Key stress hormones and free radical oxidation in the blood of cattle of different ages
- Autores: Stepanova I.P.1, Makarova Y.S.1, Rusakov V.V.1, Sukach L.I.1
-
Afiliações:
- Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University", Ministry of Health of Russia
- Edição: Volume 2, Nº 2 (2022)
- Páginas: 2-8
- Seção: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2782-3024/article/view/623636
- ID: 623636
Citar
Texto integral
Resumo
Objective. Scientific substantiation of preventive measures aimed at minimizing the deleterious effects of stress factors requires the study of the processes of free-radical oxidation of biomolecules from the position of physiological mechanisms of stress-response development in the animal organism. The aim of the study was to investigate and correlate the indicators of pro- and antioxidant systems and the level of blood stress hormones (ACTH and cortisol) in cattle of different ages (1-, 3-, 6-, 9- and 12-month-old black-breed heifers) for correction of housing and operating conditions. Materials and methods. Scientific research was carried out on the basis of CJSC "Rassvet", Lyubinsky district, Omsk region, on five groups of clinically healthy black-breed heifers of 10 heads each, at the age of 1-, 3-, 6-, 9- and 12-months with similar body weight indices. The concentration of superoxide dismutase (SOD) of blood erythrocytes was determined by colorimetric method, glutathione reductase - by kinetic method using commercial reagents of "Randox" company (England) on automatic biochemical analyzer "Autolab" AMS PM4000 (manufacturer "LIVIA" Italy). The concentration of reduced glutathione of blood erythrocytes was determined by the reaction of glutathione with excess alloxan. The amount of malonic dialdehyde was determined by reaction with thiobarbituric acid. Quantitative determination of ACTH and cortisol levels in blood serum was carried out by solid-phase enzyme immunoassay (Biomerica ELISA test, USA) on an immunoenzyme analyzer "Elisys Quattro" (manufacturer Human GmbH Germany). Results. The study did not reveal an increase in the level of key stress hormones, although it can be noted that there is a tendency to a wave-like change in the level of ACTH. The concentration of serum cortisol of 1-, 3-, 6-, and 9-month-old heifers is approximately the same, increasing by the 12th month of postnatal life. The intensity of free-radical oxidation, estimated by the content of malonic dialdehyde in the studied age groups of animals is at the same level from the 1st to the 9th months. The concentration of glutathione (non-enzymatic link of antioxidant system) in erythrocytes of blood in 1- and 6-month-old animals is higher than in 3-, 9- and 12-month-old animals, the main indicators of the enzymatic link of antioxidant system - glutathione reductase and superoxide dismutase are at approximately the same level in the age range from the 1st to the 12th month. Conclusion. The obtained data indicate that the most vulnerable period for the action of stress factors is 3 and 6 months of age, when animals are transferred to new housing conditions, and up to 3 months of age the low level of free-radical oxidation is maintained mainly due to an increase in the concentration of glutathione reductase in the blood, and from 6 months of age a significant contribution is made by glutathione. For the first time the comparison of the indicators of antioxidant status of blood of cattle of different ages with the level of stress hormones (ACTH and cortisol) was carried out.
Texto integral
Введение
По мере роста и развития животного организма происходят определенные изменения всех жизненно важных реакций [1]. Перестройка нейрогуморальных регуляторных систем происходит в зависимости от природы и длительности действия стрессирующих факторов, возрастных, видовых и индивидуальных особенностей организма [2]. В постнатальном онтогенезе выделяют периоды напряжения физиологических адаптационных систем, в частности, перевод животных на новые условия содержания и кормления, что инициирует развитие стресс-реакции, а как следствие выброс стресс-гормонов гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы Стресс-реакция вызывает незамедлительное и заметное увеличение продукции адренокортикотропного гормона (АКТГ) передней долей гипофиза, приводящее к резкому увеличению секреции кортизола корой надпочечников. Кортизол, в свою очередь, инициирует серию метаболических эффектов, направленных на уменьшение повреждающего действия стрессора [3, 4].
