CC BY
10
Научная статья УДК 636.2.034
doi: 10.47737/2307-2873_2022_38_118
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ ЭССЕНЦИАЛЬНЫХ И ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СЕМЕННОЙ ЖИДКОСТИ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЕРМЫ БЫКОВ-ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ГОЛШТИНСКОЙ ПОРОДЫ
©2022. Олег Александрович Завьялов1^, Алексей Николаевич Фролов2, Анатолий Васильевич Харламов3, Марина Яковлевна Курилкина4,
1,2,3,4Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, Оренбург, Россия, ^^ -Zavyalov83@mail. т
Аннотация. Основной целью настоящего исследования являлось определение взаимосвязи концентраций макро- и микроэлементов в семенной жидкости быков-производителей с качественными характеристиками свежей спермы. Исследование выполнялось в АО «Невское», Ленинградская область. В качестве биоматериала для исследований использовалась свежая сперма, полученная от физиологически здоровых быков голштинской породы. На основании данных о концентрациях элементов ^е, 2п, Си, Sr Р) в семенной плазме, достоверно коррелировавших с качественными характеристиками свежей спермы, животные разделялись на группы: I - до 25-го процентиля, II - в пределах 25-75-го процентиля, III - выше 75-го процентиля. Элементный состав семенной плазмы определялся по 25 химическим элементам (Со, Сг, Си, Fe, I, Мп, 8е, Zn, Са, К, Р, В, Li, V, Ш, Ni, 8п, 8г, А1, Аз, Сё, РЬ) методами ГСР-БЯС-М8. Концентрацию сперматозоидов оценивали с помощью цифрового фотометра. Активность сперматозоидов изучалась с помощью фазово-контрастного микроскопа. Сравнительный анализ показателей качества спермы в зависимости от уровней концентраций отдельных химических элементов в семенной жидкости выявил достоверное (Р<0.05) увеличение активности сперматозоидов по мере увеличения концентраций Se, 2п, Си и Р, при этом концентрация сперматозоидов в свежей сперме увеличивалась по мере нарастания уровней Sr и Р в семенной жидкости.
Ключевые слова: крупный рогатый скот, быки-производители, микроэлементы, качество спермы.
Благодарности: Работа выполнена в соответствии с планом НИР за 2019-2023 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН (№ 0761-2019-0006).
Введение. В настоящее время, наряду с разработкой новых репродуктивных технологий в животноводстве, ведется поиск методов восстановления естественной фертильности животных и человека. При этом, химические элементы представляют собой важную группу эко-физиологических факторов, определяющих морфофункциональные характеристики репродуктивной системы [1]. В частности, было уста-
новлено, что концентрация магния (Mg) значительно коррелирует с концентрацией сперматозоидов и уровнем Са в семенной плазме жеребцов [2]. Медь (Си) является важным компонентом для многих металло-ферментов, таких как супероксиддисмутаза, церулоплазмин и лизиноксидаза, которые имеют решающее значение в реализации антиоксидантных процессов в семенной
жидкости, влияет на прогрессирующую подвижность, жизнеспособность, целостность мембран и предотвращает повреждение ДНК после разбавления спермы и криоконсервации [3]. Цинк (Zn) играет важную роль в подвижности сперматозоидов и напрямую влияет на их морфологию, а также является важным фактором нормального функционирования предстательной железы и половой системы в целом [4]. Дефицит железа (Fe) снижает активность железосодержащих и железозависимых ферментов в семенной плазме [5]. Селен (Se) обладает анти-оксидантными свойствами и необходим для сперматогенеза и поддержания мужской фер-тильности [6]. Высокий уровень свинца (Pb) сопряжен с развитием бесплодия, вызванного индукцией спонтанной преждевременной реакции акросомы, а повышение концентрации Pb в семенной плазме может отрицательно сказаться на показателях оплодотворения in vitro [7]. Воздействие кадмия (Cd) может оказывать вредное воздействие на репродуктивную функцию, вызывая атрезию фолликулов яичников, отек матки и в отдельных случаях - дегенерацию яичек [8]. Ранее проведенные исследования показали, что введение определенной дозы кадмия снижает подвижность сперматозоидов [9]. Никель (Ni) может нарушать функции яичек, семенных пузырьков и предстательной железы [10]. В целом можно констатировать, что несмотря на большое количество опубликованных за последние годы научных работ по изучению влияния метаболизма химических элементов во взаимосвязи с репродуктивными функциями, все они в основном относятся к человеку, некоторым видам сельскохозяйственных животным и реже -к быкам-производителям. При этом, в качестве биосубстрата для оценки обменного пула химических элементов в организме чаще используется сыворотка крови. В то же время анализ микроэлементов в семенной жидкости может явля-еться важным инструментом для мониторинга микронутриентной обеспеченности организма с целью поддержания репродуктивного здоровья сельскохозяйственных животных [11] и, в частности, быков-производителей [12].
