Ветеринарное акушерство, гинекология и биотехника размножения 7 страница

Тело спермия цилиндрической фор­мы, длиной около 10 мкм. В месте пере­хода от шейки к телу видны вакуоли и гранулы разной величины. В теле нахо­дится осевая нить спермия. Ее внутрен­ние фибриллы очень чувствительно реа­гируют на определенные ферменты, в то время как наружные резистентны. Кро­ме этого зрелые спермии имеют двойное спиральное кольцо (двойное кольцо

Иенсена), которое обвивается вокруг осевой нити по всему телу в направле­нии против часовой стрелки. Это кольцо состоит из митохондрий (частички диа­метром от 0,5 до 2 мкм разной формы). Осевая нить и спиральные кольца окру­жены внутренним слоем плазмы и в це­лом отделены от эктоплазмы.

Хвост спермия представляет собой продолжение тела и является органом поступательного движения. Его длина около 50 мкм. Границей тела и началом хвоста считают замыкающее кольцо вокруг осевой нити (последнее кольцо Иенсена). Хвост по всей своей длине тя­нется, в виде осевой нити, обвитой, за исключением кончика, тремя чрезвы­чайно тонкими спиральными фибрил­лами.

У спермиев имеется оболочка, высту­пающая вокруг головки в виде прозрач­ного ободочка, а в области хвоста и дру­гих участков — напоминающая лоскут­ки разорвавшейся тонкой плотной тка­ни. Эта оболочка выявляется под микроскопом только после длительного хранения спермы или выдерживания спермиев в воде. Оболочка состоит пре­имущественно из цистина и является та­ким же белковым образованием, как и кератин кожи. Белок, содержащий серу, придает оболочке спермия прочность. Она имеет большую проницаемость, благодаря чему при обмене веществ воз­можна диффузия.

 

СВОЙСТВА СПЕРМИЕВ

 

Успех искусственного осеменения зависит от жизнеспособности спермиев, устойчивости во внешней среде и в по­ловом аппарате самки, от активности участия в оплодотворении, в частности от их подвижности. В зависимости от состояния спермиев и окружающих ус­ловий интенсивность движения, напри­мер, спермиев барана колеблется от 1,9 до 15,4 мм в минуту. Установлено, что спермии быка могут передвигаться за минуту в среднем на 4,02 мм, барана — на 4,6, жеребца — на 5,22, кобеля — на 2,58, петуха — на 1,02 мм.

При рассматривании только что по­лученной спермы под микроскопом можно всегда заметить, что одни спер­мии активно движутся поступательно, другие — по кругу, третьи только колеб­лются, четвертые остаются неподвиж­ными. И чем больше проходит времени с момента получения спермы, тем сла­бее становятся движения спермиев и тем больше появляется спермиев с коле­бательным движением и неподвижных.

Различная активность движения спермиев зависит от их зрелости, возра­ста, возбудимости, а также от влияния внешних факторов вообще и в частности жидкой среды, в которой они находятся. Специальными исследованиями уста­новлено, что физиологические свойства спермиев неодинаковы. Так, спермии, полученные из головки придатка, очень неустойчивы к внешнему воздействию по сравнению со спермиями из хвоста придатка или из эякулята. Спермии из головки придатка могут жить вне орга­низма несколько минут или часов, а продолжительность жизни спермиев из хвоста придатка исчисляется сутками. Спермии из головки придатка очень бы­стро становятся неподвижными, если их поместить в кислую среду, а спермии из хвоста придатка сохраняют способность к движению и в кислой среде. По мне­нию ряда авторов, устойчивость зрелых спермиев обусловливается их липопро- теидным покровом, образующимся при продвижении спермиев по каналу при­датка. Сохранение липопротеидного покрова спермиев во время работы со спермой при проведении искусственно­го осеменения (сохранение, разбавле­ние спермы) имеет большое значение для живучести спермиев, так как покров придает им одноименный (отрицатель­ный) электрический заряд, предотвра­щающий их агглютинацию под действи­ем электростатических сил.