При мобилизации функций органов и тканей, в частности, происходит интенсификация свободнорадикального окисления биополимеров и изменение функционального состояния антиоксидантной системы [5, 6]. Системы, участвующие в образовании свободных радикалов, в частности активных форм кислорода: супероксид-анион радикал, гидропероксидный радикал, гидроксильный радикал, синглетный кислород и пероксид водорода, условно объединяют в понятие «прооксидантная система» [7].
Активные формы кислорода, реагируя с полиненасыщенными жирными кислотами, не только повреждают их структурную и функциональную целостность, но и генерируют целый ряд жирно-кислотных радикалов, которые в последствии реагируют с другими липидами, протеинами и нуклеиновыми кислотами, запуская тем самым каскад переноса электронов, что, в конце концов, приводит к повреждению этих структур - от повышения проницаемости мембран до лизиса клетки [8, 9].
Актуальность данной проблемы повышается в связи с интенсификацией животноводства и увеличением стрессовой нагрузки, в то время как сведений об активности стресс-гормонов недостаточно, а данные об их взаимосвязи с функционированием про- и антиоксидантной систем крови крупного рогатого скота разного возраста отсутствуют. Целью исследования явилось изучение и корреляция показателей про- и антиоксидантной систем и уровня стресс-гормонов крови крупного рогатого скота разного возраста для коррекции условий содержания и эксплуатации. Впервые проведено сравнение показателей антиоксидантного статуса крови крупного рогатого скота разного возраста с уровнем стресс-гормонов (АКТГ и кортизол).
Материал и методы
Научные исследования проводились на базе ЗАО «Рассвет» Любинского района Омской области на пяти группах клинически здоровых телок черно-пестрой породы по 10 голов каждая, в возрасте 1-, 3-, 6-, 9- и 12-месяцев с аналогичными показателями массы тела. В период исследований животные находились в одинаковых условиях содержания и кормления. Кормление осуществлялось по принятым в хозяйстве рационам. Исследования крови проводились в лабораториях кафедр Омского государственного аграрного университета и Омской государственной медицинской академии.
Концентрация супероксиддисмутазы (СОД) эритроцитов крови определялась колориметрическим, глутатионредуктазы – кинетическим методом с помощью коммерческих реактивов фирмы «Randox» (Англия) на автоматическом биохимическом анализаторе «Autolab» AMS PM4000 (производитель «LIVIA» Италия). Концентрация восстановленного глутатиона эритроцитов крови определялась по реакции глутатиона с избытком аллоксана [10]. Определение количества малонового диальдегида проводилось по рекции с тиобарбитуровой кислотой [11].
Количественное определение уровня АКТГ и кортизола в сыворотке крови проводилось с помощью твердофазного иммуноферментного анализа (тест Biomerica ELISA, США) на иммуноферментном анализаторе «Elisys Quattro» (производитель Human GmbH Германия).
Для статистической обработки данных использовали непараметрические методы анализа (программа StatSoft STATISTICA for Windows 6.0). Статистический анализ данных производился с использованием параметрических и непараметрических критериев. Полученные результаты представлены как M – cреднее значение, S – cтандартное отклонение, Ме – медиана, Q1 – 25-ый процентиль, Q3 – 75-ый процентиль, min – минимальное значение, max – максимальное значение. Для выявления связи между количественными признаками определяли коэффициент ранговой корреляции Спирмена.
Результаты
Секреция глюкокортикоидов, в том числе кортизола, корой надпочечников зависит от уровня АКТГ, вырабатываемого кортикотропными клетками гипофиза.
Кортизол и АКТГ имеют разнообразные физиологические эффекты. Так, кортизол влияет на метаболизм углеводов, белков и жиров, вызывая повышение уровня глюкозы в крови, стимулируя образование углеводов из аминокислот, снижая синтез белков и увеличивая распад жиров. АКТГ ускоряет выработку стероидных гормонов и обеспечивает поддержание массы надпочечников на стационарном уровне [12].
