Захисні середовища для сперми тварин: еволюція методів і актуальні аспекти (оглядова)

DOI: 10.32900/2312-8402-2023-129-182-197

Сушко О. Б.,
к. с.-г. н., с.н.с.,
https//orcid.org/0000-0003-3552-064X,
Інститут тваринництва НААН,
Жегунов Г. Ф.,
д.б.н., професор,
https//orcid.org/0000-0003-0104-7890,
Державний біотехнологічний університет,
Савельєва М. С.,
к.с.-г. н.,
https//orcid.org/0000-0003-2221-933Х,
Єлецька Л. М.,
наук. спів.,
https//orcid.org/0000-0001-6029- 0183Х,
Мартинюк І. М.,
к.с.-г. н.,
https//orcid.org/0000-0003-3552-064Х,
Інститут тваринництва НААН

Ключові слова: штучне осіменіння, середовища, сперма, тварини, бугаї, жеребці, кріопротектори, заморожування


Представлено ретроспективний огляд вітчизняних та іноземних джерел літератури, а також дані опублікованих власних досліджень щодо кріоконсервування сперми тварин. Наведено основні історичні етапи створення захисних середовищ для глибокого заморожування сперми.
У 30 роках минулого сторіччя було відкрито явище, що характеризується загибеллю сперміїв при різкому охолодженні в діапазоні плюсових температур. Воно назване температурним шоком сперміїв. Для його запобігання запропоновано введення до складу розбавників речовин, що містять фосфоліпіди. Такі середовища можуть містити як прості компоненти – нативний жовток курячого яйця або молоко, так і високотехнологічні – ліпопротеїни, ізольовані фосфоліпіди різного походження. Для стабілізації білково-ліпідних комплексів плазматичних мембран і акросом сперміїв в процесі охолодження до складу розбавників вводять вуглеводи. Цукри є компонентами енергозабезпечення для сперміїв і поряд із солями вони є основними осмотичними регуляторами. Традиційною вважалась за необхідне комбінація двох-трьох вуглеводів у середовищі. Проте харківською школою репродуктологів на значному практичному досвіді доведено можливість створення ефективних захисних середовищ за застосування лише одного цукру – сахарози або лактози. Показано ефективність заморожування статевих клітин залежно від застосованих кріопротекторів. Гліцерин – перший відомий ендоцелюлярний кріопротектор, який до теперішнього часу є неперевершеним при кріоконсервуванні сперми плідників. Представлено власні експериментальні дані щодо впливу комбінацій гліцерину з речовинами групи амідів на основні біологічні показники сперми після деконсервації. У власних експериментах на спермі жеребців було випробувано кріопротектори диметилацетамід (ДМАЦ) і диметилформамід (ДМФА). У дослідах вивчали вплив різних концентрацій вищезазначених проникаючих кріопротекторів як на основні фізіологічні характеристики сперми жеребців (рухливість, виживаність), так і на ступінь ушкодження мембранного апарату сперміїв. Доведено ефективність певних комбінацій цих речовин.
Представлено методи запобігання негативному впливу кисню і розвитку процесів перекисного окислення ліпідів у спермі в процесі кріоконсервування. Розкрито поняття щодо застосування у розбавниках додаткових гормональних компонентів, зокрема простагландину F2a. Відображено матеріали відносно впливу на якість статевих клітин сануючих препаратів.