Все нормальные зрелые спермии об­ладают прямолинейным головным по­ступательным движением. Движения хвостов спермиев в сыворотке толкают их вперед, а отрицательные заряды всех спермиев предупреждаюу их столкнове­ние. Поэтому в густой сперме сочетание двух сил (электростатическое отталки­вание спермиев друг от друга и их актив­ное движение вперед) обусловливают некоторое упорядочение в расположе­нии и движении спермиев, проявляю­щееся в образовании в эякуляте пото­ков, вихреобразных движений, видимых невооруженным глазом. По степени вы­раженности вихревых движений можно судить о качестве спермы быка и барана.

Спермиоагглютинация — склеивание спермиев головками или всем телом вследствие ослабления или нейтрализа­ция отрицательного электрического за­ряда. Спермиоагглютинация может быть обратимой, если спермии склеиваются только головками и сохраняют подвиж­ность хвоста — «звездчатая агглютина­ция», и необратимой, когда спермии бес­порядочно склеиваются друг с другом и неподвижны (мертвые) — «массовая ко­агуляция спермиев».

Нейтрализация электрических заря­дов спермиев происходит при содержа­нии в сперме положительно заряжен­ных частиц. Наиболее частая причина спермиоагглютинации — увеличение в сперме количества водородных ионов вследствие повышения в ней концент­рации молочной кислоты. При кислот­ности (рН) 5,0—6,4 происходит звездча­тая агглютинация. При дальнейшем повышении кислотности явления спер­миоагглютинации усиливаются. Спер- мио- агглютинация легко возникает при наличии ионов многовалентных метал­лов, а также под влиянием спермиоаг- глютининов, имеющихся в сперме и во влагалище самки.

Е. С. Лондон доказал существование изоспермиоагглютининов,. вызываю­щих агглютинацию спермиев своего вида (например, сыворотка крови коров может агглютинировать спермиев быка), и гетероспермиоагглютининов, действующих на спермиев животного другого вида (например, сыворотка кро­ви, влагалищный секрет, слизь из матки вызывают агглютинацию спермиев сам­цов другого вида и не влияют на половые клетки самцов своего вида). Образова­ние спермиоагглютининов — реакция организма на парентеральное проник­новение белков спермы. Поэтому у мо­лодых неосеменявшихся самок спер­миоагглютининов нет или их мало, а у осемененных, особенно у рожавших са­мок, их количество увеличивается. Воз­можность спермиоагглютинации следу­ет учитывать при использовании в каче­стве разбавителей спермы молока или сыворотки крови.

Агглютинацию спермиев можно пре­одолеть реакцией антиагглютинации. В естественных условиях в половых орга­нах самки агглютинации спермиев пре­пятствуют антиагглютинины, содержа­щиеся в фолликулярной жидкости яич­ника и в сперме (секрет простатической железы). По этой причине агглютина­ция в сперме здоровых животных встре­чается редко.

Дыхание и гликолиз спермиев. И. И. Иванов (1911) впервые установил, что спермии млекопитающих способны усваивать кислород воздуха. Последую­щими очень важными исследованиями Н. П. Шергина и других авторов была доказана различная интенсивность ды­хания спермиев животных разных ви­дов. Так, 100 млн спермиев быка при 20 "С потребляют в час 3,4 мм³, барана — 8,4, хряка — 7,2, жеребца — 4,3 мм³ кис­лорода. В целом спермии сельскохозяй­ственных животных поглощают кисло­род сильнее, чем клетки легких и селе­зенки.

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

Дыхание — основной биохимичес­кий процесс, обеспечивающий сперми­ев необходимой энергией для движения. Около 90 % всей энергии спермии полу­чают за счет дыхания. В процессе дыха­ния под влиянием кислорода окисляют­ся углеводы, липиды (фосфатиды), бел­ки и жиры. Прежде всего окисляются простые сахара (моносахариды) — фруктоза и глюкоза, а затем другие ве­щества. В результате дыхания образуют­ся углекислота, вода и аммиак (при окислении белков) и выделяется боль­шое количество энергии, используемой спермиями для движения. Например, при распаде одной грамм-молекулы фруктозы выделяется 680 тыс. малых ка­лорий. Спермии легко окисляют также сорбит (многоатомный спирт), поступа­ющий в сперму с секретом пузырько­видных желез. Отчасти он образуется спермиями из фруктозы и глюкозы. По­скольку фруктозы больше всего в спер­ме быка, барана, то в сперме этих живот­ных и больше сорбита: в сперме быка — 10—136 мг%, барана —26—120, хря­ка — 6—18 и жеребца — 20—60 мг%.