В постнатальном онтогенезе выделяют переходные стадии, которые можно рассматривать как периоды «физиологического стресса» [4]. К таким периодам можно отнести 3-х и 6-ти месячный возраст животных, когда осуществляется их перевод на новые условия содержания.
По результатам исследования не выявлено значительного повышения уровня ключевых стресс-гормонов (АКТГ и кортизола), хотя наблюдается тенденция к волнообразному изменению уровня АКТГ. Высокая вариабельность значений этого показателя в 3-х месячном возрасте косвенно указывает на индивидуальные особенности реагирования животных на стресс-факторы (рис. 1).
Концентрация кортизола сыворотки крови 1-, 3-, 6-, 9-месячных телок примерно одинакова. К 12-му месяцу постнатальной жизни повышается (рис. 2).
Важно отметить, что уровень кортизола у взрослых животных зависит от физиологического состояния, так у коров он во многом определяется периодом стельности, что подтверждается исследованиями, проведенными в этом же хозяйстве на животных с аналогичной технологией содержания. Концентрация кортизола в крови телок в первые 9 месяцев постнатальной жизни сопоставима со значениями этого показателя у коров на 30-е сутки после отела [13].
Одним из основных продуктов перекисного окисления липидов является малоновый диальдегид (МДА), образующийся в результате обусловленного свободными радикалами разрыва полиненасыщенных жирных кислот [14].
Интенсивность свободнорадикального окисления, оцененная по содержанию малонового диальдегида в изучаемых возрастных группах животных находится на одном уровне с 1-го по 9-й месяцы (табл. 1).
Для предотвращения окислительной модификации липидов, белков, нуклеиновых кислот, в клетках имеется универсальная биологическая система естественной детоксикации – антиоксидантная система – комплекс реакций, встречающихся во всех живых организмах от растений до высших животных и человека [15].
Согласованное действие неферментативного (глутатион) и ферментативного (супероксиддисмутаза, глутатионредуктаза) звеньев антиоксидантной системы обеспечивает неспецифическую резистентность организма, его адаптивные возможности к воздействию разнообразных по своей природе патогенных факторов [16].
Концентрация глутатиона (неферментативное звено антиоксидантной системы) в эритроцитах крови у 1- и 6-месячных животных выше, чем у 3-, 9- и 12-месячных (табл. 1).
Основные показатели ферментативного звена антиоксидантной системы – глутатионредуктаза и супероксиддисмутаза находятся в возрастном диапазоне с 1-го по 12-й месяцы примерно на одном уровне (табл.1).
Таблица 1. Показатели стандартной формы тестирования про- и антиоксидантной систем крови телок разного возраста
Показатель | Группа телок, n = 10 | ||||
1 месяц | 3 месяца | 6 месяцев | 9 месяцев | 12 месяцев (контроль) | |
Малоновый диальдегид, ммоль /л | |||||
M | 0,29 | 0,28 | 0,24 | 0,31 | 0,21 |
S | 0,03 | 0,02 | 0,06 | 0,03 | 0,07 |
Ме | 0,29 | 0,29 | 0,25 | 0,31 | 0,23 |
Q1 | 0,27 | 0,26 | 0,18 | 0,27 | 0,21 |
Q3 | 0,30 | 0,30 | 0,28 | 0,33 | 0,24 |
min | 0,25 | 0,24 | 0,17 | 0,25 | 0,00 |
max | 0,35 | 0,31 | 0,33 | 0,38 | 0,27 |
Глутатион, ммоль /л | |||||
M | 0,49* | 0,20 | 0,90* | 0,15 | 0,20 |
