Образование основных компонентов молока

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СЕКРЕТОРНОГО ПРОЦЕССА

Структурно-функциональной единицей молочной железы является альвеола (рис. 2).

Секреторный процесс осуществляется клетками эпителия альвеол и мелких протоков. Причем каждая секреторная клетка производит все составные части молока. Ядра этих клеток большие. В цитоплазме развит гранулярный эндоплазматический ретикулум. Митохондрии крупные с хорошо различимыми кристами (участвуют в преобразовании ацетата и других предшественников в секретируемые продукты, являются поставщиками энергии для синтетических процессов и секреции). Комплекс Гольджи четко выражен и расположен ближе к апикальной поверхности клетки.

Средняя скорость образования молока в железе составляет 1 мл на 1 г железистой ткани в сутки. Ежеминутно у коровы синтезируется до 600 мг белков, 800 мг лактозы, 700 мг жиров.

Исходные продукты для образования молока доставляются кровью к секреторной клетке и проникают в нее путем простой или облегченной диффузии, а также с помощью активного транспорта.

Для попадания компонентов молока в просвет альвеолы, обязательно их прохождение через секреторную клетку. Это обусловлено барьерными свойствами плотных контактов секреторного эпителия на границе между апикальной и латеральной зонами клеточной мембраны. Данные контакты обеспечивают также межклеточный обмен молекулами и объединяют клетки в функциональный синцитий при сохранении клеточной обособленности. Гибель соседних клеток приводит к «закрытию» высокопроницаемых контактов уцелевшими клетками.

Сократительный аппарат миоэпителия представлен миофибриллами, расположенными в теле и отростках клеток. Сокращения миофибрилл вызываются повышением концентрации кальция в цитоплазме. Ионы кальция депонируются в эндоплазматическом ретикулуме и примембранных везикулах, а при действии на клетку окситоцина - выходят в цитоплазму.

Образование и секреция компонентов молока обеспечиваются секреторными клетками альвеолярного эпителия. Именно здесь накапливаются предшественники секрета, синтезируется первичный секрет, происходит внутриклеточный транспорт, дальнейшая обработка, накопление и выведение его (экструзия).

Сразу после удаления ранее синтезированного секрета начинается новый секреторный цикл. Интенсифицируются транспортные (происходит временное функциональное набухание клеток из-за поступления в них осмотически активных веществ - глюкозы, аминокислот и электролитов) и синтетические процессы в секреторных клетках. Это быстро восстанавливает внутриклеточную концентрацию всех необходимых для предстоящего синтеза компонентов. Затем образуются пептидные цепи компонентов секрета или молекул участвующих в их образовании. В каждой полисоме на одну молекулу мРНК приходится несколько рибосом, синтезирующих однотипный белок.

Сформировавшийся в везикулах комплекса Гольджи секреторный продукт (состоит из казеина и лактозы, а также липидных глобул) перемещается для выведения из клетки в ее апикальную зону по электрическому градиенту. Это перемещение связано с поляризацией клеток альвеолярного эпителия (везикулы движутся к положительному полюсу клетки) и усиливается при гиперполяризации клеточной мембраны (может вызываться окситоцином).

БИОСИНТЕЗ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ МОЛОКА

Белки молока синтезируются из свободных аминокислот крови, поступивших с помощью активного транспорта в секреторную клетку молочной альвеолы.

Синтез белков молока дополняется поступлением в молоко белков плазмы (например, сывороточный альбумин и иммуноглобулины).

Недостаточное поглощение молочной железой некоторых заменимых аминокислот компенсируется синтезом их секреторными клетками железы из других заменимых аминокислот (источник азота), глюкозы, уксусной кислоты и β-оксимасляной кислоты.

Молочный жир в основном представлен триглицеридами. Это эфиры глицерина и трех одинаковых (простые триглицериды) или разных (смешанные триглицериды) молекул жирных кислот.

Жирные кислоты молочного жира могут происходить из липидов крови, но главным образом синтезируются в молочной железе

Триглицериды входят в состав циркулирующих с кровью β-липопротеидов, а у коз и хиломикронов. Гидролиз триглицеридов крови происходит в эндотелии капилляров молочной железы, а освободившиеся глицерин и жирные кислоты поглощаются эпителием альвеол, где превращаются в триглицериды молока (преимущественно на эндоплазматическом ретикулуме). Бета-липопротеиды являются источниками высокомолекулярных жирных кислот молочного жира - миристиновой, стеариновой, пальмитиновой и олеиновой.

В синтезе молочного жира участвуют и содержащиеся в крови свободные жирные кислоты (например, стеариновая). Пальмитиновая кислота поступает из крови в секреторные клетки, а также синтезируется ими.

