что позволяет различить части головки. Поскольку головка сперматозоида почти полностью состоит из хроматина, форма ядра коррелирует с фертильностью;18 более того, головки сперматозоидов высокофертильных быков весьма однородны по размеру.13
Аномалии сперматозоидов: классификация, этиология и прогностическое значение
BBSE по своей сути представляет собой прогностическую оценку. Поэтому ветеринарному врачу, проводящему обследование, полезно понимать этиологию и значение аномалий сперматозоидов. Цель этого раздела — дать справочные сведения о классификации, этиологии и прогностическом значении каждого из наиболее распространённых дефектов сперматозоидов.
Цитоплазматическая капля
Небольшое число сперматозоидов с такими дефектами может встречаться в эякуляте нормальных быков, особенно в период, близкий к половому созреванию. В норме цитоплазматические капли должны «сбрасываться» при прохождении сперматозоидов через придаток семенника. Проксимально расположенные цитоплазматические капли, или просто проксимальные капли, возникают вследствие нарушения спермиогенеза,13 имеют тестикулярное происхождение и, по-видимому, свидетельствуют о функциональной неполноценности сперматозоидов. У мужчин показано, что снижение фертильности при повышенном количестве цитоплазматических капель обусловлено более высоким уровнем денатурации ДНК сперматозоидов.11 Дистально расположенные цитоплазматические капли (дистальные капли), как полагают, не имеют большого значения и происходят из придатка семенника. Таким образом, проксимальную каплю относят к первичным или значительным дефектам, а дистальную — к вторичным или незначительным.
Дефект в виде дистальной капли считается компенсируемым, а дефект в виде проксимальной капли — некомпенсируемым.6,13 Однако в пользу возможности компенсации дефекта в виде проксимальной капли могут свидетельствовать результаты работы, в которой для оплодотворения in vitro использовали эякуляты с высоким или низким содержанием сперматозоидов с этим дефектом.19 В этом исследовании частота оплодотворения снижалась по мере увеличения доли проксимальных капель в эякуляте, но среди оплодотворённых яйцеклеток частота дробления была сходной (следует отметить, что в этом исследовании в каждой популяции сперматозоидов, контактировавших с яйцеклетками, присутствовали нормальные сперматозоиды).
Это наглядный пример сложности классификации дефектов сперматозоидов. Если исходить из основного критерия — снижения фертильности при том уровне выраженности дефекта, который наблюдается в эякуляте, — дефект в виде проксимальной капли однозначно является некомпенсируемым. Однако согласно другому общепринятому определению, некомпенсируемый дефект позволяет инициировать оплодотворение, но не обеспечивает нормального развития эмбриона. Поэтому отнесение дефекта в виде проксимальной капли к категории некомпенсируемых проблематично: упомянутое исследование19 подтвердило литературные данные13 о том, что сперматозоид с проксимальной каплей не способен оплодотворить яйцеклетку (рисунок 8.7).
Возможно, оптимальный подход — рассматривать этот дефект (проксимальную каплю) как клинический признак или «маркер» нарушения спермиогенеза, причиной которого может быть как незрелость, так и, напротив, дегенерация семенников. Поэтому обследование молодых быков можно отложить и провести повторно, поскольку улучшение спермограммы вероятно; у быков старшего возраста с этим дефектом прогноз восстановления фертильности более осторожный или неблагоприятный.
Дистальный изгиб средней части хвоста
Дистальный изгиб средней части хвоста (DMR) — наиболее распространённая аномалия хвоста сперматозоида.13Поскольку считается, что этот дефект возникает в придатке семенника, его относят к вторичным, а также к незначительным и компенсируемым дефектам. Он компенсируем, поскольку сперматозоиды с таким дефектом не обладают поступательной подвижностью. О его происхождении свидетельствует быстрое появление дефекта в эякуляте быков в течение нескольких дней после температурного воздействия. Дефект выглядит как резкий изгиб шпилькообразной формы в дистальном отделе средней части хвоста,20 причём внутри изгиба находится цитоплазматическая капля. Если капли нет, вероятно, «изгиб» возник из-за контакта с гипотоническим раствором, предположительно использованным красителем. Этот дефект можно также выявить при оценке подвижности, поскольку такие сперматозоиды движутся назад (рисунок 8.8).
Основная причина — нарушение функции придатка семенника вследствие снижения уровня тестостерона, которое, в свою очередь, может быть вызвано стрессом, температурным стрессом (как при высокой, так и при низкой температуре), экзогенным эстрогеном или индуцированным гипотиреозом. Вместе с тем у нормальных фертильных быков доля сперматозоидов с этим дефектом в эякуляте может достигать 25%,13 предположительно благодаря его компенсируемому характеру. Однако если доля сперматозоидов с этим дефектом в эякуляте быка, соответствующего нормативным показателям, составляет 20–25%
Рисунок 8.9 Дефект в виде псевдокапли.
