Metodele uretrale de recoltare a spermei

Sperma

Sperma reprezintă un produs complex al aparatului genital mascul constituit din spermatozoizi şi plasmă seminală.

Plasma seminală este alcătuită din fluidul testicular secretat de canaliculele testiculare, la care se adaugă, succesiv, secreţia epididimului şi a canalelor deferente, Cantitatea cea mai mare de lichid seminal cu rol biologic foarte important este secretată de glandele anexe ale aparatului genital: glandele seminale, prostata şi glandele bulbo-uretrale.

Sperma eliminată de un mascul în timpul unui act coital poartă denumirea de ejaculat.

Particularităţile de structură ale organelor genitale şi dinamismul actului coital determină variaţii atât în volumul ejaculatului, cât şi în compoziţia lui la masculii de diferite specii. Astfel, volumul ejaculatului la armăsar este de 60-80ml, maximum 200ml, la vier – respectiv 200-500 şi 1000ml, la berbec – 1-2 şi 3,5ml, la taur – 4-5ml şi 15 ml, la câine – 8-10 şi 25ml, la cocoş – 0,3 şi 2ml, la curcan – 0,25-0,4 şi la gâscan 0,1-1,3ml.

În funcţie de specie este diferită şi concentraţia spermei. La animalele de tip vaginal de însămânţare naturală concentraţia spermiilor este de 5-10 ori mai mare în comparaţie cu cea la animalele de tip uterin de însămânţare. Aşa, într-un mililitru de spermă se găsesc în mediu: la berbec – 2,5-3,5miliarde, la taur – 0,8-1,25miliarde, la vier – 0,15-0,21miliarde, la armăsar – 0,1-0,15miliarde, la cocoş – 2-4miliarde, la curcan – 2-4miliarde şi la gânsac – 0,3-1miliard de spermi.

Raportul dintre spermi şi plasma seminală este diferit, în dependenţă de specie şi este în corelaţie cu volumul ejaculatului şi mai ales cu dezvoltarea glandelor anexe. În spermă, spermii reprezintă 36% - la berbec, 14% - la taur, 7% - la vier şi numai 1,75% - la armăsar.

Compoziţia chimică a spermei

Din punct de vedere al compoziţiei chimice, sperma face parte din cele mai complicate lichide ale organismului. Apa constituie circa 90-98% din masa spermei, iar 2-10% revine substanţei uscate, dintre care 60% sunt proteine. Constituenţii principali ai spermei sunt proteinele şi lipidele. În compoziţia proteinelor spermei sunt proteinele şi lipidele. În compoziţia proteinelor intră aminoacizi care conţin sulf. Din lipidele spermatice, într-o cantitate mai mare se conţine lecitina, bogată în fosfor. În 100ml spermă de berbec se conţin până la 355mg de fosfor, la taur – 82mg, la vier – 66mg şi la armăsar – 19mg. El are un rol important în procesele biochimice ce se produc în spermi.

În spermă se conţin elemente minerale. În formă combinată sau ca electroliţi, dintre care e de menţionat: Sodiul, potasiul, calciul, magneziul, fosforul, zincul, clorurile, fosfaţii etc. Zincul joacă un rol important în procesul fecundaţiei, stimulând în acelaşi timp acţiunea hormonilor androgeni.

Constituenţii organici din spermă au rol deosebit în biologia spermilor, concretizat prin: asigurarea substratului energetic necesar metabolismului spermilor; acţiune protectoare asupra gameţilor, prin neutralizarea efectului dăunător al unor constituenţi anorganici din spermă; prevenirea aglutinării spermilor etc. Dintre substanţele organice, o mare importanţă prezintă: fructoza, acidul citric, inozitolul, fosforil-colina şi fosforil-gliceril-colina.

Fructoza este principalul glucid din spermă. Ea a fost depistată pentru dată în sperma de taur; ulterior s-a descoperit şi în sperma altor specii. Conţinutul de fructoză a spermei este, la 100ml, în medie de 540mg la taur, 247mg la berbec, 15mg la armăsar, 12mg la vier. Secretatq yn cea mai mare parte de glandele seminale, fructoza constituie sursa principală de energie pentru spermi. Secreţia fructozei este favorizată de testosteron, iar sinteza ei este condiţionată de declanşarea unor mecanisme hormonale. Există o corelaţie semnificativă între cantitatea de fructoză din spermă şi procentul de fecunditate obţinut. Determinarea indicelui de fructoliză constituie o metodă eficace pentru aprecierea calităţii spermei. Dintre alte substanţe de natură glucidică, în spermă se găsesc: glucoza, galactoza, arabinoza, riboza şi ribuloza.

În afară de fructoză şi de celelalte monozaharide sperma conţine cantităţi însemnate de sorbitol, secretat de glandele seminale. Sorbitolul serveşte, de asemenea, ca sursă energetică pentru spermi, găsindu-se în cantităţi care variază în limite foarte mari în sperma diferitelor specii: la berbec – 26-120mg/100ml, la taur – 10-136mg/100ml, la vier – 6-18mg/100ml, la armăsar – 20-60mg/100ml spermă.

Acidul citric este unul din constituenţii caracteristici ai spermei, care îndeplineşte multiple roluri, cum sunt: activator al fosfatazei alcaline, absolut necesară în anumite faze ale glicolizei anaerobe; împreună cu sodiul şi potasiul, acidul citric contribuie la realizarea presiunii osmotice a lichidului spermatic. Ca şi fructoza, este secretat în deosebi de glandele seminale, sub influenţa testosteronului. Sărurile acidului citric (citraţii) sunt elemente ale sistemului-tampon al spermei, de aceea adausul de citrat de sodiu în materialul seminal prelungeşte termenul de viabilitate a spermilor. Sperma diferitelor specii conţine, în medie, următoarele cantităţi de acid citric la 100ml sperma: la taur – 720mg, la vier – 130mg, la berbec – 120mg, la armăsar – 26mg. Starea de întreţinere a animalului influenţează conţinutul de acid citric din spermă influenţează conţinutul de acid citric din spermă, ca şi de celelalte substanţe reducătoare.

