 2002; Саноцкий И.В., 2004). Одновременно у этих животных выявляется значительное снижение мощности неферментативного звена АОЗ. Содержание витамина Е в крови было ниже здоровых животных на 35,3%, а каротина – на 36,4%.

Анализ лейкограммы коров с нормальным течением инволюционных процессов в половых органах показал, что лейкопоэтическая реакция системы крови у них направлена на усиление аффекторного клеточного звена иммунного реагирования, о чем свидетельствует достаточно высокий уровень в крови нейтрофильных лейкоцитов и моноцитов. Это обеспечивает высокую сопротивляемость организма животных к патогенному действию появляющихся в кровяном русле белковых агентов – токсических метаболитов и продуктов тканевого распада дегенерирующих структур матки после родов.

Для коров с послеродовыми воспалительными заболеваниями матки характерны отсутствие нейтрофильной и эозинофильной стадий лейкоцитоза, лейкопения, свидетельствующие о слабой иммунной сопротивляемости организма больных животных. Регистрируемые при этом более выраженные монолимфоцитозы отражают высокую степень интоксикации их организма продуктами метаболизма, воспаления и бактериальными токсинами. Низкий показатель индекса соотношения нейтрофилов и лимфоцитов (0,52 против 0,77) и высокий индекса соотношения лимфоцитов и эозинофилов (17,6 против 6,59) свидетельствуют, что развитие воспалительного процесса в половых органах происходит на фоне преобладания реакций гиперчувствительности замедленного типа.

В итоге следует заключить, что развитию воспалительного процесса в матке после родов сопутствует функциональная недостаточность щитовидной и половых желез, высокая интенсивность перекисного окисления липидов, повышенное образование оксида азота, пониженная мощность неферментативного звена антиоксидантной защиты, а также несбалансированные изменения в глутатионовом звене системы АОЗ. Нарушения в функциональной деятельности системы антиоксидантной защиты не обеспечивают адекватный контроль нарастания уровня активных форм кислорода, сдерживание чрезмерной активации процессов ПОЛ и накопление в организме их токсических продуктов, оказывающих повреждающее воздействие на мембраны и инактивирующих большинство мембраносвязанных и липидозависимых ферментов, что и является одной из причин метаболических нарушений в организме животных. Изменение эндокринных, прооксидантных и антиоксидантных ресурсов организма сопровождается снижением иммунологических факторов адаптации и развитием патологических процессов в органах системы репродукции, что вписывается в общую концепцию патогенеза акушерских патологий.

Такое заключение касается и развития гинекологических патологий (хронических патологий матки и яичников) у бесплодных животных. Показатели содержания в их крови МДА превосходили клинически здоровых животных на 8,2-57,0%, ГПО – на 17,1-48,9%, ГР – на 9,5-16,7%, СОД – на 5,4-55,6%, каталазы – на 24,3-33,6%, а витамина Е были ниже на 18,0-45,7%. О низком гормоносинтезирующем потенциале яичников и щитовидной железы свидетельствует пониженный уровень концентрации в крови прогестерона (ниже клинически здоровых животных в 2,4-14,5 раза), исключая лютеиновые кисты, тестостерона (ниже в 2,6-4,0 раза), эстрадиола (ниже на 19,7-34,3%), трийодтиронина (ниже на 20,9-62,5%). Колебания количественных показателей содержания в крови гормона надпочечных желез – кортизола были связаны с фазами стрессовых реакций.

Мы не исключаем, что развитие патологии яичников у животных связано не только с воздействием патогенов на эти органы, но и с развитием дисфункционального состояния гипоталамо-гипофизарной системы из-за низкого содержания в организме оксида азота (по нашим данным ниже здоровых в 2,57 раза), дефицит которого отрицательно сказывается как на генеративной функции половых желез (Gond P.T. et al., 2008), так и на гормоносинтезирующей функции гипоталамуса и гипофиза (Tamanini C. et al., 2003). Кроме того, недостаточная его генерация в организме животных может являться одной из причин возрастания интенсивности процессов свободнорадикального окисления, с которым следует связать и нарушение стероидогенеза.

