CC BY
30
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2017, том 52, № 6, с. 1184-1193
Репродуктивные технологии
УДК 636.11:591.1 doi: 10.15389^гоЬюк^у.2017.6.1184гш
РЕПРОДУКТИВНАЯ ФУНКЦИЯ ЖЕРЕБЦОВ ЧИСТОКРОВНОЙ АРАБСКОЙ ПОРОДЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭЛЕМЕНТНОГО СТАТУСА, ОЦЕНЕННОГО ПО СОСТАВУ ВОЛОСА ИЗ ГРИВЫ*
В.А. БАГИРОВ1, В.В. КАЛАШНИКОВ2, А.М. ЗАЙЦЕВ2, М.М. АТРОЩЕНКО2, С.А. МИРОШНИКОВ3, 4, О.А. ЗАВЬЯЛОВ3, А.Н. ФРОЛОВ3
В современном животноводстве наряду с совершенствованием репродуктивных технологий все более актуальным становится восстановление естественной фертильности животных, в особенности племенных производителей. Известно, что репродуктивная функция — одна из наиболее чувствительных к воздействию условий окружающей среды. Важную группу экофизиологиче-ских факторов, определяющих морфофункциональные характеристики репродуктивной системы, составляют химические элементы. Среди элементов, влияющих на качественные характеристики спермы, можно выделить жизненно важные макроэлементы (№, К, Са, Mg и др.), микроэлементы ^п, Си, Мп, Со, Se), а также токсичные элементы (РЬ, СЯ, Щ и др.), содержание которых даже в небольшом количестве очень вредно и опасно. В настоящем исследовании, выполненном на жеребцах чистокровной арабской породы (п = 50), разводимых в условиях одной биогеохимической провинции (Терский племенной конный завод № 169, Ставропольский край, 2016-2017 годы), элементный статус оценивали по содержанию химических элементов в волосе из гривы. Биоматериалом также служила свежая и криоконсервированная сперма. Животные были распределены на группы в зависимости от количества отдельных элементов в волосах: до 25-го процентиля, в границах интервала 25-75-й процентиль, выше 75-го процентиля. Элементный состав волос определяли по 25 химическим элементам (А1, Ая, В, Са, СЯ, Со, Сг, Си, Fe, I, К, О, Mg, Мп, №, N1, Р, РЬ, Se, Si, Sn, Щ, Sг, V, Zn) методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии. Эякуляты оценивали по объему, концентрации, общему числу сперматозоидов и количеству сперматозоидов с прогрессивной подвижностью, выживаемости. Достоверность различий проверяли при помощи и-критерия Манна-Уитни. Увеличение среднестатистических значений содержания в волосах стронция до 4,19±0,12, селена — до 0,559±0,015, бора — до 21,55±1,14 мкг/г оказалось сопряжено со снижением объема фильтрата, количества и активности сперматозоидов. Активность и выживаемость сперматозоидов после оттаивания находилась в обратной зависимости от размера обменного пула свинца и олова в организме жеребцов. При увеличении количества этих элементов в волосе до 0,806±0,206 и 0,051±0,008 мкг/г активность сперматозоидов после оттаивания снижалась на 3,8-7,7 %, выживаемость — на 26,4-29,5 %. Наибольшей активностью сперматозоидов характеризовались животные с низким (менее 25-го процентиля) содержанием в волосах меди, кремния и ванадия. Показатель выживаемости свежей спермы находился под влиянием количества ванадия и характеризовался наибольшей величиной в группах животных с низким содержанием этого элемента в волосе. Таким образом, элементный анализ волос из гривы жеребцов позволяет прогнозировать их воспроизводительную способность и своевременно профилактировать ее снижение.
Ключевые слова: лошадь, жеребец, арабская чистокровная порода, элементный статус, репродуктивная функция, качество спермы.
В настоящее время наряду с разработкой новых репродуктивных технологий в животноводстве ведется поиск методов восстановления естественной фертильности животных, в том числе лошадей. Среди причин, вызывающих нарушения репродуктивного здоровья, помимо эндогенных факторов (болезни родителей, инфекции, наследственные тенденции), значительное место занимают условия биогеохимической провинции и экологическая ситуация (1), а также обеспеченность животных минеральными веществами. Химические элементы представляют собой важную группу экофизиологических факторов, определяющих морфофункциональные характеристики репродуктивной системы (2-4).
Элементы, непосредственно влияющие на качественные характери-
* Образцы криоконсервированной спермы получены из Биоресурсной коллекции «Криобанк генетических ресурсов» ФГБНУ ВНИИ коневодства. Исследования проводились при поддержке Российского научного фонда (проект № 17-16-01109) и программы развития биоресурсных коллекций ФАНО России.
стики спермы, можно разделить на несколько групп: жизненно важные макроэлементы (Na, K, Ca, Mg и др.); микроэлементы, необходимые для нормального функционирования сперматозоидов (Zn, Cu, Mn, Co, Se) (5); токсичные элементы (Pb, Cd, Hg и др.), содержание которых даже в небольшом количестве чрезвычайно вредно и опасно (6-8).
Исследование спермы жеребцов перед случной кампанией не позволяет быстро и эффективно нивелировать отклонения в содержании отдельных химических элементов через оптимизацию питания животных. Кроме того, из-за относительной трудоемкости и травмоопасности взятия спермы предпочтение отдается заблаговременной оценке ее элементного статуса с использованием какого-либо другого биоматериала. Изучение элементного состава волос достаточно широко распространено в медицине (9). У животных этот неинвазивный метод позволяет комплексно оценить состояние здоровья, исключить причины патологии из-за интоксикации тяжелыми металлами, диагностировать нарушение в питании (10).