Inozitolul s-a descoperit iniţial în sperma de vier, fiind secretat de glandele seminale, având o asemănare de structură cu glucoza şi fructoza, face să se presupună că ar juca rolul de intermediar chimic între glucide şi hormonii androgeni. Conţinutul de inozitol, la 100 ml spermă este: la vier 605-702mg, la taur 63,4mg, la berbec 40mg, la armăsar 37,5mg.

Fosforil-colina şi gliceril-fosforil-colina constituie conţinutul total al fosforului existent în plasma seminală. Gliceril-fosforil-colina este secretată, în principal, de epididim şi se găseşte în cantitate destul de mare în sperma tuturor speciilor. În spermă, gliceril-fosforil-colina se găseşte ca atare, dar ea este descompusă în elemente mai simple (colină, fosfoglicerol, glicerol liber) sub acţiunea enzimelor secretate de aparatul genital femel; din aceste considerente, gliceril-fosforil-colina constituie o sursă de energie pentru spermi după depunerea lor în organele genitale femele.

Prin determinări chimice, s-a constatat prezenţa în spermă a vitaminelor A,C,D, a vitaminelor din complexul B, a vitaminei PP. Dintre acestea vitamina C este indispensabilă viabilităţii spermilor, lipsa ei determinând creşterea procentului de infecunditate. Cantitatea de acid ascorbic în spermă este cu mult mai mare decât în sânge (4-14mg% în spermă faţă de 0,2-0,4mg% în sânge). În 100g testicul se găsesc următoarele cantităţi de vitamina C: la taur – 29,39mg, la armăsar 46mg, la iepure 14mg.

Sperma conţine hormoni steroizi elaboraţi de testicul. În sperma tuturor masculilor se găsesc hormoni androgeni, şi în cantitate mai mică – hormoni estrogeni, cu excepţia spermei de armăsar, unde estrogenii sunt în cantitate mai mare.

Lichidul seminal conţine şi Prostaglandină F₂alfa în concentraţii care nu depăşesc 100mg/ml şi care, prin acţiunea ocitocică asupra miometrului, favorizează transportul spermilor în căile genitale femele.

Atât lichidul spermatic, cât şi spermii conţin numeroase enzime cu importanţă deosebită, mai ales pentru activităţile vitale ale celulelor seminale. Din acestea fac parte: catalaza, fosfatazele, mucinaza, tripsina, hialuronidaza etc.

Fosfatazele sunt enzime cu rol important în metabolismul glucidelor. Activitatea fosfatazică este mai intensă la masculii care beneficiază de un regim raţional de hrănire, îngrijire şi exploatare, în timp ce la animalele subalimentate, extenuate etc. activitatea fosfatazelor este mai redusă, deşi concentraţia spermei variază în limite normale. Fosfataza acidă este secretată în cea mai mare parte de glanda prostată, fiind ca şi fructoza, un indiciu al activităţii androgene. Fosfataza alcalină, secretată îndeosebi de glandele seminale, intervine în procesul de hidroliză a fructozei.

Mucinaza este o enzimă secretată de glandele anexe ale aparatului genital, cu rol de a lichefia mucusul cervical care, în ultimele ore ale căldurilor, este mai vâscos, constituind un mediu nefavorabil pentru înaintarea spermilor depuşi în conductul genital.

Tripsina este o enzimă secretată de glandele anexe, cu acţiune mucolitică asupra gelului periovocitar. Se căseşte în sperma păsărilor domestice (cu excepţia gânsacului), iar la animalele domestice este prezentă numai în sperma de câine. Activitatea tripsinei este asemănătoare hialurinidazei.

Hialuronidaza se formează în epiteliul seminifer al testiculului la animalul adult şi se găseşte în spermi, lipsind în plasmă. Cercetările efectuate au confirmat ipoteza că această enzimă se află mai ales în capul spermatozoidului. Hialuronidaza facilitează procesul pătrunderii spermatozoidului în ovul prin dislocarea celulelor foliculare care formează coroana radiată; pentru denudarea ovulului de celulele foliculare este necesar un număr foarte mare de spermi care să elibereze o cantitate crescută de hialuronidază.

Cunoaşterea compoziţiei chimice a spermei contribuie mult la pregătirea diluanţilor care permit menţinerea şi prelungirea viabilităţii spermilor în produsul conservat.

Morfologia spermului

Spre deosebire de celelalte celule din organismul animal, spermii sunt celule flagelate, având atât potenalitate eriditară paternă, cât şi proprietatea de a se mişca.

Pentru prima dată spermii au fost observaţi în anul 1677 de către studentul Hamm din Leida, în sperma de om, iar doi ani mai târziu gameţii au fost observaţi în sperma animalelor, de către Leuwenhoech.

Celula spermatică la animalele se deosebeşte de ovul ca mărime, formă şi mobilitate. Lungimea spermului este de aproximativ de două ori mai mică decât diametrul ovulului, iar volumul gametului mascul este de circa 60000 ori mai mic decât cel al gametului femel. Mărimea spermilor variază în limita de 50-80microni. Astfel, la taur şi berbec lungimea spermului este de 75-80microni, la ţap – 60-65microni, la armăsar 50-60microni şi la vier – 50-55microni.

Studiul morfologic al spermilor a fost posibil datorită coloraţiilor vitale, tehnicilor biochimice şi, îndeosebi microscopiei electronice.

Sub aspect morfologic spermul este format din: cap, gât,  piesa intermediară, piesa principală şi  piesa terminală. Cele trei piese (intermediară, principală şi terminală) alcătuiesc la un loc flagelul sau coada spermului.