В связи с этим, целью настоящего исследования являлось определение взаимосвязи концентраций макро- и микроэлементов в семенной плазме с качественными характеристиками свежей спермы быков-производителей отдельно взятой породы.
Методика. Локальный этический комитет Оренбургского государственного университета одобрил протокол настоящего исследования. Все исследования на животных проводились в соответствии с этическими стандартами, изложенными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее более поздних поправках.
Исследования выполнялись на физиологически здоровых быках-производителях голштинской породы в возрасте 3-5 лет (п=55). Быки-производители родились и выросли в АО «Невское» Ленинградской области.
Схемой эксперимента для достижения поставленной цели было предусмотрено два этапа. На первом этапе для выявления силы влияния уровня концентраций изучаемых химических элементов на качественные характеристики спермы (концентрацию и активность) были рассчитаны коэффициенты корреляции. На втором этапе на основании данных о концентрациях элементов ^е, 2п, Си, Sr Р) в семенной плазме достоверно коррелировавшие с качественными характеристиками свежей спермы животные разделялись на группы: I - до 25-го проценти-ля, II - в пределах 25-75-го процентиля, III - выше 75-го процентиля.
При формировании групп по уровню Se в семенной плазме фактический диапазон варьирования концентраций последнего у быков-производителей I группы составлял от 0.411 до 0.875 мкг/г, II - от 1.10 до 1.37 мкг/г, III группы - от 1.41 до 1.73 мкг/г; по концентрации 2п: I группа - от 3.32 до 5.62 мкг/г, II - от 6.47до 9.35 мкг/г, III группа от - 16.4 до 27.8 мкг/г; по концентрации Си: I группа - от 0.498 до 0.658 мкг/г, II - от 0.729до 1.32 мкг/г, III группа - от 1.98 до 2.18 мкг/г; по концентрации Sr: I группа - от 0.0594 до
0.103 мкг/г, II - от 0.108 до 0.161 мкг/г, III группа - от 0.185 до 0.306 мкг/г; по концентрации Р: I группа - от 397 до 854 мкг/г, II - от 894 до 1478 мкг/г, III -группа от 1493 до 1715 мкг/г.
Условия кормления и содержания для всех обследованных животных были идентичными. Рационы кормления подопытных быков-производителей соответствовали нормам кормления, установленным для соответствующей половозрастной группы животных [13].
Сбор образцов спермы в количестве не менее 3 мл производился примерно в одно и то же время утром, с 07:00 до 11:00. После периода полового покоя у быков-производителей показатели спермы первых двух эякулятов в обработке не использовали. Отделение семенной плазмы осуществляется путём центрифугирования образцов при 400 g в течение 5 мин. Элементный состав семенной жидкости определяли по 25 показателям (А1, As, В, Са, Cd, Со, Сг, Си, Fe, I, X, Li, Mg, Mn, №, P, Pb, Se, Si, Sn,
Таблица 1
Коэффициенты корреляции концентраций химических элементов в семенной плазме с качественными характеристиками свежей спермы быков-производителей голштинской породы
Sr, V, Zn) методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.
Обработку полученных данных проводили при помощи методов вариационной статистики с использованием программы «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США). Достоверность различий проверяли с помощью U-критерия Манна-Уитни. Уровень значимости (Р) был принят равным или меньшим 0,05. Для расчета коэффициентов корреляции применялся ранговой метод Спирмена.
Результаты. Корреляционный анализ выявил, что показатель активности сперматозоидов в свежей сперме достоверно (Р<0.01) связан с содержанием в семенной жидкости P, Se и Zn. Концентрация сперматозоидов положительно коррелировала с уровнями P, Cu, Se и Sr (табл. 1).