В своем исследовании мы впервые выявили связь содержания некоторых химических элементов в волосе из гривы жеребцов-производителей с показателями качества и криоустойчивости спермы. Установлена обратная зависимость между накоплением стронция, селена, бора и объемом эякулята, количеством и активностью сперматозоидов, а также между содержанием свинца, олова и активностью и выживаемостью сперматозоидов после оттаивания. Животные с низким содержанием меди, кремния и ванадия в волосе характеризовались наибольшей активностью сперматозоидов.
Нашей целью было изучение репродуктивной функции племенных жеребцов в зависимости от элементного статуса, оцененного по составу волоса из гривы.
Методика. Исследования выполняли в 2016-2017 годах на жеребцах арабской чистокровной породы с живой массой 410,5±25,3 кг в возрасте 4-5 лет (Терский племенной конный завод № 169, Ставропольский край). Обслуживание животных и экспериментальные исследования проводили в соответствии с инструкциями и рекомендациями Приказа Министерства здравоохранения СССР от 27 июля 1978 года № 701 «О внесении дополнений в приказ Министерства здравоохранения СССР от 12.08.77 № 755» и «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals» (National Academy Press, Washington, D.C. 1996). При выполнении работы были предприняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшить число используемых образцов. Для исследований отбирали клинически здоровых жеребцов (n = 50). В качестве биоматериала использовали волос из гривы, свежую и криоконсервированную сперму. Образцы криоконсервированной спермы были получены из Биоресурсной коллекции «Криобанк генетических ресурсов» (ФГБНУ Всероссийский НИИ коневодства).
Для оценки воспроизводительные качества жеребцов в связи с величиной обменного пула химических элементов, содержание которых определяли в волосах из гривы, животных разделили на группы в зависимости от количества элементов в волосах: до 25-го процентиля, в границах 25-75-го процентиля, выше 75-го процентиля. Выбор процентильных интервалов основывался на ранее выполненных работах на биосубстратах человека, где была выделена физиологическая норма в популяции — от 25-го до 75-го процентиля (11). В потребляемом суточном рационе подопытных животных в 2-месячный период, предшествующий отбору образцов, содержалось Ca — 75,3 г, P — 52,8 г, Mg — 14,3 г, Fe — 1211,8 мг, Cu — 128,1 мг, Co — 7,2 мг, Mn — 604 мг, I — 7,4 мг.
Элементный состав анализировали с помощью атомно-эмиссион-
ной и масс-спектрометрии с возбуждением излучения в индуктивно связанной плазме (АЭС-ИСП и МС-ИСП). Озоление проводили с использованием микроволновой системы разложения SW4 («Berghof», Германия). Содержание 25 элементов (Al, As, B, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, I, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Se, Si, Sn, Hg, Sr, V, Zn) в полученной золе определяли на масс-спектрометре Elan 9000 («Perkin Elmer», США) и атомно-эмис-сионном спектрометре Optima 2000 V («Perkin Elmer», США).
Сперму получали от жеребцов на кобылу в охоте с помощью искусственной вагины (ВНИИ коневодства) с интервалом 48 ч (не менее 5 эяку-лятов от каждого животного). Показатели спермы первых двух эякулятов после периода полового покоя в обработке не использовали. Каждый эякулят первоначально оценивали по следующим показателям: объем, концентрация, общее количество сперматозоидов (total number sperm, TNS), общее количество сперматозоидов с прогрессивной подвижностью (total number of progressively motile sperm cells, TNS PM), выживаемость сперматозоидов при температуре 2-4 °С. Образцы разбавляли лактозо-хелато-цитратно-желточной (ЛХЦЖ) средой в объемном соотношении 1:3. Сперму замораживали в парах жидкого азота по технологии ВНИИ коневодства. Замороженную сперму хранили в жидком азоте при -196 °С. Оттаивание проводили на водяной бане при 40 °С в течение 60 с. После оттаивания крио-консервированной спермы определяли прогрессивную подвижность и выживаемость сперматозоидов при 2-4 °С.
Для проверки гипотезы о нормальности распределения других количественных признаков применяли критерий Шапиро-Уилка. Закон распределения исследуемых числовых показателей отличался от нормального, поэтому достоверность различий проверяли при помощи U-критерия Манна-Уитни. Во всех процедурах статистического анализа рассчитывали уровень значимости (Р), при этом критический уровень значимости принимался меньшим или равным 0,05. В таблицах приведены средние значения показателей (M) и их стандартные ошибки (±SEM). Для обработки данных использовали пакет прикладных программ Statistica 10.0 («StatSoft, Inc.», США).
Результаты. Сравнительная оценка состава волос из гривы жеребцов выявила значительные различия в количестве отдельных химических элементов у животных из разных групп (табл. 1).
