Движение сперматозойдов у различных видов животных

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.

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА СПЕРМИЕВ ВНЕ ОРГАНИЗМА ЖИВОТНОГО

Влияние температуры. И. И. Иванов (1908) доказал, что спермий лучше сохраняются при температуре от 0 до 15 °С. Более низкая и особенно высокая температура очень пагубны для них. Температура среды влияет на спермиев двояко: усиливает или ослабляет их движение, удлиняет или укорачивает переживаемость.

Движение  и переживаемость спермиев—два взаимосвязанных явления. Если спермиев поместить в среду с температурой 5 °С, они делаются малоподвижными или не двигаются. При подогревании спермы до 10 °С их движения становятся интенсивнее, и дальше, по мере повышения температуры, активность еще более возрастает и достигает максимума при температуре 38—41 °С. Таким образом, интенсивность движения спермиев прямо пропорциональна температуре среды, в которой они находятся.

С повышением температуры среды срок жизни спермиев укорачивается. В. Д. Клемина установила, что при температуре 46,5 °С белки спермиев переходят в состояние, близкое к необратимой денатурации.

Низкие  температуры менее вредны для спермиев. При постепенном охлаждении можно довести сперму до состояния замораживания, а затем, после подогревания, восстановить ее активность и даже способность к оплодотворению. Быстрое охлаждение спермы, скачкообразные переходы от высоких температур к низким вызываюту спермиев температурный шок — реакцию спермиев на быстрое охлаждение. Она выражается потерей способности спермиев оживать при подогревании и разбавлении спермы специальными разбавителями, появлением уродливых форм спермиев. Если сперму быстро охладить хотя бы только до 15—17 °С, у спермиев может произойти температурный шок. Согласно исследованиям Ф. И. Осташко, шоковые явления у спермиев могут наступать при температуре 25 °С. Предложено много теорий и различных гипотез, но ни одна из них полностью не объясняет причин и механизмов возникновения температурного шока. Ф. И. Осташко считает, что в механизме шока важную роль играют осмотические и диффузионные процессы. Чем медленнее протекают эти процессы, тем меньше проявляется температурный шок. Вот почему медленное охлаждение — основной способ предупреждения температурного шока спермиев.

Особенно  легко возникает температурный шок при охлаждении только что полученной спермы ниже 18 0С, поэтому в помещениях для получения и исследования спермы температура не должна быть ниже 18 0С. В сперме, имеющей нейтральную или щелочную реакцию, спермии сильнее реагируют на температуру, чем в сперме слабокислой реакции.

Низкие  температуры отрицательно влияют на живые существа потому, что при замерзании разрушается цитоплазма их клеток (во время кристаллизации). Для объяснения отсутствия отрицательного влияния низких температур на спермиев предложена гипотеза о стекловидной форме замерзания цитоплазмы (витрификация). Согласно этой гипотезе, цитоплазма при охлаждении может затвердевать стекловидно (без кристаллов). При стекловидной форме в отличие от кристаллизации цитоплазма затвердевает без выделения воды, без резкого смещения молекул, вследствие чего не нарушается ее обычная структура.

При постепенном  охлаждении спермы до минус 6—10 °С в ней интенсивно происходит кристаллизация, что вызывает быструю гибель спермиев. Для перевода жидкостей в стекловидное затвердевание необходимо при приближении к О °С быстро их охладить, чтобы «проскочить» критическую фазу. Для «расстекловывания» цитоплазмы сперму нужно быстро нагревать, чтобы произошло расплавление тоже без фазы кристаллизации.

Возможность температурного шока следует учитывать, особенно при работе со спермой быка и барана, у которых вследствие малого объема эякулята сперма охлаждается очень быстро. Температурный шок легко наступает при проведении искусственного осеменения в холодную погоду, при использовании холодных инструментов, при несоблюдении правил хранения и перевозки спермы.

Реакцию спермиев на температуру следует расценивать как их приспособление в процессе эволюции. Известно, что в придатке тестикула спермин находятся в состоянии естественного анабиоза при температуре более низкой, чем температура тела; вследствие этого они могут долго сохранять свою жизнеспособность. Только после смешения спермиев с секретом придаточных половых желез они получают способность к активному движению. Попав же в половой аппарат самки, спермии (в условиях температуры тела) начинают двигаться с максимальной интенсивностью. Это обусловливает наиболее быстрое их продвижение по половым путям к яйцепроводам и встречу с яйцевой клеткой.

