გმადლობთ, რომ ეწვიეთ Nature.com-ს. თქვენს მიერ გამოყენებულ ბრაუზერის ვერსიას CSS-ის შეზღუდული მხარდაჭერა აქვს. საუკეთესო გამოცდილებისთვის გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). ამასობაში, მხარდაჭერის უწყვეტი უზრუნველყოფის მიზნით, საიტს სტილებისა და JavaScript-ის გარეშე ვაჩვენებთ.
ფრინველების ნაყოფიერება დამოკიდებულია მათ უნარზე, შეინახონ საკმარისი რაოდენობის სიცოცხლისუნარიანი სპერმა სპერმის შესანახ მილაკებში (SST) ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში. ზუსტი მექანიზმი, რომლითაც სპერმატოზოიდები შედიან, რჩებიან და გამოდიან SST-დან, კვლავ საკამათოა. შარკასის ჯიშის ქათმების სპერმას აჩვენეს აგლუტინაციის მაღალი მიდრეკილება, რაც იწვევდა მოძრავ ძაფისებრ კონებს, რომლებიც შეიცავდა მრავალ უჯრედს. გაუმჭვირვალე ფალოპის მილში სპერმატოზოიდების მოძრაობისა და ქცევის დაკვირვების სირთულის გამო, სპერმატოზოიდების აგლუტინაციისა და მოძრაობის შესასწავლად გამოვიყენეთ მიკროფლუიდური მოწყობილობა, რომლის მიკროარხის განივი კვეთა სპერმატოზოიდების მსგავსი იყო. ეს კვლევა განიხილავს სპერმატოზოიდების კონების ფორმირებას, მოძრაობას და მათ შესაძლო როლს SST-ში სპერმატოზოიდების რეზიდენტურის გახანგრძლივებაში. ჩვენ გამოვიკვლიეთ სპერმის სიჩქარე და რეოლოგიური ქცევა, როდესაც სითხის ნაკადი წარმოიქმნება მიკროფლუიდურ არხში ჰიდროსტატიკური წნევით (ნაკადის სიჩქარე = 33 µm/s). სპერმატოზოიდები მიდრეკილნი არიან დინების საწინააღმდეგოდ ცურვისკენ (დადებითი რეოლოგია) და სპერმატოზოიდების კონის სიჩქარე მნიშვნელოვნად შემცირებულია ერთ სპერმატოზოიდთან შედარებით. სპერმის კონები დაკვირვებულია სპირალურად მოძრაობაში და იზრდება სიგრძეში და სისქეში, რადგან მეტი ცალკეული სპერმატოზოიდი იზიდავს ადამიანს. სპერმის კონები დაფიქსირდა მიკროფლუიდური არხების გვერდით კედლებთან მიახლოებისა და მათზე მიკვრის დროს, რათა თავიდან აეცილებინათ მათი გადაადგილება 33 µm/s-ზე მეტი სითხის ნაკადის სიჩქარით. სპერმის კონები დაფიქსირდა მიკროფლუიდური არხების გვერდით კედლებთან მიახლოებისა და მათზე მიკვრის დროს, რათა თავიდან აეცილებინათ მათი გადაადგილება 33 µm/s-ზე მეტი სითხის ნაკადის სიჩქარით. Было замечено, что пучки сперматозоидов приближаются и прилипают к боковым стенкам микрофлюидных каналов, чтобы избежать сметания со скоростью потока жидкости> 33 мкм / с. დაკვირვების შედეგად დაფიქსირდა, რომ სპერმის კონები უახლოვდება და ეკვრება მიკროფლუიდური არხების გვერდით კედლებს, რათა თავიდან აიცილონ მათი გაფანტვა 33 µm/s-ზე მეტი სითხის ნაკადის სიჩქარის დროს.观察到精子束接近并粘附在微流体通道的侧壁上，以避免被流体流速> 33 μm/s33 μm/s 扫过. Было замечено, что пучки сперматозоидов приближаются и прилипают к боковым стенкам микрожидкостного канала, чтобы избежать сметания потоком жидкости со скоростью > 33 მკმ/ს. სპერმის კონები დაკვირვებულია, როგორც მიკროფლუიდური არხის გვერდითი კედლების მიახლოება და მათზე მიმაგრება, რათა თავიდან აიცილონ 33 µმ/წმ-ზე მეტი სიჩქარით სითხის ნაკადის მიერ მათი წაღვრა.სკანირებისა და ტრანსმისიული ელექტრონული მიკროსკოპიის შედეგად გამოვლინდა, რომ სპერმის კონები უხვად იყო მკვრივი მასალით შენახული. მიღებული მონაცემები აჩვენებს შარკაზის ქათმის სპერმატოზოიდების უნიკალურ მობილურობას, ასევე სპერმატოზოიდების აგლუტინაციისა და მობილური კონების წარმოქმნის უნარს, რაც ხელს უწყობს სპერმატოზოიდების SMT-ში ხანგრძლივი შენახვის უკეთ გაგებას.
ადამიანებსა და ცხოველთა უმეტესობაში განაყოფიერების მისაღწევად, სპერმატოზოიდები და კვერცხუჯრედები განაყოფიერების ადგილას შესაბამის დროს უნდა მივიდნენ. ამიტომ, შეჯვარება უნდა მოხდეს ოვულაციამდე ან ოვულაციის დროს. მეორეს მხრივ, ზოგიერთი ძუძუმწოვარი, როგორიცაა ძაღლები, ასევე არაძუძუმწოვრები, როგორიცაა მწერები, თევზები, ქვეწარმავლები და ფრინველები, სპერმას რეპროდუქციულ ორგანოებში დიდი ხნის განმავლობაში ინახავენ, სანამ მათი კვერცხუჯრედები განაყოფიერებისთვის მზად არ იქნება (ასინქრონული განაყოფიერება 1 ). ფრინველებს შეუძლიათ კვერცხუჯრედების განაყოფიერების უნარის მქონე სპერმატოზოიდების სიცოცხლისუნარიანობის შენარჩუნება 2-10 კვირის განმავლობაში 2 .
ეს უნიკალური თვისებაა, რომელიც ფრინველებს სხვა ცხოველებისგან განასხვავებს, რადგან ის უზრუნველყოფს განაყოფიერების მაღალ ალბათობას ერთჯერადი განაყოფიერების შემდეგ რამდენიმე კვირის განმავლობაში ერთდროული შეჯვარებისა და ოვულაციის გარეშე. სპერმის შესანახი მთავარი ორგანო, რომელსაც სპერმის შესანახი მილაკი (SST) ეწოდება, მდებარეობს შიდა ლორწოვანი გარსის ნაოჭებში, საშვილოსნო-ვაგინალურ შეერთებასთან. დღეისათვის, მექანიზმები, რომლითაც სპერმა შედის, რჩება და გადის სპერმის ბანკიდან, ბოლომდე შესწავლილი არ არის. წინა კვლევებზე დაყრდნობით, წამოყენებულია მრავალი ჰიპოთეზა, მაგრამ არცერთი მათგანი არ დადასტურებულა.
ფორმანმა4 გამოთქვა ჰიპოთეზა, რომ სპერმატოზოიდები ინარჩუნებენ ადგილს SST ღრუში SST ეპითელურ უჯრედებზე განლაგებული ცილოვანი არხების გავლით სითხის ნაკადის საწინააღმდეგოდ უწყვეტი ოსცილაციური მოძრაობის გზით (რეოლოგია). ატფ-ის შემცველობა მცირდება სპერმატოზოიდების SST სანათურში შესანარჩუნებლად საჭირო მუდმივი შოლტის აქტივობის გამო და მოძრაობა საბოლოოდ მცირდება მანამ, სანამ სპერმატოზოიდები სითხის ნაკადით არ გამოიდევნება სპერმის ბანკიდან და არ დაიწყებს ახალ მოგზაურობას აღმავალი ფალოპის მილის გასწვრივ სპერმის გასანაყოფიერებლად. კვერცხუჯრედი (Forman4). სპერმის შენახვის ამ მოდელს ადასტურებს SST ეპითელურ უჯრედებში არსებული აკვაპორინების 2, 3 და 9 იმუნოციტოქიმიური გამოვლენით. დღემდე, არ არსებობს კვლევები ქათმის სპერმის რეოლოგიისა და მისი როლის შესახებ SST შენახვაში, ვაგინალურ სპერმის შერჩევასა და სპერმატოზოიდების კონკურენციაში. ქათმებში სპერმატოზოიდები საშოში ხვდება ბუნებრივი შეჯვარების შემდეგ, მაგრამ სპერმატოზოიდების 80%-ზე მეტი გამოიდევნება საშოდან შეჯვარებისთანავე. ეს იმაზე მიუთითებს, რომ საშო ფრინველებში სპერმის შერჩევის ძირითადი ადგილია. გარდა ამისა, არსებობს ინფორმაცია, რომ საშოში განაყოფიერებული სპერმატოზოიდების 1%-ზე ნაკლები ხვდება ხელოვნურ განაყოფიერებაში (SST)2. წიწილების საშოში ხელოვნური განაყოფიერების დროს, SST-მდე მიღწეული სპერმატოზოიდების რაოდენობა, როგორც წესი, იზრდება განაყოფიერებიდან 24 საათის შემდეგ. ჯერჯერობით, ამ პროცესში სპერმის შერჩევის მექანიზმი გაურკვეველია და სპერმის მოძრაობას შესაძლოა მნიშვნელოვანი როლი ჰქონდეს SST-ის მიერ სპერმის შეწოვაში. ფალოპის მილების სქელი და გაუმჭვირვალე კედლების გამო, ფრინველების ფალოპის მილებში სპერმის მოძრაობის პირდაპირი მონიტორინგი რთულია. ამიტომ, ჩვენ არ გვაქვს საბაზისო ცოდნა იმის შესახებ, თუ როგორ გადადის სპერმატოზოიდები SST-ში განაყოფიერების შემდეგ.