1. Содержание химических элементов (мкг/г) в волосе из гривы жеребцов арабской чистокровной породы в зависимости от процентильного интервала
(M+SEM, Терский племенной конный завод № 169, Ставропольский край, 2016-2017 годы)
Элемент Í _L 1 i'U 1ЮПШН i'lni^puajl < 25 1 25-75 1 > 75
Макроэлементы
Ca 500,100±21,2400 839,000±44,9100*** 1223,000±61,0800***
K 275,100±16,0000 527,400±28,6000*** 1248,000±167,8000***
Mg 160,300±21,1200 372,300±22,2800*** 632,500±27,3900***
Na 94,560±4,2200 149,500±4,8800*** 286,100±38,5500***
P 249,200±55,3540 496,200±19,6000*** 765,300±29,7230***
Эс сенци альные микроэлементы
Co 0,010±0,0007 0,020±0,0010*** 0,079±0,0130***
Cr 0,043±0,0040 0,130±0,0140*** 0,514±0,1510**
Cu 4,760±0,1100 5,670±0,1250*** 7,800±0,5800***
Fe 25,630±1,8100 48,760±3,2900*** 168,200±24,7500***
I 0,018±0,0040 0,062±0,0060*** 0,232±0,0570**
Mn 0,555±0,0370 1,030±0,0630*** 3,830±0,5350***
Se 0,278±0,0130 0,395±0,0130*** 0,559±0,0150***
Zn 126,300±3,0800 146,900±2,4900*** 181,900±4,3200***
Условно эс сенци альные микроэлементы
B 1,540±0,1369 7,050±1,1200** 21,550± 1,1400***
Li 0,049±0,0060 0,118±0,0065*** 0,249±0,0270***
1186
N1 Si Sr V
А1
Ав
са
РЬ Sn
0,082±0,0030 0,123±0,0090***
2,900±0,3110 5,700±0,2850***
1,0600±0,1002 2,500±0,1780***
0,028±0,0030 0,072±0,0070***
Токсичные элементы
7,980±0,7580 24,150+2,2700*** 0,016±0,0007 0,024±0,0008***
0,002±0,0002 0,004±0,0003**
0,027±0,0010 0,061±0,0070
0,003±0,0001 0,009±0,0010**
Продолжение таблицы 1 0,441±0,0630*** 8,780±0,6660*** 4,190±0,1200*** 0,239±0,0270***
79,800± 13,4000* 0,058±0,0100** 0,010±0,0010** 0,806±0,2060* 0,051±0,0080**
Соответственно Р < 0,05; Р < 0,01; Р < 0,001 по отношению к группе с процентильным интерва-
лом < 25.
Сравнение объема эякулята после фильтрации, полученного от животных с разным содержанием химических элементов в волосе, выявило зависимость этого показателя от количества цинка, бора фосфора, свинца, селена и стронция (табл. 2).
2. Объем эякулята после фильтрации (мл) в группах жеребцов арабской чистокровной породы согласно процентильному интервалу по содержанию химических элементов в волосе из гривы (М+БЕМ, Терский племенной конный завод № 169, Ставропольский край, 2016-2017 годы)
*
Элемент
Процентильный интервал
< 25
25-75
> 75
Ав В Си
Fe Ц
Ш
Р
РЬ
Бе
Б1
Бп
Бг
V
Zn
30,51+6,730 51,40+17,690 35,99+11,830 38,72+9,910 45,56+12,820 46,00+8,610 61,97+6,950 25,77+3,790 53,69+6,520 28,19+5,000 40,67+12,770 58,71+6,120 38,73+9,910 28,74+3,560 Соответственно Р < 0,05;
36,84+21,260
35,62+20,250
38,30+7,990
34,13+8,060
37,34+13,810
30,61+3,010*
25,84+1,970**
32,06+4,070
35,33+5,100*
40,68+10,600
35,24+6,650
33,77+4,350**
32,75+8,370
32,76+4,230
43,25+23,240
25,90+9,760**
35,57+12,700
41,77+13,380
28,06+11,830
42,02+9,950
36,29+5,880**
55,57+6,040*
24,24+1,930**
38,27+13,600
37,17+18,070
22,54+1,290**
44,71+11,300
54,69+8,880*
Р < 0,01; Р < 0,001 по отношению к группе с процентильным интерва-
лом < 25.
*
Содержание в волосах химических элементов отражает их поступление из рациона (12) и в целом связано с величиной обменного пула в организме (13). Известна также тесная связь между элементным статусом жеребцов и их воспроизводительными качествами (14, 15), что, в свою очередь, определяется влиянием элементов на сперматогенез и качество спермы у млекопитающих (16-18).
Обнаруженное нами увеличение общего объема фильтрата на 66,990,3 % по мере роста содержания в волосе цинка в целом согласуется с проведенными ранее исследованиями (19) и объясняется тем, что цинк служит важным фактором нормального функционирования предстательной железы и половой системы в целом (20, 21). Физиологическая роль цинка, содержащегося в секрете предстательной железы, заключается в реализации механизмов разъединения головки и хвоста сперматозоида, а также способности хроматина к деконденсации. Цинк в семенной плазме стабилизирует клеточную мембрану и ядерный хроматин сперматозоидов (22, 23). Этот элемент также играет важную регуляторную роль в процессе конденсации и реакции акросомы (24). Вместе с тем сложно объяснить значительное (почти в 2 раза) снижение объема эякулята на фоне увеличения содержания бора. Ранее никаких негативных последствий по объему и составу спермы, полученной на фоне увеличения дозы бора в питании,
не выявляли (25).
Было обнаружено снижение объема эякулята при увеличении количества условно эссенциального элемента стронция в волосе. По мере увеличения содержания Sr от минимального к максимальному в процен-тильных интервалах 25-75 и > 75 происходило достоверное снижение объема эякулята соответственно на 73,9 (Р < 0,01) и 49,2 % (Р < 0,001). Сходную закономерность отмечали по влиянию стронция на показатель TNS, что в целом может указывать на негативное воздействие этого элемента на воспроизводительную способность жеребцов. Однако сложно интерпретировать полученные данные без сведений о физиологической норме стронция как компонента элементного статуса. Возможно, для всей сформированной нами популяции характерен повышенный пул этого элемента. Между тем, стронций способен проявлять уникальные свойства по активации ооцитов с последующим стимулированием их развития до 8-клеточ-ной стадии или стадии бластоцисты (26-28), что может быть использовано для повышения оплодотворяющей способности сперматозоидов и, как следствие, эффективного снижения объема разовой дозы.