Элемент | Объём эякулята, мл | Активность сперматозоидов, балл | Концентрация сперматозоидов, млрд
Макроэлементы
Ca 0.17 0.04 -0.37
K -0.01 0.23 -0.32
Mg 0.00 0.12 -0.35
Na 0.07 -0.42 -0.04
P 0.28 0.71* 0.80*
Эссенциальные элементы
Co 0.26 0.35 0.04
Cr -0.55 0.11 -0.28
Cu 0.29 0.50* 0.49*
Fe -0.27 -0.18 -0.20
I -0.03 0.05 -0.01
Se 0.27 0.59* 0.72*
Mn 0.14 0.35 0.14
Zn 0.27 0.61* 0.44
Условно-эссенциальные элементы
B 0.10 0.06 -0.39
Li 0.45 0.35 -0.17
Ni -0.08 0.21 0.15
V 0.13 0.25 -0.01
Si -0.16 0.02 0.01
Токсичные элементы
Al 0.00 0.05 -0.19
As -0.19 -0.18 0.00
Sr -0.02 0.18 0.51*
Cd 0.19 0.13 0.10
Hg 0.15 0.12 -0.03
Pb 0.03 0.01 0.42
Sn -0.32 -0.18 -0.08
* Корреляция значима на уровне Р<0.05
В связи с тем, что достоверная корреляция была установлена только для Р, Se, 2п, Си и Sr, именно эти элементы были выбраны для дальнейшего анализа.
Селен ^в). Анализ данных, полученных при формировании групп по концентрации 8е, показал, что минимальное содержание последнего (1570±125 мкг/мл) отмечалось в
семенной плазме быков-производителей I группы. По величине данного показателя животные II и III групп превосходили на 89.0 (Р<0,001) и 135 % (Р<0,01) соответственно (рис. 1).
2,2 2,0 1 ,8 1 ,6 1 ,4
ü 1,2 Ш
Я, 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0
Группа
Г~1 Среднее
~Г Среднее±0,95 Дов. интервал
Рис. 1. Концентрация Se в семенной жидкости быков-производителей голштинской породы в зависимости от выбранного процентильного интервала, мкг/мл Fig. 1. Se concentration in seminal fluid of Holstein sires depending on the chosen percentile interval, mcg/ml
Известно, что селеновая недостаточность тельны к окислительному стрессу по при-крайне негативно отражается на репродуктив- чине нехватки цитоплазматической защиты ной функции производителей [14]. Физиологи- [15]. В связи с этим, выявленные нами изме-ческое воздействие Se на качественные харак- нения в показателях качества спермы на теристики спермы осуществляется через реали- фоне увеличения обеспеченности животных зацию функции антиоксидантной защиты в се- этим элементом являются вполне законо-менной плазме, тем самым снижая окислитель- мерными (табл. 2). ный стресс в клетках. Сперматозоиды чувстви-
Таблица 2
Показатели качества спермы быков-производителей в зависимости от процентильного интервала концентраций Se в семенной жидкости (M±STD)
Элемент Группа (процентильный интервал)
I(<25) II (25-75) III (>75)
Активность сперматозоидов, балл 7.70±0.101 7.91±0.117* 8.11±0.998*
Концентрация сперматозоидов, млрд 0.930±0.147 1.01±0.135 1.19±0.155
* Р<0.05; ** Р<0.01; *** Р<0.001 по сравнению с I группой
Так, анализ полученных данных выявил, что самые низкие показатели качества спермы отмечались у животных с содержанием Se в семенной плазме ниже 25 процентиля. Увеличение концентраций Se от минимального (I
группа) к среднему (II группа) и максимальному (III группа) сопровождалось повышением показателя активности сперматозоидов на 2.7 (Р<0.05) и 5.3 % (Р<0.05).
Цинк (2п). Сравнительный анализ
данных по концентрации Zn в разрезе соответственно на 82.5 % (Р<0.01) и в 4.9 раза
сформированных групп показал, что в (Р<0.01) выше по сравнению с I и II группами
семенной жидкости быков-производителей III (рис. 2). группы содержалось 22.9±5.85 мкг/мл, что
Группа
I I Среднее
~Г Среднее±0,95 Дов. интервал
Рис. 2. Концентрация Zn в семенной жидкости быков-производителей голштинской породы в зависимости от выбранного процентильного интервала, мкг/мл Fig. 2. The concentration of Zn in the seminal fluid of Holstein bulls depending on the selected
percentile interval, mcg/ml
Полученные в нашем исследовании результаты продемонстрировали
положительную тенденцию в показателях
количества спермы по мере увеличения концентрации Zn в семенной жидкости (табл. 3).
