CC BY
50
DOI 10.31588/2413-4201-1883-246-2-187-193
УДК: 636.52.58:612.451.018:619:616-092.19
ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ КОРТИКОСТЕРОНА И КОРТИЗОЛА В ОРГАНИЗМЕ КУР ПРИ СТРЕСС-РЕАКЦИИ
Сайфутдинова Л.Н. - аспирант, Дерхо М.А. - д.б.н., профессор
ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет»
Ключевые слова: кортикостерон, кортизол, куры, стресс-реакция, корреляции Keywords: corticosterone, cortisol, chickens, stress response, correlations
Значительную роль при стрессе играет гипоталамо-гипофизарно-
надпочечниковая система, реализация эффектов которой в организме животных и птиц осуществляется за счет проявления биологических свойств кортикостерона и кортизола [12]. При этом у птиц основным глюкокортикоидом является
кортикостерон, что сопряжено с особенностями секреторной активности пучковой и клубочковой зон надпочечников [1, 11] и это соответственно определяет уровень и соотношение данных гормонов в крови.
Хотя в организме млекопитающих в сутки синтезируется около 1,5-6,5 мг кортикостерона и 10-20 мг кортизола [2, 6], период их полужизни составляет только 15-25 минут [3, 4], но они оказывают существенное влияние на процессы жизнедеятельности животного организма. Так, кортикостерон и кортизол, являясь глюкокортикоидами, регулируют обмен углеводов, влияя на процессы гликолиза и гликогенолиза, глюкогенеза и
глюконеогенеза. Гормоны контролируют обмен белков (особенно в мышечной ткани) и жиров [3], определяя объем катаболических реакций в клетках организма [6].
Кроме этого, кортикостерон и кортизол играют важную роль в реализации эффектов различных стресс-факторов у животных и птиц, определяя скорость мобилизации пластических и энергетических ресурсов и влияя на результативность адаптационных
процессов [3, 4, 5]. Это сопряжено с резким возрастанием секреторной активности надпочечников в условиях
стресса, что и обусловливает прирост уровня соответствующих гормонов в крови [7, 12]. При воздействии стресс-факторов различной природы в организме животных и птиц резко повышается активность катаболических реакций в обмене белков, жиров и углеводов, как результат проявления биологических свойств глюкокортикоидов, что позволяет ему покрывать возросшие энергозатраты [7, 11, 9, 12]. Поэтому в условиях стресса формируется отрицательный азотистый баланс, несмотря на использование белковых резервов [5, 9], повышается концентрация глюкозы в крови за счет активации процессов глюконеогенеза и распада жирных кислот в результате стимуляции липолитических реакций [1].
Хотя роль кортикостерона и кортизола в организме птиц в условиях реализации стрессового воздействия различных факторов подтверждена многочисленными исследованиями [3, 4], однако их влияние на белковый обмен в организме кур при технологическом стрессе, инициированном изменением плотности посадки птиц в клетке практически не отражено в научной литературе, что и актуализирует тему исследований.
Цель нашей работы - оценить изменчивость уровня глюкокортикоидов (кортикостерона, кортизола) и их соотношения у кур-несушек в ходе развития стрессовой реакции, а также корреляционных взаимоотношений
гормонов с белковыми параметрами крови.
Материал и методы
исследований. Экспериментальная часть работы выполнена на базе ПАО
«Челябинская птицефабрика» в 2018 г., специализирующегося на производстве товарного яйца при использовании кросса Ломанн ЛСЛ-Классик. Для выполнения работы использовали кур финального гибрида кросса (промышленного стада) в 52-недельном возрасте c живой массой 1716-1769 г, содержащихся в четырехъярусных клеточных батареях. В соответствии с паспортом кросса ширина одной клетка составила 600 мм, глубина 605 мм, высота фасада 455 мм, высота тыла 380 мм, вместимость 8 голов. Влажность воздуха в птичнике колебалась в пределах 67-68 %, температура воздуха 21,1-21,3°C. Продуктивность кур по промышленному стаду составила 90,5 % (по паспорту кросса 85,3 %) [8].