S | 0,11 | 0,01 | 0,11 | 0,03 | 0,07 |
Ме | 0,50 | 0,20 | 0,90 | 0,15 | 0,20 |
Q1 | 0,40 | 0,19 | 0,82 | 0,14 | 0,19 |
Q3 | 0,50 | 0,20 | 1,02 | 0,16 | 0,23 |
min | 0,30 | 0,18 | 0,79 | 0,12 | 0,00 |
max | 0,70 | 0,24 | 1,14 | 0,25 | 0,27 |
Супероксиддисмутаза, у.е./мл эр. | |||||
M | 57,40 | 57,06 | 54,51 | 56,48 | 57,09 |
S | 8,82 | 30,95 | 13,42 | 11,40 | 36,29 |
Ме | 56,00 | 51,12 | 50,28 | 53,15 | 56,72 |
Q1 | 52,00 | 29,15 | 45,11 | 48,21 | 26,19 |
Q3 | 61,00 | 77,80 | 64,19 | 69,16 | 75,80 |
min | 44,00 | 25,12 | 38,01 | 42,05 | 18,95 |
max | 77,00 | 116,4 | 80,16 | 76,12 | 135,4 |
Глутатионредуктаза, ммоль/чл | |||||
M | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,03 | 0,03 |
S | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,01 |
Ме | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,03 | 0,03 |
Q1 | 0,04 | 0,04 | 0,03 | 0,02 | 0,02 |
Q3 | 0,06 | 0,06 | 0,05 | 0,04 | 0,04 |
min | 0,03 | 0,03 | 0,004 | 0,02 | 0,03 |
max | 0,07 | 0,07 | 0,10 | 0,06 | 0,05 |
Примечание: * – достоверность различий по сравнению с контролем (р< 0,05) | |||||
Рисунок 1. Содержание АКТГ в сыворотке крови телок разного возраста
Примечание: Меdian – медиана, 25% – 25-ый процентиль (Q1), 75% – 75-ый процентиль (Q3), Min – минимальное значение, Max – максимальное значение.
Полученные в ходе исследования данные свидетельствуют о том, что до 3-х месячного возраста низкий уровень свободнорадикального окисления поддерживается в основном за счет повышения концентрации в крови глутатионредуктазы, а с 6-ти месячного возраста значительный вклад вносит глутатион. В сравнение с взрослыми животными периода сухостоя и послеотельного периода содержание восстановленного глутатиона примерно одинаково со значениями этого показателя у 9-ти и 12-ти месячных телок [17].
Между уровнем изучаемых гормонов и показателями свободнорадикальных процессов выявлена положительная корреляция в парах: АКТГ – малоновый диальдегид (группа 3-месячных телок); кортизол – глутатион (группа 12-месячных телок); кортизол – глутатионредуктаза (группа 1, 6, 9-месячных телок) (табл. 2).
Таблица 2. Корреляция АКТГ и кортизола с показателями стандартной формы тестирования свободнорадикальных процессов крови телок разного возраста
Коэффициент корреляции Спирмена, rs | Группа телок, n = 10 | ||||
1 месяц | 3 месяца | 6 месяцев | 9 месяцев | 12 месяцев (контроль) | |
АКТГ – малоновый диальдегид | -0,242 | 0,732* | 0,607 | -0,309 | -0,428 |
АКТГ – глутатион | 0,327 | 0,347 | 0,522 | -0,342 | 0,398 |
АКТГ – СОД | -0,457 | -0,721* | -0,377 | -0,625 | -0,511 |
АКТГ – глутатионредуктаза | -0,271 | -0,622 | 0,427 | 0,528 | 0,115 |
Кортизол – малоновый диальдегид | -0,264 | -0,237 | -0,503 | -0,533 | 0,555 |
Кортизол – глутатион | -0,272 | -0,287 | -0,325 | -0,622 | 0,672* |
Кортизол – СОД | 0,273 | 0,386 | 0,055 | 0,081 | 0,167 |
Кортизол – глутатионредуктаза | 0,658* | 0,592 | 0,715* | 0,692* | -0,364 |
Примечание: * – значимость коэффициента корреляции (р < 0,05) | |||||
Рисунок 2. Содержание кортизола в сыворотке крови телок разного возраста
Примечание: Меdian – медиана, 25% – 25-ый процентиль (Q1), 75% – 75-ый процентиль (Q3), Min – минимальное значение, Max – максимальное значение.