Таблица 3
Показатели качества свежей спермы быков-производителей в зависимости от процентильного интервала концентраций Zn в семенной жидкости (M±STD)
Элемент Группа (процентильный интервал)
I(<25) II (25-75) III (>75)
Активность сперматозоидов, балл 7.68±0.111 7.89±0.124* 8.00±0.100*
Концентрация сперматозоидов, млрд 0.930±0.147 1.04±0.106 1.11±0.286
Р<0.05; ** Р<0.01; *** Р<0.001 по сравнению с I группой
Останавливаясь на отдельных аспектах, следует отметить, что минимальные значения для показателя активности сперматозоидов в свежей сперме (7.68±0.111) фиксировались у животных с содержанием Zn в семенной плазме ниже 25 процентиля (I группа). По мере увеличения содержания Zn в семенной жидкости у животных II и III групп отмечалось повышение этого показателя на 2.7 (Р<0.05) и 4.1 % (Р<0.05), соответственно.
В целом полученные в нашем эксперименте результаты по влиянию Zn на качественные показатели спермы
согласуются с проведенными ранее исследованиями и объясняются тем, что цинк является важным фактором нормального функционирования
предстательной железы и половой системы в целом [16]. Цинк в семенной плазме стабилизирует клеточную мембрану и ядерный хроматин сперматозоидов. Также цинк (2п) играет важную роль в подвижности сперматозоидов и напрямую влияет на их морфологию [17].
Медь (Си). Сравнение данных по концентрациям ^ в рамках сформированных
40
35
30
25
20
5
0
Рис. 3. Концентрация Cu в семенной жидкости быков-производителей голштинской породы в
зависимости от выбранного процентильного интервала, мкг/г Fig. 3. Concentration of Cu in seminal fluid of Holstein sires depending on the chosen percentile interval, mcg/g
В результате исследований повышение активности сперматозоидов на 1.4
установлено, что при увеличении содержания и 3.3 % при достоверной разнице (Р<0,01) по Cu в семенной жидкости у животных II и III отношению к особям III группы (табл. 4). групп относительно I группы происходило
Таблица 4
Показатели качества свежей спермы быков-производителей в зависимости от процентильного интервала концентраций Cu в семенной жидкости (M±STD)
групп показал, что в семенной жидкости быков-производителей III группы
содержалось 2.11±0.0851мкг/г, что на 78.0 %
(Р<0.05) и в 3.8 раза (Р<0.001) выше в сравнении с I и II группами (рис. 3).
Элемент Группа (процентильный интервал)
I(<25) II (25-75) III (>75)
Активность сперматозоидов, балл 7.77±0.0583 7.88±0.148 8.03±0.0581**
Концентрация сперматозоидов, млрд 1.01±0.0972 0.984±0.147 1.21±0.121
' Р<0.05; ** Р<0.01; *** Р<0.001 по сравнению с I группой
Выявленное нами достоверное увеличение активности сперматозоидов при увеличении концентрации меди в семенной жидкости согласуется с ранее проведенными исследованиями, которые продемонстрировали положительное влияние этого элемента на качественные характеристики спермы [18]. Медь (Си) является важным компонентом для многих металлоферментов, таких как супероксиддис-мутаза, церулоплазмин и лизиноксидаза, которые имеют решающее значение в реализации антиоксидантных процессов в семенной плаз-
ме. Cu влияет на прогрессирующую подвижность, жизнеспособность, целостность мембран и предотвращает повреждение ДНК после разбавления спермы и криокон-сервации [19].
Стронций (Sr). Сравнение данных по концентрациям Sr в рамках сформированных групп показал, что в семенной жидкости быков-производителей III группы содержалось 0.227±0.0683 мкг/мл, что на 77.7 (Р<0.01) и 180 % (Р<0.05) выше по сравнению с I и II группами (рис. 4).
Рис. 4. Концентрация Sr в семенной жидкости быков-производителей голштинской породы в зависимости от выбранного процентильного интервала, мкг/мл Fig. 4. The concentration of Sr in the seminal fluid of Holstein bulls depending on the chosen
percentile interval, mcg/ml
Различные уровни концентраций Sr в семенной жидкости оказали значительное
Так, было установлено, что при увеличении содержания Sr в семенной жидкости у животных II и III групп относительно I группы происходило повышение концентрации сперматозоидов на 9.4 и 17.8 % (Р<0.05).
