ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ СПЕРМЫ

Состав и видовые особенности спермы

Сперма – это смесь спермиев (половых клеток самца) и плазмы (секретов придатка семенников и придаточных половых желез – пузырьковидных, прадстательной, куперовых и уретральных)

Эякулят – сперма, выделенная самцом во время полового акта.

Состав и физические характеристики спермы

- В сперме выделяют главную часть – спермии и плазму. Спермии обладают оплодотворяющей способностью, в них заложена наследственность.

- Плазма – сложная по составу жидкость, содержащая питательные вещества для спермиев, соли, ферменты, витамины, простагландины и др. компоненты для обеспечения жизнеспособности спермиев.

В условиях искусственного осеменения И.И. Иванов доказал, что плазму можно заменять различными растворами.

- Объем эякулята – соотношение спермиев и плазмы зависят от количества секретов придаточных желез и колеблются не только по видам животных, но и в зависимости от содержания, кормления, эксплуатации.

Таблица 1.

Состав и физические характеристики спермы

У животных с влагалищным типом осеменения ( крс, коза, кролики, кошки и др.) концентрация спермиев в эякуляте в 5-10 раз выше, чем у животных с маточным типом осеменения (лошади, свиньи, собаки и др).

Сперма содержит 85-98% воды и 2-15% сухого вещества.

Главные составные части спермы белки и липиды.

Секреты придаточных половых железимеют большое значение в ыормировании объема спермы и обеспечении жизнедеятельности спермиев.

А) Секрет уретральных желез перед половым актом очищает мочеполовой канал от остатков мочи, увлажняет его, ослизняет конечную часть полового члена.

Б) Секрет придатка семенника имеет кислую реакцию рН 5,8-6,2 (бык), содержит мало электролитов, но богат липидами.

В) Секрет пузырьковидных желез слабокислой реакции

- у быков – водянистый желтоватого цвета, содержит белки, липиды, фруктозу, лимонную кислоту, соли Ка и Nа.

-у жеребцов при соприкосновении с внешней средой (воздухом) сгущается, превращается в студневидную массу его отфильтровывают.

Г) Секрет предстательной железы содержит мало белка и сахара, рН 6,5. Переводит спермии из анабиотического состояния в активное, способствует глубокому проникновению спермиев в половой аппарат самки.

Д) Секрет луковичных или куперовых желез вместе с секретом уретральных желез подготавливает мочеполовой канал к продвижению спермиев.

- у хряков – выделяется в конце эякуляции, смешиваясь с секретом пузырьковидных желез, образует крупные зерна, препятствующие вытеканию спермы из половых органов свиньи при естественном осеменении. При искусственном осеменении его отфильтровывают.

В сперме содержатся сложные неорганические и органические соединения: лактоцитоген, кальций, магний,цинк, железо, мочевина, холестерин, Колин, ферменты (гиалуронидаза, пероксидаза, каталаза, трипсин, амилаза, липаза, витамины С,А, группы В и др.

Важными характеристиками спермы являются буферность и осмотическое давление.

Буферность спермы – свойство устойчиво сохранять свою реакцию за счет солей слабых кислот: карбонатами, цитратами и фосфатами. У спермы буферная емкость меньше чем у крови, а у быка и барана больше, чем у других животных.

Осмотическое давление спермы определяется количеством растворенных в плазме веществ: минеральных и органических; выражается в атмосферах, колеблется в пределах 6,7-8,7 атм. Показатель определяют по точке замерзания, которая для спермы равна – 0,6ºС.

Строение спермиев.

Спермии отличаются от всех других клеток организма, способны к движению.

Спермий состоит из головки, шейки, тела и хвоста. Как уже упоминалось впервые спермии были открыты и описаны И. Гаммом и А. Ливенгуком в 1677 году.

При соотношении размеров спермиев разных видов, установлено, что они не зависят от размеров животного: у быка, жеребца, хряка, козла, кролика, собаки, кота ≈ 60мкм, барана ≈ 70мкм, птиц ≈ 115 мкм.

Объем спермия меньше объема яйцеклетки в 12 тыс. раз.

Головка спермия сплюснута, поэтому во время движения она поворачивается то широкой стороной, то ребром – мерцает. Впереди головки расположено особое тельце в виде колпачка – акросома. Акросома выделяет гиалуронидазу.

Между головкой и телом спермия находится шейка. От основания головки отходят три тоненьких пучка фибрилл, образующих осевую нить. Последняя окружена двойной спиралью, проходит в теле спермия, которое представляет собой палочкообразную часть спермия и служит основанием более тонкому хвосту. Хвост состоит из осевой нити, покрытой тройной спиралью. Конечная часть хвоста лишена спирали и имеет вид кисточки.

Движение спермиев

Активное движение спермиев осуществляется за счет энергии дыхания и гликолиза. Центр движения находится в шейке и теле. Спермии движутся за счет того, что изгибают хвост в одну сторону, а затем быстро его выпрямляют. За 1 секунду хвост спермия быка при t = 37ºС производит 9 ударов. Благодаря выпукло-вогнутой форме головки спермий вращается вокруг своей оси. Сочетание ударов хвоста с вращением обуславливает поступательное движение.

В сперме наблюдают три вида движения спермиев:

1) Прямолинейно – поступательное (ППД) когда клетки активно перемещаются по прямой линии, это физиологически нормальное движение;

2) манежное – спермии вращаются вокруг своей головки или перемещаются по кругу – такая форма движения указывает на повреждения спермия, набухание головки, потерю выпукло-вогнутой формы;

3) колебательной движение – спермий изгибается вправо и влево, не может двигаться вперед, что бывает при нарушении центра движения. Колебательные движения возможно у нормального спермия при низкой температуре или слабокислой реакции среды. При подогревании или подщелачивании спермы прямолинейное движение восстанавливается.

