Application of molecular hydrogen in artificial insemination of cows

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper evaluates the effectiveness of artificial insemination of cows with sperm containing molecular hydrogen. The study was conducted on black-and-white cows of the second lactation. Two groups of animals were formed according to the principle of analog groups (control and experimental), with 50 heads each. The cows of the control group were inseminated with sperm frozen in a BioXcell medium, and the animals of the experimental group were inseminated with sperm frozen in a BioXcell medium with molecular hydrogen. To assess the initial functional state of the body, clinical studies and a comprehensive obstetric and gynecological examination were conducted before the start of the experiment. Insemination of cows was carried out by a group method by synchronizing sexual hunting according to the “Ovsinh” scheme. The effectiveness of insemination was evaluated on the basis of rectal ultrasound examination data on days 35 and 90 after insemination. The obtained results showed that the use of molecular hydrogen in the composition of the medium for diluting the seed makes it possible to increase the fertilizing ability of bull sperm and increase the percentage of pregnancy of cows during artificial insemination. Thus, the inclusion of molecular hydrogen in the composition of the solution for diluting the semen of cattle is advisable.

Full Text

Искусственное осеменение – один из путей повышения продуктивности животных. Благодаря ему получены высокие результаты в развитии скотоводства, но работа по улучшению необходимых для отрасли производственно-хозяйственных признаков животных продолжается. [1, 5, 6, 10]

Эффективность искусственного осеменения зависит от успешности криоконсервирования спермы, так как большое количество сперматозоидов теряют фертильность после замораживания и оттаивания. [5, 6, 8] Одна из основных причин повреждения сперматозоидов в результате криоконсервирования – окислительный стресс. Образующиеся в цикле замораживания и оттаивания активные формы кислорода способствуют активации перекисного окисления липидов, инактивации белков, повреждению ДНК. [1–3]

Усовершенствование методик позволит решить проблемы, связанные со снижением качества спермы после цикла замораживания и оттаивания. В предыдущих наших исследованиях доказано положительное влияние молекулярного водорода на кинетику, морфологию, состояние окислительного, энергетического гомеостаза сперматозоидов крупного рогатого скота. [4]

Цель работы – оценка результативности искусственного осеменения коров спермой, содержащей молекулярный водород.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперименты проводили на базе кафедры «Физиология, биохимия животных и акушерство» Нижегородского агротехнологического университета имени Л.Я. Флорентьева и в лаборатории ООО «Нижегородское» по племенной работе.

Объект изучения – черно-пестрые коровы второй лактации. Было сформировано две группы животных по принципу групп-аналогов (контрольная и опытная), по 50 гол. в каждой.

Провели комплексное акушерско-гинекологическое обследование коров. Учитывали размеры и ригидность матки, наличие в яичниках фолликулов и желтых тел. Вагинальное исследование позволило оценить состояние слизистой оболочки преддверия влагалища, характеристики цервикальной слизи и наличие патологических изменений.

Осеменение коров осуществляли групповым методом, синхронизируя половую охоту по схеме «Овсинх». Схему начинали с 50…57 дн. после отела. Первоначально проводили внутримышечно инъекцию гонадолиберина (Сурфагон 50 мкг) на произвольной стадии цикла эструса, что способствовало овуляции и наступлению лютеиновой фазы. Через 7 дн. внутримышечно вводили простагландин F2α (Эстрофан 2 мл) для регресса желтого тела, через 48 ч – гонадолиберин (Сурфагон 50 мкг) для овуляции нового доминантного фолликула. На 9 день наступала половая охота. Через 24 ч (на 10 день) – искусственное оплодотворение (осеменение).

Сравнивали результативность искусственного осеменения коров спермой, криоконсервированной в усовершенствованной среде, содержащей молекулярный водород (опытная группа), с показателями оплодотворяемости, полученными при использовании спермы, замороженной в среде без молекулярного водорода (контрольная). Коров контрольной группы осеменяли спермой, замороженной в среде BioXcell, а животных опытной ‒ спермой, замороженной в среде BioXcell с молекулярным водородом. Метод осеменения коров – цервикальный с ректальной фиксацией шейки матки (ректо-цервикальный). Эффективность осеменения оценивали на основе данных ректального УЗИ исследования на 35 и 90 сут. после осеменения. Для определения стельности использовали ветеринарный УЗИ-сканер CТS-800 (Китай).