რეოლოგია ახლახანს იქნა აღიარებული, როგორც მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც აკონტროლებს სპერმის ტრანსპორტირებას ძუძუმწოვრების სასქესო ორგანოებში. მოძრავი სპერმატოზოიდების დინების საწინააღმდეგოდ მიგრაციის უნარზე დაყრდნობით, ზაფერანიმ და სხვებმა8 გამოიყენეს კორას მიკროფლუიდური სისტემა მოძრავი სპერმატოზოიდების პასიურად იზოლირებისთვის აღებული სპერმის ნიმუშებიდან. სპერმის დახარისხების ეს ტიპი აუცილებელია სამედიცინო უშვილობის მკურნალობისა და კლინიკური კვლევებისთვის და უპირატესობას ანიჭებს ტრადიციულ მეთოდებს, რომლებიც მოითხოვს დროსა და შრომას და შეიძლება საფრთხე შეუქმნას სპერმის მორფოლოგიასა და სტრუქტურულ მთლიანობას. თუმცა, დღემდე არ ჩატარებულა კვლევები ქათმების სასქესო ორგანოებიდან გამოყოფილი სეკრეტის სპერმის მოძრაობაზე გავლენის შესახებ.
მიუხედავად იმისა, თუ რა მექანიზმით ინარჩუნებს სპერმატოზოიდები SST-ში ინახება, ბევრმა მკვლევარმა დააკვირდა, რომ ქათმების (9, 10), მწყერის (2) და ინდაურების (11) SST-ში რეზიდენტი სპერმატოზოიდები ერთმანეთს აგლუტინირებენ და აგლუტინირებული სპერმის კონები ქმნიან. ავტორები ვარაუდობენ, რომ არსებობს კავშირი ამ აგლუტინაციასა და SST-ში სპერმატოზოიდების ხანგრძლივ შენახვას შორის.
ტინგარიმ და ლეიკ12-მა ქათმის სპერმის მიმღებ ჯირკვალში სპერმატოზოიდებს შორის ძლიერი კავშირი აღნიშნეს და ეჭვქვეშ დააყენეს, აგლუტინირდება თუ არა ფრინველის სპერმატოზოიდები ისევე, როგორც ძუძუმწოვრების სპერმატოზოიდები. ისინი თვლიან, რომ სპერმატოზოიდებს შორის ღრმა კავშირები სადინრში შესაძლოა გამოწვეული იყოს მცირე სივრცეში სპერმატოზოიდების დიდი რაოდენობით არსებობით გამოწვეული სტრესით.
ახალ ჩამოკიდებულ შუშის სლაიდებზე სპერმატოზოიდების ქცევის შეფასებისას, განსაკუთრებით სპერმის წვეთების კიდეებზე, შეიძლება შეინიშნოს აგლუტინაციის გარდამავალი ნიშნები. თუმცა, აგლუტინაცია ხშირად ირღვევა უწყვეტ მოძრაობასთან დაკავშირებული ბრუნვითი მოქმედებით, რაც ხსნის ამ ფენომენის გარდამავალ ბუნებას. მკვლევარებმა ასევე შენიშნეს, რომ როდესაც სპერმას გამხსნელი ემატებოდა, ჩნდებოდა წაგრძელებული „ძაფისებრი“ უჯრედების აგრეგატები.
სპერმატოზოიდის იმიტაციის ადრეული მცდელობები განხორციელდა ჩამოკიდებული წვეთიდან თხელი მავთულის მოცილებით, რის შედეგადაც სპერმის წვეთიდან გამოდიოდა წაგრძელებული სპერმის მსგავსი ბუშტუკი. სპერმატოზოიდები მაშინვე პარალელურად განლაგდნენ ბუშტუკში, მაგრამ მთელი ერთეული სწრაფად გაქრა 3D შეზღუდვის გამო. ამიტომ, სპერმატოზოიდების აგლუტინაციის შესასწავლად აუცილებელია სპერმატოზოიდების მოძრაობისა და ქცევის დაკვირვება უშუალოდ იზოლირებულ სპერმის შესანახ მილაკებში, რაც რთულია. ამიტომ, აუცილებელია შემუშავდეს ინსტრუმენტი, რომელიც იმიტირებს სპერმატოზოიდების მოძრაობას და აგლუტინაციის ქცევის შესწავლას. ბრილარდმა და სხვებმა13 აღნიშნეს, რომ ზრდასრულ წიწილებში სპერმის შესანახი მილაკების საშუალო სიგრძეა 400-600 მკმ, მაგრამ ზოგიერთი SST შეიძლება 2000 მკმ-მდეც კი იყოს. მერომ და ოგასავარამ14 სათესლე ჯირკვლები დაყვეს გადიდებულ და არაგადიდებულ სპერმის შესანახ მილაკებად, რომლებიც ორივე ერთნაირი სიგრძის (~500 µm) და ყელის სიგანის (~38 µm) იყო, მაგრამ მილაკების საშუალო სანათურის დიამეტრი შესაბამისად 56.6 და 56.6 µm იყო, 11.2 µm. ამ კვლევაში ჩვენ გამოვიყენეთ მიკროფლუიდური მოწყობილობა 200 µm × 20 µm (W × H) არხის ზომით, რომლის განივი კვეთა გარკვეულწილად ახლოსაა გაძლიერებული SST-ის განივი კვეთასთან. გარდა ამისა, ჩვენ შევისწავლეთ სპერმის მოძრაობა და აგლუტინაციის ქცევა მომდინარე სითხეში, რაც შეესაბამება ფორმენის ჰიპოთეზას, რომ SST ეპითელური უჯრედების მიერ წარმოქმნილი სითხე სპერმას სანათურში უკუდინების (რეოლოგიური) მიმართულებით ინარჩუნებს.
კვლევის მიზანი იყო ფალოპის მილში სპერმატოზოიდების მოძრაობის დაკვირვების პრობლემების დაძლევა და დინამიურ გარემოში სპერმატოზოიდების რეოლოგიისა და ქცევის შესწავლის სირთულეების თავიდან აცილება. გამოყენებული იქნა მიკროფლუიდური მოწყობილობა, რომელიც ქმნის ჰიდროსტატიკურ წნევას ქათმის სასქესო ორგანოებში სპერმატოზოიდების მოძრაობის სიმულირებისთვის.
როდესაც განზავებული სპერმის ნიმუშის (1:40) წვეთი მიკროარხის მოწყობილობაში ჩაიტვირთა, შესაძლებელი გახდა სპერმის მოძრაობის ორი ტიპის იდენტიფიცირება (იზოლირებული სპერმატოზოიდები და შეკრული სპერმატოზოიდები). გარდა ამისა, სპერმატოზოიდები დინების საწინააღმდეგოდ ცურვისკენ მიდრეკილნი იყვნენ (დადებითი რეოლოგია; ვიდეო 1, 2). მიუხედავად იმისა, რომ სპერმის კონებს უფრო დაბალი სიჩქარე ჰქონდათ, ვიდრე მარტოხელა სპერმისას (p < 0.001), მათ გაზარდეს დადებითი რეოტაქსიის მქონე სპერმის პროცენტული მაჩვენებელი (p < 0.001; ცხრილი 2). მიუხედავად იმისა, რომ სპერმის კონებს უფრო დაბალი სიჩქარე ჰქონდათ, ვიდრე მარტოხელა სპერმისას (p < 0.001), მათ გაზარდეს დადებითი რეოტაქსიის მქონე სპერმის პროცენტული მაჩვენებელი (p < 0.001; ცხრილი 2). „Хотя пучки“ სპერმატოზოიდების დასახელება შეიძლება ძალიან მალე, თუ არა მხოლოდ სპერმატოზოიდების (p < 0,001), არამედ ცალმხრივი სპერმატოზოიდების, დემონსტრირებითი რეოტაქსის (p < 0,001); მიუხედავად იმისა, რომ სპერმატოზოიდების კონებს უფრო დაბალი სიჩქარე ჰქონდათ, ვიდრე ცალკეულ სპერმატოზოიდებს (p < 0.001), მათ გაზარდეს დადებითი რეოტაქსისის მქონე სპერმატოზოიდების პროცენტული მაჩვენებელი (p < 0.001; ცხრილი 2).尽管精子束的速度低于孤独精子的速度（p < 0,001），但它们增加了显示阳性流变性的精子百分比（p <0,001；表2）。尽管 精子束 的 速度 低于 孤独 的 速度 （p <0.001） ， 但 增加 溆 显示百分比 (p <0.001 ； 2……..) Хотя скорость пучков сперматозоидов была ниже, чем у одиночных spermatozoidov (p < 0,001), они увеличивали процент сперматозоидов положительной реологией (p < 0,001; ტაბ. 2). მიუხედავად იმისა, რომ სპერმის კონების სიჩქარე უფრო დაბალი იყო, ვიდრე ცალკეული სპერმატოზოიდების (p < 0.001), მათ გაზარდეს დადებითი რეოლოგიის მქონე სპერმატოზოიდების პროცენტული მაჩვენებელი (p < 0.001; ცხრილი 2).ცალკეული სპერმატოზოიდების და მათი კონების დადებითი რეოლოგია, შესაბამისად, დაახლოებით 53% და 85%-ია.