Capul spermului la mamifere este ovoid, alungit, aplatizat şi uşor convex, cu grosimea maximă la bază şi îngustat la vârf, având lungimea şi lăţimea de 8-10 microni şi respectiv – 4-4,5microni la taur, berbec şi vier, 5-7 şi respectiv 2,7-4 microni la armăsar, câine şi cotoi; grosimea spermilor la toate speciile este de 0,1-0,15 microni.

Din punct de vedere al structurilor chimice, capul spermului este format, în special, din nucleoproteide şi cantităţi mici de proteine libere, lipide şi săruri. Nucleoproteidele conţin acid dezoxiribonucleic (AND) şi o proteină simplă, care, în cazul mamiferelor este o histonă, iar în cazul păsărilor – o protamină. Histonele sunt reprezentate de circa 18 aminoacizi, dintre care arginina constituie aproximativ 25%. AND-ul reprezintă circa 55% din substanţa uscată a capului spermului, iar împreună cu histonele – 80-83%. În afară de nucleoproteide capul spermului conţine şi lipoproteine (17-20%), care sunt concentrate în special, în acrozom.

În componenţa capului intră mai multe formaţiuni: nucleul, acrozomul, perforatorul, capişonul sau furoul postnuclear, protuberanţele bazale, fosa de implantaţie şi membrana celulară.

Nucleul constituie partea principală a capului spermului. Cromatina nucleară conţine acidul dezoxiribonucleic (43%), care reprezintă depozitul codificat al caracterelor ereditare, printre care figurează şi cele de sex.

Partea anterioară a membranei nucleare constituie membrana internă a acrozomului şi formează corpul acrozomului.

Aproximativ 60% din suprafaţa nucleului anterior este acoperit de capişonul acrozomului, care are un perete dublu de 0,1 micorni grosime şi încorporează substanţa acrozomală, corpusculii, corpul şi vacuolele acrozomale. Restul de 40% din nucleu şi membrana nucleară, de la zona ecuatorială spre baza capului este învelit de furoul nuclear. Prin forma sa, acrozomul constituie la conturarea profilului caracteristic al extremităţii anterioare a capului spermului, pentru fiecare specie în parte.

Perforatorul este o formaţiune densă situată între membrana nucleară şi acrozom. I se atribuie rol în perforarea membranei ovulare în timpul fecundaţiei.

Protuberanţele bazale sunt nişte formaţiuni semicirculare sau sferice aşezate în zona posterioară a capului, în jurul fosei de implantaţie, respectiv în jurul inserţiei gâtului spermului.

Fosa de implantaţie este o înfundare hemisferică a părţii posterioare a nucleului, în care se găseşte implantată extremitatea apicală a filamentului axial al cozii spermului.

Membrana multistrat celulară acoperă complet capul, corpul şi coada spermului, membrana externă a acrozomului putându-se detaşa spontan în coada epididimului la masculi cu absenţă sexuală îndelungată; prin ruperea membranei celulare şi a membranei externe a învelişului acrozomului în zona ecuatorială se eliberează hialuronidaza necesară penetrării ovulei.

Gâtul reprezintă piesa de legătură dintre capul şi coada spermului. Este o formaţiune dintre capul şi coada spermului. este o formaţiune foarte scurtă dispusă între centriolul proximal şi jumătatea anterioară a centriolului distal. Teaca mitocondrială de 0,1 microni îşi află originea în granulele bazale ale capului, care generează o structură mitocondrială dublu spiralată în sensul acelor de ceasornic, care se continuă în piesa intermediară până la inelul terminal Jensen.

În structura piesei intermediare, cu lungimea de 10-15 microni, intră fibrele filamentului axial care sunt dispuse astfel: 2 fibrile centrale, 9 fibrile subţiri care constituie cercul intern şi 9 fibrile groase formând cercul extern. Filamentul axial este îmbrăcat de o cămaşă mitocondrială, dispusă sub forma unui filament spiralat dublu. La exterior se găseşte o membrană bogată în lipide. Aceasta provine din protoplasma celulară, în special din resturile aparatului Golgi, grupate iniţial la nivelul gâtului. Treptat protoplasma se distribuie de-a lungul piesei intermediare; acest proces are loc în timpul tranzitului epididimar şi constituie unul din fenomenele importante ale maturării spermului. În cazul când nu se produce acestă disperare protoplasma grupată la nivelul gâtului sau piesei intermediare, constituie picătura protoplasmatică. Prezenţa picăturii protoplasmatice este un indiciu al imaturităţii spermului. Piesa intermediară este constituită în cea mai mare parte din substanţe lipoproteice. În ea se găsesc grupate majoritatea enzimelor spermului. Piesa intermediară furnizează energia necesară proceselor metabolice din spirala mitocondrială.

Piesa principală sau coada propriu-zisă (lungă de 35-45 microni şi groasă de 0,4-0,8 microni) este delimitată de inelul lui Jensen, situat la jumătatea externă a centriolului distal, şi distal de piesa terminală.

Fibrele din coada spermului, repartizate tot după formula 2+9+9 sunt acoperite de un înveliş fibrilar spiralat alcătuit dintr-o pereche helicoidală cu mai mult de 400 de înfăşurări.

Piesa terminală are 3-4 microni lungime şi este constituită din porţiunea terminală a fibrelor acoperite cu membrana celulară şi din care lipseşte învelişul spiralat fibrilar al cozii spermului.

Coada spermului conţine lipoproteine, proteine simple şi lipide (circa 23%). În compoziţia lipidelor intră fosfolipide (73,3%), colesterin (14,5%), gliceride (9,6%) şi ceară (2,6%). Dintre substanţele minerale cele mai importante sunt fosforul, care ocupă 2,7% din substanţa uscată a spermului, sodiul, potasiul, calciul, magneziul şi sulful.

Mişcarea, fenomenul fiziologic caracteristic spermului, este rezultatul contractilităţii fibrelor din filamentul axial. Rolul cel mai important îl au fibrele din cercul extern. Se susţine, că punctul de plecare al contractilităţii se află în granulele bazale de la nivelul gâtului. Energia este furnizată de moleculele mici, care se distrug în procesul de contractilitate şi sunt refăcute de mitocondriile filamentului axial.

