Введение к работе
Актуальность работы. К настоящему времени все еще невелик объём наших знаний о факторах и механизмах регуляции функциональной активности молочной железы у жвачных животных, что затрудняет разработку эффективных способов стимуляции молочной продуктивности. Кровоснабжение молочной железы играет важную роль в деятельности этого органа. С током крови к молочной железе поступают предшественники составных частей молока, гормоны, кислород и удаляются продукты метаболизма. Однако исследованию кровоснабжения вымени и его взаимосвязи с процессом молокообразования посвящено крайне мало работ (Медведев, 1978; Тверской, 1992; Linzell, 1974; Peeters et al., 1979; Chaiyabutr et al., 1980; Davis and Collier, 1985; Prosser et al., 1996; Farr et al., 2000; Svennersten-Sjaunja Olsson, 2005; Lemosquet et al., 2009; Guinard-Flament et al., 2011). Многие важные вопросы гемодинамики вымени и его функциональной активности остаются еще не вполне ясными и нуждаются в дальнейшем экспериментальном исследовании. Так, далеко не полными являются существующие представления о гормональном контроле кровоснабжения молочной железы и синтезе компонентов молока, отсутствуют достаточно точные представления о роли иннервации молочной железы в регуляции её гемодинамики, не изучена роль кровоснабжения молочной железы в ауторегуляторных процессах, протекающих в этом органе. Недостаточно исследовано влияние факторов питания на гемодинамику вымени. Во многом не ясен характер связи между кровоснабжением молочной железы и процессом молокообразования.
Все еще очень мало известно о механизмах влияния состояния питания на функциональную активность молочной железы, так как крайне малочисленны исследования, в которых комплексно изучались критические факторы, определяющие процесс молокообразования - интенсивность кровоснабжения молочной железы, содержание субстратов в артериальной крови, поглощение предшественников компонентов молока органом, метаболическая активность секреторного эпителия в условиях вариации нутритивного статуса. Результаты исследований свидетельствуют о том, что биосинтетический потенциал клеток молочной железы используется не полностью (Bauman, Mackle, 1997; Griinari et al., 1997; Mackle, Bauman, 1998; Bauman 1998; Mackle et al., 2000; Mashek et al., 2001; Bequette et al., 2002; Jenkins and McGuire, 2006; Lemosquet et al., 2009). Необходимым условием для освоения этого резерва является лучшее понимание направленности и взаимосвязи сдвигов в кровотоке молочной железы и параметрах использования предшественников молока секреторным эпителием в ответ на изменения в поступлении субстратов.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ВНИИ физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных и поддержана грантами Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Калужской области (гранты № 02-04-96018; 02-04-96024; 04-04-97234; 07-04-96429).
Цель и задачи исследований. Целью работы явилось выявление и изучение закономерностей и механизмов регуляции кровоснабжения и функциональной активности молочной железы у жвачных животных, изыскание способов стимуляции молочной продуктивности.
Исследования были направлены на решение следующих задач:
- изучить влияние инсулина в условиях поддержания нормогликемии на кровоснабжение и функциональную активность молочной железы;
- изучить влияние рекомбинантного соматотропина на кровоток и молочную продуктивность;
- изучить влияние скармливания жвачным животным препарата рекомбинантного штамма лактобацилл с геном рилизинг-фактора соматотропного гормона на молочную продуктивность;
- исследовать роль иннервации вымени в регуляции кровоснабжения вымени;
- исследовать влияние процессов, протекающих в альвеолярном отделе вымени при его заполнении и опорожнении от молока, на кровоснабжение и секрецию молока;
- изучить влияние факторов питания на кровоснабжение и функциональную активность молочной железы;
- исследовать взаимосвязь между кровоснабжением вымени и молокообразованием в различных экспериментальных условиях;
- изучить взаимосвязь между содержанием основных предшественников компонентов молока в крови, поглощением их молочной железой, кровоснабжением органа и темпами биосинтеза компонентов молока;
- разработать способы стимуляции молочной продуктивности.
Научная новизна исследований. Выявлены новые аспекты в гормональной регуляции лактации у продуктивных жвачных животных (коров и коз). Установлено, что экзогенный инсулин в условиях поддержания нормогликемии повышает скорость молокообразования и выход молочного белка в результате стимуляции кровоснабжения молочной железы и поглощения аминокислот и глюкозы её секреторными клетками.
Установлено, что инъекции рекомбинантного соматотропина стимулируют молокообразование в результате увеличения кровоснабжения вымени, связанного как с уменьшением сосудистого сопротивления органа, так и с увеличением частоты сердечных сокращений. Получены данные, свидетельствующие, что экзогенный соматотропин стимулирует молокообразование в результате увеличения поступления к вымени предшественников молока, а не вследствие повышения эффективности их использования секреторным эпителием.
Впервые показано, что скармливание продуктивным жвачным животным препарата рекомбинантного штамма лактобацилл с геном рилизинг-фактора соматотропного гормона повышает молочную продуктивность и эффективность использования корма на синтез компонентов молока.
Установлено, что эфферентная иннервация вымени коровы оказывает постоянное сосудосуживающее воздействие на кровеносные сосуды этого органа.
Впервые получены данные, свидетельствующие, что дополнительная стимуляция механорецепторов сосков вымени во время машинного доения вызывает повышение его кровоснабжения, которое обусловлено расширением кровеносных сосудов вымени.
Обнаружен интрамаммарный механизм регуляции кровоснабжения вымени и молокообразования, эффекты которого определяются степенью опорожнения альвеолярного отдела. Показано, что в условиях прекращения периодического опорожнения альвеолярного отдела снижается эффективность использования предшественников компонентов молока секреторным эпителием.