დაკვირვების შედეგად დადგინდა, რომ შარკასის ჯიშის ქათმების სპერმატოზოიდები ეაკულაციისთანავე ქმნიან ხაზოვან კონებს, რომლებიც ათობით ინდივიდისგან შედგება. ეს კონები დროთა განმავლობაში იზრდება სიგრძეში და სისქეში და შეიძლება ინ ვიტრო დარჩეს რამდენიმე საათის განმავლობაში, სანამ არ გაიფანტება (ვიდეო 3). ეს ძაფისებრი კონები ფორმისაა ექიდნას სპერმატოზოიდების, რომლებიც ეპიდიდიმისის ბოლოში ყალიბდება. შარკასის ჯიშის ქათმის სპერმას აღების შემდეგ ერთ წუთზე ნაკლებ დროში აქვს აგლუტინაციისა და ბადისებრი კონის წარმოქმნის მაღალი მიდრეკილება. ეს კონები დინამიურია და შეუძლიათ მიეკრან ნებისმიერ ახლომდებარე კედელს ან სტატიკურ ობიექტს. მიუხედავად იმისა, რომ სპერმის კონები ამცირებენ სპერმის უჯრედების სიჩქარეს, ცხადია, რომ მაკროსკოპულად ისინი ზრდიან მათ ხაზოვანობას. კონების სიგრძე განსხვავდება კონებში შეგროვებული სპერმატოზოიდების რაოდენობის მიხედვით. გამოიყო კონის ორი ნაწილი: საწყისი ნაწილი, რომელიც მოიცავს აგლუტინირებული სპერმის თავისუფალ თავს და ტერმინალური ნაწილი, რომელიც მოიცავს კუდს და სპერმის მთელ დისტალურ ბოლოს. მაღალსიჩქარიანი კამერის (950 კადრი/წმ) გამოყენებით, კონის საწყის ნაწილში დაფიქსირდა აგლუტინირებული სპერმატოზოიდების თავისუფალი თავები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან კონის მოძრაობაზე მათი რხევითი მოძრაობის გამო, დარჩენილ სპერმატოზოიდებს სპირალური მოძრაობით კონაში მიათრევენ (ვიდეო 4). თუმცა, გრძელ კონებში დაფიქსირდა, რომ სპერმატოზოიდების ზოგიერთი თავისუფალი თავი მიმაგრებულია სხეულზე, ხოლო კონის ბოლო ნაწილი ფრთების როლს ასრულებს კონის მოძრაობაში.
სითხის ნელი ნაკადის დროს სპერმის კონები ერთმანეთის პარალელურად მოძრაობენ, თუმცა, ისინი იწყებენ გადაფარვას და ყველა უძრავს მიეკრობა, რათა დინების სიჩქარის მატებასთან ერთად დენის დინებამ არ გაირეცხოს. კონები წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც სპერმის რამდენიმე უჯრედი ერთმანეთს უახლოვდება, ისინი იწყებენ სინქრონულად მოძრაობას და ერთმანეთზე შემოხვევას, შემდეგ კი წებოვან ნივთიერებას ეკვრიან. სურათებზე 1 და 2 ნაჩვენებია, თუ როგორ უახლოვდებიან სპერმატოზოიდები ერთმანეთს, ქმნიან შეერთებას, როდესაც კუდები ერთმანეთს შემოეხვევა.
სპერმის რეოლოგიის შესასწავლად მკვლევარებმა ჰიდროსტატიკური წნევა გამოიყენეს მიკროარხში სითხის ნაკადის შესაქმნელად. გამოყენებული იქნა 200 µm × 20 µm (სიგანე × სიმაღლე) ზომისა და 3.6 µm სიგრძის მიკროარხი. კონტეინერებს შორის გამოიყენეთ მიკროარხები ბოლოებში დამონტაჟებული შპრიცებით. არხების უფრო თვალსაჩინო გასაკეთებლად გამოყენებული იქნა საკვები საღებავი.
კედელზე მიამაგრეთ ურთიერთდაკავშირებული კაბელები და აქსესუარები. ვიდეო გადაღებულია ფაზური კონტრასტული მიკროსკოპით. თითოეულ სურათთან ერთად წარმოდგენილია ფაზური კონტრასტული მიკროსკოპიისა და რუკების სურათები. (ა) ორ ნაკადს შორის კავშირი ეწინააღმდეგება დინებას სპირალური მოძრაობის გამო (წითელი ისარი). (ბ) მილის კონასა და არხის კედელს შორის კავშირი (წითელი ისრები), ამავდროულად ისინი დაკავშირებულია ორ სხვა კონასთან (ყვითელი ისრები). (გ) მიკროფლუიდურ არხში სპერმის კონები იწყებენ ერთმანეთთან დაკავშირებას (წითელი ისრები), რაც სპერმის კონების ბადეს ქმნის. (დ) სპერმის კონების ქსელის ფორმირება.
როდესაც განზავებული სპერმის წვეთი მიკროფლუიდურ მოწყობილობაში ჩაიტვირთა და ნაკადი შეიქმნა, სპერმის სხივი ნაკადის საწინააღმდეგო მიმართულებით მოძრაობდა. კონები მჭიდროდ ერგებოდა მიკროარხების კედლებს, ხოლო კონების საწყის ნაწილში არსებული თავისუფალი თავები მჭიდროდ ერგებოდა მათ (ვიდეო 5). ისინი ასევე ეკვრიან გზაზე არსებულ ნებისმიერ უძრავ ნაწილაკს, როგორიცაა ნამსხვრევები, რათა წინააღმდეგობა გაუწიონ დენის მიერ გაფანტვას. დროთა განმავლობაში, ეს კონები გრძელ ძაფებად იქცევა, რომლებიც სხვა ცალკეულ სპერმატოზოიდებს და უფრო მოკლე კონებს იჭერენ (ვიდეო 6). ნაკადის შენელებისას, სპერმის გრძელი ხაზები იწყებს სპერმის ხაზების ქსელის ფორმირებას (ვიდეო 7; სურათი 2).
მაღალი ნაკადის სიჩქარის (V > 33 µმ/წმ) დროს ძაფების სპირალური მოძრაობები ძლიერდება, რადგან ისინი ცდილობენ დაიჭირონ მრავალი ცალკეული სპერმის წარმომქმნელი კონა, რომლებიც უკეთ უძლებენ ნაკადის დრეიფტინგურ ძალას. მაღალი ნაკადის სიჩქარის (V > 33 µმ/წმ) დროს ძაფების სპირალური მოძრაობები ძლიერდება, რადგან ისინი ცდილობენ დაიჭირონ მრავალი ცალკეული სპერმის წარმომქმნელი კონა, რომლებიც უკეთ უძლებენ ნაკადის დრეიფტინგურ ძალას. При высокой скорости потока (V > 33 მკმ/ს) спиралевидные движения нитей усиливаются, поскольку они пытаются поймать множество отдельных spermatozoidov, образующише лутечки, силе потока. მაღალი ნაკადის სიჩქარის (V > 33 µმ/წმ) დროს ძაფების სპირალური მოძრაობები ძლიერდება, რადგან ისინი ცდილობენ დაიჭირონ მრავალი ცალკეული სპერმატოზოიდი, რომლებიც ქმნიან კონებს, რომლებიც უკეთ უძლებენ ნაკადის დრეიფტინგურ ძალას.在高流速(V > 33 მკმ/წმ)时，螺纹的螺旋运动增加，以试图捕捉许多形成束的单个精子，从而更好地抵抗流动的漂移力。在 高 流速 (v> 33 მკმ/წმ)从而 更 地 抵抗 的 漂移力….. При высоких скоростях потока (V > 33 მკმ/ს) спиральное движение нитей увеличивается в попытке захватить множество отдельных სპერმატოზოიდი, образующих путочки, чтобьщих путочки, чтобьщих движение ний увеличивается в попытке захватить множество отдельных spermatozoidov, образующих путочки, чтобьщих поточно сила. მაღალი ნაკადის სიჩქარის დროს (V > 33 µმ/წმ), ძაფების სპირალური მოძრაობა იზრდება, რათა მოხდეს მრავალი ინდივიდუალური სპერმატოზოიდის დაჭერა, რომლებიც ქმნიან კონებს, რათა უკეთ გაუძლონ ნაკადის დრეიფტის ძალებს.მათ ასევე სცადეს მიკროარხების გვერდით კედლებზე მიმაგრება.
