Управление хряками и обрботка семени, как факторы влияющие на качество конечных доз

Искусственное осеменение (ИО) является предпочтительным методом размножения в большинстве систем интенсивного свиноводства во всем мире. Для рентабельного производства семени необходимо получить максимальное количество эякулятов высокого качества от каждого хряка. В этой статье мы рассмотрим современные опыты и знания о факторах, которые могут повлиять на качество семени.

Чтобы получить максимальную продуктивность от каждого хряка, необходимо учитывать генетические и внешние факторы, которые могут повлиять на качество и семени и сперматогенез. При выборе хряков необходимо учитывать не только потенциал их потомства для производства мяса, но и качество эякулятов. Метод раннего анализа продуктивных качеств хряков поможет выбраковать животных, которые не будут использоваться для производства спермадоз и снизить затраты в будущем, для лечения и содержания не пригодных хряков- производителей.

Содержание, кормление и менеджмент могут оказывать непосредственное влияние на сперматогенез и, следовательно, на эффективность работы станции искусственного осеменения (СИО). Во время обработки и хранения эякуляты страдают от разных стресс-факторов, и считается, что некоторые стратегии кормления могут подготовить семя, чтобы лучше противостоять этим факторам.

В дополнение к управлению хряками, эякуляты должны обрабатываться согласно точному протоколу, чтобы избежать повреждения сперматозоидов. Все больше СИО внедряют системы контроля качества, в которых отслеживается каждый шаг от сбора до фасовки. Известно, что качество воды, температура разбавления и хранения или различные составы сред влияют на качество семени. Бактериальное загрязнение было определено как одна из наиболее острых проблем при обработке свежих эякулятов. Беспокойство вызывает не только негативное влияние бактерий на качество нативного семени, но и увеличение количества бактерий, выделенных из готовых спермодоз, что указывает на появление резистентности к антибиотикам.

 Особое внимание в этой статье будет уделено факторам, которые могут поставить под угрозу качество эякулятов, таким как управление хрячником, бактериальное загрязнение, обработка и хранение семени.

Менеджмент хрячника: факторы, влияющие на производство и качество спермы

Важные факторы, влияющие на производство и качество семени, приведены в таблице 1



Половые патологии и инфекционные патогены, влияющие на здоровье хряка

В ходе исследования хряков, отобранных из-за проблем с фертильностью, были выявлены различные патологии яичек, такие как варикоцеле, фиброз, воспаление или кровоизлияния, при этом варикоцеле является наиболее распространенным. СИО извлекли бы пользу из метода раннего выявления этих проблем, например, ультразвуковым исследованием мошонки и яичек. Например было показано, что дисфункция эпидидимиса (придаток семенника), приводит к высокой частоте сперматозоидов с изогнутым хвостом и низкой подвижностью.

Инфекционные заболевания могут также поставить под угрозу качество семени. Brucella suis, leptospires и Chlamydia - бактерии, которые, как известно, негативно влияют на качество эякулятов. Вирус болезни Ауески вызывает дегенерацию яичек и увеличивает аномалии сперматозоидов. Вирус репродуктивного и респираторного синдрома свиней (РРС) не вызывает специфических поражений в яичках, но инфицирование вирусом может привести к аномалиям сперматозоидов, снижению подвижности и уменьшению объема эякулята из-за прямого влияния репликации вируса в эпителии половых путей. Исследователь Шульц обнаружил, что некоторые параметры компьютерного анализа семени (CASA) (увеличение ALH и снижение прямолинейной подвижности) изменились после заражения PРС, и предположил, что регулярный мониторинг этих параметров можно использовать в качестве первого признака вспышки PРС.

Влияние различных вакцин на качество эякулятов не исследовано детально. Семя хряков, вакцинированных модифицированной живой вакциной против PРС и впоследствии зараженных вирусом, имела худшую подвижность и морфологию, чем у хряков, зараженных, но не вакцинированных. Как упоминалось ранее в этом разделе, PРС реплицируется в эпителии половых путей, и поэтому возможно, что живой вирус вакцины может оказывать аналогичное действие. 

Условия содержания и микроклимат

Помимо соответствующей площади и конструкции станка, условия содержания также должны быть адаптированы к требованиям хряков. Различные режимы освещения, температуры, влажности и сезонных эффектов также влияют на качество семени. 