Впервые установлено, что прием корма оказывает стимулирующее влияние на кровоснабжение вымени коров. Трехкратное кормление оказывает более выраженное стимулирующее влияние на кровоснабжение вымени в течение суток, по сравнению с двукратным. Выявлена циркадная ритмика кровоснабжения молочной железы.
Впервые установлено, что в ранней фазе адаптации к изменению уровня питания не сдвиги в уровне основных субстратов крови определяют интенсивность биосинтеза компонентов молока и кровоснабжения вымени, а изменения кровотока детерминируют процесс молокообразования и способствуют поддержанию субстратного баланса в организме.
Показано, что в условиях пониженного уровня питания функциональная активность молочной железы лимитируется доступностью глюкозы и не лимитируется доступностью аминокислот.
С помощью комплексного подхода к оценке функциональной активности молочной железы получены новые данные о влиянии дополнительного поступления в метаболический фонд жвачных высших жирных кислот, ацетата, пропионата, глюкозы, аминокислот и аминокислот в сочетании с ацетатом, пропионатом и глюкозой на кровоснабжение молочной железы и основные параметры использования нутриентов в процессе молокообразования.
Впервые показано, что повышенное потребление доступного протеина в сочетании со скармливанием добавки ацетата или глюкогенных субстратов обеспечивает у жвачных повышение удоя и продукции белка молока, обусловленное положительными сдвигами в показателях органного кровотока и поглощения аминокислот секреторными клетками молочной железы.
Установлено, что основными факторами, лимитирующими процесс молокообразования у продуктивных жвачных животных, является уровень кровоснабжения молочной железы и активность транспорта основных предшественников молока в её секреторные клетки. В меньшей степени интенсивность молокообразования зависит от уровня основных субстратов в крови и эффективности их включения в компоненты молока.
Практическая значимость работы. Результаты исследования влияния дополнительного поступления в метаболический пул жвачных животных аминокислот в сочетании с ацетатом или глюкозой на кровоснабжение и использование выменем основных предшественников молока, в условиях сбалансированного питания, позволили предложить способы повышения среднесуточного удоя на 13-21% и продукции молочного белка на 16-23%.
На основе полученных данных о влиянии скармливания препарата рекомбинантного штамма лактобацилл с геном рилизинг-фактора соматотропного гормона на секреторную функцию вымени предложен способ повышения молочной продуктивности на 10-21%.
Полученные данные о параметрах использования выменем основных предшественников компонентов молока можно использовать для уточнения норм потребностей продуктивных жвачных животных в энергетических и пластических субстратах.
Полученный экспериментальный материал свидетельствует об адекватности использования данных о содержании мочевины в молоке в качестве индикатора состояния протеинового питания.
Результаты исследования особенностей влияния на кровоснабжение вымени разных типов доильных аппаратов можно использовать при разработке и физиологической оценке новых моделей доильного оборудования.
Изложенные в диссертации материалы использованы:
-
При разработке способа повышения молочной продуктивности (Патент на изобретение №2229827).
-
При разработке способов повышения продукции белка молока у жвачных животных (Патент на изобретение №2290796; Патент на изобретение №2323587).
-
В справочном руководстве «Физиологические потребности в питательных веществах и нормирование питания молочных коров» (Боровск, 2001).
-
В положениях «Методические положения по мониторингу физиологического гомеостаза и показателей жизнеспособности у высокопродуктивных молочных коров» (Боровск 2010).
-
В учебном пособии «Система комплексной оценки состояния обменных процессов у лактирующих животных на основе построения моделей биокинетики и баз данных» (Боровск, 2007).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Кровоснабжение и функциональная активность молочной железы продуктивных жвачных животных контролируются соматотропным гормоном, инсулином, иннервацией вымени, интрамаммарным механизмом, эффекты которого определяются степенью опорожнения альвеолярного отдела и состоянием питания.
-
Основными факторами, определяющими процесс молокообразования у продуктивных жвачных животных, являются уровень кровоснабжения молочной железы и активность транспорта основных предшественников молока в её секреторные клетки.
-
Повышенное потребление доступного протеина в сочетании с ацетатом или глюкогенными субстратами стимулирует кровоснабжение и функциональную активность молочной железы.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены на ежегодных отчётных сессиях ВНИИФБиП в период с 1988 по 2011 гг., а также на: VIII Всесоюзном симпозиуме по физиологии и биохимии лактации (Баку, 1990); международных конференциях «Биологические основы высокой продуктивности с.-х. жив.» (Боровск, 1990); «Актуальные проблемы биологии в животноводстве» (Боровск, 2000; 2006; 2010); международной научно-практической конференции к 75-летию ВИЖа (Дубровицы, 2004); 5th Joint EAAP/ASAS Workshop on biology of lactation in farm animals (Hague, Netherlands, 2000); XIX съезде физиологического общества им. И.П.Павлова (2004); I Съезде физиологов СНГ (2005).
Материалы диссертации отмечены Дипломом Президиума Российской академии сельскохозяйственных наук «За лучшую научную разработку 2008 года» и премией им. Н.В. Тимофеева-Ресовского (2006 г).
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 63 работы, в том числе 17 статей в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследований, результатов собственных исследований, обсуждения результатов собственных исследований, выводов, практических предложений, списка литературы, приложения. Работа изложена на 316 страницах компьютерного текста, содержит 100 таблиц и 35 рисунков. Список литературы включает 607 источников, в том числе 520 иностранных.