Для моделирования
экспериментального стресса в качестве стресс-фактора использовали плотность посадки птиц в клетке, определяющая величину метаболической массы на единицу площади, уровень
терморегуляции организма и мышечной активности. С этой целью на 2 ярусе клеточной батареи было сформировано три группы: I группа - контрольная, плотность посадки птиц составила 8 голов, соответствуя нормативу; во II опытной группе плотность посадки была увеличена в 1,5 раза (n=12), в III опытной группе - в 2 раза (n=16) [8].
Материалом исследований служила кровь, которую брали из подкрыльцовой вены до начала эксперимента (фоновые показатели), а также через 2, 4 и 24 часа после изменения плотности посадки кур в клетке. В сыворотке крови определяли уровень кортизола (КТ) и кортикостерона (КСТ) иммуноферментным методом, белковые показатели крови (общий белок, альбумины, мочевина, мочевая кислота, АсАТ, АлАТ) колориметрическим методом при помощи наборов реактивов «Вектор Бест», «Экосервис» и «ELISA». Экспериментальный цифровой материал был подвергнут статистической обработке на ПК с помощью методов вариационной статистики с применением программы статистического анализа Microsoft Ехсе1, версия ХР.
Результат исследований.
Кортикостерон и кортизол являются координаторами нейровегетативных,
поведенческих и эндокринных ответов при стрессовых ситуация, отражая
реактивность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковй оси [14].
Мы установили, что в условиях промышленного содержания
физиологический диапазон колебаний кортизола в крови кур составил 4,137,12 нмоль/л, кортикостерона 26,0032,00 нмоль/л. При этом уровень кортикостерона превалировал над кортизолом от 4,83±0,19 до 6,46±0,31 раз (Таблица 1), отражая особенности синтеза глюкокортикоидов надпочечниками в организме кур-несушек [1, 11, 12].
При стрессовом воздействии технологического фактора резко возрастала концентрация
глюкокортикоидов в крови птиц. Данные изменения имели сопряженность с силой его воздействия и длительностью протекания стрессовой реакции. Так, во второй группе уровень КСИ и КТ максимально возрастал через 4 часа после инициации стресса. При этом их концентрация колебалась в интервале от 90,00 до 95,00 и от 12,30 до 22,80 нмоль/л, превышая фоновые значения от 2,99 до 3,42 раз. Особенностью секреторной активности надпочечников в данной группе птиц было одновременное увеличение синтеза кортикостерона и кортизола, так как величина соотношения КСТ/КТ достоверно не изменялась (Таблица 1), свидетельствуя об адекватности стрессового воздействия адаптационным возможностям птиц.
В третьей группе кур максимум секреторной активности надпочечников, оцениваемой по концентрации
кортикостерона и кортизола, был выявлен через 2 часа после начала действия стресс-фактора и сохранялся на данном уровне в течение всего периода исследований. При этом уровень КСТ колебался в интервале 119,00±0,87 - 124,00±1,48 нмоль/л, КТ -14,40±0,35 - 16,78±0,41 нмоль/л. Синтез кортикостерона значительно преобладал над скоростью секреции кортизола, так как
величина их соотношения превысила фоновые показатели на 16,56-28,71 %, отражая несоответствие силы стресс-
фактора адаптационным ресурсам организма птиц.
Таблица 1 - Динамика величины КСТ/КТ в ходе стресс-реакции, X±Sx
Показатель Группа Фоновый показатель Время исследований после изменения технологического фактора, ч
2 4 24
КСТ/КТ, усл. ед. I (n=8) 5,53±0,32 5,26±0,26 5,16±0,29 5,31±0,25
II (n=12) 4,65±0,19 4,23±0,44 5,32±0,52 5,43±0,49
III (n=16) 6,34±0,31 7,39±0,30 7,85±0,25* 8,16±0,28*
Примечание: * - р<0,05 по отношению к фоновым показателям
Глюкокортикоидам принадлежит важная роль в координации процессов саморегуляции и сохранении гомеостаза в организме животных и птиц в стрессовых условиях. При этом они регулируют обменные процессы «медленным путем», контролируя скорость синтеза ключевых ферментов в обмене белков, липидов, углеводов и нуклеиновых кислот, влияя на транскрипцию соответствующих мРНК в клетках-мишенях [14].