Необычная, на первый взгляд, закономерность увеличения концентрации и активности сперматозоидов в эякуляте животных, выявленная нами в связи с увеличением концентрации в семенной жидкости стронция,
влияние на показатели качества спермы (табл. 5).
может в целом объясняться способностью стронция проявлять свойства по активации сперматозоидов с последующим стимулированием их развития [20].
Фосфор(Р). Сравнительный анализ данных по концентрации Р в разрезе сформированных групп показал, что в семенной жидкости быков-производителей III группы содержалось 1570±125мкг/мл, что на 136 (Р<0.01) и 38.8 % (Р<0.05) выше в сравнении с I и II группами (рис. 5).
Таблица 5
Показатели качества свежей спермы быков-производителей в зависимости от процентильного интервала концентраций Sr в семенной жидкости
Элемент Группа (процентильный интервал)
I(<25) II (25-75) III (>75)
Активность сперматозоидов, балл 7.90±0,141 7.89±0,173 7.87±0,115
Концентрация сперматозоидов, млрд 0.950±0,0632 1.04±0,198 1.12±0,0673*
* Р<0.05; ** Р<0.01; *** Р<0.001 по сравнению с I группой
Рис. 5. Концентрация Р в семенной жидкости быков-производителей голштинской породы в зависимости от выбранного процентильного интервала, мкг/мл Fig. 5. The concentration of P in the seminal fluid of Holstein bulls, depending on the selected percentile interval, mcg/ml
Полученные в нашем исследовании качества спермы по мере увеличения результаты продемонстрировали концентрации P в семенной жидкости (табл. 6).
положительную тенденцию в показателях
Таблица 6
Показатели качества свежей спермы быков-производителей в зависимости от процентильного интервала концентраций Р в семенной жидкости (M±STD)
2000 -.-,-,-
1800 ■ • 1600 ■ • 1400 • •
1200 • ■ S 1000 • ■
CL
800 ■ •
600 ■ •
400 • ■
200 • ■
0 -■-■-■-
I II III
Среднее
Группа ^ Среднее±0,95 Дов. интервал
Элемент Группа (процентильный интервал)
I(<25) II (25-75) III (>75)
Активность сперматозоидов, балл 7.67±0.058 7.92±0.058** 8.00±0.100**
Концентрация сперматозоидов, млрд 0.863±0.055 1.03±0.055 1. 19±0.155 *
Р<0.05; ** Р<0.01; *** Р<0.001 по сравнению с I группой
Самые низкие показатели качества спермы, отмечалась у животных с содержанием Р в семенной жидкости ниже 25 про-центиля. По мере увеличения содержания Р от минимального к максимальному в процен-тильных интервалах 25-75 и больше 75 про-центиля происходило повышение активности сперматозоидов на 3.2 (Р<0.01) и 4.3 % (Р<0.01), концентрация сперматозоидов при этом увеличивалась на 19.3 и 37.8 % (Р<0.01), соответственно.
Выводы. 1. Результаты проведённых исследований свидетельствуют, что на качественные характеристики свежей спермы быков-производителей голштинской породы
оказывает положительное влияние
концентрация Р, Se, Си, 2п и Sr в семенной жидкости.
2. Отсутствие эталонных интервалов по содержанию химических элементов в семенной жидкости затрудняет интерпретацию лабораторных данных, в связи с этим дальнейшая работа над проблемой должна быть направлена на определение справочных интервалов концентраций основных эссенци-альных и токсичных элементов в семенной жидкости быков-производителей, что позволит диагностировать элементозы и назначать препараты микроэлементов для метаболической коррекции.
Список источников
1. Bagirov V.A., Kalaschnikov V.V., Zaitsev A.M., Zavialov O.A., Frolov, A.N. Reproductive function in purebred arabian stallions as related to the levels of chemical elements in mane hair samples // Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya. 2017. № 52(6). Р. 1184-1193. doi 10.15389/agrobiology.2017.6.1184eng
2. Lu Sy., Huang Z.M., Huang W.K., Liu X.Y., Chen Y.Y., Shi T., et al. How calcium inhibits the magnesium dependent kinase gsk3p: A molecular simulation study // Proteins. 2013. № 81(5). Р. 740-53.