Для свинца, напротив, установлено увеличение объема фильтрата на 115,6-73,3 % (Р < 0,05) по мере роста его количества в волосе. В целом высокий обменный пул свинца сопряжен с развитием бесплодия, вызванного индукцией спонтанной преждевременной реакции акросомы, а повышение концентрации этого элемента в семенной плазме может отрицательно повлиять на показатели оплодотворения in vitro (29).
Необходимо отметить, что понятие физиологической нормы применимо только в отношении эссенциальных и макроэлементам, но не токсичных элементов. Физиологическая норма лежит в пределах 25-75-го процентилей, а значения ниже и выше указанного процентильного интервала для жизненно необходимых элементов можно рассматривать как отклонения от нормы. Несмотря на то, что минимальные значения объема эякулята (25,84 мл) отмечались в группе с содержанием фосфора, соответствующим физиологической норме (25-75-й процентили), концентрация сперматозоидов в свежей сперме здесь была максимальной (268,2 млн/мл).
3. Качественные показатели разбавленной спермы в группах жеребцов арабской чистокровной породы согласно процентильному интервалу по содержанию химических элементов в волосе из гривы (M±SEM, Терский племенной конный завод № 169, Ставропольский край, 2016-2017 годы)
Процентильный интервал
Элемент < 25 25-75 > 75
А В А | В А В
50,57±8,630 128,2±38,14
47,34±6,250 129,4±14,63
53,38±2,410 131,9±19,47
52,14±6,120 145,4±6,56
50,71±10,530 130,2±25,28
49,57±9,620 126,8±15,79
46,57±5,560 125,1±13,60
50,33±7,850 135,3±14,04
45,28±7,400 128,5±20,45
54,95±2,950 124,9±35,05
48,71±8,130 131,9±13,90
48,00±5,650 133,7±7,56
52,14±2,310 145,4±6,56
_ 51,95±7,340 133,8±15,39
Примечание. А — активность, %; В —
*, ** Соответственно Р < 0,05; Р < 0,01; лом < 25.
As
B
Cu
Fe
Li
Na
P
Pb
Se
Si
Sn
Sr
V
Zn
47,97±7 48,71±9 46,80±2 47,78±8 47,18±6 48,20±7 49,38±9 49,95±1 49,69±8 47,89±1 49,00±5 48,22±8 48,38±2 48,16±6
,930 450 160 690 420 690 140 460 580 ,570* ,810 300 070 570
121
127
128 115 120
124 127 126
125 131 130 120 118 125
8±28,67
9±32,52
8±29,51
1±18,33
9±33,24
4±13,85
9±22,52
1±11,35
9±30,29
5±28,99
5±16,70
5±13,44
5±8,45
,9±16,22
47,05±6,290
48,57±4,030
46,63±1,740*
45,70±5,130
48,48±6,980
47,42±5,680
47,91±5,740
43,14±2,400
48,52±4,850
42,71±2,060**
46,87±10,230
48,95±8,500
44,49±2,490*
45,14±5,550
132,7±16,49 120,1±30,24 115,7±32,62 131,5±4,78 134,3±16,61 130,0± 17,20 124,2±21,50 123,4±16,56 125,1±33,04 116,9±17,23 114,3±23,03 131,7±13,65 124,3±6,24* 120,0±16,00
выживаемость, ч.
Р < 0,001 по отношению к группе с процентильным интерва-
Наибольшей активностью сперматозоидов характеризовались животные с низким содержанием меди, кремния и ванадия в волосе (табл. 3).
Превышение относительно жеребцов с большим (> 75-го процентиля) и средним (25-75-й процентили) количеством этих химических элементов составляло соответственно 6,8 (Р < 0,05) и 6,6 % для меди, 12,3 (Р < 0,01) и 7,1 % (Р < 0,05) — для кремния, 7,3 (Р < 0,05) и 3,7 % — для ванадия. В ряде исследований обнаружена обратная связь между высоким содержанием меди и качеством спермы (30, 31). Обменный пул меди также тесно связан с активностью медьсодержащих ферментов (32).
Показатель выживаемости разбавленной спермы при температуре хранения 2-4 °С зависел от количества ванадия и был наибольшим в группах животных с низким (< 25-го процентиля) содержанием этого элемента — соответственно на 17,0 (Р < 0,05) и 22,7 % выше, чем в группах с высоким и средним количеством ванадия в волосе.
Выявлены неординарные, на первый взгляд, изменения в воспроизводительной способности жеребцов в зависимости от величины обменного пула селена. В частности, по мере увеличения количества селена в волосе с 0,278±0,013 до 0,395±0,013 и 0,559±0,015 мкг/г содержание сперматозоидов в эякуляте уменьшалось на 39,2 (Р < 0,05) и 18,1 % (Р < 0,05). Отмечалось снижение активности сперматозоидов. Известно, что селеновая недостаточность крайне негативно отражается на воспроизводительной способности животных (33). В соответствии с этим при увеличении обеспеченности жеребцов Se следовало ожидать улучшения качества спермы. Однако информация о нормах содержания этого элемента в волосе из гривы отсутствует. Возможно, рассматриваемые нами границы превышали физиологическую норму. В то же время есть данные, демонстрирующие неоднозначное влияние добавок селена на воспроизводительные качества (34, 35). В некоторых исследованиях селеновые добавки не изменяли количество и качество спермы (36). Мы обнаружили снижение числа активных сперматозоидов в эякуляте на фоне роста содержания селена в волосе. Аналогичный результат был получен для бора, лития и стронция (табл. 4).