Данные опыта №1: хряки, которые содержались при естественном свете с добавками искусственного света (150–300 лк) для постоянного поддержания света в течение 15 часов с 11 недель до полового созревания (24–26 недель), имели более быстрое половое созревание и более высокое либидо, чем хряки, получавшие только естественный свет в течение этого периода (до 9 часов во время испытания).  Также наблюдалось уменьшение объема и концентрации семени после 1 месяца воздействия, но через 3 месяца после возвращения 15-ти часового светового дня объем и концентрация семени возобновлялись.

Данные опыта №2: тепловой стресс также влияет на качество семени хряка. Хряки, подвергшиеся воздействию 34,5 ° C в течение 8 часов и 31,0 ° C в течение 16 часов ежедневно в течение 60 дней, имели более низкую подвижность сперматозоидов и повышение морфологических патологий, а также пониженную фертильность по сравнению с контрольными хряками, поддерживаемыми при 23,0 ° C.  Более того, не только постоянный тепловой стресс, но и колебания температуры более 10 ° C (25–35 ° C) между днем и ночью могут снизить качество сперматогенеза и эякулята на выходе.

Сбор и частота сбора

Подобно манежам для содержания, станок для сбора должен быть безопасным для хряков и работников и должен обеспечивать быструю обработку многих хряков. 

Дизайн станка для сбора также влияет на либидо хряка. У хряков, простимулированных до момента садки, сбор семени происходит быстрее, что приводит к обработке большего количества хряков за более короткий период времени. Кроме того, у этих хряков увеличивается количество сперматозоидов. Хряков можно стимулировать непосредственно перед сбором, позволяя им видеть других хряков в действии с чучелом. Это возможно, если перед станком для сбора имеется так называемая зона стимуляции. Стимуляция хряка простагландинами (PGF2α) также была изучена, но, помимо тенденции к сокращению времени начала эякуляции и большей продолжительности эякуляции, не наблюдалось никакого влияния на количество сперматозоидов или качество семени.

Отсутствие гигиены во время сбора приводит к бактериальному и вирусному загрязнению эякулята и, следовательно, к дозам семени. Поэтому, волосы, окружающие препуций, должны регулярно подстригаться, поскольку это может привести к бактериальному обсеменению. Бактериальное загрязнение может привести к снижению качества эякулятов вследствие прямого воздействия бактерий или косвенного воздействия побочных продуктов бактерий на сперматозоиды. Помимо этого, время сбора также влияет на степень контаминации бактериями. Специалистами было изучено, что продолжительность сбора более 7 минут повышает риск бактериальной обсеменённости.

Недавно была разработана автоматизированная линия сбора, позволяющая осуществлять сбор практически без помощи рук. Эта система может включать, помимо прочего, пневматическое открывание дверей доступа и электронную идентификацию оператора и хряка. Было доказано, что это увеличивает количество хряков, обрабатываемых на одного оператора в час, без снижения производства спермы (концентрация и объем), а также снижает бактериального загрязнения эякулятов. 

Как правило, семя от хряков собирают примерно два раза в неделю. Высокая частота сбора отрицательно влияет на морфологию и подвижность сперматозоидов, потому что сперматозоиды вынуждены быстро переходить из головки в каудальную часть придатка яичка, что приводит к недостаточному времени для их созревания. У хряков, собранных чаще чем два раза в неделю, наблюдается больше проксимальных капель, больше аномалий головы и хвоста и более низкая подвижность. Высокая частота сбора приводит к дисбалансу в секреции жидкости в придатках, которая необходима для созревания сперматозоидов.

Бактериальное загрязнение

Бактериальная контаминация ухудшает качество семени, поскольку вызывает агглютинацию сперматозоидов и снижает их подвижность. Это также может снизить переживаемость сперматозоидов во время хранения и потенциал их фертильности. Обычно выделяемые бактерии из разбавленной спермы и их влияние на качество сперматозоидов приведены в таблице 22.

Таблица 2. Бактерии, которые выделили из готовых доз



Многие различные бактерии были выделены как из нативного эякулята, так и из готовых доз. В основном они принадлежат к семейству Enterobacteriaceae (Serratia marcenses, Klebsiella oxytoca, Morganella morganii или Proteus mirabilis)и их присутствие связано с пониженной подвижностью, целостностью мембран и приводит к агглютинации сперматозоидов в спермадозах, хранящихся при 17 °C. Clostridium perfringens снижает подвижность и жизнеспособность сперматозоидов после  24-часовой инкубации или хранения при 17 °С . 