Наряду с синтезом в молочной железе происходит и трансформация жирных кислот (например, олеиновая кислота образуется из стеариновой).

Основное количество короткоцепочечных (С₄ - С₁₄) жирных кислот молока жвачных синтезируется из образующихся в рубце предшественников - ацетата (в молочную железу поступают более 80% всосавшегося в кровь ацетата) и β-оксибутирата. Длинноцепочечные жирные кислоты образуются из триглицеридов и свободных жирных кислот крови, а пальмитиновая кислота - из обоих источников.

У нежвачных (свиньи, кролики) жирные кислоты молока синтезируются из глюкозы.

Иногда молочный жир синтезируется из межальвеолярной жировой ткани.

В нелактационный период вымя поглощает из крови глюкозу, ЛЖК и кетоновые тела с меньшей, чем при лактации интенсивностью. При этом, молочная железа нелактируюших коров может выделять в кровь образующиеся в ней ненасыщенные жирные кислоты.

Лактоза синтезируется в комплексе Гольджи молочной железы из глюкозы плазмы крови и образующегося в секреторных клетках из ацетата, пропионата и глицерина.

При биосинтезе лактозы сначала образуется галактоза, а затем она соединяется с глюкозой. Для образования молочного сахара необходимо присутствие белка молока α-лактоальбумина. Поэтому, пониженное образование его приводит к уменьшению концентрации в молоке и лактозы.

СЕКРЕЦИЯ КОМПОНЕНТОВ МОЛОКА В ПОЛОСТЬ АЛЬВЕОЛЫ

Синтезированные в железистых клетках белки, жиры и углеводы секретируются в полость альвеол.

Известны следующие механизмы секреции (экструзии):

голокриновый - выделение секрета в результате гибели и отторжения железистой клетки;

апокриновый - превращение апикальной части клетки в секрет и отторжение его (теряется только апикальная часть секреторной клетки);

леммокриновый - с каплей секрета отделяется участок плазматической мембраны (теряется только часть мембраны секреторной клетки);

мерокриновый - отделение секрета от тела клетки через ее мембрану (в мембране временно образуется отверстие);.

При образовании молока преимущественно используются леммокриновый и мерокриновый механизмы экструзии секрета.

В просвет альвеол наряду с жиром, углеводами и белками выделяется жидкая часть секрета, что приводит к формированию молока. Его нормальный состав устанавливается по завершении молозивного периода.

Жировая глобула приближается к апикальной мембране и облекается ею. Одновременно с увеличением контакта с плазматической мембраной капля все больше выступает в просвет альвеолы. Огибая жировую каплю, плазматическая мембрана сужается у основания и перешнуровывается, а затем отрывается и попадает в полость альвеолы (леммокриновый механизм). Иногда вместе с секретом и фрагментом мембраны отделяются и участки цитоплазмы альвеолярной клетки (экструзия).

Белки и лактоза в виде секреторных гранул поступают в комплекс Гольджи. Здесь они покрываются оболочкой, образуя пузырьки (везикулы). Казеин подвергается фосфорилированию и образует внутри пузырьков мицеллы. Везикулы с их содержимым движутся к вершине клеток, где сливаются с мембраной, и ее содержимое опорожняется в просвет альвеолы (мерокриновый механизм).

Плазматическая мембрана после того, как ее часть была использована для покрытия жировой глобулы, восстанавливается за счет стенки везикулы, приносящей белковый секрет.

Секреция компонентов молока в альвеолярном эпителии проходит циклические фазы секреторного цикла (транспорт предшественников, синтез секторного продукта и его выведение за пределы клетки) общей продолжительностью по 55-70 мин.

В ходе секреторного цикла, происходят двухфазные изменения кровоснабжения альвеол. Сначала, в результате действия окситоцина, возникает кратковременная вазоконстрикция (сужение сосудов), а затем - длительная вазодилятация (расширение сосудов, обеспечивающее рабочую гиперемию органа). Увеличение объемного кровотока при становлении лактации способствует интенсивному секретообразованию и увеличению молочной продуктивности, а гипогалактия часто возникает при отклонениях гемодинамики.

В формировании окончательного состава молока важное значение имеет реабсорбция некоторых его составных частей. Реабсорбция осуществляется, когда молоко уже находится в молочных протоках, каналах, ходах и цистерне. Реабсорбируют в кровь вещества, синтезирующиеся в самой молочной железе и использующиеся для синтеза компонентов молока, а также вещества, синтезированные, профильтровавшиеся и поступившие в полость альвеол, протоков, каналов, ходов и цистерны в избытке.

РЕГУЛЯЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И СЕКРЕЦИИ

КОМПОНЕНТОВ МОЛОКА

Сразу после родов и в период установившейся лактации в ЦНС (гипоталамус и другие отделы) самки формируется доминанта лактации, которая проявляется высокой активностью нервного центра молокообразования. Сформированная при этом программа действия осуществляет регуляцию лактации взаимосвязанными нервными и эндокринными механизмами. Она обусловливает начало и поддержание образования молока в течение всего периода лактации. Это осуществляется благодаря поступлению управляющих сигналов к секреторному аппарату молочной железы по эфферентным нервным волокнам и в виде гормонов (пролактина, СТГ, АКТГ, тироксина и трийодтиронина, кортизола, инсулина, катехоламинов, глюкокортикоидов) с кровью.

В ответ на поступающую из молочных желез информацию гипоталамические структуры регулируют продукцию лактогенных гормонов и усиливают в ЦНС доминанту лактации.

Молочная продуктивность животных определяется количеством зрелых клеток в молочной железе и доступностью субстратов для синтеза компонентов молока. Оба эти фактора реализуются при участии лактогенных гормонов. Основным таким гормоном у нежвачных животных является пролактин. У кроликов он один поддерживает установившуюся лактацию, у крыс, мышей, морских свинок, собак - пролактин действует вместе с АКТГ, у жвачных для этого уже необходимы пролактин, соматотропин, АКТГ и ТТГ.

Пролактин у нежвачных животных непосредственно действует на эпителиальные клетки молочной железы (эффект значительно возрастает в присутствии инсулина и кортизола) и стимулирует синтез белков, липидов и углеводов молока.

Соматотропный гормон (СТГ) является основным лактогенным гормоном у жвачных животных. Он прямо влияет на белковый, углеводный и липидный обмен в альвеолярном эпителии вымени. При этом в крови возрастает концентрация предшественников молока - глюкозы, кетоновых тел, свободных жирных кислот, фосфолипидов, аминокислот.

Эффект ТТГ в основном связан со стимуляцией секреции тиреоидных гормонов (тироксин и трийодтиронин). Они мобилизуют жир из депо, усиливают всасывание из желудочно-кишечного тракта и образование предшественников молока (глюкозы, β-оксимасляной кислоты, ацетата), а также способствуют поглощению их молочной железой и за счет этого, повышают образование молочного жира. У коров молочного направления продуктивности тироксина в крови больше, чем у коров мясного направления. В жаркую погоду секреция тироксина у коров снижается, что может вызвать падение жирности молока и изменение химического состава молочного жира.

АКТГ регулирует лактацию через кору надпочечников.

Гормоны коры надпочечников снижают молочную продуктивность у коров, а у многих других видов животных стимулируют лактацию за счет регуляции углеводного обмена и транспорта электролитов. Гормон кортизол способствует молокообразованию в результате прямого влияния на секреторный эпителий и участия в поддержании гомеостаза в организме.

Инсулин, совместно с кортизолом, индуцирует секрецию молока эпителием альвеол в заключительный период беременности, ее развитии в первые дни после отела и поддерживает установившийся уровень образования молока. Во время лактации инсулин ускоряет поглощение глюкозы и аминокислот клетками, что способствует синтезу компонентов молока в молочной железе, а также депонированию углеводов и жиров в вымени и периферических тканях. Последнее обеспечивает надежное снабжение молочной железы в перерывах между приемами корма.

Околощитовидные железы обеспечивают кальцием секреторный процесс в молочной железе (без кальция лактация угнетается).

Небольшие дозы эстрогенов повышают продукцию жира, но значительное их увеличение (наблюдается при эструсе) тормозит секрецию молока. В период становления секреции молозива плацента обычно секретирует возрастающие количества эстрогенов, стимулирующих выработку пролактина и, возможно (у жвачных), соматотропина.

Ключевым фактором регуляции выработки молозива является снижение в крови самки уровня прогестерона, что повышает активность в крови пролактина (необходимый регулятор образования молока у всех видов животных) и плацентарного лактогена.

Новый секреторный цикл в альвеолярном эпителии преимущественно запускается ацетилхолином, который синтезируется миоэпителием альвеол. При отсутствии ацетилхолина компоненты молока не образуются.

Выведение молока из полости альвеол стимулируется окситоцином и ацетилхолином. Они вызывают сокращение миоэпителиальных клеток. Причем, совместный эффект этих веществ оказывается сильнее каждого из них в отдельности.

Катехоламины предотвращают сокращения альвеол в ответ на действие окситоцина.