4. Количество сперматозоидов (мрд) в эякуляте в группах жеребцов арабской чистокровной породы согласно процентильному интервалу по содержанию химических элементов в волосе из гривы (M+SEM, Терский племенной конный завод № 169, Ставропольский край, 2016-2017 годы)
Процентильный интервал
Элемент < 25 25-75 > 75
TNS 1 TNS PM TNS 1 TNS PM TNS 1 TNS PM
As 6,83±2,540 3,60±1,570 7,88±3,550 3,82±1,960 9,14±2,350* 4,26±1,030
B 9,75±2,750 4,66±1,720 8,08±3,210 3,98±1,660 5,97±1,890* 2,93±1,070*
Cu 8,13±2,940 4,36±2,170 8,13± 1,810 3,84±1,490 7,48±2,040 3,50±1,410
Fe 8,72±1,970 4,51±0,890 7,02±3,040 3,41±1,620 9,28±2,640 4,30±1,040
Li 9,58±0,240 4,72±0,630 7,41±3,770 3,59±0,520 7,58±1,760 3,69±0,400*
Na 9,81±2,260 4,76±1,080 7,19±2,210 3,58± 1,870 7,81±2,990 3,67±1,350
P 9,53±0,920 4,36±0,900 6,78±0,710* 3,44±1,620 8,98±3,570 4,36±2,090
Pb 5,98±2,110 3,33±2,340 7,31±1,620 3,68±1,460 10,63± 1,910 4,68±1,750
Se 10,5±0,970 4,78±0,630 7,54±0,830* 3,83±0,450 6,38±0,500** 3,11±0,310*
Si 6,81±1,360 3,78±1,040 8,82±2,410 4,27±1,860 7,33±2,290 3,17±1,470
Sn 7,21±2,650 3,60±1,840 8,25±1,930 4,09±1,740 8,16±2,030 3,77±1,370
Sr 10,79±0,870 5,24±0,590 7,75±0,690* 3,71±0,350* 5,64±0,900** 2,91±0,580*
V 8,72±1,970 4,51±0,900 6,74±1,930 3,34±1,640 9,88±2,300 4,43±1,930
_Zn_ 7,45± 1,780 3,83± 1,030 7,74±1,520 3,83±1,990 9,01±2,120 4,07±1,410
Примечание. TNS — общее число сперматозоидов, TNS PM — общее число сперматозоидов с прогрессивной подвижностью.
*, ** Соответственно Р < 0,05; Р < 0,01; Р < 0,001 по отношению к группе с процентильным интервалом < 25.
Детальный анализ качества криоконсервированной спермы в зависимости от количества химических элементов в волосе из гривы выявил зависимость выживаемости и активности спермы только от содержания свинца и олова. В частности, при максимальном повышении количества
свинца в волосе наблюдалось уменьшение активности сперматозоидов после оттаивания с 27,66 до 20,00 % (Р < 0,05) (табл. 5). Аналогичное снижение выживаемости сперматозоидов после оттаивания с 78,4 до 48,9 ч (Р < 0,05) отмечали при высоком содержании олова (сравнение процен-тильных интервалов > 75 и < 25).
5. Качественные показатели размороженной спермы в группах жеребцов арабской чистокровной породы согласно процентильному интервалу по содержанию химических элементов в волосе из гривы (Ж±$ЕМ, Терский племенной конный завод № 169, Ставропольский край, 2016-2017 годы)
Процентильный интервал
Элемент < 25 25-75 > 75
А 1 В А | В А В
As 23,57±5,160 67,1± 13,00 23,07±5,630 64,6± 14,55 23,37±2,720 77,8± 17,05
B 22,85±3,020 69,6± 14,20 24,09±5,730 71,1±55,99 21,95±7,720 62,9± 17,61
Cu 26,91±4,550 78,6± 17,69 22,74±5,720 67,8±32,84 20,78±5,400 61,1±14,00
Fe 26,00±5,250 76,5± 14,66 22,06±5,290 63,3±16,63 23,17±2,570 72,8± 16,35
Li 26,42±5,390 70,3± 17,21 22,27±6,750 68,4± 15,6 22,28±3,450 68,1±11,66
Na 26,50±6,530 73,3± 17,62 21,97±8,580 68,7± 11,47 22,85±3,800 64,5± 11,95
P 23,92±2,970 67,7± 15,67 24,37±3,710 70,7± 15,75 20,28±4,150 65,8± 10,35
Pb 27,66±3,180 67,5±25,23 23,79±2,040 72,8±33,28 20,00± 1,780* 58,3±21,27
Se 21,00±5,710 68,1±15,14 25,16±4,570 71,7± 11,41 21,51±5,440 63,1± 14,30
Si 26,41±5,980 70,5± 12,63 23,20±7,290 74,0± 12,04 20,31±5,240 55,9± 19,09
Sn 26,14±4,220 78,4±7,18 23,42±6,810 75,3±8,56 20,52±11,560 48,9±9,55*
Sr 23,57±2,570 75,4±14,24 22,51±5,700 64,4± 16,05 24,62±4,040 71,5± 15,65
V 26,00±5,250 76,1± 14,66 23,07±6,760 66,2± 14,98 21,00±5,410 66,6± 14,79
Zn 26,8±5,630 74,5± 18,15 22,76±6,320 68,8±20,68 20,85±6,260 63,0±23,24
Примечание. А — активность, %; В — выживаемость, ч.
* Р < 0,05 по отношению к группе с процентильным интервалом < 25.
В настоящее время накоплен обширный материал о влиянии токсических элементов на качество спермы и воспроизводительную способность. Причем действие токсических элементов множественное и выражается в снижении концентрации сперматозоидов (37) и подавлении их подвижности (38). Установлены значительные отрицательные корреляции между концентрацией свинца в сперме, активностью (r = -0,65; P < 0,001) и выживаемостью (r = -0,62; P < 0,001) сперматозоидов (39).
