Spermienbeweglichkeit -Sperm motility
Spermienmotilität beschreibt die Fähigkeit der Spermien , sich ordnungsgemäß durch den weiblichen Fortpflanzungstrakt ( innere Befruchtung ) oder durch Wasser ( äußere Befruchtung ) zu bewegen, um die Eizelle zu erreichen . Spermienbeweglichkeit kann auch als Qualität betrachtet werden, die ein Faktor für eine erfolgreiche Empfängnis ist ; Spermien, die nicht richtig „schwimmen“, erreichen das Ei nicht, um es zu befruchten . Die Spermienbeweglichkeit bei Säugetieren erleichtert auch die Passage der Spermien durch den Cumulus oophorus (eine Zellschicht) und die Zona pellucida (eine Schicht aus extrazellulärer Matrix ), die das Säugetier umgebenEizelle .
Bei der Waldmaus Apodemus sylvaticus aggregieren Spermien in "Zügen", die besser in der Lage sind, Eier zu befruchten, weil sie besser in der Lage sind, durch die viskose Umgebung des weiblichen Fortpflanzungstrakts zu navigieren. Die Züge bewegen sich in einer sinusförmigen Bewegung.
Die Spermienmotilität wird auch durch bestimmte Faktoren beeinflusst, die von Eiern freigesetzt werden.
Die Spermienbewegung wird durch Änderungen der intrazellulären Ionenkonzentration aktiviert. Die Änderungen der Ionenkonzentration, die die Motilität hervorrufen, sind von Spezies zu Spezies unterschiedlich. Bei wirbellosen Meerestieren und Seeigeln aktiviert der Anstieg des pH-Werts auf etwa 7,2–7,6 die ATPase , was zu einer Abnahme des intrazellulären Kaliums führt und somit eine Membranhyperpolarisation induziert . Dadurch wird die Spermienbewegung aktiviert. Die Veränderung des Zellvolumens, die die intrazelluläre Ionenkonzentration verändert, kann auch zur Aktivierung der Spermienmotilität beitragen. Bei einigen Säugetieren wird die Spermienmotilität durch eine Erhöhung des pH-Werts, der Calciumionen und des cAMP aktiviert, jedoch durch einen niedrigen pH-Wert in den Nebenhoden unterdrückt .
Der Schwanz der Spermien – das Flagellum – verleiht den Spermien Beweglichkeit und besteht aus drei Hauptkomponenten:
- ein zentrales Skelett, das aus 11 Mikrotubuli besteht , die zusammen als Axonem bezeichnet werden und der äquivalenten Struktur in Zilien ähneln
- eine dünne Zellmembran, die das Axonem bedeckt
- spiralförmig um das Axonem am Mittelstück angeordnete Mitochondrien,
Die Hin- und Herbewegung des Schwanzes resultiert aus einer rhythmischen Längsgleitbewegung zwischen den vorderen und hinteren Tubuli, die das Axonem bilden. Die Energie für diesen Prozess liefert das von den Mitochondrien produzierte ATP . Die Geschwindigkeit eines Spermiums in flüssigem Medium beträgt normalerweise 1–4 mm/min. Dadurch können sich die Spermien auf eine Eizelle zubewegen, um sie zu befruchten.
Das Axonem ist an seiner Basis an einer Zentriole befestigt, die als distale Zentriole bekannt ist und als Basalkörper fungiert . Bei den meisten Tieren wirkt diese distale Zentriole als Stoßdämpfer, der verhindert, dass sich die Mikrotubuli -Filamente an der Axonembasis bewegen. Im Gegensatz dazu entwickelte das distale Zentriol bei Säugetieren eine atypische Struktur, die als atypisches distales Zentriol bekannt ist. Die atypische Zentriole besteht aus gespreizten Mikrotubuli , die in linke und rechte Seiten organisiert sind. Während der Spermienbewegung bewegen sich die beiden Seiten relativ zueinander und tragen dazu bei, die Wellenform des Spermienschwanzes zu formen.