Кроме Сахаров и сорбита при дыха­нии спермиев расходуются и липиды (в основном липиды-фосфатиды, произ­водные лецитина). Но их окисление происходит несколько медленнее. Наи­более интенсивно расходуются липиды в сперме барана, очевидно, потому, что в ней запасы сахара истощаются в течение 3—6 ч (табл. 4).

Произво­дитель	Содержат в 100 мл спе	1е липидов свежей рмы	Расход липидов за сутки
в спер- миях	в сыво­ротке спермы	на дыха­ние	потеря в окружающую среду

4. Содержание липццов в сперме и их расходование за сутки при 20 °С (мг %) (по Т. Н. Несмеяновой)

Баран 379 Бык 109 Жеребец 27 Хряк 24

61 43 15 5

68,0 11,5 2,6 1,6

6,0 10,6 0,8 0,2

 

Дыхание спермиев происходит так же, как и других клеток организма. Оно осуществляется под влиянием фермен­тов, главным образом цитохромоксида- зы. В настоящее время в сперме найден весь комплекс окислительных фермен­тов, установленный при изучении обме­на веществ во всех органах и тканях организма. Количество ферментов в сперме варьирует в зависимости от вида животного. Их в несколько раз больше в сперме жеребца и хряка, чем в сперме быка и барана.

Спермии относятся к факультатив­ным анаэробам, т. е. они могут двигать­ся как в присутствии кислорода, так и без него.

Н. П. Шергин установил, что в спер­ме животных с влагалищным типом осе­менения (бык, баран, олень) содержится значительное количество сахара (до 1500 мг%); в сперме животных с маточ­ным типом осеменения выявляются лишь следы сахара, поэтому спермии не обладают или имеют слабовыраженную способность к гликолизу.

При отсутствии кислорода источни­ком энергии спермиев является сахар (фруктоза и глюкоза), который они мо­гут усваивать из сыворотки спермы пу­тем гликолиза или фруктолиза. Перво­начально обычно расходуется глюкоза, потом фруктоза. В сперме петухов гли­колиз протекает исключительно с ис­пользованием глюкозы, так как в ней фруктоза практически отсутствует. Пре­вращение указанных Сахаров в молоч­ную кислоту сопровождается выделени­ем энергии (табл. 5). Однако при фрук- толизе выделяется почти в 20 раз мень­ше энергии, чем при дыхании. Н. П. Шергин, а затем Манн указывают, что гликолиз в сперме происходит с об­разованием ряда промежуточных про­дуктов, очень близких к обнаруженным при гликолизе в мышечных клетках.

5. Расход сахара и образование молочной кислоты в сперме животных при 20 °С (мг %) (Н. П. Шергин, В. А. Яблонский и др.) Произво­дитель Количество сахара в свежей сперме Расход сахара в течение 24 ч Количест­во молоч­ной кис­лоты, об­разующей­ся за 24 ч фруктоза глюкоза Бык 480-1500 20-200 126,0 До 227,0 Баран 330-520 20-85 149,0 75,0 Хряк 5,5-72 8,5-40 2,7 1,2 Жеребец 0-6,5 12-33 2,8 0,6

 

Гликолиз наиболее интенсивно происходит при рН 7,6; при подкисле- нии спермы до рН 6,4 или повышении

ее щелочности гликолиз замедляется.

В сперме содержится в основном фруктоза; образуется она главным обра­зом в пузырьковидных железах под вли­янием гормонов семенников, передней доли гипофиза и поджелудочной желе­зы. Поэтому в спермиях, находящихся в семенниках и придатке семенника, не бывает фруктолиза.