3. Michal Vyvial, Eliska Horackova, Marketa Sedlinska, Eva Janova, Sarka Krisova, Miroslava Mrackova. Determin a-tion of selected components in seminal plasma of donkey stallions and their correlation to semen quality parameters // Acta Veterinaria Brno. 2020. № 88(4). Р. 377-384.
4. Wong W.Y., Flik G., Groenen P.M., Swinkels D.W., Thomas C.M., Copius-Peereboom J.H., Merkus H.M., Stee-gers-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). P. 131-136.
5. Mudron P., Baumgartner W., Kovac G., Bartko P., Rosival I., Zezula I. Effects of iron and vitamin E administration on some immunological parameters in pigs // Dtsch Tieraztl Wschr. 1996. № 103. Р. 131-133.
6. Mahdiyeh Mirnamniha, Fereshteh Faroughi, Eisa Tahmasbpour, Pirooz Ebrahimi, Asghar Beigi Harchegani. An overview on role of some trace elements in human reproductive health, sperm function and fertilization process // Rev Environ Health. 2019. № 34(4). Р. 339-348. doi: 10.1515/reveh-2019-0008
7. Benoff S., Centola G.M., Millan C., Napolitano B., Marmar J. L., Hurley I. R. Hum Increased seminal plasma lead levels adversely affect the fertility potential of sperm in IVF // Reprod. 2003. № 18. P. 374-383.
8. Toman R., Massanyi P. Changes in the testis and epididymis of rabbits after an intraperitoneal and peroral administration of cadmium // Trace Elem Electrolytes. 2002. № 19. № 114-117.
9. Massanyi P., Massanyiova K., Pizzi F., Trandzik J., Toman R. Time dependent influence of low cadmium doses on bovine spermatozoa motion after refreezing // Agriculture. 1999. № 45. Р. 287-295.
10. Forgacs Zs., Nemethy Zs., Revesz Cs., Lazar P. Specific amino acids moderate the effects of Ni2+ on the testosterone production of mouse Leydig cells in vitro // J Toxicol Environ Health. 2001. A62. Р. 349-358.
11. Zakosek Pipan, M., Zrimsek, P., Jakovac Strajn, B. et al. Macro- and microelements in serum and seminal plasma as biomarkers for bull sperm cryotolerance // Acta Vet Scand. 2021. №63(25). https://doi.org/10.1186/s13028-021-00590-2
12. Kalashnikov V.V., Atroshchenko M.M., Zaitsev A.M., Nezalenova A.A., Datsyshin A.A. Correlation between the sperm quality of stallions and the macronutrient concentration in the blood serum // XIX International Scientific and Practical Conference «Current Trends of Agricultural Industry in Global Economy». P. 112-117. doi: 10.32743/agri.gl.econ.2020.112-117
13. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных / А.П. Калашников и др. Москва. 2003. 456 с.
14. Agarwal A., Sekhon L.H. Oxidative stress and antioxidants for idiopathic oligoasthenoteratospermia: is it justified? // Indian J Urol. 2011. № 27. Р. 74-85. doi: 10.4103/0970-1591.78437.
15. Kawakami E., Tekemura A., Sakuma M., Takano M., Hirano T., Hori T., Tsutsui T. Superoxide dismutase and catalase activities in the seminal plasma of normozoospermic and asthenozoospermic beagles // J Vet Med Sci. 2007. № 69(2). Р. 133-136.
16. 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. Р. 1006-1012. doi: 10.1093/humrep/deh725.
17. Villaverde A.I.S., Fioratti E.G., Ramos R.S., Neves R.C., Ferreira J.C.P., Cardoso G.S., et al. Blood and seminal plasma concentrations of selenium, zinc and testosterone and their relationship to sperm quality and testicular biometry in domestic cats // Anim Reprod Sci. 2014. № 150(1). Р. 50-55.
18. Huang Y.L., Tseng W.S., Cheng S.Y., Lin T.H. Trace elements and lipid peroxidation in human seminal plasma // Biol Trace Elem Res. 2000. № 76. Р.207-215.
19. Halla A. El Said, Ghada M. El Khder, Ehab M. Hussein, Nagwa A. Helmy, Mona Salah El Deen. Investigation on the effects of copper deficiency on fertility and some hematobiochemical parameters in rams with trial for treatment // Benha Veterinary Medical Journal. 2019. № 37(1). Р. 210-215.