Обсуждение
Знание механизмов и эффектов взаимодействия антиоксидантной системы с содержанием ключевых стресс-гормонов, позволяющих судить о переходе стресса из необходимого звена адаптации в неспецифический механизм патогенеза заболеваний предоставит возможность своевременно осуществлять научно-обоснованную корректировку условий содержания и кормления молодняка крупного рогатого скота.
Полученные результаты указывают на нестабильность прооксидантно-антиоксидантного равновесия в крови молодняка в период интенсивного роста, развития опорно-двигательного аппарата и органов пищеварительной системы.
В ходе исследования выявлено, что наиболее уязвимым периодом для действия стресс-факторов является 3-х месячный возраст, когда осуществляется перевод животных на новые условия кормления и содержания.
Заключение
Полученные данные свидетельствуют о том, что до 3-х месячного возраста низкий уровень свободнорадикального окисления поддерживается в основном за счет повышения концентрации в крови глутатионредуктазы, а с 6-ти месячного возраста значительный вклад вносит глутатион.
Sobre autores
I. Stepanova
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University", Ministry of Health of Russia
Email: makarova-yanina@mail.ru
Rússia, Omsk
Yaninа Makarova
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University", Ministry of Health of Russia
Autor responsável pela correspondência
Email: makarova-yanina@mail.ru
Candidate of Biological Sciences, Assistant at the Department of Normal Physiology
Rússia, OmskV. Rusakov
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University", Ministry of Health of Russia
Email: makarova-yanina@mail.ru
Rússia, Omsk
L. Sukach
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Omsk State Medical University", Ministry of Health of Russia
Email: makarova-yanina@mail.ru
Rússia, Omsk
Bibliografia
- Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты. Вестник РАМН. 1998, 7: 43-51.
- Vladimirov Ju.A. Svobodnye radikaly i antioksidanty. Vestnik RAMN. 1998, 7: 43-51. [In Russian].
- Галочкин, В.А., Галочкина В.П., Остренко К.С. Разработка теоретических основ и создание антистрессовых препаратов нового поколения для животноводства. С.-х. биология. 2009, 2: 43-46 (doi: 10.153105/agrobiology.2009.2.255rus, 10.153105/agrobiology.2009.2.255eng). Galochkin, V.A., Galochkina V.P., Ostrenko K.S. Razrabotka teoreticheskih osnov i sozdanie antistressovyh preparatov novogo pokolenija dlja zhivotnovodstva. S.-h. biologija. 2009, 2: 43-46 (doi: 10.153105/agrobiology.2009.2.255rus, 10.153105/agrobiology.2009.2.255eng). [In Russian].
- Кармалиев Р.Х. Биохимические процессы при свободнорадикальном окислении и антиоксидантной защите. Профилактика окислительного стресса у животных. С.-х. биология. 2002, 2: 19-28. Karmaliev R.H. Biohimicheskie processy pri svobodnoradikal'nom okislenii i antioksidantnoj zashhite. Profilaktika okislitel'nogo stressa u zhivotnyh. S.-h. biologija. 2002, 2: 19-28. [In Russian].
- Макарова Я.С., Степанова И.П. Про- и антиоксидантная системы крови крупного рогатого скота при различных физиологических состояниях. Зоотехния. 2010, 2: 21-22. Makarova Ja.S., Stepanova I.P. Pro- i antioksidantnaja sistemy krovi krupnogo rogatogo skota pri razlichnyh fiziologicheskih sostojanijah. Zootehnija. 2010, 2: 21-22. [In Russian].
- Меерсон Ф.З. Адаптационная медицина. Концепция долговременной адаптации. М., 1993. Meerson F.Z. Adaptacionnaja medicina. Koncepcija dolgovremennoj adaptacii. M., 1993. [In Russian].