Proprietăţile biologice ale spermei

Reuşita însămânţărilor artificiale este legată de viabilitatea şi capacitatea fecundantă a spermei, care, la rândul său, este asigurată de proprietăţile biologice ale materialului seminal. Principalele caracteristici biologice ale spermei sunt: mobilitatea aglutinarea şi metabolismul spermilor.

Mobilitatea reprezintă una din caracteristicile principale ale spermilor, prin care aceştia se deosebesc de celelalte celule ale organismului. Mobilitatea reprezintă un factor indispensabil viabilităţii spermilor.

Mobilitatea şi viabilitatea spermilor necesită utilizarea energiei chimice şi transformarea ei în energie biologică. Mişcarea spermului în baza energiei biologice, se datorează porţiunii sale terminale, care are o structură similară ciliatelor şi flagelatelor. Mişcarea gameţilor este determinată de contracţiile cozii (flagelului) şi de rotirea spermului în jurul axei sale longitudinale. Prin contracţiile cozii se asigură mişcarea de avansare, iar capul, prin forma sa uşor exavată (convexă) determină rotirea în jurul axei sale longitudinale. În felul acesta, spermul execută mişcarea de «sfredelire şi înaintare».

Spermii pot realiza trei feluri de mişcări:

· de înaintare sau rectiline

· circulară sau «în manej»

· de pendulare sau vibratoare

Pentru mamifere şi păsări mişcarea de înaintare este considerată normală, pe când mişcările circulară şi vibratoare sunt anormale.

La aprecierea spermei se ţine seama îndeosebi de mobilitatea spermilor determinată de viteza cu care aceştia înaintează în câmpul microscopic, precum şi de procentul de spermi capabili să execute această mişcare.

Viteza de înaintare a spermiilor variază în funcţie de specie, de intervalul de timp când se examinează sperma după recoltare, de pH-ul spermei de temperatura mediului ambiant etc. pe specii, viteza medie de înaintare pe minut este următoarea: la armăsar – 5,22 mm, la taur – 4,02 mm, la berbec – 3 mm, la câine – 2,08 mm. Aceste date sunt posibile la un pH al spermei caracteristic spermei şi la temperatura obişnuită a organismului animal (37-38°C).

Aglutinarea spermilor constă în alipirea sau încleierea acestora, sub formă de rozetă sau dezordonată ca urmare a diminuării sau pierderii totale a sarcinii electrice negative. Aglutinarea este reversibilă, în cazul când spermii se reunesc în formă de rozetă, alipindu-se numai de capul, iar mobilitatea cozii este păstrată şi ireversibilă, când gameţii se alipesc de toată suprafaţa celulară şi rămân imobilizaţi (aglutinare dezordonată sau totală).

Scăderea sau absenţa sarcinii electrice negative are loc la apariţia în spermă a particulelor încărcate cu sarcină electrică pozitivă. Aglutinarea spermilor se produce mai ales la creşterea concentraţiei ionilor de hidrogen ca urmare a acumulării în mediu a acidului lactic. Astfel, într-un mediu cu aciditate scăzută (pH 5-6,4) spermii se adună sub formă de rozetă, iar când aciditatea este mai mare se produce aglutinarea dezordonată (totală) a spermilor şi aceştea nu mai fac mişcări. Aglutinarea spermilor apare uşor în prezenţa ionilor metalelor polivalente, precum şi sub acţiunea aglutininelor spermatice, prezente în materialul seminal şi în vaginul femelei. Formarea aglutininelor spermatice este reacţia organismului femel la pătrunderea parenterală a proteinelor spermatice. Prin urmare, la femelele tinere, nulipare aglutininele lipsesc sau sunt într-o cantitate mică, pe când la femelele însămânţate şi mai ales la cele multipare aglutininele sunt în cantităţi mari. Posibilitatea aglutinării spermilor trebuie luată în considerare şi la utilizarea diluanţilor lapte-ou sau la adăugarea în diluanţi a plasmei sanguine.

Aglutinarea spermilor poate fi prevenită prin reacţia de antiaglutinare. În condiţii naturale, în conductul genital femel aglutinarea spermilor este prevenită de antiaglutininele, care se conţin în lichidul folicular al ovarului şi în sperma masculului (în secreţia prostatică). Datorită acestor particularităţi aglutinarea spermilor la animalele sănătoase se înregistrează rar.

Metabolismul

Reprezintă procesul biologic fundamental prin care se asigură energia necesară mobilităţii şi viabilităţii spermilor. Substanţele energetice se găsesc în spermi sau în plasma seminală, ceea ce demonstrează existenţa a două surse energetice. Astfel, s-a demonstrat că produsele metabolice se produc atât la nivelul spermilor, cât şi în plasma seminală. Spermii pot utiliza energia chimică necesară mobilităţii şi viabilităţii în mediul anaerob, dar şi în cel aerob.

Metabolismul în mediul aerob. La baza metabolismului aerob stă mecanismul glicolitic. El se caracterizează prin activitate respiratorie intensă însoţită de diminuarea progresivă a fructozei şi apariţia în spermă a acidului lactic. În mediul aerob spermii folosesc ca substrat energetic glucidele şi în primul rând, fructoza. Ca rezultat al metabolismului apare acidul lactic. O parte din fructoză este oxidată până la stadiul de CO₂ şi H₂O. Rezultă că în condiţii de aerobioză spermii manifestă şi activitate respiratorie (consum de oxigen), a cărei intensitate depinde în mare măsură de concentraţia spermei. Astfel, volumul de oxigen (mm³) consumat în decurs de o oră la temperatura de 20°C de către 100 milioane de spermi variază în funcţie de specie:

La taur – 3,4

La berbec – 8,4

La armăsar – 4,3

La vier – 7,2

Coborârea temperaturii spermei până la 10°C reduce intensitatea activităţii respiratorii de 2 ori. La temperatura de 0°C activitatea respiratorie a spermilor se manifestă foarte slab. Creşterea acidităţii mediului inhibă respiraţia, iar alcalinizarea mediului o intensifică.