(>70% нормальных сперматозоидов) при обследовании в условиях умеренной погоды и отсутствия стресса, необходимо учитывать, что, хотя сейчас бык фертилен, при экстремальных температурах окружающей среды доля сперматозоидов с этим дефектом может резко возрасти. Кроме того, показано, что у быков джерсейской породы этот дефект может наследоваться; у некоторых из них доля сперматозоидов с DMR в эякуляте достигала 100%,6 и следует учитывать возможность наследования этого дефекта у других пород.
Аномалии средней части хвоста
К этой категории относятся дефект в виде «псевдокапли», дефект митохондриальной оболочки и сегментарная аплазия. Кроме того, средняя часть хвоста может выглядеть набухшей, штопорообразной, изогнутой или асимметричной (рисунок 8.9). Поскольку эти дефекты влияют на подвижность, они являются компенсируемыми; в системе SFT их относят к первичным дефектам. Так как формирование этой части сперматозоида почти полностью происходит во время спермиогенеза,13 большинство этих дефектов, несомненно, имеют тестикулярное происхождение. Показано, что некоторые формы дефектов этой группы могут быть вызваны повышенным содержанием госсипола21 — соединения, присутствующего в хлопчатнике, в особенности в его семенах, — в рационе быков. Быки, получающие рационы с высоким содержанием госсипола, по-видимому, особенно чувствительны к этому соединению в период полового созревания.22 По-видимому, дефекты, вызванные госсиполом, возникают вследствие повреждения структуры сперматозоидов во время спермиогенеза; дальнейшее повреждение происходит при их прохождении через придаток семенника.21
Этот дефект классифицируют как первичный; он возникает в придатке семенника,23 а именно в его хвосте. Дефект получил название в честь быка джерсейской породы, в эякуляте которого он был впервые обнаружен. Его генетическую природу заподозрили сразу, поскольку такой же дефект выявили у родного брата этого быка.24 Это предположение подтвердилось в опыте по разведению: нормального быка, от которого уже было получено потомство с данным дефектом, спарили с 120 его дочерей и получили сыновей с таким дефектом. По крайней мере у датской джерсейской породы дефект Дага может передаваться потомству как рецессивный признак.25
Кроме того, у быков с этим дефектом (при доле дефектных сперматозоидов >50%) повышено содержание цинка в плазме и сперматозоидах. Предположительно, это может быть связано либо с несбалансированным рационом, либо с генетически обусловленной повышенной чувствительностью; поэтому неизвестно, играет ли цинк причинную или сопутствующую роль.25
Абаксиальное прикрепление
В классификации SFT абаксиальное прикрепление хвоста сперматозоида отнесено к вторичным дефектам. В серии опытов по воспроизводству, включавших суперовуляцию у тёлок с последующим убоем через 7 дней после осеменения для извлечения эмбрионов, искусственное осеменение синхронизированных тёлок и, наконец, осеменение в условиях конкуренции сперматозоидов, высокое содержание сперматозоидов с абаксиальным прикреплением (50, 88 и 100%) не оказывало отрицательного влияния на фертильность: оно не снижало ни частоту зачатия, ни выживаемость эмбрионов.26 Таким образом, абаксиальное прикрепление следует считать просто вариантом нормы, как у лошадей и свиней.
Дефект акросомы: бугорчатая акросома
Сильно загнутый или закрученный хвост
Этот дефект, также называемый «дефектом Дага», относится и к аномалиям средней части хвоста (рисунок 8.10). Хотя небольшое число сперматозоидов с таким дефектом встречается в эякуляте нормальных быков, у некоторых животных их доля может быть высокой (>50%).
Дефект в виде бугорчатой акросомы можно распознать по утолщению на верхушке, которое может выступать над головкой или загибаться на неё;27 чаще всего он проявляется уплощением или вдавлением верхушки.13Уже на раннем этапе было установлено, что этот дефект имеет генетическую этиологию, а именно наследуется как аутосомный рецессивный признак, сцепленный с полом.
у быков фризской породы.24,27Если этот дефект длительное время преобладает в эякуляте, следует рассмотреть генетическую причину; если же он выявляется наряду с несколькими другими дефектами, более вероятна причина, связанная с условиями среды (температурой).13,17,28Его относят к первичным и значительным дефектам; согласно наиболее убедительным имеющимся данным, он некомпенсируемый.28Отнесение этого дефекта к некомпенсируемым не столь очевидно: на первый взгляд он кажется компенсируемым, поскольку сперматозоиды с таким дефектом плохо проходят через репродуктивный тракт коровы,29а те, которым это удаётся, не способны проникнуть через блестящую оболочку яйцеклетки.28Однако этот дефект относится к тем нарушениям, наличие которых указывает на существование популяций сперматозоидов, выглядящих нормально, но имеющих функциональные дефекты.17,28,30Эти дефектные, но морфологически нормальные клетки могли проникать в яйцеклетки, однако частота оплодотворения была ниже, а дробление зигот происходило реже.28,30Поэтому с практической точки зрения этот дефект следует считать некомпенсируемым.