Спермии несут отрицательный электрический заряд. Одинаково заряженные спермии отталкиваются друг от друга. В густой сперме они не слипаются. В норме спермии движутся против тока жидкости – это свойство называется реотаксис.

Мертвые неподвижные спермии уносятся током жидкости и в процессе оплодотворения не участвуют.

Источники энергии

Движение спермиев обусловлено наличием в них сократительного белка – спермозина, аналога актиномиозина мышц. Источником энергии служит аденозинтрифосфат (АТФ), в молекуле которой остаток фосфорной кислоты прикреплен макроэргической связью. При разрыве этой связи химическая энергия превращается в механическую.

Дыхание – это расщепление энергетических субстратов и окислительный обмен, в процессе которого спермии в присутствии кислорода окисляют жиры (липиды), углеводы и белки, на преимущественно простые сахара – фруктозу и глюкозу. Сахара довольно легко проходят через мембрану, поэтому их концентрация в спермиях близка к концентрации в окружающей среде. При дыхании энергетические вещества расщепляются наиболее полно: до 90% образовавшейся энергии аккумулируется в АТФ и только часть ее выделяется.

Добавление в сперму глюкозы, фруктозы, яичного желтка, содержащего до 7% лецитина, цитрата Na увеличивает содержание энергетических веществ для спермиев, влияет на буферность среды и жизнедеятельность спермиев.

Гликолиз (фруктолиз) – получение энергии путем расщепления глюкозы и фруктозы при отсутствии кислорода. В анаэробных условиях глюкоза распадается с меньшим выделением энергии, но выживаемость спермы выше.

С₆ Н₁₂О₆ + О₂ = 6СО₂ + 6Н₂ О, выделяется АТФ – 680.000 м/кал

фруктоза

С₆ Н₁₂О₆ ↔ 2С₃Н₆О_3, выделяется АТФ – 33 000 м/кал энергии

фруктоза молочная

кислота

Сперма животных с влагалищным типом осеменения содержит значительное количество сахаров. Из-за густоты – дыхание за счет гликолиза.

Сперма животных с маточным типом осеменения содержит мало сахаров, поэтому дыхание за счет О₂

Особенности спермы птиц.

В отличие от млекопитающих у птиц отсутствуют придаточные половые железы. Спермии долго сохраняют оплодотворяющую способность в организме самки до 70 дней, а вне организма быстро погибают.

-Семенная плазма состоит из жидкости спермиепроводов, секрета клоакальных желез и секрета извитых канальцев семенников.

-Семенники у птиц расположены внутри организма. Семявыносящие пути укорочены.

-Головка спермия не круглая, а удлиненная, конец ее заострен или спирально закруглен.

-для полноценных спермиев птиц характерно прямолинейное винтообразное поступательное движение.

- Сперме свойственно как дыхание так и гликолиз.

-Оптимальное значение рН для движения спермиев птиц 7,0-7,2.

РАЗБАВЛЕНИЕ СПЕРМЫ

1. Разбавители для спермы имеют специальный состав для обеспечения:

А) перехода спермиев из активного состояния в анабиотическое;

Б) удлинение срока переживаемости спермы;

В) ослабление концентрации токсических веществ;

Г) бактериостатического действия;

Д) увеличения объема спермы ценных производителей

2. Предельная степень разбавления спермы определяется как:

С_р = 1/ (С·П_э·П₀·0,01·О_д/КС _ппд·1,2-1);

Где: С_р – предельная степень

С – концентрация млрд/мл

П_э- поджвижность в эякуляте, баллы

П₀ – минимальная подвижность в эякуляте, баллы

О_д- объем дозы

КС – минимальное количество спермиев с ППД , млрд/мл

Обычно сперму ьыка разбавляют в 10 раз (1:9) – 15 раз (1:14) в дозе для осеменения должно быть не менее 15 млн. живых спермиев для 1 коровы.

3. Для разбавления спермы применяли

- Физраствор NaCl – (предложил И.И.Иванов) – но он оказался не пригоден, т.к. спермии выпадают в осадок (оседают)

- Физраствор начали подщелачивать и добавлять сахар. Были предложены

ГФО – глюкозо-фосфатный разбавитель для овец

ГСЛ – глюкозо-сульфатный разбавитель для лошадей

ГТС – глюкозо-тартратный разбавитель для свиней

ГТКр – глюкозо-тартратный разбавитель для кроликов

ГТСо – глюкозо-тартратный разбавитель для собак

Кржижановский и Павлов (1927 г) установили важность включения лецитина и желтка куриного яйца для выживаемости спермиев.

В настоящее время для краткосрочного хранения спермы применяют:

Для быка – ГЦЖ (глюкоза –3 г, цитрат натрия-1,4 г)

Для барана – ГЦЖ (глюкоза – 0,8, цитрат натрия -2,8 г)

Для жеребца – ЛХЦЖ

Для хряка – ГХЦЖ

Оптимальные показатели спермы, допустимой к разбавлению и хранению

Таблица 2.

Бактериостатическое действие белка семиналплазмина, который находится в сперме падает во время разведения. Поэтому вводят спермосан – 3

СПЕРМОСАН – 3: пенициллин, стрептомицин, стрептоцид (растворимый белый).

Молоко – оптимальная среда для разбавления спермы быка, жеребца и хряка. При 0ºС сохранность спермы достигает 7 суток. Молоко используется только пастеризованное.

В Болгарии предложен медовый разбавитель для спермы быка, жеребца, барана. 7% водный раствор благоприятно действует на сперму.