Spermii uşor oxidează şi sorbitolul, secretat de glandele seminale. Acesta serveşte, de asemenea, ca sursă energetică pentru spermi. În anumite cantităţi sorbitolul în spermi se formează din fructoză şi glucoză. Deoarece fructoza se conţine în cantităţi mai mari în sperma rumegătoarelor şi cantitatea de sorbitol este mai mare în sperma acestor reproducători: la taur – 10-136 mg%, la berbec – 26-120 mg%, la vier – 6-18 mg% şi la armăsar 20-60 mg%.

Activitatea respiratorie la spermi se produce datorită enzimelor în special sub influenţa citocromoxidazei. În prezent în spermă a fost descoperit întregul complex de fermenţi oxidanţi. Cantitatea enzimelor din spermă variază în funcţie de specie: cantitatea enzimelor din sperma de armăsar şi vier este de câteva ori mai mare decât din sperma rumegătoarelor.

De obicei, în procesul de metabolism, spermii folosesc substanţele energetice (zahărurile) care se găsesc în plasma seminală; în cazul epuizării rezervelor din spermă, gameţii folosesc fosfolipidele care constituie principala sursă de energie intracelulară. Mai mult se utilizează fosfolipidele din sperma berbecului, probabil de aceea că în sperma acestuia rezervele de zahăr se epuizează în 3-6 ore.

Etapele mecanismului fosfolipidic decurg după următoarea schemă generală:

- degradarea hidrolitică a fosfolipidelor;

- oxidarea acizilor graşi.

Acest tip de metabolism în care se folosesc numai substanţe energetice intracelulare, denumit şi metabolism endogen, nu este însoţit de formarea acidului lactic.

Spermii sunt celule care fac parte din anaerobii facultativi, adică gameţii se pot mişca atât în condiţii de aerobioză, cât şi în condiţii de anaerobioză.

În sperma masculilor de tip vaginal de însămânţare naturală (taur, berbec) se conţin cantităţi importante de zaharuri (până la 1500 mg%), pe când în sperma reproducătorilor de tip uterin de montă naturală se evidenţiază numai urme de zahăr, de aceea spermii la aceste specii nu sunt capabili, sau manifestă o capacitate slabă de glicoliză.

Metabolismul în mediul anaerob. În condiţii de anaerobioză, substratul energetic al spermilor este preluat numai din mediul ambiant, adică din plasma seminală. Ca şi în mediul aerob, spermii folosesc ca substrat energetic monozaharidele: fructoza, glucoza şi manoza, rolul cel mai important avându-l fructoza. Între glicoliza aerobă şi anaerobă există următoarea deosebire esenţială: în glicoliza aerobă o parte din acidul lactic rezultat prin descompunerea monozaharidului este oxidată mai departe până la obţinerea de H₂O şi CO₂, constituind prin aceasta o sursă de energie suplimentară, care duce la scăderea consumului de monozaharide; în glicoliza anaerobă acidul lactic, care constituie produsul final al glicolizei, nu mai suferă în continuare procesul de oxidare.

În sperma animalelor domestice, eliberarea de energie se face pe baza proceselor oxidative şi glicolitice. La taur, berbec şi ţap, fiindcă sperma este bogată în glucide şi săracă în electroliţi, au loc ambele procese (de intensitate egală). La armăsar, vier şi câine, specii la care sperma este săracă în glucide şi bogată în electroliţi, predomină procesele oxidative.

Intensitatea mecanismului glucolitic este mai mare la un pH de 7,6; în cazul acidulării mediului până la pH 6,4 sau la alcalinizarea acestuia procesul de glicoliză slăbeşte.

Principalul glucid din spermă este fructoza. Secretată în cea mai mare parte de glandele seminale ea constituie sursa principală de energie pentru spermi. De aceea, în spermii, care se găsesc în canalele şi epididimul testicular procesul de fructoliză nu are loc.

La adăugarea în spermă a glucozei coeficientul de respiraţie creşte, ceea ce denotă intensificarea utilizării zahărului de către spermi. Spermul este o celulă cu permeabilitate ridicată şi permite trecerea din plasmă a zahărului, de aceea includerea în compoziţia mediilor de diluţie a zahărurilor prelungeşte viabilitatea gameţilor, prevenind totodată epuizarea rezervelor energetice proprii. Prin membrana celulară a spermului uşor trece glucoza sau fructoza, mai greu trec dizaharidele şi este impermebilă pentru zaharuri fosforilate.

Din problemele complicate ale metabolismului spermilor, pentru aplicarea practică a însămânţărilor artificiale este important că gameţii mamiferelor în mediul ambiant sunt capabili să consume oxigen şi glucoză, iar în cazul prezenţei zahărului aceştea pot trăi şi se mişca şi fără oxigen. Astfel, în condiţii de anaerobioză spermii trăiesc mai mult decât în prezenţa oxigenului. Pe această capacitate a spermilor se bazează metoda de păstrare a spermei sub un strat de ulei de vazelină, care limitează aeraţia, iar prin urmare şi procesele de oxidare.

Odată cu acumularea acidului lactic spermii trec într-o stare de anabioză; la alcalinizarea mediului şi ridicarea temperaturii mobilitatea gameţilor se restabileşte. Anabioza acidă poate fi folosită la conservarea spermei. Trecerea spermilor în stări de anabioză permite mărirea termenului de păstrare a spermei în afara organismului până la câteva zile.

Prin încălzire sau alcalinizarea mediului spermii se scot din starea de anabioză.