სპერმის კონები იდენტიფიცირებული იქნა, როგორც სპერმის თავებისა და მოხრილი კუდების გროვები სინათლის მიკროსკოპის (LM) გამოყენებით. სხვადასხვა აგრეგატებით შედგენილი სპერმის კონები ასევე იდენტიფიცირებული იქნა, როგორც დაგრეხილი თავები და შოლტისებრი აგრეგატები, მრავლობითი შერწყმული სპერმის კუდები, კუდზე მიმაგრებული სპერმის თავები და სპერმის თავები მოხრილი ბირთვებით, როგორც მრავლობითი შერწყმული ბირთვები. გამტარი ელექტრონული მიკროსკოპია (TEM). სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპია (SEM) აჩვენებს, რომ სპერმის კონები წარმოადგენდა სპერმის თავების გარსში შემოფარგლულ აგრეგატებს და სპერმის აგრეგატებს აჩვენეს შეხვეული კუდების მიმაგრებული ქსელი.
სპერმატოზოიდების მორფოლოგია და ულტრასტრუქტურა, სპერმატოზოიდების კონების ფორმირება შესწავლილი იქნა სინათლის მიკროსკოპიის (ნახევარი კვეთა), სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპიის (SEM) და გამტარ ელექტრონული მიკროსკოპიის (TEM) გამოყენებით, სპერმის ნაცხი შეღებილი იქნა აკრიდინის ნარინჯისფერით და გამოკვლეული იქნა ეპიფლუორესცენტული მიკროსკოპიის გამოყენებით.
სპერმის ნაცხის აკრიდინის ფორთოხლით შეღებვამ (სურ. 3B) აჩვენა, რომ სპერმის თავები ერთმანეთთან მიწებებული და დაფარული იყო სეკრეტორული მასალით, რამაც გამოიწვია დიდი კონების წარმოქმნა (სურ. 3D). სპერმის კონები შედგებოდა სპერმის აგრეგატებისგან, რომლებსაც ჰქონდათ მიმაგრებული კუდების ქსელი (სურ. 4A-C). სპერმის კონები შედგება მრავალი სპერმატოზოიდის ერთმანეთთან მიწებებული კუდებისგან (სურ. 4D). სპერმატოზოიდების კონების თავებს ფარავდა საიდუმლოებები (სურ. 4E,F).
სპერმატოზოიდების კონის ფორმირება ფაზური კონტრასტული მიკროსკოპიისა და აკრიდინის ნარინჯისფერით შეღებილი სპერმის ნაცხის გამოყენებით, ნაჩვენებია, რომ სპერმატოზოიდების თავები ერთმანეთს ეკვრის. (A) სპერმის ადრეული კონის ფორმირება იწყება ერთი სპერმით (თეთრი წრე) და სამი სპერმით (ყვითელი წრე), სპირალი იწყება კუდიდან და მთავრდება თავიდან. (B) აკრიდინის ნარინჯისფერით შეღებილი სპერმის ნაცხის ფოტომიკროგრაფია, რომელზეც ჩანს მიმაგრებული სპერმის თავები (ისრები). გამონადენი ფარავს თავ(ებს). გადიდება × 1000. (C) მიკროფლუიდური არხით ნაკადით გადატანილი დიდი სხივის განვითარება (მაღალი სიჩქარის კამერის გამოყენებით 950 კადრი/წმ სიჩქარით). (D) აკრიდინის ნარინჯისფერით შეღებილი სპერმის ნაცხის მიკროგრაფი, რომელზეც ჩანს დიდი კონები (ისრები). გადიდება: ×200.
აკრიდინის ნარინჯისფერით შეღებილი სპერმის სხივისა და სპერმის ნაცხის სკანირებადი ელექტრონული მიკროგრაფია. (A, B, D, E) წარმოადგენს სპერმატოზოიდების ციფრულ ფერად სკანირებად ელექტრონულ მიკროგრაფიებს, ხოლო C და F წარმოადგენს აკრიდინის ნარინჯისფერით შეღებილი სპერმის ნაცხის მიკროგრაფიებს, რომლებიც აჩვენებენ კაუდალურ ქსელზე შემოხვეული მრავალი სპერმატოზოიდის მიმაგრებას. (AC) სპერმის აგრეგატები ნაჩვენებია მიმაგრებული კუდების ქსელის სახით (ისრები). (D) რამდენიმე სპერმატოზოიდის ადჰეზია (წებოვანი ნივთიერებით, ვარდისფერი კონტურით, ისრით), რომელიც შემოხვეულია კუდზე. (E და F) სპერმის თავის აგრეგატები (მაჩვენებლები), დაფარული წებოვანი მასალით (მაჩვენებლები). სპერმატოზოიდები ქმნიდნენ კონებს რამდენიმე მორევის მსგავსი სტრუქტურით (F). (C) ×400 და (F) ×200 გადიდებით.
ტრანსმისიული ელექტრონული მიკროსკოპიის გამოყენებით აღმოვაჩინეთ, რომ სპერმის კონებს ჰქონდათ მიმაგრებული კუდები (სურ. 6A, C), თავები მიმაგრებული კუდებზე (სურ. 6B) ან თავები მიმაგრებული კუდებზე (სურ. 6D). კონაში სპერმატოზოიდების თავები მოხრილია, კვეთაში წარმოდგენილია ორი ბირთვული რეგიონი (სურ. 6D). ჭრილობის კონაში სპერმატოზოიდებს ჰქონდათ დაგრეხილი თავი ორი ბირთვული რეგიონით და მრავალი შოლტისებრი რეგიონით (სურ. 5A).
ციფრული ფერადი ელექტრონული მიკროგრაფია, რომელიც აჩვენებს სპერმის კონაში შემაერთებელ კუდებს და სპერმის თავებს შორის შემაერთებელ აგლუტინაციურ მასალას. (A) სპერმატოზოიდების დიდი რაოდენობის მიმაგრებული კუდი. ყურადღება მიაქციეთ, როგორ გამოიყურება კუდი როგორც პორტრეტულ (ისარი), ასევე ლანდშაფტურ (ისარი) პროექციაში. (B) სპერმის თავი (ისარი) დაკავშირებულია კუდთან (ისარი). (C) სპერმის რამდენიმე კუდი (ისარი) მიმაგრებულია. (D) აგლუტინაციის მასალა (AS, ლურჯი) აკავშირებს სპერმის ოთხ თავს (იისფერი).
სპერმის თავების აღმოსაჩენად სეკრეტით ან მემბრანებით დაფარულ სპერმის კონებში სპერმის სპერმის თავების აღმოსაჩენად გამოყენებული იქნა სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპია (სურათი 6B), რაც მიუთითებს, რომ სპერმის კონები უჯრედგარე მასალით იყო მიმაგრებული. აგლუტინირებული მასალა კონცენტრირებული იყო სპერმის თავში (მედუზას თავის მსგავსი შეკრება; სურ. 5B) და დისტალურად გაფართოვდა, რაც აკრიდინის ნარინჯისფერით შეღებვისას ფლუორესცენციული მიკროსკოპის ქვეშ კაშკაშა ყვითელ იერს ანიჭებდა (სურ. 6C). ეს ნივთიერება კარგად ჩანს სკანირების მიკროსკოპის ქვეშ და შემაკავშირებელ ნივთიერებად ითვლება. ნახევრად თხელი მონაკვეთები (სურ. 5C) და აკრიდინის ნარინჯისფერით შეღებილი სპერმის ნაცხი აჩვენებდა სპერმის კონებს, რომლებიც შეიცავდა მჭიდროდ შეკრულ თავებსა და დახვეულ კუდებს (სურ. 5D).
სხვადასხვა ფოტომიკროგრაფია, რომელიც ასახავს სპერმის თავებისა და დაკეცილი კუდების აგრეგაციას სხვადასხვა მეთოდის გამოყენებით. (A) სპერმის კონის განივი კვეთა, რომელიც აჩვენებს სპერმის დახვეულ თავს ორნაწილიანი ბირთვით (ლურჯი) და რამდენიმე შოლტისებრი ნაწილით (მწვანე). (B) ციფრული ფერადი სკანირების ელექტრონული მიკროგრაფი, რომელიც აჩვენებს მედუზას მსგავსი სპერმის თავების გროვას (ისრები), რომლებიც თითქოს დაფარულია. (C) ნახევრად თხელი კვეთა, რომელიც აჩვენებს აგრეგირებულ სპერმის თავებს (ისრები) და დახვეულ კუდებს (ისრები). (D) აკრიდინის ნარინჯისფერით შეღებილი სპერმის ნაცხის მიკროგრაფია, რომელიც აჩვენებს სპერმის თავების (ისრები) და დახვეული მიმაგრებული კუდების (ისრები) აგრეგატებს. გაითვალისწინეთ, რომ სპერმატოზოიდის თავს ფარავს წებოვანი ნივთიერება (S). (D) × 1000 გადიდება.
ტრანსმისიული ელექტრონული მიკროსკოპიის გამოყენებით (სურ. 7A) ასევე აღინიშნა, რომ სპერმის თავები დაგრეხილი იყო და ბირთვებს სპირალური ფორმა ჰქონდათ, რაც დადასტურდა აკრიდინის ფორთოხლით შეღებილი და ფლუორესცენტული მიკროსკოპიით გამოკვლეული სპერმის ნაცხით (სურ. 7B).
(A) ციფრული ფერადი ტრანსმისიული ელექტრონული მიკროგრაფია და (B) აკრიდინის ნარინჯისფრად შეღებილი სპერმის ნაცხი, რომელზეც ჩანს დახვეული თავები და სპერმის თავებისა და კუდების მიმაგრება (ისრები). (B) × 1000 გადიდება.