Основываясь на том, что кортизол и кортикостерон, имея стероидную структуру, реализуют свои биологические свойства в организме животных и птиц по механизму гормон ^ ген ^ фермент, мы определили силу их влияния на белковый метаболизм, с которым, в первую очередь, сопряжен синтез каталитических молекул. С этой целью мы рассчитали значения коэффициентов корреляции между уровнем гормонов и белковыми параметрами крови. Анализ
корреляционных взаимосвязей КСТ и КТ позволил нам сделать следующие выводы (Таблица 2).
1. Статистически значимые коэффициенты корреляции между признаками выявлялись только в паре с кортикостероном. Это напрямую связано с тем, что данный гормон является основным глюкокортикоидом в организме кур [1, 11, 12], биологические эффекты которых опосредуются за счет его проникновения в клетки-мишени.
2. В условиях нормы, а также при воздействии технологического стресс-фактора наибольшее количество средних и сильных корреляций, в том числе и достоверных, выявлено в парах КСТ -
АлАТ (r(I группа) = 0,69±0,32 - 0,88±0,21;r(n группа) =0,63±0,24 - 0,91±0,13; r(III группа) = 0,59±0,22 - 0,76±0,16) и КСТ - АсАТ (r(I группа) = 0,57±0,36 - 0,83±0,25 ; r(II группа) =0,68±0,23 - 0,72±0,22; r(III группа) = 0,67±0,19 - 0,89±0,12). С одной стороны, это отражает механизм гормонального воздействия кортикостерона на клетки-мишени и его способность регулировать активность ферментов через их синтез [3]. С другой стороны, сопряжено с биологической ролью аминотрансфераз в метаболических процессах, и конкретно с их способностью вовлекать углеродные остатки свободных аминокислот в синтез энергии или посредством глюконеогенеза (через АлАТ), или цикл Кребса (через АсАТ) [10, 13]. При этом уровень кортикостерона в крови [15] определяет выраженность своих эффектов в клетках-мишенях, включая и активность ферментов переаминирования, и ферментов глюконеогенеза.
3. Достоверные и отрицательные коэффициенты корреляции в группах птиц, у особей которых развивалась стрессовая реакция на фоне изменения величины технологического стресс-факторов, были выявлены в парах между КСТ - Alb (r(II группа)= -0,69±0,22 - -0,81±0,19; r(In группа)= -0,58±0,21 - -0,81±0,16). При этом сила связи между признаками возрастала в ходе формирования биохимического ответа организма птиц на действие стрессора. Это сопряжено, как с использованием альбуминов в транспорте гормона, так и в качестве энергетического источника в условиях ингибирования белкового синтеза [3, 13].
Таблица 2 - Корреляционные связи признаков, X±Sx
Показатель Группа Фоновый Время исследований после изменения технологического фактора, ч
показатель 2 4 24
I 0,01±0,44 0,48±0,39 0,37±0,41 -0,02±0,44
-0,16±0,44 0,30±0,42 0,42±0,40 -0,42±0,40
Общий белок, г/л II -0,01±0,34 -0,17±0,31 0,14±0,31 -0,47±0,27 -0,38±0,29 -0,34±0,29 0,61±0,24 -0,27±0,25
-0,41±0,24 -0,16±0,26 -0,22±0,26 -0,50±0,23
0,01±0,30 0,11±0,29 -0,39±0,24 -0,05±0,27
-0,40±0,40 -0,48±0,39 -0,52±0,37 -0,46±0,39
-0,14±0,44 -0,64±0,34 -0,54±0,37 -0,66±0,33
Альбумины, г/л -0,54±0,27 -0,69±0,22* -0,81±0,19* -0,76±0,21*