După cum am menţionat mai sus, una din caracteristicile principale ale spermilor este mobilitatea, adică capacitatea de a se mişca activ pe baza energiei provenită din mecanismul glicolitic şi activitatea respiratorie. Pentru a se mişca, spermii necesită acid adenozin-trifosforic (ATP). Sperma taurilor fertili conţine 7-11 mg% de ATP. Scăderea nivelului de ATP până la 3 mg% reduce fecunditatea spermilor. Prin procesele de fructoliză are loc transformarea fructozei ce duce la apariţia unei importante cantităţi de energie chimică. Aceasta se acumulează sub formă de ATP, care ulterior, prin desfacerea legăturilor macroergice, furnizează energie pentru contractarea cozii spermului. În coada spermului a fost pusă în evidenţă spermozina, analog al actomiozinei din muşchi. Sub acţiunea spermozinei, care are proprietăţi enzimatice se desfac legăturile macroergice ale ATP, din care apar acidul adenozin-difosforic şi acidul fosforic; în rezultatul acestui proces spermii sunt asiguraţi cu energie. Activitatea enzimatică a spermozinei este optimă la nivelul pH-ului de 8,3, de aceea, alcalinizarea spermei intensifică mobilitatea spermilor. Adaosul de ATP în spermă nu modifică mobilitatea spermilor deoarece membrana celulei spermatice nu lasă să treacă acidul adenozin-trifosforic. Glucoza, adăugată la spermă, ameliorează procesul de glicoliză, iar prin urmare, şi activitatea respiratorie a spermilor, menţinându-se astfel mobilitatea lor.

Raportul dintre intensitatea proceselor de glicoliză şi activitatea respiratorie a spermilor la animalele domestice determină două tipuri de spermă:

- Spermă care conţine cantităţi mai mari de zaharuri şi slab asigurată cu enzime cito-respiratorii. Spermii sunt capabili de glicoliză şi activitate respiratorie în măsuri egale. Aşa tip de spermi este caracteristic pentru tauri, berbeci şi ţapi;

- Spermă care conţine doar urme de zahăr, în schimb este bine asigurată cu fermenţi cito-respiratori. Predomină procesele de activitate respiratorie; datorită conţinutului redus de zaharuri se cheltuie în scopuri energetice, cu preponderenţă lipidele. Este caracteristică armăsarilor, vierului şi câinelui.

Acţiunea asupra spermilor a factorilor de mediu

Deoarece o mare varietate de factori fizico-chimici şi biologici afectează grav viabilitatea spermilor, la prelevare şi prelucrarea materialului seminal trebuie să se cunoască acţiunea asupra gameţilor a diferitor factori de mediu, cum ar fi: temperatura, lumina, presiunea osmotică, reacţia mediului, flora bacteriană etc.

Temperatura. Viabilitatea şi mobilitatea optimă a spermiilor se menţine o anumită perioadă de timp la temperatura fiziologică, de 37-38°C. Ridicarea temperaturii până la 40°C asigură activizarea mobilităţii gameţilor, însă brusc se reduce termenul de viabilitate al spermilor. La temperatura de 45°C gameţii mor datorită coagulării proteinelor spermatice.

Coborârea treptată a temperaturii reduce activitatea cinetică a celulelor spermatice, deoarece are loc inhibarea (diminuarea) proceselor de respiraţie şi glicoliză. La temperatura de 15°C mişcarea spermiilor devine vibratorie, iar după răcirea până la +5°C mişcarea gameţilor încetează – apare anabioza termică a spermiilor. Există o relaţie invers proporţională între temperatura şi termenul de păstrare a viabilităţii spermiilor. Răcirea spermei într-un interval de timp scurt, precum şi trecerea bruscă de la temperaturi ridicate la temperaturi coborâte provoacă la spermi şocul termic (frigorific), exprimat prin pierderea capacităţii fecundative de către gameţi, apariţia formelor teratologice de spermi şi chiar moartea acestora.

Există mai multe teorii şi ipoteze referitoare la producerea şocului termic, însă nici una nu elucidează complet mecanismul apariţiei acestuia. Se consideră că un rol important în acest sens îl au procesele de osmoză şi difuzie din spermă. Cu cât aceste procese decurg mai lent, cu atât manifestările şocului sunt mai atenuate.

Şocul termic se manifestă deja la temperatura de +25-20°C, însă spermii sunt mai sensibili faţă de acest fenoment la răcirea spermei proaspăt recoltată mai jos de +18°C. De aceea, în sala de recoltări şi în laboratorul unde se lucrează cu sperma, temperatura nu trebuie să fie sub limita de +18°C.

Posibilitatea apariţiei şocului termic trebuie luată în seamă mai ales la prelucrarea spermei de taur şi berbec, care datorită volumului mic al ejaculatului, se răceşte mai repede.

În practica însămânţărilor artificiale, pentru atenuarea şocului termic se foloseşte gălbenuşul de ou de găină. Lecitina, conţinută în gălbenuş, se absoarbe la suprafaţa gameţilor şi formează o peliculă, care protejează membrana celulară a spermiului şi îl face să reziste la acţiunea şocantă a frigului. Altă metodă de prevenire a şocului termic este coborârea treptată a temperaturii până la +4-2°C, care face posibilă adaptarea spermiilor la regimul de temperatură dat.

Punerea spermiilor în condiţii de anabioză, prin crearea unor temperaturi scăzute, stă la baza conservării materialului seminal prin refrigerare sau congelare. După reanimare, prin ridicarea temperaturii, gameţii îşi restabilesc mobilitatea şi capacitatea fecundantă.

Lumina. Razele solare directe omoară spermii în timp de 20-40 minute. Lumina difuză nu influenţează viabilitatea gameţilor. Prin urmare, la prelevarea şi procesarea materialului seminal se evită acţiunea asupra ejaculatelor, a razelor solare directe.

Reacţia mediului. Este proprietatea fizico-chimică a spermei care reprezintă gradul de aciditate sau concentraţia ei în ioni de hidrogen. Între pH-ul spermei, concentraţie şi metabolism există o strânsă corelaţie. Astfel în sperma deasă de berbec şi taur pH-ul are tendinţă de aciditate (6,6-6,9), ca rezultat al metabolismului cumulat în acid lactic al spermiilor, în timp ce la sperma rară de armăsar şi vier pH-ul este uşor alcalin (7,0-7,9), din cauza numărului redus de gameţi care eliberează mai puţin acid lactic.