საინტერესო აღმოჩენაა, რომ შარკაზის სპერმატოზოიდები აგრეგირდება და ქმნის მოძრავ ძაფისებრ კონებს. ამ კონების თვისებები საშუალებას გვაძლევს გავიგოთ მათი შესაძლო როლი სპერმატოზოიდების შთანთქმასა და შენახვაში SST-ში.
შეჯვარების შემდეგ, სპერმატოზოიდები ხვდებიან საშოში და განიცდიან ინტენსიური შერჩევის პროცესს, რის შედეგადაც სპერმატოზოიდების მხოლოდ შეზღუდული რაოდენობა ხვდება SST-ში15,16. დღეისათვის, მექანიზმები, რომლითაც სპერმატოზოიდები შედიან და გამოდიან SST-დან, გაურკვეველია. ფრინველებში სპერმატოზოიდები ინახება SST-ში 2-დან 10 კვირამდე ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში, სახეობიდან გამომდინარე6. კვლავ რჩება დავა SST-ში შენახვის დროს სპერმის მდგომარეობასთან დაკავშირებით. მოძრაობაშია ისინი თუ მოსვენების მდგომარეობაში? სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როგორ ინარჩუნებენ სპერმატოზოიდები თავიანთ პოზიციას SST-ში ამდენ ხანს?
ფორმანმა4 ივარაუდა, რომ SST-ის განთავსება და გამოდევნა შეიძლება აიხსნას სპერმის მოძრაობის თვალსაზრისით. ავტორები ვარაუდობენ, რომ სპერმატოზოიდები ინარჩუნებენ თავიანთ პოზიციას SST ეპითელიუმის მიერ შექმნილი სითხის ნაკადის საწინააღმდეგოდ ცურვით და რომ სპერმატოზოიდები SST-დან გამოიდევნებიან მაშინ, როდესაც მათი სიჩქარე იმ წერტილზე დაბლა ეცემა, საიდანაც ისინი ენერგიის ნაკლებობის გამო უკან იწყებენ მოძრაობას. ზანიბონიმ5 ​​დაადასტურა აკვაპორინები 2, 3 და 9-ის არსებობა SST ეპითელური უჯრედების აპიკალურ ნაწილში, რაც შეიძლება ირიბად ადასტურებდეს ფორმენის სპერმის შენახვის მოდელს. ამჟამინდელ კვლევაში ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ შარკაშის სპერმატოზოიდების თითქმის ნახევარი ავლენს დადებით რეოლოგიას მომდინარე სითხეში და რომ აგლუტინირებული სპერმის კონები ზრდის დადებითი რეოლოგიის მქონე სპერმატოზოიდების რაოდენობას, თუმცა აგლუტინაცია ანელებს მათ. ის, თუ როგორ მოძრაობენ სპერმატოზოიდები ფრინველის ფალოპის მილით განაყოფიერების ადგილას, ბოლომდე შესწავლილი არ არის. ძუძუმწოვრებში ფოლიკულური სითხე ქემოატრაქტანტებს იზიდავს. თუმცა, ითვლება, რომ ქემოატრაქტანტები სპერმატოზოიდებს დიდ მანძილზე მიახლოებისკენ მიმართავენ7. ამიტომ, სპერმის ტრანსპორტირებაზე სხვა მექანიზმებია პასუხისმგებელი. თაგვებში სპერმის ორიენტაციისა და შეჯვარების შემდეგ გამოყოფილი ფალოპის მილის სითხის საწინააღმდეგოდ მოძრაობის უნარი თაგვებში სპერმის მიზანმიმართულად მოხვედრის ერთ-ერთ მთავარ ფაქტორად ითვლება. პარკერმა17 ივარაუდა, რომ სპერმატოზოიდები ფრინველებსა და ქვეწარმავლებში ცილიარული დინების საწინააღმდეგოდ ცურვით კვეთენ საკვერცხეებს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ექსპერიმენტულად არ დადასტურებულა ფრინველებში, ადოლფი18 იყო პირველი, ვინც აღმოაჩინა, რომ ფრინველის სპერმა დადებით შედეგებს იძლევა, როდესაც საფარის ფირფიტასა და სლაიდს შორის სითხის თხელი ფენა იქმნება ფილტრის ქაღალდის ზოლით. რეოლოგია. ჰინომ და იანაგიმაჩიმ [19] თაგვის საკვერცხე-მილის-საშვილოსნოს კომპლექსი პერფუზიის რგოლში მოათავსეს და ფალოპის მილებში სითხის ნაკადის ვიზუალიზაციისთვის 1 µლ მელანი შეუყვანეს ისთმუსში. მათ შენიშნეს შეკუმშვისა და მოდუნების ძალიან აქტიური მოძრაობა ფალოპის მილში, რომლის დროსაც ყველა მელნის ბურთულა სტაბილურად მოძრაობდა ფალოპის მილის ამპულისკენ. ავტორები ხაზს უსვამენ ფალოპის მილის სითხის ნაკადის მნიშვნელობას ქვედადან ზედა ფალოპის მილებში სპერმის აწევისა და განაყოფიერებისთვის. Brillard20-მა აღნიშნა, რომ ქათმებსა და ინდაურებში სპერმატოზოიდები აქტიური მოძრაობით მიგრირებენ საშოს შესასვლელიდან, სადაც ისინი ინახება, საშვილოსნო-საშოს შეერთებისკენ, სადაც ისინი ინახება. თუმცა, ეს მოძრაობა საშვილოსნო-საშოს შეერთებასა და ინფუნდიბულუმს შორის საჭირო არ არის, რადგან სპერმატოზოიდები პასიური გადაადგილებით გადაადგილდებიან. ამ წინა რეკომენდაციებისა და მიმდინარე კვლევაში მიღებული შედეგების ცოდნით, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ სპერმატოზოიდების ზემოთ მოძრაობის უნარი (რეოლოგია) ერთ-ერთი თვისებაა, რომელზეც დაფუძნებულია შერჩევის პროცესი. ეს განსაზღვრავს სპერმატოზოიდების საშოში გავლას და მათ CCT-ში შესვლას შესანახად. როგორც Forman4-მა აღნიშნა, ამან ასევე შეიძლება ხელი შეუწყოს სპერმატოზოიდების SST-სა და მის ჰაბიტატში გარკვეული პერიოდის განმავლობაში შეღწევას და შემდეგ გამოსვლას, როდესაც მათი სიჩქარე შენელებას დაიწყებს.
მეორე მხრივ, მაცუზაკი და სასანამი21 ვარაუდობდნენ, რომ ფრინველის სპერმატოზოიდები მამრისა და მდედრის რეპროდუქციულ ტრაქტებში მოძრაობის ცვლილებებს განიცდიან მიძინების მდგომარეობიდან მოძრაობამდე. სპერმის ხანგრძლივი შენახვისა და შემდეგ SST-დან გამოსვლის შემდეგ გაახალგაზრდავების ასახსნელად შემოთავაზებულია SST-ში რეზიდენტი სპერმის მოძრაობის დათრგუნვა. ჰიპოქსიურ პირობებში, მაცუზაკი და სხვ.1 აღწერენ SST-ში ლაქტატის მაღალ წარმოებას და გამოყოფას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს რეზიდენტი სპერმის მოძრაობის დათრგუნვა. ამ შემთხვევაში, სპერმის რეოლოგიის მნიშვნელობა აისახება სპერმატოზოიდების შერჩევასა და შთანთქმაში და არა მათ შენახვაში.
სპერმის აგლუტინაციის ნიმუში SST-ში სპერმის ხანგრძლივი შენახვის პერიოდის სავარაუდო ახსნად ითვლება, რადგან ეს ფრინველებში სპერმის შენარჩუნების გავრცელებული ნიმუშია2,22,23. ბაკსტმა და სხვებმა2 დააკვირდნენ, რომ სპერმატოზოიდების უმეტესობა ერთმანეთს ეკვროდა, ქმნიდა ფასციკულურ აგრეგატებს და ცალკეული სპერმატოზოიდები იშვიათად გვხვდებოდა მწყერის CCM-ში. მეორეს მხრივ, ვენმა და სხვებმა24 დააკვირდნენ ქათმებში SST-ის სანათურში უფრო მეტ გაფანტულ სპერმატოზოიდს და სპერმატოზოიდების ნაკლებ გროვას. ამ დაკვირვებებზე დაყრდნობით, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ სპერმის აგლუტინაციისადმი მიდრეკილება განსხვავდება ფრინველებს შორის და იმავე ეაკულატში მყოფ სპერმატოზოიდებს შორის. გარდა ამისა, ვან კრეიმ და სხვებმა9 ივარაუდეს, რომ აგლუტინირებული სპერმატოზოიდების შემთხვევითი დისოციაცია პასუხისმგებელია სპერმატოზოიდების თანდათანობით შეღწევაზე ფალოპის მილის სანათურში. ამ ჰიპოთეზის თანახმად, SST-დან ჯერ უნდა გამოიდევნოს უფრო დაბალი აგლუტინაციის უნარის მქონე სპერმატოზოიდები. ამ კონტექსტში, სპერმატოზოიდების აგლუტინაციის უნარი შესაძლოა იყოს ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ჭუჭყიან ფრინველებში სპერმატოზოიდების კონკურენციის შედეგზე. გარდა ამისა, რაც უფრო დიდხანს იშლება აგლუტინირებული სპერმატოზოიდი, მით უფრო დიდხანს შენარჩუნებულია ნაყოფიერება.
