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.
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.
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.
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