Glucoza este considerată ca sursă principală de energie a spermiilor atât în mediul aerob cât şi în cel anaerob; la sperma cu o concentraţie ridicată în fructoză se constată diminuarea într-un timp foarte scurt al pH-ului dat de acumularea acidului lactic: la valoarea pH-ului de 6,3-6,4 apare anabioza acidă a spermiilor. Acest principiu este pus la baza conservării spermiilor. Acest principiu este pus la baza conservării spermei la temperatura camerei (+16-18°C) şi în medii uşor acide (prin barbotarea mediilor cu CO₂).

Creşterea în continuare a acidităţii (pH<6,2) datorită acumulării ionilor de hidrogen determină moartea spermiilor prin distrugerea tegumetnului lipoproteic, dispariţia sarcinii electrice negative şi aglutinarea acestora.

Deplasarea pH-ului în sensul alcalinizării, iniţial activizează mobilitatea gameţilor, iar mai târziu aceştea mor.

Carbonaţii, fosfaţii şi citraţii sunt elementele care formează sistemul tampon al spermei, datorită căruia gameţii sunt capabili să reziste o anumită perioadă de timp la modificările pH-ului.

Presiunea osmotică. Presiunea osmotică a spermei este constantă şi se apropie de cea a sângelui. Plasma seminală este izotonică cu aceea a spermiului, întrucât presiunea osmotică a ei este egală cu presiunea osmotică din interiorul gametului.

Spermii sunt foarte sensibili faţă de modificările presiunii osmotice, adică faţă de concentraţiile substanţelor din lichidul în care se găsesc. De aceea, este necesar să se ţină seama la stabilirea mediilor de diluţie, întrucât modificarea acestora spre hipotonie sau spre hipertonie, faţă de presiunea osmotică a plasmei seminale, duce la micşorarea viabilităţii şi la moartea spermiilor.

Indiferent de situaţie, se impune ca diluanţii pentru conservarea spermei să fie izotonici cu spermii şi ca acestea să nu vină în contact cu apa.

Pentru spermă sunt izotonice soluţiile de clorură de sodiu de 1%, bicarbonat de sodiu de 1%, citratul de sodiu de 3%, glucoza de 6,4% etc.

Flora microbiană. Există o corelaţie directă între gradul de contaminare a spermei cu microbi şi fungi, calitatea materialului seminal şi fecunditatea (rata concepţiei) la animale. În condiţii naturale, la reproducătorii sănătoşi, în tubii seminiferi, canalul epididimar, canalul deferent şi porţiunea incipientă a uretrei microorganismele lipsesc. Însă, datorită contactului pe care sperma o are, în timpul ejaculării cu diferite segmente ale aparatului urogenital sau cu diferite aparate şi instrumente în timpul examinării şi prelucrării, la care se poate adăuga influenţa atmosferei sălilor de recoltare, este imposibil de a se obţine un material seminal steril.

Stabilirea celor mai importante locuri la nivelul cărora sperma poate fi poluată microbian creează posibilităţi reale pentru limitarea infectării materialului seminal cu germeni patogeni sau condiţionat patogeni. Această acţiune, la care se adaugă şi aseptizarea realizată prin diferite antibiotice şi sulfamide ce se introduc în diluanţii pentru spermă, are repercusiuni directe asupra păstrării viabilităţii spermiilor în condiţiile conservării îndelungate.

În general, sursele de contaminare ale spermei pot fi externe şi interne.

Mediul înconjurător, în care se efectuează recoltarea şi prelucrarea spermei, reprezintă una din cele mai importante surse de contaminare. Cele mai frecvente surse externe sunt: atmosfera din adăposturile reproducătorilor, sălile de recoltare şi laboratoarele, precum şi instrumentele cu care se recoltează şi se efectuează examinarea şi prelucrarea spermei.

Numărul de germeni din adăposturile pentru reproducători variază mult, în funcţie de o serie de factori: curenţi de aer, mişcarea animalelor, umiditate, felul aşternului. În general, numărul de microorganisme din adăposturile de taurine este între 120 şi 2500/m³ de arer. În condiţii de igienă necorespunzătoare numărul microbilor atinge 1,6milioane/m³.

Sursele interne de contaminare a materialului seminal îşi au originea mai ales la nivelul organelor aparatului genital. Astfel, flora bacteriană nepatogenă şi patogenă, specifică şi nespecifică din spermă reflectă gradul de contaminare a aparatului genital.

Căile de contaminare a organelor genitale şi deci a spermei pot fi:

· calea hematogenă – principala în contaminarea cu leptospire sau cu Brucella;

· calea canaliculară – principala cale de contaminare a glandelor anexe, a epididimului şi uneori chiar a testiculelor.

Furoul poate fi sursă importantă de infecţie ascendentă, mai ales la vier, datorită particularităţilor anatomice ale acestuia.

Dintre germenii nepatogeni în spermă se identifică Streptococi, diplococi, stafilococi etc. Dacă rezistenţa animalului scade, germenii pot deveni patogeni.

Germenii patogeni nespecifici din spermă sunt E. coli, Corynebacterium piogenes, Pseudomonas, Stafilococus piogenes, germenii din genul Proteus. Germenii din genul Proteus, E. coli şi Pseudomonas, în asociaţie cu stafilococul piogen, determină o proporţie ridicată de anomalii morfologice şi scăderea capacităţii fecundante a spermei; pe lângă importante modificări enzimatice, aceştea pot infecta şi femelele, prin însămânţări artificiale.