II 0,01±0,37 0,14±0,31 -0,21±0,30 -0,19±0,31
-0,43±0,25 -0,81±0,16* -0,58±0,21* -0,63±0,21*
-0,04±0,30 -0,11±0,31 -0,07±0,30 -0,04±0,30
-0,42±0,40 -0,16±0,44 -0,45±0,39 -0,45±0,39
-0,02±0,44 -0,70±0,31 -0,65±0,29 -0,61±0,35
Глобулины г/л 0,12±0,30 0,53±0,26 0,24±0,30 0,62±0,24
II -0,17±0,31 -0,34±0,29 -0,01±0,31 -0,13±0,31
-0,52±0,38 -0,25±0,25 -0,21±0,26 -0,50±0,23
0,03±0,31 0,08±0,31 -0,39±0,24 -0,05±0,30
I 0,80±0,26* -0,25±0,43 0,41±0,40 -0,08±0,44
0,56±0,36 -0,60±0,35 -0,27±0,43 0,76±0,28
Мочевина, ммоль/л II -0,31±0,42 -0,58±0,26 0,55±0,26 0,39±0,29
-0,16±0,34 -0,14±0,31 0,22±0,31 -0,07±0,32
III -0,60±0,26 -0,21±0,28 0,50±0,23 0,09±0,26
0,27±0,30 0,28±0,30 0,02±0,26 -0,22±0,26
I -0,19±0,43 -0,20±0,43 0,47±0,39 0,51±0,38
0,76±0,29 0,40±0,40 0,10±0,44 -0,61±0,32
Мочевая кислота, II -0,59±0,35 -0,35±0,29 0,57±0,25 -0,31±0,30
ммоль/л 0,30±0,30 0,36±0,29 0,10±0,31 -0,45±0,28
III -0,28±0,42 -0,53±0,22 0,09±0,26 -0,15±0,26
-0,29±0,32 0,09±0,31 0,54±0,22 0,20±0,26
I 0,85±0,24* 0,69±0,32 0,82±0,25* 0,88±0,21*
0,45±0,39 -0,42±0,40 -0,01±0,44 0,70±0,31
АлАТ, мкмоль/л II 0,63±0,24 0,91±0,13* 0,79±0,19* 0,85±0,17*
0,06±0,34 -0,40±0,29 -0,18±0,31 -0,28±0,30
III 0,59±0,22 0,66±0,20* 0,76±0,16* 0,66±0,20*
0,42±0,30 0,19±0,31 -0,32±0,25 -0,31±0,25
I 0,83±0,25* 0,74±0,30 0,74±0,30 0,57±0,36
0,27±0,43 0,66±0,33 0,14±0,44 0,31±0,42
АсАТ, мкмоль/л II 0,69±0,23* 0,71±0,22* 0,68±0,23* 0,72±0,22*
0,62±0,34 0,07±0,31 -0,12±0,31 -0,54±0,27
III 0,67±0,20* 0,67±0,19* 0,89±0,12* 0,82±0,15*
-0,20±0,31 -0,35±0,29 0,15±0,26 0,56±0,22
Примечание: * - р<0,05, в числителе кортикостерон, в знаменателе кортизол
Заключение. Таким образом, в ходе развития стресс-реакции в организме кур-несушек увеличивается концентрация кортикостерона и кортизола в зависимости от силы воздействующего стресс-фактора (плотность посадки птиц в клетке) и длительности формирования
адаптационного ответа. При изменении технологического фактора в 1,5 раза изменение количества глюкокортикоидов в
крови птиц в ходе стресс-реакции сопряжено, как с увеличением концентрации кортикостерона, так и кортизола. Поэтому соотношение между гормонами (КСТ/КТ) достоверно не изменяется и колеблется в пределах 4,235,43 усл. ед. При увеличении технологического фактора в 2 раза в крови птиц, преимущественно, возрастает содержание кортикостерона, определяя
увеличение величины соотношения глюкокортикоидов (КСТ/КТ) на 16,5628,71 %. Биологические эффекты глюкокортикоидов в организме птиц реализуются посредством кортикостерона, уровень которого в средней и сильной степени, в том числе и статистически значимо, как в условиях нормы, так и стресса, связан с активностью ферментов переаминирования: КСТ - АлАТ (r(i группа)=0,69±0,32 - 0,88±0,21;r(II группа) =0,63±0,24 - 0,91±0,13; r(iii группа) =0,59±0,22 - 0,76±0,16) и КСТ - АсАТ (r(i группа)= 0,57±0,36 - 0,83±0,25 ; r(ii группа) =0,68±0,23 - 0,72±0,22; Г(Ш группа) = 0,67±0,19 - 0,89±0,12), а также с концентрацией альбуминов в ходе развития стрессовой реакции (КСТ -Alb:r(ii группа) = -0,69±0,22 - -0,81±0,19; Г(ш группа)= -0,58±0,21 - -0,81±0,16).