Таким образом, элементный анализ волоса из гривы может быть использован для выявления сниженной воспроизводительной способности жеребцов. Увеличение содержания стронция до 4,19±0,12, селена — до
0.559±0,015, бора — до 21,55±1,14 мкг/г в волосе сопряжено со снижением объема эякулята, числа и активности сперматозоидов. Активность и выживаемость сперматозоидов жеребцов после замораживания находится в обратной зависимости от количества свинца и олова в организме. При увеличении содержания олова в волосе до 0,806±0,206 мкг/г наблюдается снижение прогрессивной подвижности сперматозоидов после оттаивания с 27,66±3,18 до 20,00±1,78 % (в среднем на 7,7 %). При росте количества свинца в волосе до 0,051±0,008 мкг/г выживаемость сперматозоидов после оттаивания снижается на 29,5 ч (на 37,6 %). Наибольшей активностью сперматозоидов характеризовались животные с низким (менее 25-го про-центиля) содержанием меди, кремния и ванадия в волосе. Показатель выживаемости свежей спермы был связан с количеством ванадия в волосе и был наибольшим в группах животных с низким содержанием этого элемента. Дальнейшая работа предполагает определение референтных и про-центильных интервалов для содержания химических элементов в волосе из гривы лошадей в связи с пулом этих элементов в организме.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нотова С.В., Мирошников С.А., Болодурина И.П., Дидикина Е.В.
Необходимость учета региональных особенностей в моделировании процессов межэлементных взаимодействий в организме человека. Вестник Оренбургского государственного университета, 2006, 52: 59-63.
2. Bertelsmann H., Keppler S., H оltershinken M., Bollwein H., Beh-n e D., Alb e r D., B uk a l i s G., Kyriakopoulos A., Sieme H. Selenium in blood, semen, seminal plasma and spermatozoa of stallions and its relationship to sperm quality. Re-prod. Fert. Develop., 2010, 22(5): 886-891 (doi: 10.1071/RD10032).
3. Nenkova G., Petrov L., Alexandrova A. Role of trace elements for oxidative status and quality of human sperm. Balkan. Med. J., 2017, 34(4): 343-348 (doi: 10.4274/balkanmedj.2016.0147).
4. Hashemi M.M., Behnampour N., Nejabat M., Tabandeh A., Ghazi-Moghaddam B., Joshaghani H.R. Impact of seminal plasma trace elements on human sperm motility parameters. Rom. J. Intern. Med., 2017, 28 (doi: 10.1515/rjim-2017-0034).
5. Ho ff m a n D.J., F r a ns o n J.C., P at t e e O.H., B u nck C.M., Anderson A. Survival, growth and accumulation of ingested lead in nestling american kestrels (Falco sparverius). Arch. Environ. Contam. Toxicol., 1985, 14: 89-94 (doi: 10.1007/BF01055766).
6. Underwood E.J. Trace elements in human and animal nutrition. Academic Press, NY, 1977 (ISBN 0-12-709065-7).
7. F e r g u s s o n J.E. The heavy elements: chemistry, environmental impacts and health effects. Pergamon Press, Oxford, 1990.
8. Mass a nyi P., Trandzik J., Nad P., Korenekov a B., Skalisk M., Toman R., Lukac N., Halo M., Stra z ak P. Concentration of copper, iron, zinc, cadmium, lead, and nickel in bull and ram semen and relation to the occurrence of pathological spermatozoa. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 2004, 39(11-12): 3005-3014.
9. Скальный А.В. Микроэлементозы человека: гигиеническая диагностика и коррекция. Микроэлементы в медицине, 2000, 1(1): 2-8.
10. О б ер ли с Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПб, 2008
11. Скальная M.r., Демидов В.А., Скальный A^. О пределах физиологического (нормального) содержания Ca, Mg, P, Fe, Zn и Cu в волосах человека. Микроэлементы в медицине, 2003, 4(2): 5-10.
12. Chojnacka K., Zielinska A., Michalak I., Gуrecki H. The effect of dietary habits on mineral composition of human scalp hair. Environ. Toxicol. Phar., 2010, 30(2): 18894 (doi: 10.1016/j.etap.2010.06.002).
13. Miroshnikov S.A., Lebedev S.V., Duskaev G.K., Kvan O.V., Sheida E.V., Alijano va I., Rakhmatullin S.G. Value of wool composition in assessing the pool of chemical elements in rabbits and rats. Biology and Medicine (Aligarh), 2015, 7(4): 1-6.
14. Ghallab S.M., Shahat A.M., Fadl A.M., Ayoub M.M., Moawad A.R. Impact of supplementation of semen extender with antioxidants on the quality of chilled or cryopreserved Arabian stallion spermatozoa. Cryobiology, 2017, 79: 14-20 (doi: 10.1016/j.cryobiol.2017.10.001).
15. C o nt ri A., D e Ami c is I., M o li na ri A., F aus ti ni M., G ra m e nz i A., R o b -be D., Carluccio A. Effect of dietary antioxidant supplementation on fresh semen quality in stallion. Theriogenology, 2011, 75(7): 1319-1326 (doi: 10.1016/j.theriogenology.2010.12.003).
16. Hamameh S., Gatti J-L. Role of the ionic environment and internal pH on sperm activity. Hum. Reprod., 1998, 13(4): 20-30 (doi: 10.1093/humrep/13.suppl_4.20).
17. Chi a S.E., Ong C.N., Chua L.H., Ho L.M., Tay S.K. Comparison of zinc concentrations in blood and seminal plasma and the various sperm parameters between fertile and infertile men. J. Androl., 2000, 21: 53-57.
18. Massanyi P., Trandzik J., Nad P., Toman R., Skalick M., Kornekov B. Seminal concentrations of trace elements in various animals and their correlations. Asian J. An-drol., 2003, 5: 101-104.
