Лекция № 12 (2 часа) Тема «Физиология и биохимия спермы»

1 Вопросы лекции

1.1. Сперма и её состав

1.2. Строение спермиев

1.3. Движение спермиев.

1.4. Дыхание и гликолиз спермиев

1.5. Температурный шок спермиев

1.6. Влияние физико-химических свойств среды на спермии

2 Литература

2.1 Основная

2.1.1 А.П. Студенцов, в.С. Шипилов, в.Я. Никитин, м.Г. Миролюбов.

Ветеринарное акушерство, гинекология и биотехника размножения./ Под ред. В. Я. Никитина, М.Г. Миролюбова. Учеб. для студ. высш. учеб. завед. -7 -е изд.. перераб. и дои. - М.: Колос, 2000. - 495 с.

2.1.2 В.Я. Никитин, М.Г. Миролюбов, В.П. ГончаровДЗ.В. Храмцов. Практикум по акушерству, гинекологии и биотехнике размножения животных. Учеб. и учеб пособие для студ. высш. учеб. завед. - М.: КолосС, 2004. - 208 с.

2.2 Дополнительная

2.2.1 Н.Н. Михайлов, Г.В. Паршутин, В.П. Гончаров и др. Акушерство, гине­кология и искусственное осеменение с.-х. животных. Под ред. Н.Н. Михайлова.-М: Агропромиздат, 1990.- 527с.

2.2.2 В.К. Пономарев. Ветеринарное акушерство и гинекология (цикл лекций). Учебное пособие для вузов. - Оренбург: Издательство «1МЕХТ», 1997. -176 с.

3. Краткое содержание вопросов.

3.1. Физиология и биохимия спермы

Сперма и ее состав

Сперма представляет собой весьма сложную биологическую жидкость, являющуюся продуктом жизнедеятельности всего полового аппарата самца.

Эякулят – объем спермы, выделенный при половом акте.

Эякулят состоит из спермиев и жидкой части – спермальной плазмы. Плазма образуется за счет секретов придатка семенника, спермиопроводов, придаточных половых желез.

Объем эякулята имеет значительные видовые особенности:

бык (4-5 мл);

баран (1-2 мл);

жеребец (40-200 мл);

хряк (200-400 мл).

Существует обратная зависимость между объемом эякулята и концентрацией спермиев. Сперма барана и быка наиболее насыщена спермиями – концентрация составляет соответственно 2-6 и 1-2 млрд./мл. Хряк выделяет сперму с концентрацией 0,1-0,2 млрд. спермиев в 1 мл, жеребец – 0,1-0,4 млрд. Соответственно этому объем спермиев (в % к общему объему эякулята) равен у барана 30, хряка 3-7, жеребца – около 3.

Химический состав спермы:

85-97 % воды;

3-15 % сухих веществ.

Сухой остаток спермы на 90% состоит из белков и липидов. Сперма быка и барана богата сахарами, из которых преобладает фруктоза. В значительных количествах содержится лимонная, аскорбиновая кислота, свободные аминокислоты, эрготионеин, инозит, многоатомный спирт сорбит.

В сперме представлены биологически активные вещества:

ферменты (кислая и щелочная фосфатаза, гиалуронидаза, глюкозидаза, липазы, протеазы и др.);

антагглютинины;

простагландины;

гормоны (андрогены, эстрогены).

В сухом веществе спермы около 1 % золы. Зольная часть содержит:

фосфор;

кальций;

магний;

калий;

натрий;

хлор;

цинк;

железо;

медь;

сера;

другие элементы.

Строение спермиев

Спермий состоит из:

головки;

шейки;

тела;

хвостика.

Величина спермиев колеблется в пределах 50-80 мкм.

Все части спермия покрыты общей плазматической мембраной.

Головка

Длина 7-10 мкм. Большую часть занимает ядро, содержащее гаплоидный набор хромосом. Под мембраной находится следующая оболочка головки спермия, имеющая форму шапочки и носящая название акросома, которая покрывает головку спермия на 2/3 ее площади.

Акросома содержит в своем составе липогликопротеиды. Главная ее функция состоит в выработке фермента гиалуронидазы, обладающей способностью лизировать клетки лучистого венца яйцеклетки и тем самым облегчает продвижение спермия к поверхности яйцеклетки и проникновению через ее оболочки. Следует отметить, что акросома прикрепляется к головке спермия очень слабо, эта связь легко нарушается при нарушении хранения спермы.