Bei Säugetieren reifen Spermien funktionell durch einen Prozess, der als Kapazitation bekannt ist . Wenn Spermatozoen den isthmischen Eileiter erreichen , wurde berichtet, dass ihre Beweglichkeit reduziert ist, da sie sich an Epithel anheften. Kurz vor dem Eisprung kommt es zu einer Hyperaktivierung. Dabei bewegen sich die Flagellen mit hoher Krümmung und langer Wellenlänge. Die Hyperaktivierung wird durch extrazelluläres Calcium initiiert; Die Faktoren, die den Calciumspiegel regulieren, sind jedoch unbekannt.
Ohne technologischen Eingriff wird ein unbewegliches oder abnormal bewegliches Spermium nicht befruchtet. Daher wird der Anteil einer Spermienpopulation, der beweglich ist, häufig als Maß für die Samenqualität verwendet. Unzureichende Beweglichkeit der Spermien ist eine häufige Ursache für Subfertilität oder Unfruchtbarkeit . Zur Verbesserung der Spermienqualität stehen mehrere Maßnahmen zur Verfügung.
Axoneme-Bewegung
Die Beweglichkeit der Spermien ist von mehreren Stoffwechselwegen und Regulationsmechanismen abhängig.
Die axonemale Biegungsbewegung basiert auf dem aktiven Gleiten axonemaler Dublett-Mikrotubuli durch den molekularen Motor Dynein, der in einen äußeren und einen inneren Arm unterteilt ist. Äußerer und innerer Arm spielen unterschiedliche Rollen bei der Produktion und Regulation der Flagellenmotilität: Der äußere Arm erhöht die Schlagfrequenz, der innere Arm ist am Antrieb und der Ausbreitung der Flagellenbewegung beteiligt. Die Biegung des Flagellums ist auf nachfolgende Zyklen der Befestigung des Dynein-Arms, der Erzeugung von Kraft und der Ablösung an der B-Untereinheit zurückzuführen. Die Bindung des Axonems ist das Ergebnis des Vorhandenseins eines durch Dynein erzeugten Widerstands gegen das Gleiten der Mikrotubuli.
Dyneine auf den beiden Seiten des zentralen Paarapparates werden auf entgegengesetzte Weise durch ein Aktivierungs-/Deaktivierungsspiel reguliert, das durch den Radialspeichen-zentralen Paarapparat erzeugt wird, der die Biegung der Flagellen reguliert. Die Spermienmotilität wird durch mehrere Wege reguliert, und die wichtigsten sind der Calciumweg und der PKA-Weg. Diese Wege umfassen Ionen, Adenylylcyclase, cAMP, Membrankanäle und Phosphorylierungen.
Das erste Ereignis ist die Aktivierung eines Na + /HCO3 – (NBC) Co-Transporters und die Regulierung von HCO3 – /Cl – durch SLC26-Transporter, die zu einem Anstieg der HCO3 – -Spiegel führen.
Das zweite Ereignis ist die Aktivierung eines Na + /H + -Austauschers und des Protonenkanals Hv-1, was zu einer Erhöhung des pH-Wertes führt.
Diese Erhöhung des HCO3- und pH - Wertes führt zur Aktivierung des CatSper-Kanals, eines Spermienmembran-spezifischen Calciumkanals. CatSperm kann auch durch Progesteron und Albumin aktiviert werden. Sobald CatSper aktiviert ist, öffnet es sich und lässt Kalzium frei in die Zelle eindringen, mit einem globalen Anstieg des intrazellulären Kalziumspiegels.
Zusammen führt die Erhöhung von HCO3 – , pH und Calcium zur Aktivierung einer löslichen Adenylylcyclase (SAC oder SACY), die die Produktion von cAMP erhöht und zur Aktivierung von PKA, einer Proteinkinase, die mehrere Tyrosinkinasen phosphoryliert und führt, führt zu einer Phosphorylierungskaskade, die mit der Phosphorylierung des axonemalen Dyneins und dem Beginn der Flagellenbewegung endet.
Spermien-DNA-Schäden
Spermien - DNA - Schäden sind bei unfruchtbaren Männern häufig . Etwa 31 % der Männer mit Spermienmotilitätsstörungen weisen ein hohes Maß an Spermien- DNA-Fragmentierung auf .
Klassifikationen der Beweglichkeit
- Geradeaus bewegen,
- Zick-Zack-Bewegung,
- vibrierend,
- Nicht beweglich