19. Wong W.Y., Flik G., Groenen P.M., Swinkels D.W., Thomas C.M., Copi-us-Peereboom J.H., M e rk u s H.M., Steegers-Theunissen R.P. The impact of calcium, magnesium, zinc, and copper in blood and seminal plasma on semen parameters in men. Reprod. Toxicol., 2001, 15(2): 131-136 (doi: 10.1016/S0890-6238(01)00113-7).
20. Cigankova V., Mesaros P., Bires J., Ledecky V., Ciganek J., Tomajkova E. Morphological structure of the testes in stallion at zinc deficiency. Slovak. Vet. J., 1998, 23: 97-100.
21. Eskenazi B., Kidd S.A., Marks A.R., Sloter E., Block G., Wyrobek A.J. Antioxidant intake is associated with semen quality in healthy men. Hum. Reprod., 2005, 20: 1006-1012 (doi: 10.1093/humrep/deh725).
22. C h v a p i l M. New aspects in biological role of zinc. A stabilizer of macromolecules and biological membrane. Life Sci., 1973, 13: 1041-1049.
23. K v i s t U. Sperm nuclear chromatin decondensation ability. An in vitro study on ejaculated human spermatozoa. Acta Physiol. Scand., 1980, 486: 1-24.
24. Riffo M., Leiva S., Astudillo J. Effect of zinc on human sperm motility and acro-some reaction. International Journal of Andrology, 1992, 15: 229-237 (doi: 10.1111/j.1365-
2605.1992.tb01343.x).
25. Korkmaz M., Yenig й n M., Bakirdere S., Ataman O.Y., Keskin S., M й ez-zino glu T., Lekili M. Effects of chronic boron exposure on semen profile. Biol. Trace Elem. Res., 2011, 143(2): 738-750 (doi: 10.1007/s12011-010-8928-2).
26. Cibelli J.B., Kiessling A.A., Cunniff K., Richards C., Lanza R.P., West M.D. Somatic cell nuclear transfer in humans: Pronuclear and early embryonic development. e-biomed: The Journal of Regenerative Medicine, 2001, 2(5): 25-31 (doi: 10.1089/152489001753262168).
27. Lin H., Lei J., Wininger D., Nguyen M.T., Khanna R., Hartmann C., Yan W.L., Huang S.C. Multilineage potential of homozygous stem cells derived from metaphase II oocytes. Stem Cells, 2003, 21: 152-161 (doi: 10.1634/stemcells.21-2-152).
28. Paffoni A., Brevini T.A., Somigliana E., Restelli L., Gandolfi F., Ragni G. In vitro development of human oocytes after parthenogenetic activation or intracytoplasmic sperm injection. Fertil. Steril., 2007, 87: 77-82 (doi: 10.1016/j.fertnstert.2006.05.063).
29. Benoff S., Centola G.M., Millan C., Napolitano B., Marmar J.L., Hurl e y I.R. Increased seminal plasma lead levels adversely affect the fertility potential of sperm in IVF. Hum. Reprod., 2003, 18: 374-383 (doi: 10.1093/humrep/deg020).
30. H u a n g Y.L., T s e n g W.S., C h e n g S.Y., L i n T.H. Trace elements and lipid peroxi-dation in human seminal plasma. Biol. Trace Elem. Res., 2000, 76: 207-215 (doi: 10.1385/BTER:76:3:207).
31. Skandhan K.P. Review on copper in male reproduction and contraception. Rev. Fr. Gyne-col. Obstet., 1992, 87: 594-598.
32. Abdul Rasheed O.F. Association between seminal plasma copper and magnesium levels with oxidative stress in Iraqi infertile men. Oman Med. J., 2010, 25: 168-172 (doi: 10.5001/omj.2010.51).
33. Agarwal A., Sekhon L.H. Oxidative stress and antioxidants for idiopathic oligoasthe-noteratospermia: is it justified? Indian J. Urol., 2011, 27: 74-85 (doi: 10.4103/0970-1591.78437).
34. Lоpez A., Rijsselaere T., Van Soom A., Leroy J.L., De Clercq J.B., Bols P.E., Maes D. Effect of organic selenium in the diet on sperm quality of boars. Reprod. Domest. Anim., 2010, 45(6): e297-e305 (doi: 10.1111/j.1439-0531.2009.01560.x).
35. Lovercamp K.W., Stewart K.R., Lin X., Flowers W.L. Effect of dietary selenium on boar sperm quality. Anim. Reprod. Sci., 2013, 138: 268-275 (doi: 10.1016/j.anireprosci.2013.02.016).
36. Kirchhoff K.T., Failing K., Goericke-Pesch S. Effect of dietary vitamin E and selenium supplementation on semen quality in Cairn Terriers with normospermia. Reprod. Domest. Anim., 2017, 52(6): 945-952 (doi: 10.1111/rda.13000).
37. Pant N., Upadhyay G., Pandey S., Mathur N., Saxena D K., Srivasta-v a S.P. Lead and cadmium concentration in the seminal plasma of men in the general population: correlation with sperm quality. Reprod. Toxicol., 2003, 17: 447-450 (doi: 10.1016/S0890-6238(03)00036-4).
38. Battersby S., Chandler J.A., Morton M.S. Toxicity and uptake of heavy metals by human spermatozoa. Fertil. Steril., 1982, 37: 230-235.
39. Taha E.A., Sayed S.K., Ghandour N.M., Mahran A.M., Sal eh M.A., Am i n M.M., S h a m l o u l R. Correlation between seminal lead and cadmium and seminal parameters in idiopathic oligoasthenozoospermic males. Cent. European J. Urol., 2013, 66(1): 84-92 (doi: 10.5173/ceju.2013.01.art28).