Головка является аппаратом передачи генетической информации, закодированной в ее ДНК.

Головка представляет собой выпукло-вогнутую пластинку (в виде ложки).

Шейка

Является связывающим звеном между головкой и телом. Длина ее равна 1-1,5 µ. В шейке находятся два образования –

проксимальная центриоль;

центральная центриоль.

Эти кольцевидные образования равного диаметра, дающие начало осевой нити – органа движения спермия.

От верхней, проксимальной центриоли отходят 9 фибрилл, которые называются грубыми. Они проходят в каудальном направлении через дистальную центриоль, достигая тела спермия, продолжаются на всю его длину.

Дистальная центриоль меньшего диаметра, от нее отходят также 9 фибрилл меньшего диаметра, отчего их называют тонкими.

В самом центре находятся еще две центральные фибриллы.

Все перечисленные фибриллы образуют в совокупности осевую нить спермия, которая и является органом движения половой клетки.

Тело спермия

Имеет цилиндрическую форму, длиной около 10 µ, основу которого составляет осевая нить, обвитая снаружи спиральными нитями (митохондриями), генерирующими энергию для движения спермия.

Хвостик спермия

Представляет собой продолжение тела и является органом поступательного движения. Его длина около 50 µ. Состоит из осевой нити, не содержащей грубых фибрилл. В хвостике имеются лишь тонкие фибриллы, скрепленные прочным футляром из очень тонкой, завитой спиральной нити.

Движение спермиев

Движения спермия слагается из 2-х моментов:

1) Движение хвоста в правую и левую сторону, которое осуществляется 9 фибриллами – пятью в одну сторону и четырьмя в другую. Центральные фибриллы при своем сокращении разгибают хвостик перед его очередным сгибанием в другую сторону;

2) Вращение спермиев вокруг своей оси за счет вогнутости (ложкообразности головки). Это винтообразное вращение спермия способствует его прямолинейному продвижению в жидкости против его течения. Это явление носит название реотаксиса, то есть продвижение его в жидкости половых органов самки в сторону яйцепровода и месту оплодотворения.

Анормальные движения спермиев

Если по какой-либо причине головка спермия набухла и потеряла выпукло-вогнутую форму, то характер движения изменяется – оно становится манежным. При слабых и медленных ударах хвоста (в связи с пониженной выработкой энергии) движение становится колебательным.

Процессы жизнедеятельности спермиев связаны с большим расходом энергии. Источником энергии служат обычные питательные вещества (сахара, липиды и др.)

Спермии могут жить и двигаться как в присутствии кислорода, так и в бескислородной среде, то есть являются факультативными анаэробами. В бескислородной среде движение осуществляется лишь при наличии в ней сахаров, которые при этом расщепляются посредством фруктолиза. При доступе кислорода спермии получают энергию посредством дыхания, окисляя помимо сахаров и другие питательные вещества.

Дыхание и гликолиз спермиев

И. И. Иванов (1911 г.) впервые установил, что спермии млекопитающих способны усваивать кислород воздуха.

Понижение температуры спермы на каждые 10 ºС снижает интенсивность дыхания спермиев в 2 раза. При температуре, близкой к 0 ºС, дыхание выражено очень слабо. Повышение кислотности тормозит дыхание, а изменение реакции в сторону щелочности усиливает его.

Дыхание является основным биохимическим процессом, обеспечивающим спермиев необходимой энергией для их движения. Около 90 % всей энергии спермии получают за счет дыхания. В процессе дыхания под влиянием кислорода происходит окисление углеводов, липидов, белков и жиров.

Для того, чтобы обеспечить процесс дыхания спермиев и в то же время предупредить распад липидов и белков спермиев – сперму при ее хранении разбавляют средой, содержащей сахар и лецитин (липид), его добавляют в виде желтка куриных яиц.

Дыхание спермиев происходит также, как других клеток организма. Оно осуществляется под влиянием ферментов, главным образом – цитохромоксидазы.

Н. П. Щедрин установил, что в сперме животных с влагалищным осеменением содержится большое количество сахара, а в сперме животных с маточным осеменением его количество незначительно.

Фруктолиз может протекать лишь в сперме быка, барана и козла. При расщеплении фруктозы образуется молочная кислота и 33000к/ккал энергии на 1 грамм/молекулу сахара.

Гликолиз наиболее интенсивно протекает при слабощелочной среде – рН-7,6, при температуре 37º. За счет гликолиза в сперме быка и барана при хранении накапливается молочная кислота, рН среды сдвигается в слабокислую сторону и спермии переходят в анабиотическое состояние.