При добавлении к сперме глюкозы дыхательный коэффициент (молярное отношение выделенной углекислоты к поглощенному кислороду — СО^О^) повышается, что свидетельствует об ин­тенсивном использовании сахара. Спер­мии способны воспринимать сахар из сыворотки, поэтому включение в состав разбавителей спермы Сахаров удлиняет их жизнь, так как предотвращает расхо­дование энергетических ресурсов самих спермиев. Через оболочку спермия лег­ко проникает свободная глюкоза или фруктоза, труднее проходят дисахари- ды, и она совершенно непроницаема для фосфорилированных Сахаров.

При наличии кислорода спермии ис­пользуют часть лактата молочной кис­лоты, образовавшейся при гликолизе, для дыхания и за счет этого восстанавли­вают некоторое количество глюкозы. Однако процесс дыхания не может пре­дотвратить накопление в сперме молоч­ной кислоты даже при содержании в ат­мосфере чистого кислорода.

Из большой и сложной проблемы об­мена веществ у спермиев для практики искусственного осеменения очень важ­но то, что спермии млекопитающих во внешней среде обладают способностью воспринимать кислород и глюкозу, а при наличии сахара могут жить и дви­гаться без кислорода. Спермии способ­ны жить в бескислородной среде доль­ше, чем в присутствии кислорода. На этом свойстве спермиев основан метод сохранения спермы под слоем вазели­нового масла, ограничивающего ее аэрацию, а следовательно, и окисли­тельные процессы. С накоплением мо­лочной кислоты спермии переходят в анабиотическое состояние; при измене­нии реакции жидкой среды в сторону щелочности и повышении температуры движение их вновь восстанавливается.

Кислотный анабиоз можно исполь­зовать для сохранения спермы. Перевод спермы в анабиотическое состояние по­зволяет удлинить срок ее хранения вне организма на несколько дней. Затем по­догреванием или подщелачиванием сперму переводят опять в активное со­стояние. Чем выше кислотность спер­мы, тем выше должна быть температура для перевода ее в активное состояние. Например, в сперме с рН 7,6 спермии двигаются при 15—20 °С; в сперме с рН 6,0 движение начинается только при 35—40 °С. При рН 4,5 одно повышение температуры не выводит спермиев из анабиоза; они становятся подвижными лишь под действием температуры в со­четании с подщелачиванием среды. При более низком рН и длительном хране­нии спермии погибают. За счет выде­ления щелочи из погибших сперми­ев происходит частичная нейтрализа­ция молочной кислоты, а у части спермиев восстанавливается гликолиз до тех пор, пока увеличение концентра­ции молочной кислоты не прекратит его (Н. П. Шергин). Поэтому в процессе гликолиза наблюдаются скачкообраз­ные изменения рН.

Спермий, будучи узкоспециализиро­ванной клеткой,неспособен к синтезу и накоплению органических веществ. В нем преобладают катаболические (раз­рушительные) процессы перед анаболи­ческими (созидательными). Ассимиля­ция глюкозы не прекращает, а только иногда может замедлять процесс разру­шения спермиев.

Главное отличие спермиев от других клеток —их способность к энергично­му, активному движению за счет энер­гии дыхания и гликолиза. Для движения спермиев, как и для мышечной работы, необходимо особое вещество — адено- зинтрифосфат (АТФ). В сперме плодо­витых быков его содержится от 7 до 11 мг%; при снижении АТФ до 3 мг% и более оплодотворяющая способность спермы ухудшается.

С. А. Бурнашева и В. А. Энгельгардт выявили белок спермозин — аналог мы­шечного белка актомиозина. Под влия­нием спермозина, обладающего свой­ствами фермента аденозинтрифосфата- зы, молекула АТФ распадается на фос­форную кислоту и аденозиндифосфат (АДФ); в результате этого процесса спермий получает энергию, обеспечива­ющую его подвижность. Оптимальная ферментативная активность спермози­на отмечается при рН 8,3. Поэтому под- щелачивание спермы повышает актив­ность движения спермиев. АТФ, добав­ленный к спермиям, не влияет на их движение, это обусловлено, видимо, тем, что он не проникает через их обо­лочку. Добавление в сперму Сахаров улучшает гликолиз, а следовательно, и дыхание, что позволяет поддерживать активность спермиев. Образующаяся при этих процессах энергия аккумули­руется в результате соединения АДФ с фосфорной кислотой и образования АТФ.