მიუხედავად იმისა, რომ სპერმატოზოიდების აგრეგაცია და კონებად აგრეგაცია რამდენიმე კვლევაში დაფიქსირდა2,22,24, ისინი დეტალურად არ არის აღწერილი SST-ში მათი კინემატიკური დაკვირვების სირთულის გამო. სპერმატოზოიდების აგლუტინაციის in vitro შესწავლის რამდენიმე მცდელობა განხორციელდა. როდესაც თხელი მავთული ჩამოკიდებული თესლის წვეთიდან მოიხსნა, დაფიქსირდა ფართომასშტაბიანი, მაგრამ გარდამავალი აგრეგაცია. ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ წვეთიდან გამოდის წაგრძელებული ბუშტი, რომელიც სათესლე ჯირკვალს ბაძავს. 3D შეზღუდვებისა და წვეთოვანი გაშრობის მოკლე დროის გამო, მთელი ბლოკი სწრაფად დაიშალა9. ამჟამინდელ კვლევაში, შარკაშის ქათმებისა და მიკროფლუიდური ჩიპების გამოყენებით, ჩვენ შევძელით აღგვეწერა, თუ როგორ ყალიბდება და როგორ მოძრაობენ ეს კონები. სპერმის კონები სპერმის შეგროვებისთანავე წარმოიქმნა და აღმოჩნდა, რომ სპირალურად მოძრაობდნენ, რაც ნაკადში ყოფნისას დადებით რეოლოგიას ავლენს. გარდა ამისა, მაკროსკოპულად დათვალიერებისას, სპერმის კონებში დაფიქსირდა მოძრაობის ხაზოვნების ზრდა იზოლირებულ სპერმატოზოიდებთან შედარებით. ეს იმაზე მიუთითებს, რომ სპერმის აგლუტინაცია შეიძლება მოხდეს SST-ის შეღწევამდე და რომ სპერმის წარმოება სტრესის გამო არ შემოიფარგლება მცირე ფართობით, როგორც ადრე იყო ვარაუდი (Tingari and Lake12). კონის ფორმირების დროს სპერმატოზოიდები სინქრონულად ცურავენ შეერთებამდე, შემდეგ მათი კუდები ერთმანეთზე შემოეხვევა და სპერმატოზოიდის თავი თავისუფალი რჩება, მაგრამ სპერმატოზოიდის კუდი და დისტალური ნაწილი ერთმანეთს წებოვანი ნივთიერებით ეკვრება. ამიტომ, მოძრაობაზე პასუხისმგებელია იოგის თავისუფალი თავი, რომელიც იოგის დანარჩენ ნაწილს გადაათრევს. სპერმის კონების სკანირების ელექტრონულ მიკროსკოპიამ აჩვენა მიმაგრებული სპერმის თავები, რომლებიც დაფარული იყო დიდი რაოდენობით წებოვანი მასალით, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ სპერმის თავები მიმაგრებული იყო მოსვენების კონებად, რაც შესაძლოა შენახვის ადგილას (SST) მიღწევის შემდეგ მომხდარიყო.
როდესაც სპერმის ნაცხი აკრიდინის ფორთოხლით იღებება, ფლუორესცენტული მიკროსკოპის ქვეშ სპერმის ირგვლივ უჯრედგარე წებოვანი მასალა ჩანს. ეს ნივთიერება სპერმის კონებს საშუალებას აძლევს, მიეკრონ და მიეკრან ნებისმიერ მიმდებარე ზედაპირს ან ნაწილაკს ისე, რომ ისინი არ გადაადგილდნენ მიმდებარე ნაკადთან ერთად. ამრიგად, ჩვენი დაკვირვებები აჩვენებს სპერმატოზოიდების ადჰეზიის როლს მოძრავი კონების სახით. მათი უნარი, დინების საწინააღმდეგოდ ცურონ და ახლომდებარე ზედაპირებზე მიეკრონ, სპერმატოზოიდებს საშუალებას აძლევს, უფრო დიდხანს დარჩნენ SST-ში.
როტშილდმა25 გამოიყენა ჰემოციტომეტრიის კამერა სუსპენზიის წვეთში მსხვილფეხა რქოსანი პირუტყვის სპერმის მცურავი განაწილების შესასწავლად, ფოტომიკროსკოპის ვერტიკალური და ჰორიზონტალური ოპტიკური ღერძის მქონე კამერის მეშვეობით გადაიღო ფოტომიკროსკოპი. შედეგებმა აჩვენა, რომ სპერმატოზოიდები იზიდავდნენ კამერის ზედაპირს. ავტორები ვარაუდობენ, რომ შესაძლოა არსებობდეს ჰიდროდინამიკური ურთიერთქმედება სპერმატოზოიდსა და ზედაპირს შორის. ამის გათვალისწინებით, შარკაშის წიწილას სპერმის წებოვანი კონების წარმოქმნის უნართან ერთად, შეიძლება გაიზარდოს იმის ალბათობა, რომ სპერმა მიეკროს SST კედელს და შეინახოს დიდი ხნის განმავლობაში.
ბკეტიმ და აფზელიუმ26 აღნიშნეს, რომ სპერმის გლიკოკალიქსი აუცილებელია გამეტების ამოცნობისა და აგლუტინაციისთვის. ფორმანმა10 დააკვირდა, რომ გლიკოპროტეინ-გლიკოლიპიდურ საფარებში α-გლიკოზიდური ბმების ჰიდროლიზმა ფრინველის სპერმის ნეირამინიდაზით დამუშავებით გამოიწვია ნაყოფიერების შემცირება სპერმის მოძრაობაზე ზემოქმედების გარეშე. ავტორები ვარაუდობენ, რომ ნეირამინიდაზას ზემოქმედება გლიკოკალიქსზე აფერხებს სპერმის სეკვესტრაციას საშვილოსნო-ვაგინალურ შეერთებაზე, რითაც ამცირებს ნაყოფიერებას. მათი დაკვირვებებით არ შეიძლება უგულებელვყოთ ის შესაძლებლობა, რომ ნეირამინიდაზით მკურნალობამ შეიძლება შეამციროს სპერმის და კვერცხუჯრედის ამოცნობა. ფორმანმა და ენგელმა10 აღმოაჩინეს, რომ ნაყოფიერება შემცირდა, როდესაც ქათმებს ვაგინალურად ანაყოფიერებდნენ ნეირამინიდაზით დამუშავებული სპერმით. თუმცა, ნეირამინიდაზით დამუშავებული სპერმით ინ ვიტრო განაყოფიერებამ გავლენა არ მოახდინა ნაყოფიერებაზე საკონტროლო ქათმებთან შედარებით. ავტორებმა დაასკვნეს, რომ სპერმის მემბრანის გარშემო გლიკოპროტეინ-გლიკოლიპიდური საფარის ცვლილებები ამცირებს სპერმის განაყოფიერების უნარს საშვილოსნო-ვაგინალურ შეერთებაში სპერმის სეკვესტრირების დარღვევის გზით, რაც, თავის მხრივ, ზრდის სპერმის დაკარგვას საშვილოსნო-ვაგინალური შეერთების სიჩქარის გამო, მაგრამ გავლენას არ ახდენს სპერმის და კვერცხუჯრედის ამოცნობაზე.
ინდაურებში ბაკსტმა და ბაუჩანმა11 SST-ის სანათურში აღმოაჩინეს პატარა ბუშტუკები და მემბრანის ფრაგმენტები და დააკვირდნენ, რომ ამ გრანულების ნაწილი სპერმის მემბრანას შეერწყა. ავტორები ვარაუდობენ, რომ ამ ურთიერთკავშირებმა შესაძლოა ხელი შეუწყოს სპერმატოზოიდების ხანგრძლივ შენახვას SST-ში. თუმცა, მკვლევარებმა არ დააკონკრეტეს ამ ნაწილაკების წყარო, გამოიყოფა თუ არა ისინი CCT ეპითელური უჯრედების მიერ, წარმოიქმნება და გამოიყოფა მამაკაცის რეპროდუქციული სისტემის მიერ თუ თავად სპერმის მიერ. ასევე, ეს ნაწილაკები პასუხისმგებელნი არიან აგლუტინაციაზე. გრუტცნერმა და სხვებმა27 აღნიშნეს, რომ ეპიდიდიმის ეპითელური უჯრედები გამოიმუშავებენ და გამოყოფენ სპეციფიკურ ცილას, რომელიც აუცილებელია ერთფორიანი სათესლე გზების ფორმირებისთვის. ავტორები ასევე იუწყებიან, რომ ამ კონების დისპერსია დამოკიდებულია ეპიდიდიმის ცილების ურთიერთქმედებაზე. ნიქსონმა და სხვებმა28 აღმოაჩინეს, რომ ადნექსი გამოყოფს ცილას, მჟავე ცისტეინით მდიდარ ოსტეონექტინს; SPARC მონაწილეობს სპერმის კონების ფორმირებაში მოკლენისკარტა ექიდნებსა და პლატიპებში. ამ სხივების გაფანტვა დაკავშირებულია ამ ცილის დაკარგვასთან.