Факторы риска бактериального загрязнения во время сбора включают в себя вытекание жидкости из рук техника (первая фракция) и сбор дольше 7 минут. Количество КОЕ было также выше, когда у хряков были длинные препуциальные волосы. Кроме того, критические контрольные точки при обработке семени в лаборатории. Было обнаружено, что виды бактерий в нативном эякуляте, отличаются от видов, выделенных из спермадоз, что указывает на то, что большая часть загрязнения дозы происходит из лабораторной среды, а не из хрячника. Раковины или стоки показали высокую степень загрязнения, и в разных точках производства были выделены многочисленные бактерии. Контроль и обеспечение надлежащей гигиены в этих критических точках приведет к снижению количества бактерий и улучшению качества сперматозоидов.

Управление лабораторией: факторы влияющие при обработке семени

Таблица 3

Различные факторы, которые влияют на качество эякулята во время обработки. Внедрение систем контроля качества и обеспечения качества в СИО поможет уменьшить негативное влияние этих факторов на качество конечных спермадоз.



Сбор семени

Сбор семени был определен как наиболее критическая точка для бактериального загрязнения. Первую часть эякулята (~ 25 мл) следует вылить, поскольку она не содержит сперматозоидов и может иметь большое количество бактерий. Затем собирают богатую спермой фракцию (40–100 мл), которая содержит 80–90% всех сперматозоидов в эякуляте. 

Процедуры разбавления

Чтобы избежать раннего истощения и продлить выживание сперматозоидов, их метаболическую активность уменьшают с помощью ингибиторов и путем понижения температур. По сравнению с семенем других видов животных, семя хряка очень чувствительно к температурам ниже 12 °C из-за более низкой доли PUFA в ее мембране. Эта температура обычно не достигается во время обработки эякулята. В момент сбора температура эякулята составляет примерно 37 ° C и 32–35 ° C по прибытии в лабораторию, где он обрабатывается. Протоколы разбавления и температура среды варьируются между СИО. Известно, что акклиматизация при комнатной температуре в течение нескольких часов оказывает защитное действие при хранении доз при температуре 17 °C.

Среды и их влияние

Среда, используемая для хранения доз, необходима для продления выживания сперматозоидов путем питания и подачи энергии, буферизации рН и предотвращения роста бактерий. Существует много различных сред для семени хряка. Каждое СИО должно выбирать вид среды в соответствии со своими условиями работы на хрячнике, лаборатории и транспортировке доз. Известно, что каждый этап работы с эякулятами влияет на последующие качество спермадоз и степень фертильности сперматозоидов во время осеменения. 

Среды обычно разбавляют в дистиллированной или деионизированной воде. Важным является не только микробиологическое качество воды, но и содержание электролита, особенно отсутствие ионов кальция.  Дополнительные компоненты современных среды могут снизить уровень свободных радикалов и снизить риск окисления сперматозоидов, а также регулировать осмотическое давление, которое важно при обмене полезных веществ между мембраной сперматозоида и средой.
Поскольку, по данным исследования, бактериальная контаминация присутствует в готовых спермадозах, это указывает на развитие устойчивости к антибиотикам. В контексте разумного использования лучше выбирать среды с коктейлем антибиотиков, чтоб предотвратить развитие резистентности и обеспечить защиту сперматозоидов от контаминации бактериями. 

Не меньшую роль играет температура во время обработки эякулятов, их разведение, охлаждение и транспортировка. Резкие перепады температур, даже краткосрочные, негативно влияют на целостность акросомы и мембраны сперматозоида, а также их фертильной способности. 

Новая среда NUTRIXcell ultra от IMV Technologies защищает семя при перепадах температур от 10 до 25 ° C, а также содержит дополнительные компоненты, предотвращающие осмотический и механический шок, во время обработки эякулятов и их транспортировки на репродукторы.

Упаковка и хранение

Процесс фасовки осуществляется автоматизированными системами в большинстве СИО. Эти системы быстрые и точные и не могут повредить сперматозоиды. Также было исследовано, что тип фасовки влияет на скорость охлаждения: пакетам требуется меньше времени для достижения 17 ° C по сравнению с тюбиками, и наблюдается меньшая степень седиментации семени. Помимо этого, упаковки должны быть исследованы на токсичность в случаях понижения качества доз. Анализ связанных токсинов должен быть включен в рутинный контроль качества компаний, поставляющих расходные материалы. 

Дальнейшее хранение спермадоз осуществляется при 17 ° С. При этой температуре метаболизм спермы снижается, что необходимо для продления срока хранения. Критически низкая температура для выживания спермиев у хряков 12 ° C. Механизм старения сперматозоидов во время хранения связано, помимо прочего, с перекисным окислением липидов и изменениями текучести мембраны сперматозоидов. 

Назад в раздел