Если этот дефект встречается в большом количестве наряду с другими дефектами головки, целесообразно отложить оценку быка и повторно обследовать его через 60–90 дней. Кроме того, следует особенно тщательно обследовать быков, в эякуляте которых этот дефект явно преобладает и встречается в большом количестве (>20%): известно, что он может иметь генетическую основу и вызывать бесплодие в степени, превышающей его долю в эякуляте.
Грушевидные головки
К ним относятся головки «грушевидной» и суженной формы, которые часто так и называют (рисунок 8.11). Это наиболее распространённый дефект головки сперматозоида13и он нередко встречается в небольшом количестве в эякулятах фертильных быков.20Поскольку некоторые быки с нормальной фертильностью продуцируют сперматозоиды с узкими головками, а степень сужения головки может различаться, бывает трудно определить границу между нормальной и грушевидной формой.13Более того, у человека сперматозоиды, относимые к грушевидным, больше не считаются аномальными.31
В настоящее время эту аномалию относят к первичным и значительным дефектам. Данные о том, является ли она компенсируемой, неоднозначны. Как правило, сперматозоиды с деформированными головками не проходят через репродуктивный тракт, однако сперматозоиды с этим дефектом, по-видимому, проходят,29хотя это, вероятно, зависит от степени деформации.32Степень деформации, по-видимому, также влияет на частоту оплодотворения: в исследованиях этого дефекта выявлено снижение частоты проникновения через блестящую оболочку, оплодотворения и дробления зигот.32,33Например, в упомянутой выше работе было показано, что сперма с высокой долей этого дефекта (85% грушевидных головок) обеспечивала проникновение через блестящую оболочку примерно вдвое реже, чем контрольная сперма (90% нормальных сперматозоидов). Учитывая, что сперма с высокой долей сперматозоидов с грушевидными головками всё же приводила к оплодотворению, хотя и значительно реже, авторы заключили, что это могло быть связано с наличием небольшого числа нормальных сперматозоидов, а также некоторой доли менее выраженно изменённых сперматозоидов с грушевидными головками, способных к успешному оплодотворению. Это позволяет предположить, что данный дефект может быть частично компенсируемым.33
Что касается причин, этот дефект наблюдается после теплового стресса, вызванного условиями среды, что подтверждено исследованиями с теплоизоляцией мошонки,17а также у быков с гипоплазией семенников.13Помимо теплового стресса, обусловленного условиями среды, столь же пагубное действие оказывает теплоизоляция мошонки из-за отложения жира вокруг неё в результате усиленного кормления при испытаниях на прирост массы. Если у быков, недавно завершивших такое испытание или подвергшихся воздействию неблагоприятных экстремальных условий среды, этот дефект встречается в количестве, из-за которого доля нормальных сперматозоидов не достигает установленного показателя, их оценку следует отложить. Быки с гипоплазией семенников, как правило, не соответствуют нормативам BBSE по окружности мошонки.
Другие отклонения размера головки
Маленькие (микроцефальные) и гигантские (макроцефальные) головки относят к вторичным и незначительным дефектам. Они обычно встречаются в очень небольшом количестве в эякулятах быков с нормальной фертильностью. Эти дефекты могут наблюдаться вместе со множеством других (грушевидными головками, вакуолями и т. д.) после нарушения сперматогенеза, но даже в таких случаях их доля в эякуляте редко превышает 5–7%.13Деформированные головки обычно исключают, поскольку такие сперматозоиды проходят через репродуктивный тракт и, следовательно, считаются компенсируемыми.
Узкие головки, которые по классификации SFT относят к первичным дефектам, а по классификации Блома — к незначительным, могут быть вариантом нормы: некоторые фертильные быки постоянно продуцируют сперматозоиды с узкими головками.13,32Однако у таких быков головки всех сперматозоидов в эякуляте были очень однородными по размеру. Поэтому любой сперматозоид, головка которого заметно меньше или уже, чем остальные, следует учитывать как имеющий дефект.
Ядерные вакуоли
Этот дефект также называют «кратерами»; к нему относят и диадемный дефект — цепочку или линию вакуолей вдоль границы между акросомой и ядерным колпачком34(рисунок 8.12). Эту аномалию относят к первичным и значительным дефектам; она некомпенсируемая.