1ФГБНУ Федеральный научный центр Поступила в редакцию
животноводства — ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста, 29 сентября 2017 года 142132 Россия, Московская обл., г.о. Подольск, пос. Дубровицы, 60, e-mail: [email protected];
2ФГБНУ Всероссийский НИИ коневодства,
391105 Россия, Рязанская обл., Рыбновский р-н, пос. Дивово,
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected];
3ФГБНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства,
460000 Россия, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29,
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected];
4ФГБОУ ВО Оренбургский государственный университет,
460018 Россия, г. Оренбург, просп. Победы, 13
Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2017, V. 52, № 6, pp. 1184-1193
REPRODUCTIVE FUNCTION IN PUREBRED ARABIAN STALLIONS AS RELATED TO THE LEVELS OF CHEMICAL ELEMENTS IN MANE
HAIR SAMPLES
V.A. Bagirov1, V. V. Kalaschnikov2, A.M. Zaitsev2, M.M. Atroshchenko2, S.A Miroshnikov3, 4,
O.A. Zavialov3, A.N. Frolov3
1L.K. Ernst Federal Science Center for Animal Husbandry, Federal Agency of Scientific Organizations, 60, pos. Dubrovitsy, Podolsk District, Moscow Province, 142132 Russia, e-mail [email protected]; 2All-Russian Research Institute for Horse Breeding, Federal Agency of Scientific Organizations, pos. Divovo, Rybnovskii Region, Ryazan Province, 391105 Russia, e-mail [email protected], [email protected], [email protected] (corresponding authors);
3All-Russian Research Institute of Beef Cattle Breeding, Federal Agency of Scientific Organizations, 29, ul. 9 Yanvarya, Orenburg, 460000 Russia, e-mail [email protected], [email protected], [email protected]; 4Orenburg State University, 13, prosp. Pobedy, Orenburg, 460018 Russia ORCID:
Bagirov V.A. orcid.org/0000-0001-5398-8815 Kalaschnikov V.V. orcid.org/0000-0001-9845-1691
Zaitsev A.M. orcid.org/0000-0003-4260-602X Atroshchenko M.M. orcid.org/0000-0001-6023-0332
Miroshnikov S.A. orcid.org/0000-0002-5746-9569 Zavialov O.A. orcid.org/0000-0003-2033-3956
Frolov A.N orcid.org/0000-0003-4525-2554 The authors declare no conflict of interests Acknowledgements:
The samples of cryopreserved semen were got from Bioresource Collection «Cryobank of Genetic Resources», ARRIHB.
Supported financially by Russian Science Foundation (project № 17-16-01109) and the program of Federal Agency of Scientific Organizations for bio resource collections
Received September 29, 2017 doi: 10.15389/agrobiology.2017.6.1184eng
Abstract
In modern animal husbandry, along with the improvement of reproductive technologies, it is becoming increasingly important to restore the natural fertility of livestock, in particular breeding producers. Reproductive function is one of the most sensitive that reacts to changes in biogeochemi-cal and environmental parameters. In this regard, research aimed at studying effects of the level of chemical elements in the body on reproductive function in stallions is rather important. The parameters of sperm quality depending on the level of chemical elements in hair sampled from mane were studied. In this work we used biomaterial of purebred Arabian stallions (n = 50) of the same biogeo-chemical province. Reproductive qualities of stallions were evaluated in relation to the pool of chemical elements rated by concentration in the mane hair. All animals were grouped according to the levels of individual elements in hair (i.e. up to percentile 25, within the interval of percentiles 25-75 and above percentile 75). Also the quality of fresh and cryopreserved semen was estimated. Hair profiles was determined for 25 elements (Al, As, B, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, I, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb, Se, Si, Sn, Hg, Sr, V, Zn) by inductively coupled plasma atomic emission and mass spectrometry (ICP-AES and ICP-MS). Ejaculate was assessed for volume, concentration, total spermatozoa number, number of spermatozoa with progressive motility and semen viability. The validity of the differences was verified by Mann-Whitney U test. It has been found out that the mane hair analysis can be used to detect reduced fertility in stallions. Increase in average values of Sr to 4.19±0.12, Se to 0,559±0.015, B to 21.55±1.14 ^g/g in hair results in decrease in number and activity of sperm and filtrate volume. Activity and survival of stallion spermatozoa after thawing was in inverse correlation with Pb and Sn pool in the body, as determined by element level in the mane hair. With the increase in the concentration of these elements to 0,806±0206 and 0,051±0.008 mg/g, the sperm activity declines after thawing by 3.8-7.7 % and survival by 26.4-29.5 %, respectively. Animals with copper, silicon and vanadium in hair less than that of percentile 25, had the most active sperm. The survival rate of fresh sperm was associated with V concentration in hair being the highest in animals with low levels of this mineral. Thus, the assay of mane hair mineral profile can be used in monitoring for timely correction of stallions' fertility.
Keywords: purebred horses, Arabian breed, stallion, profiles of mineral elements in the horse hair, reproductive function, sperm quality.
Научные собрания
11-я МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО БИОИНФОРМАТИКЕ РЕГУЛЯЦИИ И СТРУКТУРЫ ГЕНОМОВ И СИСТЕМНОЙ БИОЛОГИИ
Секции:
(20-25 августа 2018 года, г. Новосибирск)
Геномика, транскриптомика и биоинформатика Протеомика»
Системная компьютерная биология Эволюционная биоинформатика Биология развития Компьютерная фармакология Биоинформатика и системная биология растений
Контакты и информация: http://conf.bionet.nsc.ru/bgrssb2018/account-2/