მიმდინარე კვლევაში, ელექტრონული მიკროსკოპიის გამოყენებით ულტრასტრუქტურულმა ანალიზმა აჩვენა, რომ სპერმატოზოიდები დიდი რაოდენობით მკვრივ მასალას ადჰეზირებენ. ითვლება, რომ ეს ნივთიერებები პასუხისმგებელია აგლუტინაციაზე, რომელიც კონდენსირდება ადჰეზიურ თავებს შორის და მის გარშემო, მაგრამ უფრო დაბალი კონცენტრაციით კუდის არეში. ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ეს აგლუტინაციური ნივთიერება გამოიყოფა მამაკაცის რეპროდუქციული სისტემიდან (ეპიდიდიმისი ან სათესლე მილი) სპერმასთან ერთად, რადგან ხშირად ვხედავთ სპერმის გამოყოფას ლიმფისა და სათესლე პლაზმისგან ეაკულაციის დროს. ცნობილია, რომ როდესაც ფრინველის სპერმატოზოიდები გადიან ეპიდიდიმისსა და სათესლე მილიდან, ისინი განიცდიან მომწიფებასთან დაკავშირებულ ცვლილებებს, რაც ხელს უწყობს მათ ცილებთან შეკავშირების და პლაზმურ ლემასთან ასოცირებული გლიკოპროტეინების შეძენის უნარს. ამ ცილების მდგრადობა SST-ში რეზიდენტ სპერმის მემბრანებზე მიუთითებს, რომ ამ ცილებმა შეიძლება გავლენა მოახდინონ სპერმის მემბრანის სტაბილურობის შეძენაზე 30 და განსაზღვრონ მათი ნაყოფიერება 31. აჰამადმა და სხვებმა32 აღნიშნეს, რომ მამაკაცის რეპროდუქციული სისტემის სხვადასხვა ნაწილიდან (სათესლე ჯირკვლებიდან დისტალურ სადინრებამდე) მიღებული სპერმატოზოიდები აჩვენებდნენ სიცოცხლისუნარიანობის პროგრესულ ზრდას თხევადი შენახვის პირობებში, შენახვის ტემპერატურის მიუხედავად, ხოლო ქათმებში სიცოცხლისუნარიანობა ასევე იზრდება ფალოპის მილებში ხელოვნური განაყოფიერების შემდეგ.
შარკაშის ქათმის სპერმის კონებს განსხვავებული მახასიათებლები და ფუნქციები აქვთ სხვა სახეობებთან შედარებით, როგორიცაა ექიდნები, პლატიპები, ტყის თაგვები, ირმის ვირთხები და ზღვის გოჭები. შარკაშის ქათმებში სპერმატოზოიდების კონების წარმოქმნა ამცირებს მათი ცურვის სიჩქარეს ერთ სპერმატოზოიდებთან შედარებით. თუმცა, ამ კონებმა გაზარდა რეოლოგიურად დადებითი სპერმატოზოიდების პროცენტული მაჩვენებელი და სპერმატოზოიდების უნარი, სტაბილიზაცია მოახდინონ დინამიურ გარემოში. ამრიგად, ჩვენი შედეგები ადასტურებს წინა მოსაზრებას, რომ სპერმის აგლუტინაცია SST-ში დაკავშირებულია სპერმის ხანგრძლივ შენახვასთან. ჩვენ ასევე ვვარაუდობთ, რომ სპერმის კონების წარმოქმნის მიდრეკილებამ შეიძლება გააკონტროლოს სპერმის დაკარგვის სიჩქარე SST-ში, რამაც შეიძლება შეცვალოს სპერმის კონკურენციის შედეგი. ამ ვარაუდის თანახმად, დაბალი აგლუტინაციის უნარის მქონე სპერმატოზოიდები პირველები გამოყოფენ SST-ს, ხოლო მაღალი აგლუტინაციის უნარის მქონე სპერმატოზოიდები შთამომავლობის უმეტესობას წარმოქმნიან. ერთფორიანი სპერმის კონების წარმოქმნა სასარგებლოა და გავლენას ახდენს მშობელი-შვილის თანაფარდობაზე, მაგრამ იყენებს სხვა მექანიზმს. ექიდნებსა და პლატიპებში სპერმატოზოიდები ერთმანეთის პარალელურად არიან განლაგებული, რაც ზრდის სხივის წინ გადაადგილების სიჩქარეს. ექიდნების კონები დაახლოებით სამჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობენ, ვიდრე ცალკეული სპერმატოზოიდები. ითვლება, რომ ექიდნებში ასეთი სპერმის კონების წარმოქმნა დომინირების შესანარჩუნებლად ევოლუციური ადაპტაციაა, რადგან მდედრები გარყვნილები არიან და, როგორც წესი, რამდენიმე მამრთან წყვილდებიან. ამიტომ, სხვადასხვა ეაკულატის სპერმატოზოიდები სასტიკად ეჯიბრებიან ერთმანეთს კვერცხუჯრედის განაყოფიერებისთვის.
შარკასის ჯიშის ქათმების აგლუტინირებული სპერმატოზოიდების ვიზუალიზაცია ფაზური კონტრასტული მიკროსკოპიის გამოყენებით მარტივია, რაც უპირატესობად ითვლება, რადგან ის საშუალებას იძლევა სპერმატოზოიდების ქცევის მარტივად შესწავლის in vitro. მექანიზმი, რომლითაც სპერმის კონის ფორმირება ხელს უწყობს გამრავლებას შარკასის ჯიშის ქათმებში, ასევე განსხვავდება იმ მექანიზმისგან, რომელიც შეინიშნება ზოგიერთ პლაცენტურ ძუძუმწოვარში, რომლებიც წარმოადგენენ სპერმის კოოპერატიულ ქცევას, როგორიცაა ტყის თაგვები, სადაც ზოგიერთი სპერმატოზოიდა აღწევს კვერცხუჯრედებამდე, რაც ეხმარება სხვა მონათესავე ინდივიდებს მიაღწიონ და დააზიანონ თავიანთი კვერცხუჯრედები. საკუთარი თავის დამტკიცება. ალტრუისტული ქცევა. თვითგანაყოფიერება 34. სპერმატოზოიდებში კოოპერატიული ქცევის კიდევ ერთი მაგალითი აღმოჩნდა ირმის თაგვებში, სადაც სპერმატოზოიდებს შეეძლოთ გენეტიკურად ყველაზე მონათესავე სპერმატოზოიდებთან იდენტიფიცირება და გაერთიანება და კოოპერატიული ჯგუფების შექმნა, რათა გაეზარდათ მათი სიჩქარე არამონათესავ სპერმატოზოიდებთან შედარებით 35.
ამ კვლევაში მიღებული შედეგები არ ეწინააღმდეგება ფომანის თეორიას SST-ში სპერმატოზოიდების ხანგრძლივი შენახვის შესახებ. მკვლევარები იუწყებიან, რომ სპერმატოზოიდები ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში აგრძელებენ მოძრაობას SST-ის ამომფენი ეპითელური უჯრედების ნაკადში და გარკვეული პერიოდის შემდეგ, სპერმატოზოიდების ენერგიის მარაგი იწურება, რაც იწვევს სიჩქარის შემცირებას, რაც საშუალებას იძლევა მცირე მოლეკულური წონის ნივთიერებების გამოდევნის. სპერმატოზოიდების ენერგია SST-ის სანათურიდან სითხის დინებასთან ერთად ფალოპის მილის ღრუ. ამჟამინდელ კვლევაში ჩვენ დავაკვირდით, რომ ცალკეული სპერმატოზოიდების ნახევარს ჰქონდა მომდინარე სითხეების საწინააღმდეგოდ ცურვის უნარი და მათი ადჰეზია კონაში ზრდიდა მათ დადებითი რეოლოგიის გამოვლენის უნარს. გარდა ამისა, ჩვენი მონაცემები შეესაბამება მაცუზაკის და სხვების მონაცემებს, რომლებმაც განაცხადეს, რომ SST-ში ლაქტატის გაზრდილმა სეკრეციამ შეიძლება შეაფერხოს რეზიდენტი სპერმის მოძრაობა. თუმცა, ჩვენი შედეგები აღწერს სპერმის მოძრავი იოგების ფორმირებას და მათ რეოლოგიურ ქცევას მიკროარხში დინამიური გარემოს არსებობისას, რათა განვმარტოთ მათი ქცევა SST-ში. სამომავლო კვლევები შესაძლოა აგლუტინაციური აგენტის ქიმიური შემადგენლობისა და წარმოშობის დადგენაზე იყოს ორიენტირებული, რაც უდავოდ დაეხმარება მკვლევრებს თხევადი სპერმის შენახვისა და ნაყოფიერების ხანგრძლივობის გაზრდის ახალი გზების შემუშავებაში.