В период установившейся лактации афферентные влияния с вымени жвачных животных не играют непосредственной роли в регуляции секреторного процесса. Даже при полной денервации вымени продуктивность коров сохраняется, если регулярно опорожнять альвеолы окситоцином. Это объясняется тем, что взаимодействие миоэпителиальных и секреторных клеток у всех млекопитающих осуществляется в результате функциональной связи выведения ранее синтезированного молока и запуска нового секреторного цикла в альвеолярном эпителии.

У моногастричных животных афферентная импульсация при сосании регулирует выделение и секрецию молока.

Таким образом, эндокринная система активно участвует в регуляции лактационного процесса, причем железы внутренней секреции осуществляют свою функцию в тесном взаимодействии с нервной системой.

МОЛОКОВЫВЕДЕНИЕ,

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ, НАКОПЛЕНИЕ И УДЕРЖАНИЕ

ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ МОЛОКА В ЕМКОСТНОЙ СИСТЕМЕ

МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ

Емкостная система молочной железы представляет собой анатомо-физиологическое объединение альвеол, молочных протоков, каналов, ходов, цистерн молочной железы и соска. Сфинктеры протоков делят ее на альвеолярно-протоковый и цистернальный отделы.

Молочная железа выводит свой секрет из емкостной системы не постоянно, а лишь при сосании и доении. В остальное время секретируемое молоко накапливается в емкостной системе вымени. Емкость вымени у высокопродуктивных коров составляет - 12-16 л, у рекордисток - до 30 л. В емкостной системе молоком сначала заполняются альвеолы, затем мелкие протоки, средние и крупные молочные ходы. После заполнения альвеолярного отдела не менее чем на 60% (5-6 ч после доения) происходит расширение устьев протоков, и молоко начинает поступать в цистерны. Благодаря расслаблению стенок цистерн объем полостей увеличивается, а внутривыменное давление первое время не возрастает.

Интенсивное молоковыведение у коров происходит в течение первых 9 ч после очередного доения, а затем оно уменьшается и полностью прекращается через 16 ч. К этому времени возможности емкостной системы вмещать образующееся молоко исчерпываются.

Если молоко не выводится, давление в альвеолопротоковой системе постепенно повышается. Когда оно приближается к давлению в кровеносных капиллярах (около 35 мм рт. ст. или 4,6 кПа), сосуды сдавливаются, экструзия затрудняется, а молокообразование замедляется. У высокопродуктивных коров такое давление регистрируется на 10-12 ч после доения (емкостная система вымени заполнена на 85-90%). На 18-20 ч (при давлении около 50 мм рт. ст. или 6,6 кПа) молокообразование прекращается полностью.

Исходя из этого, время между дойками не должно превышать 12 ч.

При повышении внутривыменного давления жиры в числе первых начинают задерживаться в клетках (белки и водорастворимые фракции перестают выводиться при более высоком давлении). Поэтому общая жирность молока снижается с увеличением интервалов между доениями, а в последних порциях удоя содержится больше жира.

За время между сосанием или доением в секреторном эпителии может осуществляться несколько секреторных циклов. Но при накоплении избыточных количеств молока в альвеолах секреция тормозится. Естественным стимулом для нового секреторного цикла является удаление ранее синтезированного молока, из емкостной системы органа.

Степень наполнения молоком альвеол и мелких протоков, наряду с секреций, регулирует распределение, накопление и удержание образующегося молока. В процессе заполнения молоком в этих отделах, повышается давление. Информация с барорецепторов поступает в центр молоковыведения (пояснично-крестцовая часть спинного мозга, гипоталамус и другие отделы ЦНС) и формируется рефлекс, который реализуется по симпатическим нервам, вызывающим расслабление сфинктеров протоков и цистерн. В результате, молоко поступает в цистерны (происходит молоковыведение). По мере молоковыведения тонус стенок цистерн понижается, их внутренний объем увеличивается, а молоко удерживается в цистернах благодаря высокому тонусу сфинктера соскового канала.

При заполнении всей емкостной системы примерно 40% молока находится в цистернах и около 60% в альвеолярно-протоковой системе.

Молоковыведение при доении и сосании из альвеолярно-протоковый отдела в цистернальный является первой фазой молокоотдачи и называется «припуск молока».

В эту фазу рефлекторно (при доении, сосании, массаже, обогреве или другой стимуляции вымени) увеличивается приток крови к вымени и соскам (следствие снижения в органе сосудистого сопротивления при действии окситотоцина и вегетативных нервов на стенки сосудов). Вымя и соски становятся упругими и увеличиваются в размерах (эрекция вымени и соска).