Влияние света. Рассеянный дневной свет не воздействует вредно на спермиев. Под влиянием же прямых солнечных лучей движение спермиев вначале усиливается, а затем, через 20—40 мин, они погибают. Отрицательное действие солнечных лучей объясняют действием на спермиев ультрафиолетовой части спектра, активизирующей химические процессы, и термическим влиянием инфракрасных лучей. Поэтому при проведении искусственного осеменения нужно оберегать сперму от ультрафиолетовых лучей солнца и бактерицидных ламп.

Вся работа со спермой должна проводиться в закрытых помещениях. Поскольку рассеянный свет не влияет на спермиев, то для сохранения спермы можно пользоваться обычной стеклянной посудой, а еще лучше из оранжевого стекла, которое задерживает ультрафиолетовые лучи. В лаборатории пунктов искусственного осеменения на окнах следует повесить капроновые или полиэтиленовые занавески.

Влияние осмотического давления. Спермии, находясь в сперме, легко поддаются воздействию ее сыворотки. В свою очередь, они сами могут изменять химический состав спермы посредством пополнения ее продуктами своей жизнедеятельности. По этой причине величина осмотического давления спермы непостоянная. У быка, например, она колеблется при 0 0С от 481,2—914,2 кПа (4,812 до 9,142ат), в среднем равна 695 кПа (6,95 ат). В связи с этим важно учитывать как физические, так и химические свойства жидкой части спермы.

Спермии очень чувствительны к изменению осмотического давления, т. е. концентрации веществ в жидкости, в которой они находятся. Ее осмотическое давление должно быть равным внутреннему осмотическому давлению спермиев. Если спермии поместить в гипотонический раствор или в обыкновенную воду, они быстро погибают вследствие повышения внутреннего давления. Под влиянием гипотонического раствора хвосты спермиев набухают и закручиваются кольцом или полукольцом. Если сперму смешать с гипертоническим раствором, спермии тоже погибнут, но уже от обезвоживания. Они сморщиваются, их хвосты приобретают зигзаговидную форму. Исключительно губительным для спермиев является быстрое изменение осмотического давления. При прочих благоприятных условиях спермии могут сохранять свою жизнеспособность только в изотонических растворах.

У спермиев животных разных видов осмотическое давление неодинаково. Так, раствор виноградного сахара будет изотоничен сперме барана в концентрации 6,4 %, быка и хряка — 6, жеребца — 7,2, кролика — 5,4, собаки — 5,7 %. Раствор тростникового сахара (сахароза) изотоничен сперме жеребца при 11%-ной концентрации. Спермии меньше реагируют на отклонение осмотического давления в сторону гипертонии, чем в сторону гипотонии.

При искусственном  осеменении животных необходимо строго следить за тем, чтобы все растворы, применяемые для разбавления спермы, были изотоничными и чтобы сперма не соприкасалась с водой. Обычная питьевая вода может содержать (в зависимости от условий местности) значительное количество различных солей, поэтому раствор, приготовленный без учета солевого состава воды, может оказать вредное влияние на спермиев.

Надо  оберегать сперму от испарения ее жидкой части, например от подсыхания в спермоприемнике, при исследовании под микроскопом и при других манипуляциях, при которых может повыситься концентрация солей в сперме. Надо оберегать сперму и от недостатка солей; например, несколько капель дистиллированной воды, образовавшейся на стенках спермоприемника вследствие разности температур (конденсация), могут пагубно повлиять на эякулят барана или быка. Очень важна степень разбавления спермы. Чем она выше, тем чувствительнее спермии к отклонению от изотонии.

Влияние реакции среды. При работе со спермой нужно учитывать реакцию среды, т. е. концентрацию водородных ионов, которая влияет на обмен веществ, активность и переживаемость спермиев. Наиболее благоприятной для спермиев считается среда, рН которой колеблется для быка в пределах 6,9—7,0, для барана — 7,0—7,2, для хряка — 7,2— 7,5, для петуха — 7,2 и для кролика — 6,8. В кислой (рН 6,0 и ниже) и в сильнощелочной средах спермии погибают.