- Мурадова, Л.В., Сиротина М.В. Уровень кортизола как показатель стрессового состояния животных. Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования. М., Академия наук о земле, 2008, 2: 78-80. Muradova, L.V., Sirotina M.V. Uroven' kortizola kak pokazatel' stressovogo sostojanija zhivotnyh. Trudy Mezhdunarodnogo Foruma po problemam nauki, tehniki i obrazovanija. M., Akademija nauk o zemle, 2008, 2: 78-80. [In Russian].
- Патюков А.Г., Степанова И.П., Макарова Я.С., Атавина О.В. Взаимосвязь содержания стресс-гормонов крови с показателями свободнорадикального окисления биомолекул у телок черно-пестрой породы. Зоотехния, 2012, 10: 21-22. Patjukov A.G., Stepanova I.P., Makarova Ja.S., Atavina O.V. Vzaimosvjaz' soderzhanija stress-gormonov krovi s pokazateljami svobodnoradikal'nogo okislenija biomolekul u telok cherno-pestroj porody. Zootehnija, 2012, 10: 21-22. [In Russian]. Патюков А.Г., Степанова И.П., Макарова Я.С., Мугак В.В. Содержание кортизола и адренокортикотропного гормона в крови крупного рогатого скота при разных физиологических состояниях. Зоотехния. 2014, 4: 28-29. Patjukov A.G., Stepanova I.P., Makarova Ja.S., Mugak V.V. Soderzhanie kortizola i adrenokortikotropnogo gormona v krovi krupnogo rogatogo skota pri raznyh fiziologicheskih sostojanijah. Zootehnija. 2014, 4: 28-29. [In Russian].
- Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты. В кн.: Современные методы в биохимии. М., Медицина, 1977, С. 66-68. Stal'naja I.D., Garishvili T.G. Metod opredelenija malonovogo dial'degida s pomoshh'ju tiobarbiturovoj kisloty. V kn.: Sovremennye metody v biohimii. M., Medicina, 1977, S. 66-68. [In Russian].
- Тиунов Л.А. Механизмы естественной детоксикации и антиоксидантной защиты. Вестник РАМН. 1995, 3: 9-12. Tiunov L.A. Mehanizmy estestvennoj detoksikacii i antioksidantnoj zashhity. Vestnik RAMN. 1995, 3: 9-12. [In Russian].
- Штутман Ц.М., Артюх В.П. Вплив вiтамiну Е й селену на включения глицину-2-C14 та формiату-C14 у глутатiон печiнки щурiв. Украинский биохимический журнал. 1970, 42 (6), C. 747-751. Shtutman C.M., Artjuh V.P. Vpliv vitaminu E j selenu na vkljuchenija glicinu-2-C14 ta formiatu-C14 u glutation pechinki shhuriv. Ukrainskij biohimicheskij zhurnal. 1970, 42 (6), C. 747-751.
- Bartosz, G. Total antioxidant capacityю Adv. Clin. Chem. 2013, 37: 219-292 (ISBN: 968-0-88330-566-9).
- Cohen S., Hamrick N. Stable individual differences in physiological response to stressors: implications for stress-elicited changes in immune related health // Brain, Behavior, and Immunity. 2003, 2: 407-414 (doi: 10.1258/ps/79.9.1311).
- Francis G. Higt density lipoproteinoxidation: in vitro susceptibility and potential in vivo consequences. Biochem. Biophys. Acta. 2011, 14: 217-235 (doi: 10.1111/j.1839-0291.2012.02083.x).
- Inanami O., Okada N., Sato N., Shiga A., Kuwabara M. Lipid peroxidation and antioxidant of sera in new born calves nanami. Mag. Res. Med. 1995, 6: 249-251 (doi: 10.1257/s00404-012-2660-6).
- Rose R.С., Bode A.M. Biology of free radical scavengers: an evaluation of ascorbate. J. FASEB. 1993, 7: 1135-1142 (doi: 10.1019/S1782731114000585).
- Young I.S. Measuriment of total antioxidant capacity. J. Clin. Pathol. 2001, 54 (5): 336 (doi: 10.1027/s00259-014-5646-2).
Arquivos suplementares