Germenii din flora bacteriană specifică prezintă un tropism particular pentru aparatul genital mascul, în această grupă fiind încadraţi Brucella abortus, Vibrio foetus, Trichomonas foetus, Listeria monocytogenes, uneori şi Mycobacterium tuberculosis. Însămânţarea femelelor cu astfel de spermă contaminată conduce la apariţia infecţiilor genitale.

Deseori în spermă sunt descoperiţi fungi patogeni (Candida albicans, Aspergillus, Apsidia, Mucor etc.) care favorizează apariţia endometritelor, iar în cazul instalării gestaţiei pot provoca moartea produşilor concepţionali.

Acţiunea substanţelor chimice. Majoritatea substanţelor chimice sunt toxice pentru spermi. Dintre substanţele neorganice mai toxice sunt sărurile şi oxizii metalelor grele (mercur, plumb) care blochează sistemele enzimatice ale gameţilor. Sunt periculoşi pentru spermi de asemenea şi oxizii zincului, aluminiului, ferului, cuprului etc., de aceea în practica însămânţărilor artificiale se folosesc instrumente nichelate sau confecţionate din sticlă şi material plastic, iar sticlăria – din sticlă neutră.

Vaporii de creolină, lizol, terebentină, eter, xeroform, iodoform ş. a. au o acţiune nocivă asupra spermiilor chiar de la distanţă. Trebuie de luat în seamă, de asemenea, acţiunea nefavorabilă asupra spermiilor a fumului de tutun, a parfumului, precum şi a mirosului de ceapă şi usturoi.

O acţiune foarte toxică asupra gameţilor exercită detergenţii, acizii neorganici, un şir de acizi organici şi oxidanţii.

Mai puţin toxice pentru spermi sunt nitrofuranele. Sulfamidele şi antibioticele au o acţiune relativ inofensivă asupra spermiilor, de aceea în cantităţi admisibile se adaugă în mediile de diluţie pentru spermă.

Necătând că în practica însămânţărilor artificiale este contraindicată aplicarea remediilor dezinfectante, totuşi pentru dezinfecţia instrumentelor se folosesc substanţe de acest fel. Mai bine venit în acest sens s-a dovedit a fi alcoolul etilic. Spre deosebire de alte substanţe dezinfectante, acesta repede se evaporă şi se dizolvă bine în apă. Cu alcool de 70% se dezinfectează utilajul, dispozitivele pentru recoltarea spermei, precum şi instrumentarul pentru însămânţarea artificială.

Rămăşiţele de alcool rămase pe instrumentar după dezinfecţie se înlătură cu un tampon de vată îmbibat în soluţie de clorură de sodiu de 1%.

Bazele ştiinţifice ale recoltării spermei de la masculi

Activitatea de reproducere la masculi este generată de reflexele sexuale: de apropiere, erecţie, salt şi îmbrăţişare, intromisiune şi ejaculare. Modul de manifestare a reflexelor sexuale are un rol important în desfăşurarea proceselor de reproducere.

Evoluţia normală a reflexelor sexuale are ca urmare eliminarea unei sperme în cantitate normală şi de calitate superioară. Dereglarea sau excluderea unuia din reflexele sexuale are drept consecinţă imposibilitatea manifestării celorlalte reflexe sau elaborarea unei sperme calitativ inferioare şi în cantitate mai mică.

Reflexele sexuale, după cum se ştie, fac parte din grupa reflexelor înnăscute sau necondiţionate. Desfăşurarea lor, deci actul sexual în totalitate, se produce sub influenţa sistemului neuroendocrin. O contribuţie importantă în reglarea normală a proceselor reproductive o au hormonii sexuali, care menţin reactivitatea sistemului nervos şi stabilesc un anumit grad de excitabilitate.

În timpul vieţii animalului, peste reflexele necondiţionate se suprapun reflexele condiţionate sau dobândite. Ele se formează sub influenţa condiţiilor de viaţă ale reproducătorului (alimentaţie, întreţinere, exploatare), le întăresc pe cele necondiţionate şi asigură labilitatea comportamentului sexual al masculului, adică adaptarea celui din urmă la noile condiţii de reproducţie.

În centrele de însămânţare artificială, la o activitate sexuală desfăşurată în condiţii favorabile are loc formarea şi consolidarea reflexelor sexuale pozitive, pe când nerespectarea sistematică a condiţiilor în timpul prelevării spermei (existenţa de zgomote, prezenţa unor persoane străine, schimbarea tehnicianului recoltator şi a locului unde se face recoltarea) determină suprapunerea reflexelor condiţionate negative, care fac dificilă recoltarea materialului seminal.

La masculii animalelor agricole şi mai ales la tauri şi vieri uşor se formează şi se întăresc reflexe sexuale condiţionate prin prezenţa unor femele care nu sunt în călduri, unor masculi şi chiar unor manechine care nu se aseamănă neapărat cu femelele din specia respectivă.

Diferenţierea neînsemnată în comportamentul sexual al masculilor şi în special nespecificitatea reflexului de salt şi îmbrăţişare precum şi crearea unor condiţii similare cu cele din timpul intromisiunii fac posibilă recoltarea spermei de la reproducători; prin urmare la baza prelevării spermei de la masculi stă formarea şi întărirea reflexelor condiţionate pozitive.

Principii şi metode de recoltare a spermei

Prelevarea spermei constă în provocarea artificială a ejaculării, fără a avea loc actul sexual între mascul şi femelă. Fiind o operaţiune foarte importantă, mulţi cercetători au căutat să amelioreze metodele de colectare a spermei, fără să prejudicieze sănătatea masculului. În afară de aceasta, metodele de recoltare a spermei trebuie să asigure colectarea ejaculatului fără pierderi, fără afectarea spermilor, precum şi asigurarea unei calităţi sanitare înalte a materialului seminal.

Metodele existente de recoltare a spermei de la reproducători se împart în:

· metode uretrale, ce permit obţinerea spermei nemijlocit din uretra masculului;

· metode vaginale, care ţin de colectarea spermei din vaginul femelei după actul montei.

Metodele uretrale de recoltare a spermei