20. 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. Р. 77-82.
INFLUENCE OF DIFFERENT LEVELS OF ESSENTIAL AND TOXIC ELEMENTS IN SEMINAL LIQUID ON QUALITATIVE CHARACTERISTICS OF SPERM OF
HOLSHTEIN BULLS
©2022. Oleg A. Zavyalov1H, Alexey N. Frolov2, Anatoly V. Kharlamov3, Marina Y. Kurilkina4,
1,2,3,4 Federal Research Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences, Orenburg, Russia, 1 Oleg-Zavyalov83@mail.ru
Abstract. The main goal of this study was to determine the relationship between the concentrations of macro- and microelements in the seminal fluid of sires and the qualitative characteristics of
fresh sperm. The study was carried out in the JSC "Nevskoe", Leningrad region. Fresh sperm obtained from physiologically healthy bulls of the Holstein breed was used as a biomaterial for research. Based on the data on the concentrations of elements (Se, Zn, Cu, Sr P) in seminal plasma, which significantly correlated with the quality characteristics of fresh sperm, the animals were divided into groups: I - up to the 25th percentile, II - within the 25-75th percentile, III - above the 75th percentile. The elemental composition of seminal plasma was determined by 25 chemical elements (Co, Cr, Cu, Fe, I, Mn, Se, Zn, Ca, K, Mg, P, B, Li, Si, V, Na, Ni, Sn, Hg, Sr, Al, As, Cd, Pb) by ICP-DRC-MS methods. Sperm concentration was assessed using a digital photometer. Sperm activity was studied using a phase-contrast microscope. Comparative analysis of sperm quality indicators depending on the levels of concentrations of individual chemical elements in the seminal fluid revealed a significant (P<0.05) increase in sperm activity as the concentrations of Se, Zn, Cu and P increased, while the concentration of spermatozoa in fresh semen increased as the Sr and P levels in seminal fluid increased.
Key words: cattle, sires, trace elements, sperm quality
Acknowledgments: The work was carried out in accordance with the research plan for 20192023 of the Federal State Budget Scientific Institution FNTs BST RAS (No. 0761-2019-0006).
References
1. Bagirov V.A., Kalaschnikov V.V., Zaitsev A.M., Zavialov O.A., Frolov, A.N. Reproductive function in purebred arabian stallions as related to the levels of chemical elements in mane hair samples, Sel'skokhozyaistvennaya Biologiya, 2017, No. 52(6). R. 1184-1193. doi 10.15389/agrobiology.2017.6.1184eng
2. Lu Sy., Huang Z.M., Huang W.K., Liu X.Y., Chen Y.Y., Shi T., et al. How calcium inhibits the magnesium dependent kinase gsk3p: A molecular simulation study, Proteins, 2013, No. 81(5), R. 740-53.
3. Michal Vyvial, Eliska Horackova, Marketa Sedlinska, Eva Janova, Sarka Krisova, Miroslava Mrackova. Determination of selected components in seminal plasma of donkey stallions and their correlation to semen quality parameters, Acta Veterinaria Brno. 2020, No. 88(4), R. 377-384.
4. Wong W.Y., Flik G., Groenen P.M., Swinkels D.W., Thomas C.M., Copius-Peereboom J.H., Merkus H.M., Stee-gers-Theunissen R.P. The impact of calcium, magnesium, zinc, and copper in blood and seminal plasma on semen parameters in men, Reprod Toxicol, 2001, No. 15(2), P. 131-136.
5. Mudron P., Baumgartner W., Kovac G., Bartko P., Rosival I., Zezula I. Effects of iron and vitamin E administration on some immunological parameters in pigs, Dtsch Tieraztl Wschr, 1996, No. 103, R. 131-133.
6. Mahdiyeh Mirnamniha, Fereshteh Faroughi, Eisa Tahmasbpour, Pirooz Ebrahimi, Asghar Beigi Harchegani. An overview on role of some trace elements in human reproductive health, sperm function and fertilization process, Rev Environ Health, 2019, No. 34(4), R. 339-348. doi: 10.1515/reveh-2019-0008
7. Benoff S., Centola G.M., Millan C., Napolitano B., Marmar J. L., Hurley I. R. Hum Increased seminal plasma lead levels adversely affect the fertility potential of sperm in IVF, Reprod, 2003, No. 18, P. 374-383.