Состояние метаболизма определяли по клинико-физиологическим и биохимическим показателям крови на биохимическом анализаторе Clima MC-15 при помощи стандартных наборов реактивов фирмы BioSystems и Randox.

Полученные экспериментальные данные рассчитывали, как среднее значение с ошибкой среднего. Для статистического анализа результатов применяли программу Statistica 6.0. и Microsoft Excel. Уровень статистической значимости – 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Клинико-физиологические параметры (температура тела, пульс, частота дыхания) у коров контрольной и опытной групп находились в пределах физиологической нормы. Статистически значимых различий между группами по этим параметрам не обнаружено (табл. 1).

 

Таблица 1.

Клинико-физиологические показатели животных контрольной и опытной групп, М ± m

Показатель

Контрольная группа

Опытная группа

Норма по И.П. Кондрахину, 2004 [7]

Температура, °С

38,5 ± 0,19

38,9 ± 0,25

37,5…39,0

Пульс, уд./мин.

62,4 ± 0,79

61,1 ± 0,95

50…80

Дыхание, дых. дв./мин.

22,4 ± 0,98

19,6 ± 1,16

15…30

 

Средняя температура тела у коров контрольной группы – 38,5 ± 0,19°С, частота пульса – 62,4 ± 0,79 уд./ мин., частота дыхательных движений – 22,4 ± 0,98 дых. дв./ мин., опытной – 38,9 ± 0,25°С, 61,1 ± 0,95 уд./мин., 19,6 ± 1,16 дых. дв./мин. соответственно. Разница между величинами контрольной и опытной групп животных была статистически недостоверной (Р>0,05).

Анализ данных, отражающих обмен веществ (белок, холестерин, глюкоза, мочевина, креатинин), также не выявил отклонений от нормативных значений в обеих группах, характерных для крупного рогатого скота (табл. 2).

 

Таблица 2.

Биохимические показатели крови животных контрольной и опытной групп, М ± m

Показатель

Контрольная группа

Опытная группа

Норма по И.П. Кондрахину, 2004 [7]

Общий белок, г/л

75,22 ± 2,28

77,39 ± 1,96

60…85

Альбумины, %

47,14 ± 2,19

43,15 ± 5,23

35…50

α глобулины, %

14,6 7 ± 4,69

13,21 ± 3,13

17…20

β глобулины, %

13,55 ± 1,01

14,35 ± 1,27

10…16

γ глобулины, %

30, 44 ± 4,79

32, 14 ± 3,45

25…40

Холестерол, ммоль/л

3,07 ± 0,14

3,11 ± 1,05

2,3…6,6

Глюкоза, ммоль/л

2,29 ± 0,17

2,32 ± 0,12

2,1…3,9

Мочевина, ммоль/л

4,22 ± 0,19

4,75 ± 0,23

3,3…3,6

АСТ, Ед/л

35,13 ± 1,25

33,11 ± 1,92

48…110

АЛТ, Ед/л

75,14 ± 2,5

74,41 ± 1,71

17…37

Креатинин, ммоль/л

89,32 ± 4,12

75,47 ± 6,72

88…107

 

У животных контрольной группы содержание общего белка составило 75,22 ± 2,28 г/л, альбуминов – 47,14 ± 2,19%, α глобулинов – 14,67 ± 4,69, β глобулинов – 3,55 ± 1,01, γ глобулинов – 30,44 ± 4,79%. У животных опытной и контрольной групп показатели белкового обмена статистически достоверно не отличались и также находились в пределах стандартных интервалов. Содержание общего белка у коров опытной группы – 77,39 ± 1,96 г/л, альбуминов – 43,15 ± 5,23%, α глобулинов – 13,21 ± 3,13%, β глобулинов – 14,35 ± 1,27%, γ глобулинов – 32,14 ± 3,45%.