კვლევის ფარგლებში სპერმის დონორებად შეირჩა თხუთმეტი 30 კვირის შიშველი კისრის მქონე მამრი შარქასი (ჰომოზიგოტური დომინანტი; Na Na). ფრინველები გამოზარდეს ეგვიპტის აშიტის გუბერნატორის, აშიტის უნივერსიტეტის სოფლის მეურნეობის ფაკულტეტის კვლევით მეფრინველეობის ფერმაში. ფრინველები მოათავსეს ინდივიდუალურ გალიებში (30 x 40 x 40 სმ), დაექვემდებარნენ სინათლის პროგრამას (16 საათი სინათლე და 8 საათი სიბნელე) და იკვებებოდნენ 160 გ ნედლი ცილის, 2800 კკალ მეტაბოლიზებადი ენერგიის, თითოეული 35 გ კალციუმის და 5 გრამ ხელმისაწვდომი ფოსფორის შემცველი საკვებით ყოველ კილოგრამ საკვებზე.
მონაცემების 36, ​​37 მიხედვით, მამრებისგან სპერმა შეგროვდა მუცლის მასაჟით. სულ 15 მამაკაცისგან შეგროვდა სპერმის 45 ნიმუში 3 დღის განმავლობაში. სპერმა (n = 15/დღეში) დაუყოვნებლივ განზავდა 1:1 (v:v) Belsville Poultry-ის სპერმის გამხსნელით, რომელიც შეიცავს კალიუმის დიფოსფატს (1.27 გ), მონოსოდიუმის გლუტამატის მონოჰიდრატს (0.867 გ), ფრუქტოზას (0.5 დ), უწყლო ნატრიუმის აცეტატს (0.43 გ), ტრის(ჰიდროქსიმეთილ)ამინომეთანს (0.195 გ), კალიუმის ციტრატის მონოჰიდრატს (0.064 გ), კალიუმის მონოფოსფატს (0.065 გ), მაგნიუმის ქლორიდს (0.034 გ) და H2O (100 მლ), pH = 7, 5, ოსმოლარობა 333 მოსმ/კგ38. განზავებული სპერმის ნიმუშები თავდაპირველად გამოიკვლიეს სინათლის მიკროსკოპით სპერმის კარგი ხარისხის (ტენიანობის) დასადგენად და შემდეგ შეინახეს წყლის აბაზანაში 37°C ტემპერატურაზე, სანამ არ გამოიყენებოდა შეგროვებიდან ნახევარი საათის განმავლობაში.
სპერმატოზოიდების კინემატიკა და რეოლოგია აღწერილია მიკროფლუიდური მოწყობილობების სისტემის გამოყენებით. სპერმის ნიმუშები დამატებით განზავდა 1:40-მდე ბელტსვილის ფრინველის სპერმის გამხსნელში, ჩაიტვირთა მიკროფლუიდურ მოწყობილობაში (იხილეთ ქვემოთ) და კინეტიკური პარამეტრები განისაზღვრა მიკროფლუიდური დახასიათებისთვის ადრე შემუშავებული კომპიუტერიზებული სპერმის ანალიზის (CASA) სისტემის გამოყენებით. სპერმატოზოიდების მობილურობა თხევად გარემოში (მექანიკური ინჟინერიის დეპარტამენტი, საინჟინრო ფაკულტეტი, ასიუტის უნივერსიტეტი, ეგვიპტე). დანამატის ჩამოტვირთვა შესაძლებელია შემდეგ ბმულზე: http://www.assiutmicrofluidics.com/research/casa39. გაიზომა მრუდის სიჩქარე (VCL, μm/s), წრფივი სიჩქარე (VSL, μm/s) და საშუალო ტრაექტორიული სიჩქარე (VAP, μm/s). სპერმატოზოიდების ვიდეოები გადაღებულია ინვერსიული Optika XDS-3 ფაზური კონტრასტული მიკროსკოპის გამოყენებით (40x ობიექტივით), რომელიც დაკავშირებულია Tucson ISH1000 კამერასთან 30 კადრი/წმ სიჩქარით 3 წამის განმავლობაში. CASA პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით, შეისწავლეთ მინიმუმ სამი არე და 500 სპერმის ტრაექტორია თითო ნიმუშზე. ჩაწერილი ვიდეო დამუშავდა ხელნაკეთი CASA-ს გამოყენებით. CASA დანამატში მოძრაობის განმარტება ეფუძნება სპერმის ცურვის სიჩქარეს ნაკადის სიჩქარესთან შედარებით და არ მოიცავს სხვა პარამეტრებს, როგორიცაა გვერდიდან გვერდზე მოძრაობა, რადგან ეს უფრო საიმედო აღმოჩნდა სითხის ნაკადის დროს. რეოლოგიური მოძრაობა აღწერილია, როგორც სპერმის უჯრედების მოძრაობა სითხის ნაკადის საწინააღმდეგო მიმართულებით. რეოლოგიური თვისებების მქონე სპერმატოზოიდები გაიყო მოძრავი სპერმატოზოიდების რაოდენობაზე; დათვლიდან გამოირიცხა მოსვენებულ მდგომარეობაში მყოფი და კონვექციურად მოძრავი სპერმატოზოიდები.
ყველა გამოყენებული ქიმიური ნივთიერება მიღებული იყო Elgomhoria Pharmaceuticals-ისგან (კაირო, ეგვიპტე), თუ სხვა რამ არ არის მითითებული. მოწყობილობა დამზადდა ელ-შერის და სხვების მიერ აღწერილი მეთოდით. ​​40, გარკვეული მოდიფიკაციებით. მიკროარხების დასამზადებლად გამოყენებული მასალები მოიცავდა შუშის ფირფიტებს (Howard Glass, Worcester, MA), SU-8-25 ნეგატიურ რეზისტს (MicroChem, Newton, CA), დიაცეტონურ სპირტს (Sigma Aldrich, Steinheim, გერმანია) და პოლიაცეტონს. -184, Dow Corning, Midland, მიჩიგანი). მიკროარხები დამზადებულია რბილი ლითოგრაფიის გამოყენებით. პირველ რიგში, მაღალი გარჩევადობის პრინტერზე (Prismatic, კაირო, ეგვიპტე და Pacific Arts and Design, მარკჰემი, ონტარიო) დაიბეჭდა გამჭვირვალე დამცავი სახის ნიღაბი სასურველი მიკროარხის დიზაინით. ორიგინალი ნიმუშები დამზადდა შუშის ფირფიტების გამოყენებით, როგორც სუბსტრატები. ფირფიტები გაიწმინდა აცეტონში, იზოპროპანოლსა და დეიონიზებულ წყალში და შემდეგ დაფარული იქნა SU8-25-ის 20 µm ფენით დატრიალებული საფარით (3000 ბრ/წთ, 1 წთ). შემდეგ SU-8 ფენები ფრთხილად გაშრეს (65°C, 2 წთ და 95°C, 10 წთ) და 50 წამის განმავლობაში ულტრაიისფერი გამოსხივების ზემოქმედების ქვეშ იმყოფებოდნენ. ექსპოზიციის შემდგომი გამოცხობა მოხდა 65°C და 95°C ტემპერატურაზე 1 და 4 წუთის განმავლობაში SU-8 ფენების ჯვარედინი შეერთებისთვის, რასაც მოჰყვა დიაცეტონის სპირტში გამომუშავება 6.5 წუთის განმავლობაში. ვაფლები გამოაცხვეს მაგრად (200°C, 15 წუთის განმავლობაში) SU-8 ფენის შემდგომი გამყარებისთვის.
PDMS მომზადდა მონომერისა და გამამყარებლის 10:1 წონითი თანაფარდობით შერევით, შემდეგ დეგაზირდა ვაკუუმურ ექსიკატორში და ჩაასხეს SU-8-ის მთავარ ჩარჩოზე. PDMS გაშრეს ღუმელში (120°C, 30 წთ), შემდეგ არხები ამოჭრეს, გამოეყო მასტერ ფილტრს და გახვრიტეს, რათა მილები მიმაგრებულიყო მიკროარხის შესასვლელსა და გამოსასვლელში. და ბოლოს, PDMS მიკროარხები მუდმივად მიმაგრებული იყო მიკროსკოპის სლაიდებზე პორტატული კორონა პროცესორის (Electro-Technic Products, ჩიკაგო, ილინოისი) გამოყენებით, როგორც ეს სხვაგან არის აღწერილი. ამ კვლევაში გამოყენებული მიკროარხის ზომებია 200 µm × 20 µm (სიგანე × სიმაღლე) და 3.6 სმ სიგრძე.
მიკროარხის შიგნით ჰიდროსტატიკური წნევით გამოწვეული სითხის ნაკადი მიიღწევა შესასვლელ რეზერვუარში სითხის დონის გამოსასვლელ რეზერვუარში სიმაღლის სხვაობაზე Δh39-ზე მეტი შენარჩუნებით (სურ. 1).
სადაც f არის ხახუნის კოეფიციენტი, რომელიც განისაზღვრება როგორც f = C/Re მართკუთხა არხში ლამინარული ნაკადისთვის, სადაც C არის მუდმივი, რომელიც დამოკიდებულია არხის ასპექტის თანაფარდობაზე, L არის მიკროარხის სიგრძე, Vav არის საშუალო სიჩქარე მიკროარხში, Dh არის არხის ჰიდრავლიკური დიამეტრი, g – გრავიტაციის აჩქარება. ამ განტოლების გამოყენებით, არხის საშუალო სიჩქარის გამოთვლა შესაძლებელია შემდეგი განტოლების გამოყენებით: