Ключевые стресс-гормоны и свободнорадикальное окисление в крови крупного рогатого скота разного возраста

Полный текст

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.

Об авторах

И. П. Степанова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: makarova-yanina@mail.ru
Россия, Омск

Янина Станиславовна Макарова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: makarova-yanina@mail.ru

кандидат биологических наук, ассистент кафедры нормальной физиологии

Россия, Омск

В. В. Русаков

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: makarova-yanina@mail.ru
Россия, Омск

Л. И. Сукач

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: makarova-yanina@mail.ru
Россия, Омск

Список литературы

Дополнительные файлы