ЛИТЕРАТУРА:
1. Горбачёва, Е.Л. Особенности функционального состояния гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы у крыс линии Крушинского-Молодкиной / Е.Л. Горбачёва, А.А. Куликов, Е.В. Черниговская [и др.] // Российский физиологический журнал
им. И.М. Сеченова. - 2019. - Т. 105. -№ 2.
- С.150-164.
2. Жигулина, В.В. Биохимический ответ на стресс (обзор литературы) / В.В. Жигулина // Тверской медицинский журнал. - 2015. - № 1. - С. 91-100.
3. Козлова, С.В. О роли глюкокортикоидов в организме птиц / С.В. Козлова // Вестник научных конференций. - 2016. - № 5-4 (9). - С. 148150.
4. Козлова, С.В. Морфофункциональное состояние надпочечников цыплят бройлеров при различных способах содержания / С.В. Козлова, К.А. Сидорова, Н.А. Татарникова, Н.А. Череменина // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ. - 2017. -№ 134.
- С. 1106-1116.
5. Колесник, Е.А. Характеристика факторов гипофизарно-адренокортикальной регуляции и неспецифических адаптационных реакций
у бройлерных цыплят / Е.А. Колесник, М.А. Дерхо // Проблемы биологии продуктивных животных. - 2017. - №1. -С. 81-91.
6. Лощагина, Ю.А. Концентрация кортикостерона в крови у зырянок во время весенней и осенней миграции / Ю.А. Лощагина, А.В. Цвей, Л С.Найденко // Доклады Академии наук. -2017. - Т. 473. - № 3. - С. 383-385
7. Роговин, К. А. Многолетняя динамика уровня кортикостерона и его корреляты у самцов большой песчанки (Rhombomysopimus Licht.) в природе. Не инвазивные методы в исследованиях стресса / К.А. Роговин // Журнал общей биологии. - 2006. - № 1. - С. 47-52.
8. Сайфутдинова, Л.В. Влияние технологического стресс-фактора на морфологические особенности эритроцитов / Л.В. Сайфутдинова, М.А. Дерхо // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана. - 2020. -Т. 241 (I).- С. 171-176.
9. Севрюков, А.В. Содержание гормонов в крови служебных собак при ал и м ентарном стрессе / А.В. Севрюков //Ветеринария Кубани. - 2014. - № 6. -С. 20-22.
10. Середа, Т.И. Оценка роли аминотрансфераз в формировании продуктивности у кур-несушек / Т.И. Середа, М.А. Дерхо // Сельскохозяйственная биология. 2014. -Т. 49. - № 2. - С. 72-77.
11. Умрюхин, А.Е. Органы-маркеры стресса и кортикостерон в крови после иммобилизации уповеденчески активных и пассивных крыс на фоне иммунизации конъюгатомглутамата с бычьим сывороточным альбумином / А.Е. Умрюхин, С.В. Сотникова, Н. Ю. Чекмарева [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2014. - Т. 158. - № 8. - С. 136-140.
12. Умрюхин, П.Е. Уровень кортикостерона крови и динамика кровяного давления у крыс при стрессорной нагрузке / П.Е. Умрюхин, О.С. Григорчук // Международный журнал прикладных и фундаментальных
исследований. - 2015. - № 12-4. - С. 668671.
13. Харлап, С.Ю. Изменения активности аминотрансфераз и щелочной фосфатазы в крови и почках цыплят в ходе развития стресс-реакции / С.Ю. Харлап, М.А. Дерхо, Т.И. Середа // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2015. - № 5 (55). - С. 102-105.
14. Хисматуллина, З.Н. Химическое строение, биосинтез и биологическое действие кортикостероидов / З.Н. Хисматуллина // Вестник Казанского
технического университета. -2014. - Т. 17. -№ 6. - С. 202-207.