8. Toman R., Massanyi P. Changes in the testis and epididymis of rabbits after an intraperitoneal and peroral administration of cadmium, Trace Elem Electrolytes. 2002, No. 19, Pp. 114-117.
9. Massanyi P., Massanyiova K., Pizzi F., Trandzik J., Toman R. Time dependent influence of low cadmium doses on bovine spermatozoa motion after refreezing, Agriculture, 1999, No. 45, R. 287-295.
10. Forgacs Zs., Nemethy Zs., Revesz Cs., Lazar P. Specific amino acids moderate the effects of Ni2+ on the testosterone production of mouse Leydig cells in vitro // J Toxicol Environ Health. 2001. A62. R. 349-358.
11. Zakosek Pipan, M., Zrimsek, P., Jakovac Strajn, B. et al. Macro- and microelements in serum and seminal plasma as biomarkers for bull sperm cryotolerance, Acta Vet Scand, 2021, No. 63(25). https://doi.org/10.1186/s13028-021-00590-2
12. Kalashnikov V.V., Atroshchenko M.M., Zaitsev A.M., Nezalenova A.A., Datsyshin A.A. Correlation between the sperm quality of stallions and the macronutrient concentration in the blood serum, XIX International Scientific and Practical Conference «Current Trends of Agricultural Industry in Global Economy», P. 112-117. doi: 10. 32743/agri.gl. econ.2020.112-117
13. Normy i raciony kormlenija sel'skohozjajstvennyh zhivotnyh (Norms and diets for feeding farm animals), A.P. Kalashnikov i dr. Moskva, 2003, 456 p.
14. Agarwal A., Sekhon L.H. Oxidative stress and antioxidants for idiopathic oligoasthenoteratospermia: is it justified?, Indian J Urol, 2011, No. 27, R. 74-85. doi: 10.4103/0970-1591.78437.
15. Kawakami E., Tekemura A., Sakuma M., Takano M., Hirano T., Hori T., Tsutsui T. Superoxide dismutase and catalase activities in the seminal plasma of normozoospermic and asthenozoospermic beagles, J Vet Med Sci. 2007, No. 69(2), R. 133-136.
16. 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, No. 20, R. 1006-1012. doi: 10.1093/humrep/deh725.
17. Villaverde A.I.S., Fioratti E.G., Ramos R.S., Neves R.C., Ferreira J.C.P., Cardoso G.S., et al. Blood and seminal plasma concentrations of selenium, zinc and testosterone and their relationship to sperm quality and testicular biometry in domestic cats, Anim Reprod Sci, 2014, No. 150(1), R. 50-55.
18. Huang Y.L., Tseng W.S., Cheng S.Y., Lin T.H. Trace elements and lipid peroxidation in human seminal plasma, Biol Trace Elem Res, 2000, No. 76, R.207-215.
19. Halla A. El Said, Ghada M. El Khder, Ehab M. Hussein, Nagwa A. Helmy, Mona Salah El Deen. Investigation on the effects of copper deficiency on fertility and some hematobiochemical parameters in rams with trial for treatment, Ben-ha Veterinary Medical Journal, 2019, No. 37(1), R. 210-215.
20. 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, No. 87, R. 77-82.
Сведения об авторах
О.А. Завьялов - д-р биол. наук; А.Н. Фролов 2 - д-р биол. наук; А.В. Харламов 3 - д-р с.-х. наук; М.Я. Курилкина 4 - канд. биол. наук.
1,2,3,4 Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, ул. 9 января, д. 29, г. Оренбург, Россия, 460000 1 Oleg-Zavyalov83@mail.ru
Information about the authors
O.A. Zavyalov1H - Dr. Biol. Sci.; A.N. Frolov2 - Dr. Biol. Sci.; A.V. Kharlamov3 - Dr. Agr. Sci.; M.Ya. Kurilkina4 - Cand. Biol. Sci.
1,2,3,4 Federal Scientific Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences, 29, 9 Yan-
varya st., Orenburg, Russia, 460000
'Oleg-Zavyalov83@mail.ru
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest: the authors declare that they have no conflicts of interest.
Статья поступила в редакцию 29.03.2022; одобрена после рецензирования 04.04.2022; принята к публикации 19.05.2022. The article was submitted 29.03.2022; approved after reviewing 04.04.2022; accepted for publication 19.05.2022.