Уровни холестерола, креатинина, глюкозы и мочевины в крови животных контрольной и опытной групп не различались между собой и находились в пределах стандартных интервалов. Содержание холестерола в крови коров контрольной – 3,07 ± 0,14 ммоль/л, глюкозы – 2,29±0,17 ммоль/л, мочевины – 4,22 ± 0,19 ммоль/л, креатинина – 89,32 ± 4,12 ммоль/л, опытной – 3,11 ± 1,05, 2,32 ± 0,12, 4,75 ± 0,23, 75,47 ± 6,72 ммоль/л соответственно.

Биохимические маркеры функционального состояния печени, интенсивности белкового, энергетического обмена, активность аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ) соответствовала стандартным значениям у животных обеих групп. Разность между показателями была незначительна и статистически не достоверна (табл. 2).

Таким образом, биохимические показатели крови у коров опытной и контрольной групп находились в пределах интервалов физиологической нормы.

Перед определением влияния молекулярного водорода в составе замораживающей среды на результативность осеменения коров криоконсервированной спермой оценивали активность спермы по прямолинейному поступательному движению сперматозоидов по десятибалльной шкале. Перед искусственным осеменением используемая сперма получила оценку 5 баллов из 10, 50% сперматозоидов имели прямолинейное поступательное движение. Через 90 сут. оплодотворяемость коров опытной группы была выше на 11,5%, по сравнению с группой животных, которых оплодотворяли спермой без молекулярного водорода (табл. 3).

 

Таблица 3.

Результативность осеменения коров опытной группы спермой, замороженной с молекулярным водородом

Показатель

Контрольная группа

Опытная группа

Осеменено коров

50

50

Выбыло из опыта коров

2

3

Стельных коров через 35 сут.

23

28

Стельных коров через 90 сут.

20

25

%

41,7

53,2

 

Таким образом, использование молекулярного водорода в составе среды для разбавления семени позволяет повысить оплодотворяющую способность спермы быков и увеличить процент стельности коров при искусственном осеменении.

Положительное влияние молекулярного водорода на функциональные характеристики сперматозоидов, вероятно, связано с его антиоксидантной активностью. Молекулярный водород специфично нейтрализует только высокотоксичные –ОН и ONOO−, которые могут неконтролируемо вступать в реакции с макромолекулами клетки. [8] С сигнальными активными формами кислорода и азота, участвующими в физиологических процессах, водород ведет себя нейтрально. Это отличает молекулярный водород от других антиоксидантов. Он уменьшает окислительный стресс, корректирует окислительно-восстановительный статус клеток, обладает антиапоптотическими, противовоспалительными и метаболическими эффектами и может быть использован при искусственном осеменении. [9, 11–19]

×

About the authors

Marina N. Ivashchenko

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky; Nizhny Novgorod State Agrotechnological University named after L.I. Florentyev

Author for correspondence.
Email: kafedra2577@mail.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Anna V. Deryuginа

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky

Email: kafedra2577@mail.ru

Grand PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Andrey A. Belov

National Research Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky; Nizhny Novgorod State Agrotechnological University named after L.I. Florentyev

Email: kafedra2577@mail.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Alexey I. Erzutov