Следовательно, кислотный анабиоз можно использовать для сохранения спермы. Однако, нужно помнить, что высокая концентрация молочной кислоты губительно действует на спермиев, поэтому для ее нейтрализации в состав разбавителей добавляют лимоннокислый натрий.

В виду того, что в сперме хряка и жеребца почти нет сахара, то фруктолиз в них отсутствует и может протекать лишь при добавлении сахара к сперме. Поэтому рН спермы хряка и жеребца щелочная, в ней спермии быстро расходуют энергию и погибают. Сперму этих животных сохраняют в неразбавленном виде!

Влияние физико-химических свойств среды на спермиев

Повышение температуры до 40ºС обеспечивает активизацию спермиев, но при этом резко сокращается выживаемость. При 45º спермии утрачивают оплодотворяющую способность, а при 48º - погибают.

Влияние температуры

Постепенное понижение температуры замедляет движение спермиев, поскольку тормозятся дыхание и фруктолиз. При +15º движение становится колебательным, а после охлаждения до +5º оно прекращается – наступает температурный анабиоз спермиев.

Если сперму быстро охлаждать, то это вызывает гибель значительной части спермиев. Температурный шок начинает проявляться уже при +20-25º, но наиболее выражен в зоне 0-18º. Более подвержена температурному шоку свежеполученная сперма.

Средством предупреждения температурного шока является медленное охлаждение спермы до 2-4ºС, благодаря чему успевает наступить адаптация спермиев. Чувствительность спермиев к температурному фактору можно понизить, если выдержать при комнатной температуре в течение 2-3 часов после получения.

Прямые солнечные лучи убивают спермиев за 20-40 минут.

Реакция среды

Накопление водородных ионов тормозит процессы жизнедеятельности спермиев. При рН 6,3-6,4 наступает кислотный анабиоз. Дальнейшее увеличение кислотности вызывает гибель спермиев.

Сдвиг рН в щелочную сторону вначале активизирует спермии, а при рН 7,8-8,0 наступает их гибель.

Цельная сперма способна противостоять изменениям рН среды благодаря наличию солей слабых кислот (карбонатов, фосфатов, цитратов). Это свойство называется буферностью. Наиболее выражена буферная способность в сперме быка и барана.

Осмотическое давление

У сельскохозяйственных животных осмотическое давление спермиев находится в пределах от 7,6 до 9 атм. Спермии, помещенные в среду с меньшим осмотическим давлением, набухают, а в среду с повышенным осмотическим давлением – сморщиваются; в том и другом случае быстро наступает их гибель.

Действие солей

Ионы электролитов, находящиеся в плазме и в самих спермиях, могут оказывать разнообразное действие на спермии:

уплотнять или разрыхлять оболочку спермия;

нейтрализовать электрический заряд;

изменять проницаемость мембран;

тормозить или активизировать метаболические процессы.

Катионы двухвалентных металлов (кальций, магний) активизируют обмен веществ, нейтрализуют отрицательный электрический заряд, что приводит к агглютинации спермиев.

Анионы хлоридов вызывают разрыхление оболочки спермиев и разрушают липопротеидный покров.

Анионы фосфатов, сульфатов, цитратов уплотняют оболочку спермиев и стабилизируют электрический потенциал.

Действии химических веществ и медикаментов

Пары летучих органических веществ (лизол, креолин, скипидар, формалин) оказывают губительное действие на расстоянии.

Следует учитывать неблагоприятное действие табачного дыма, паров одеколона, духов, чеснока, лука.

Чрезвычайно сильно действуют на спермиев:

детергенты (моющие средства);

неорганические кислоты (серная, соляная, азотная);

ряд органических кислот (уксусная, молочная, масляная);

окислители (йод, хлор, перекись водорода).

Из лекарственных веществ мало токсичны препараты нитрофуранового ряда (фурацилин, фуразолидон).

Некоторые сульфаниламиды (стрептоцид) и антибиотики (пенициллин, стрептомицин, тетрациклин) относительно безвредны. В определенных концентрациях их используют в составе разбавителей для санации спермы.

Хорошая сперма быка и барана должна иметь абсолютный показатель выживаемости спермиев при разбавлении спермы в 16-32 раза не ниже 1400 (может быть 3600 и выше), сперма хряка – 900, жеребца – 400 и выше.