15. Черкасова, О.П. Системные механизмы регуляции уровня
кортикостерона в крови при нарушениях углеводного обмена в эксперименте: автореф. дис. ... докт. биол. наук: 14.03.03. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://medical-diss.com/medicina/sistemnye-mehanizmy-regulyatsii-urovnya-kortikosterona-v-krovi-pri-narusheniyah-uglevodnogo-obmena-v-eksperimente#ixzz6kRsMyCum (дата
обращения 25.01.2021).
ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ КОРТИКОСТЕРОНА И КОРТИЗОЛА В ОРГАНИЗМЕ КУР ПРИ СТРЕСС-РЕАКЦИИ
Сайфутдинова Л.Н., Дерхо М.А.
Резюме
Дана оценка вариабельности концентраций кортикостерона и кортизола и их соотношения у кур-несушек в ходе развития стрессовой реакции, а также сопряженности уровня гормонов с изменчивостью белковых параметров в крови. Установлено, что при изменении технологического фактора (плотность посадки птиц в клетке) в 1,5 раза количество глюкокортикоидов в крови птиц в ходе стресс-реакции увеличивается, как за счет кортикостерона, так и кортизола. Поэтому соотношение между гормонами достоверно не изменяется и колеблется в пределах 4,23-5,43 усл. ед. При увеличении технологического фактора в 2 раза в крови птиц преимущественно возрастает содержание кортикостерона, определяя увеличение величины соотношения кортикостерон/кортизол на 16,56-28,71 %. Биологические эффекты глюкокортикоидов в организме птиц реализуются посредством кортикостерона, уровень которого в средней и сильной степени, в том числе и статистически значимо, как в условиях нормы, так и стресса, связан с активностью ферментов переаминирования: кортикостерон - АлАТ (r(i группа) = 0,69±0,32 - 0,88±0,21;r(ii группа) =0,63±0,24 - 0,91±0,13; г<шгруппа) = 0,59±0,22 - 0,76±0,16) и кортикостерон - АсАТ (r(iгруппа) = 0,57±0,36 - 0,83±0,25;r(ii группа) =0,68±0,23 - 0,72±0,22; г<ш группа) = 0,67±0,19 - 0,89±0,12), а также с концентрацией альбуминов в ходе развития стрессовой реакции (кортикостерон -Alb:r(iiгруппа) = -0,69±0,22 - -0,81±0,19; Г(шгруппа) = -0,58±0,21 - -0,81±0,16).
EVALUATION OF THE BIOLOGICAL RELATIONSHIPS OF CORTICOSTERONE AND CORTISOL IN THE BODY OF CHICKENS DURING A STRESS REACTION
Sayfutdinova L.N., Derkho M.A.
Summary
The variability of corticosterone and Cortisol concentrations and their ratio in laying hens during the development of a stress reaction, as well as the correlation of hormone levels with the variability of protein parameters in the blood, are evaluated. It was found that when the technological factor (the density of birds in the cage) changes by 1.5 times, the amount of glucocorticoids in the blood of birds during the stress reaction increases, both due to corticosterone and cortisol. Therefore, the balance between the hormones were not significantly changed and is in the range of 4.23-5,43conv. Units. When the technological factor is increased by 2 times, the content of corticosterone in the blood of birds mainly increases, determining an increase in the value of the corticosterone/cortisol ratio by 16.56-28.71%. The biological effects of glucocorticoids in the body of birds are realized by corticosterone, the level of which in a moderate and strong degree, including statistically significant, both under normal and stress conditions, is associated with the activity of transamination enzymes: Corticosterone-AlAT (r(group I) = 0,69±0,32 -0,88±0,21; r(group ii) =0.63±0.24 - 0.91±0.13; r(group iii) = 0,59±0,22 - 0,76±0,16) and Corticosterone-AsAT (rp group) = 0,57±0,36 - 0,83±0,25; rferoup ii) =0,68±0,23 - 0,72±0,22; r(group iii) = 0,67±0,19 -0,89±0,12), and also with the concentration of albumins during the development of a stress reaction (Corticosterone-Alb: r(group ii) = -0,69±0,22 - -0,81±0,19; rferoup iii) = -0,58±0,21 - -0,81±0,16).