Nizhny Novgorod State Agrotechnological University named after L.I. Florentyev

Email: kafedra2577@mail.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

Vladimir A. Petrov

Nizhny Novgorod State Agrotechnological University named after L.I. Florentyev

Email: kafedra2577@mail.ru

PhD Student

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Abilov A.I., Plemyashov K.V., Kombarova N.A. i dr. Nekotorye aspekty vosproizvodstva krupnogo rogatogo skota. SPb, 2019. 304 s.
  2. Antonov M.P. Vliyanie biohimicheskih izmenenij lipidov spermatozoidov i spermoplazmy na fertil’nost’ eyakulyata // Verhnevolzhskij medicinskij zhurnal. 2012. № 3. S. 47–50.
  3. Budevich A.I., Mordan’ G.G. Sovershenstvovanie tekhnologii iskusstvennogo osemeneniya krupnogo rogatogo skota // Vesti Akademii agrarnyh nauk Respubliki Belarus’. Ser. s.-h. nauk. 2002. № 3. S. 77–79.
  4. Deryugina A.V., Ivashchenko M.N., Lodyanoj M.S. Ocenka rezistentnosti membran spermatozoidov bykov v processe dolgosrochnogo hraneniya // Estestvennye i tekhnicheskie nauki. 2022. T. 1 (164). S. 107–109.
  5. Duvakina E.V. Osemenenie krupnogo rogatogo skota // Molodezh’ i nauka. 2019. № 9. S. 30.
  6. Kuleshova A.I., Safronov S.L. Sovremennye metody vosproizvodstva stada krupnogo rogatogo skota, ih preimushchestva i nedostatki // Vestnik Studencheskogo nauchnogo obshchestva. 2018. T. 9. № 1. S. 189–191.
  7. Kondrahin I.P., Arhipov A.V., Levchenko V.I. Metody veterinarnoj klinicheskoj laboratornoj diagnostiki: spravochnik. M.: KolosS, 2004. 520 s.
  8. Piskarev I.M., Ivanova I.P., Samodelkin A.G., Ivashchenko M.N. Iniciirovanie i issledovanie svobodno-radikal’nyh processov v biologicheskih eksperimentah. Nizhnij Novgorod, 2016. 106 s.
  9. Rahmanin Yu.A., Egorova N.A., Mihajlova R.I. Molekulyarnyj vodorod: biologicheskoe dejstvie, vozmozhnosti primeneniya v zdravoohranenii (obzor) // Gigiena i sanitariya. 2019. T. 98. № 4. S. 359–365.
  10. Ernst L.K., Subbotin A.D. Iskusstvennoe osemenenie – glavnyj faktor geneticheskogo progressa i rosta produktivnosti zhivotnovodstva // K 100-letiyu so dnya rozhdeniya osnovopolozhnika biologii vosproizvedeniya i tekhnologii iskusstvennogo osemeneniya akademika VASHNIL B.K. Milovanova: mat. Mezhd. nauch.-prakt. konf. Dubrovicy, 2004. S. 10–29.
  11. Bjelakovic G., Nikolova D., Gluud L. et al. Antioxidant supplements for prevention of mortality in healthy participants and patients with various diseases // Cochrane Database Syst. Rev. 2012. V. 3. CD007176.
  12. Finkel T., Holbrook N. Oxidants, oxidative stress and the biology of ageing // Nature. 2000. V. 408 (6809). PР. 239–247.
  13. Katakura M. Hydrogen-rich water inhibits glucose and alpha, beta –dicarbonyl compound-induced reactive oxygen species production in the SHR.Cg-Leprcp/NDmcr rat kidney. Med Gas Res. 2012. 2 (1). РР. 18–10.
  14. Kimura H. Hydrogen sulfide: from brain to gut // Antioxid. Redox Signal. 2010. V. 12 (9). PР. 1111–1123.
  15. Smith R., Murphy M. Mitochondria-targeted antioxidants as therapies // Discov. Med. 2011. V. 11 (57). PР. 106–114.
  16. Shi P, Sun W. A hypothesis on chemical mechanism of the effect of hydrogen. Med Gas Res. 2012. 2 (1). РР. 17–10.
  17. Ohsawa I., Ishikawa M., Takahashi K. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals // Nat. Med. 2007. V. 13. № 6. РP. 688–694.
  18. Ohta S. Molecular hydrogen as a preventive and therapeutic medical gas: initiation, development and potential of hydrogen medicine // Pharmacol. Ther. 2014. V. 144. № 1. PР. 1–11.
  19. Xie K., Yu Y., Pei Y., Hou L. Protective effects of hydrogen gas on murine polymicrobal sepsis via reducing oxidative stress and HMGB1 release // Shock. 2010. V. 34. № 1. PР. 90–97.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.