Основные понятия и термины по теме: сперма, спермий, движение спермиев, буферность, анабиоз, агглютинация, некроспермия.

План изучения темы:

1. Состав спермы.

2. Строение и химический состав спермиев.

3. Механизм движения спермиев.

4. Влияние на спермиев внешних факторов.

5. Источники энергии для движения спермиев.

6. Методы определения качества и оплодотворяющей способности спермы.

Краткое изложение теоретических вопросов:

1.Состав спермы

Сперма (иначе семя) у сельскохозяйственных животных образуется в момент эякуляции слиянием двух частей различного происхождения: а) эмульсии спермиев, образовавшихся в семенниках и прошедших длительный процесс созревания в придатках семенников, и б) плазмы — жидкой части спермы, состоящей из секретов придаточных половых желез (пузырьковидных, предстательной, куперовых и уретральных). Наиболее важна первая часть — спермин, именно их качества — заложенные в них наследственные свойства (гены) и жизнеспособность; важна также концентрация спермиев, часто называемая густотой: она оказывает значительное влияние на жизнеспособность спермиев. Семенная плазма существенна в естественных условиях, например при вольной случке, но, как доказал И. И. Иванов, при искусственном осеменении она может быть заменена различными растворами, имеющими соответствующее осмотическое давление и приблизительно нейтральную реакцию.

2.Строение и химический состав спермиев.

Спермий — своеобразно построенная клетка, которая коренным образом отличается от всех других клеток организма. В спермии различают четыре основные части: головку, шейку, тело и длинный подвижный хвостик.

Спермий сельскохозяйственных животных по величине, форме и активности резко отличаются от яйцеклеток.

Длина спермиев млекопитающих при­мерно в 2 раза меньше диаметра яйцевой клетки, а объем спермия в 160 тыс. раз меньше яйца. Величина спермиев колеблется в пределах 50—80 мкм. Так, у быка, барана длина спермиев 75— 80 мкм, у козла — 60—65, у жеребца — 50—60, у хряка — 50—55 мкм.

Головка спермия состоит преимущественно из нуклеопротеидов и незначительного количества свободно­го белка, лецитина и солей. Для нормального спермиогенеза необходимы также лейцин, изолейцин, треонин, лизин, серии, цистин и другие аминокислоты. ДНК составляет до 55 % сухого вещества головки спермия, а вместе с гистоном — 80—83 %. Кроме нуклеопротеида в головке спермия имеется второй белок — липопротеин (17— 20 %), который находится в основном в акросоме. Таким образом, головка спермиев млекопитающих на 96—97 % состоит из белка.

Длина головки 7-10 мкм, ширина 3—5 и толщина 1—1,5 мкм. Большую часть головки занимает ядро. Передняя часть головки имеет колпачок (чехол), под которым находится акросома. Она образуется из комплекса Гольджи спермиотиды в период ее постепенной дифференциации в спермий и играет важную роль при оплодотворении. Акросома спермиев быка менее плотной консистенции, чем другие части спермия. Видимо, поэтому при хранении спермы дегенеративные изменения возникают в первую очередь в акросоме. Головка спермия заполнена хроматином. Под электронным микроскопом она заметна в виде пересекающейся системы фибрилл. Считают, что из хроматиновых нитей образуются хромосомы. На задней трети головки имеется бокаловидная оболочка, а у основания — хорошо выраженный кольцевидный слой.

Шейка — самая короткая часть спермия; длина ее равна 1 мкм. В шейке заложены проксимальная (у основания головки) и дистальная центросомы, связанные друг с другом тремя пучками коротких фибрилл (волокон). Центросомы образуют клеточный центр (центросом). Он представляет собой исходный пункт, который формирует осевую нить, состоящую из 11 отдельных фибрилл. Из них две центральные связаны между собой, а 9 боковых, состоящих из тонких внутренних и толстых наружных нитей, окружают их (спиральные нити). Эти спиральные фибриллы, соединяющиеся с центральными тончайшими поперечными связками, исчезают у начала тела спермия.

Тело и хвост спермия образованы простыми белками и липидами.

Особенно много последних в хвосте спермиев (приблизительно 23 % сухого вещества). В состав липидов входят фосфолипиды, холестерин (14,5 %), глицериды (9,6 %) и воск (2,6 %). Из-за наличия в спермиях значительного количества ДНК, содержащей 10 % фосфора, фосфолипидов, общее количество фосфора в сухом веществе спермиев составляет 2,7 %, а в головке спермиев — 4 %.

Тело спермия цилиндрической формы, длиной около 10 мкм. Вместе 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 резистентные. Кроме этого зрелые спермии имеют двойное спиральное кольцо (двойное кольцо Иен сена), 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 Иен сена). Хвост по всей своей длине тянется в виде осевой нити, обвитой, за исключением кончика, тремя чрезвычайно тонкими спиральными фибриллами.

3.Механизм движения спермиев. Спермии обладают самостоятельной способностью к движению. Центр движения находится в шейке и теле, поэтому при отрыве головки тело спермия способно к движению, а головка остается неподвижной.

В сперме можно наблюдать три вида движения:

 прямолинейно-поступательное, когда спермии активно перемещаются по прямой, это физиологически нормальное движение;

манежное движение — вращаются вокруг своей головки или перемещаются по кругу, такая форма движения указывает на повреждение спермия, набухание головки, потерю ложкообразной формы;

колебательное движение — изгибается вправо-влево, не передвигаясь вперед.

  Движение спермиев осуществляется с помощью хвоста. Он изгибается в одну сторону, а затем быстро выпрямляется. Движение хвоста быстро повторяется, в результате отталкивания его от жидкости спермии продвигается вперед. За 1 с хвост спермия быка при 37° производит 9 ударов. Ложкообразная форма головки при односторонних движениях хвоста приводит к вращению его вдоль продольной оси. Сочетание ударов хвоста с вращением вокруг продольной оси приводит к поступательному движению спермия, скорость движения спермия довольно большая — 4—6 мм в 1 мин.

Колебательные движения спермиев возникают вследствие замедления энергетических процессов, может наблюдаться в нормальной сперме после долгого ее храпения, при низкой температуре, кислой реакции среды. Подогревание, подщелачивание спермы вызывает восстановление прямолинейного движения.

Нормальные спермии перемещаются против тока жидкости. Эта особенность движения называется реотаксисом. Благодаря реотаксису двигаются в яйцеводе навстречу яйцеклетке. Мертвые, неподвижные уносятся током жидкости.

Спермии имеют отрицательный электрический заряд. Одноименный электрический заряд обеспечивает взаимное отталкивание спермиев, предупреждая их склеивание. Под влиянием электрического заряда спермии располагаются параллельно, что создает определенный порядок в их движении. Снижение электрического заряда ослабляет взаимное отталкивание спермиев, они начинают склеиваться головками или другими частями. Это явление называется агглютинацией.

Агглютинация спермиев возникает при наличии в сперме положительно заряженных ионов или спермиоагглютининов, повышенной кислотности (pH 5—6,4) среды.

Агглютинация может быть обратимой, если спермии склеиваются только головками и сохраняют подвижность хвоста — «звездчатая агглютинация», и необратимой, когда спермии склеиваются друг с другом беспорядочно.