Результаты наших исследований и данные литературы дают полное основание считать, что такой свободный радикал, как NO^·, является одним из компонентов многоуровневой системы гормональной регуляции репродуктивной функции млекопитающих и играет исключительную роль в патогенезе расстройств функциональной деятельности половых желез. В то же время мы не исключаем, что снижение продукции оксида азота у коров с патологией яичников может быть связано, в свою очередь, с низким уровнем концентрации в их организме половых стероидов.

Сдвиги в системе окислительного и гормонального гомеостазов в организме бесплодных коров сопровождались дисбалансом в обмене липидов, белков, минералов, витаминов, в клеточной системе иммунной защиты. Степень их выраженности зависела от характера поражений половых органов. При этом у всех животных отмечено пониженное содержание в крови жизненно необходимого биогенного элемента селена (ниже клинически здоровых животных на 20,9-26,0%), выполняющего функцию мощного антиокислителя и антиоксиданта, обладающего широким спектром биологического действия в составе селенопротеинов (Мойсеенок А.Г. с соавт., 2002; Ермаков В.В., 2006; Саноцкий И.В., 2006).

Таким образом, функциональная деятельность системы репродукции у животных во многом определяется активностью процессов как гормонопоэза, так и свободнорадикального окисления и иммуногенеза. Поэтому применение в клинической практике ветеринарного акушерства и гинекологии фармакологических средств и препаратов, влияющих на биосинтез стероидных, тиреоидных и пептидных гормонов, активность системы антиоксидантной защиты и системы оксида азота, следует считать перспективным и многообещающим в решении вопросов интенсификации воспроизводства животных.

Литература. 1. Абрамченко В.В. Перинатальная фармакология.- СПб.: Lognos, 1994.- 464 c. 2. Близнецова Г.Н. Оксидативный стресс и система оксида азота при постнатальной адаптации и развитии заболеваний у сельскохозяйственных животных: автореф. дисс. … д-ра биол. наук.- Воронеж, 2010.- 46 с. 3. Ермаков В.В. Селекор (диметилдипирозолилселенид). Биологическое действие.- М.: mageric, 2006.- С.198-203. 4. Зенков Н.К. с соавт. Оксидативный стресс. Биохимический и патофизиологический аспекты.- М.: МАИК Наука Интерпериодика, 2001.- 343 с. 5. Колчина А.Ф. Фетоплацентарная недостаточность и токсикозы беременных коров в техногенно-загрязненных регионах Урала и методы их профилактики: дисс.... д-ра. вет. наук.- Воронеж, 2000.- 231 с. 6. Мойсеенок А.Г. с соавт. Питание и обмен веществ. / Сб. науч. статей. -Гродно: Инст. биохимии НАН Беларуси, 2002. 7. Осин А.Я. // Лабораторное дело, 1987, № 6. 8. Рецкий М.И. Система антиоксидантной защиты животных при стрессе и его фармакологической регуляции: дисс. … д-ра биол. наук.- Воронеж, 1997.- 396 с. 9. Саноцкий И.В. Селекор (диметилдипирозолилселенид). Биологическое действие.- М.: mageric, 2006.- С.48-54. 10. Саноцкий И.В. Соединения селена и здоровье.- М., 2004. 11. Сидорова И.С. с соавт.// Акушерство и гинекология, 2007, № 3.- С.3-10. 12. Dekker G., Zecman G. // Clinic in Obstetrics and Gynecology, 1992, V.35, № 2.- P.317-337. 13. Dobashi K. et al. // j. Neurochem, 1997, V. 68, № 5.- P.1896-1903. 14. Gond P.T. et al.// The J. Biol. Chem., 2008, V. 264, № 23. 15. Huie R.E., Padmaja S.// Free Radic. Res. Commun, 1993, V. 18, № 4. - P.195-199. 16. Murphy M.P. // Biochem. j., 2009, V. 417, № 1.- P.1-13. 17. Steven E. et al.// j. of Veterinary Research, 1998,V. 1, № 4.- P.43-53. 18. Tamanini C. et al.//J. Anim. Sci., 2003, 81 (E. Suppl.), E1-T7. 19. Ulker S. et al. // Cardiovasc. Res., 2003, V. 59, № 2.- P.488-500.