Переживаемость  спермиев вне организма зависит от свойств кислоты. Под воздействием органических кислот (молочной, уксусной, янтарной, масляной и др.) движения спермиев прекращаются при небольшой кислотности среды. Неорганические кислоты (НСl, H₂SO₄, Н₃РО₄ и др.), наоборот, даже в значительных концентрациях не влияют отрицательно на спермиев. Разница воздействия на спермиев органических и неорганических кислот объясняется неспособностью свободных ионов проникать в клетку, а следовательно, невозможностью влияния Н-ионов внешней среды на внутриклеточные реакции. Минеральные кислоты полностью диссоциированы в растворах, поэтому и не могут влиять на реакции, протекающие в спермиях. Растворы органических кислот всегда содержат молекулы, не распавшиеся на ионы, поэтому их молекулы проникают через оболочку спермиев, разлагаются в них на ионы, обусловливая внутриклеточное подкисле-ние. Надо учитывать и буферные свойства спермы. Вне организма буферность спермы — основной регулятор ее кислотности. У животных разных видов она неодинаковая. Высшей буферностью обладает сперма барана, затем быка и хряка, низшей — сперма жеребца.

Влияние химических веществ. В практике искусственного осеменения, несмотря на соблюдение всех правил асептики, полученная сперма всегда более или менее загрязнена бактериальной флорой. Стремление специалистов найти такое дезинфицирующее средство, которое могло бы действовать бактерицидно на микрофлору, не влияя отрицательно на спермиев, не увенчалось успехом. Исследования показали, что ни одно из современных дезинфицирующих веществ не может считаться безвредным для спермиев. В ничтожных дозах, неуловимых даже тончайшими химическими реакциями, они вредно влияют на спермиев. Этим следует объяснить неудачи искусственного осеменения животных, когда его проводят в ветеринарных лечебницах, амбулаториях или когда используют те же инструменты, которые применяются во время лечебной работы.

Установлено, что спермиев быстро убивают ртути дихлорид (сулема) в дозе 0,000003 г, перманганат калия в дозе 0,00004 г, лизол, креолин, уксусная кислота в дозе 0,0003 г на 1 г спермы. Щелочи и кислоты, эфир, нашатырный спирт, скипидар — сильные яды для спермиев. Оксиды свинца, меди, железа, серебра также очень ядовиты для спермиев. Поэтому в практике искусственного осеменения пользуются стеклянными или никелированными инструментами.

Токсичными для спермиев могут быть также резиновые камеры, дистиллированная вода, полиэтиленовые приборы и др. При обработке резиновых камер различными моющими средствами и кипячении в дистиллированной воде в течение часа токсичность резины не исчезает. Это указывает на необходимость обязательной биологической оценки каждого прибора и препарата, выпускаемых для целей искусственного осеменения животных.

Несмотря  на то что в принципе при искусственном осеменении противопоказано применение дезинфицирующих средств, все же для обеззараживания инструментов вынужденно пользуются ими. Наиболее приемлем для этого этиловый спирт (этанол). По сравнению с другими дезинфицирующими средствами он легче удаляется с инструментов (быстро испаряется), кроме того, он хорошо растворяется в воде. Однако надо иметь в виду, что 0,5%-ный раствор спирта очень быстро убивает спермиев. Спирт-сырец денатурированный, недостаточно очищенный от сивушного масла и других примесей, совершенно непригоден в работе по искусственному осеменению животных.

Влияние микробной и грибковой загрязненности. Имеется прямая связь между степенью микробной, грибковой загрязненности, качеством спермы и опло-дотворяемостью животных. В естественных условиях у здоровых производителей в извитых канальцах семенника, придатках, спермиопроводах и начальной части уретры микроорганизмы отсутствуют. Таким образом, сперма инфицируется при ее прохождении через мочеполовой канал и соприкосновении с внешней средой. Количественный и качественный состав микроорганизмов в сперме сильно колеблется в зависимости от здоровья, гигиенического состояния производителя, стерильности искусственной вагины, манежа, лаборатории, срока хранения спермы и многих других факторов. Особенно много микроорганизмов отмечается в воздухе помещения, где содержатся производители. При плохих гигиенических условиях в 1 см³ воздуха находится до 1,6 млн микроорганизмов. У быков, выращенных в плохих гигиенических условиях, в 1 мл спермы содержится от 85 до 230 млн микроорганизмов (П. Маринов). У хряков одним из источников сильного загрязнения спермы микроорганизмами является дивертикул препуция (слепой мешок). После дивертикулоэктомии микробное загрязнение спермы резко снижалось, повышалась оплодотворяемость и плодовитость свиноматок (И. Г. Мороз, М. П. Рязанский).