Бібліографічний список

  1. Смирнов И. В., Милованов В. К., Соколовская И. И. Диплом на открытие № 103 «Экспериментально установлено неизвестное раннее свойство живчиков млекопитающих сохранять биологическую полноценность и генетическую информацию после замораживания при температуре ниже -20 оС, например, в сжиженных газах с получением нормального потомства от замороженого семени» с приоритетом от июня 1947 года.
  2. Милованов В. К. Искусственное осеменение сельскохозяйственных животных. М.: Сельхозгиз. 1936. 192 с.
  3. Милованов В. К., Соколовская И. И. Теория холодового удара живчиков млекопитающих. Животноводство. 1960. №1. С. 44-45
  4. Милованов В. К., Селиванова О. А. Разбавители для спермы сельскохозяйственных животных. Проблемы животноводства. 1932. № 2. С. 75
  5. Осташко Ф. И. Глубокое замораживание и длительное хранение спермы производителей. Киев: Урожай, 1968. 254 с.
  6. Белоус А. М., Бондаренко Т. П., Бондаренко В. А. Молекулярные механизмы криоповреждения мембранных структур. Криобиология и криомедицина, 1979, вып.5, C. 3-13.
  7. Пушкарь Н. С., Белоус А. М., Цветков Ц. Д. Теория и практика криогенного и сублиминационного криоконсервирования. Киев: Наук. Думка, 1984. 263 с.
  8. Белоус А. М., Бондаренко В. А. Структурные изменения биологических мембран при охлаждении. Киев: Наук. Думка, 1982. 255 с.
  9. Бугров А. Д. Криоконсервация и криозащита спермиев быков при глубоком замораживании. Харьков: Институт животноводства НААН, 2015. 330 с.
  10. Курбатов А. Д., Платов Е. М., Корбан Н. В. Криоконсервация спермы сельскохозяйственных животных. Л.: Агропромиздат, 1988. 256 с.
  11. Павленко М. П. Нові альтернативні антишокові компоненти рослинної природи і їхній вплив на кріорезистентність та біологічні показники статевих клітин бугаїв при кріоконсервації у безжовткових середовищах. Розведення і генетика тварин. К. : Аграрна наука, 2001. № 34. С. 24-30
  12. Сушко А. Б., Павленко Б. М., Савельєва М. С., Кіндя В. І. Протективное действие сред для разбавления спермы быков, изготовленных с применением альтернативных антишоковых компонентов. Науково-технічний бюлетень Інституту тваринництва НААН. Харків. 2013. № 109 С. 205-211.
  13. Chelucci S., Pasciu V., Succu S., Addis D., Leoni G. G., Manca M. E., Naitana S., Berlinguer F. Soybean lecithin-based extender preserves spermatozoa membrane integrity and fertilizing potential during goat semen cryopreservation. Theriogenology. 2014 Dec 13. pii: S0093-691X(14) article in press.
  14. Mutalik S., Salian S. R, Adiga S. K. Liposome encapsulated soy lecithin and cholesterol can efficiently replace chicken egg yolk in human semen cryopreservation medium. Syst. Biol. Reprod. Med. 2014. 60(3) Р. 183-188.
  15. Sharafi M., Zhandi M., Akbari S.A Supplementation of soybean lecithin-based semen extender by antioxidants: complementary flowcytometric study on post-thawed ram spermatozoa. Cell Tissue Bank. 2014. Jun 8.
  16. Najafi A., Najafi M., Zanganeh Z., Adeldust H. Cryopreservation of ram semen in extenders containing soybean lecithin as cryoprotectant and hyaluronic acid as antioxidant. Reprod Domest Anim. 2014. 49 (6) Р. 934-40.
  17. Motlagh M. K. Antioxidant effect of rosemary (Rosmarinus officinalis L.) extract in soybean lecithin-based semen extender following freeze-thawing process of ram sperm. Cryobiology. 2014. 69 (2). Р. 217-222.
  18. Najafi A., Motlagh M. K., Sharafi M., Zhandi M. Different concentrations of cysteamine and ergothioneine improve microscopic and oxidative parameters in ram semen frozen with a soybean lecithin extender. Cryobiology. 2014. 69(1) Р. 68-73.
  19. Anzar M., Rajapaksha K., Boswall L. Egg yolk-free cryopreservation ofbullsemen. Plos one. 2019. 1-18 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223977.
  20. Лопатко М., Тюпина Л. Замораживание спермы быка без глицерина. Молочное и мясное скотоводство. 1971. № 4, с. 24
  21. Storey B. T., Noiles E. E., Thompson K. A. Comparison of glycerol, other polyols, trehalose, and raffinose to provide a defined cryoprotectant medium for mouse sperm cryopreservation. Cryobiology. 1998. Vol. 37, № 1. Р. 46–58.
  22. Sztein J. M., Noble K., Farley J. S., Mobraaten L. E. Comparison of permeating and nonpermeating cryoprotectants for mouse sperm cryopreservation. Cryobiology. 2001. Vol. 41, № 1. P. 28–39.
  23. Курбатов А. Д. , Платов Е. М., Корбан Н. В. Криоконсервация спермы сельскохозяйственных животных Л.: Агропромиздат. 1988. 256 с.
  24. Осташко Ф. І., Руденко Є. В., Сушко О. Б., Савельєва М. С. та ін. Національна технологія кріоконсервації та використання сперми племінних плідників у системі крупномасштабної селекції (Харківська технологія асептичного одержання кріоконсервації сперми бугаїв в облицьованих гранула) Мін. АПУ. Національна академія аграрних наук України. ІТ НААН. Харків. 2011. 98 с.
  25. Осташко Ф. И. Биотехнология воспроизведения крупного рогатого скота. Київ: Аграрна наука. 1995. 184 с.
  26. Платов Е. М., Волков А. С. Технология замораживания спермы барана. Овцеводство. 1978. № 9. с. 35-36.
  27. Платов Е. М., Малиновский А. М., Леонтьева Л. И. и др. Итоги и перспективы замораживания спермы. Овцеводство. 1981. № 9. с. 34-36.
  28. Poldge C., Smith A., Parkes A. Revival of spermatozoa after vitrification and dehydration at low temperatures. Nature (London). 1949. 164. N Р. 666
  29. Бернштейн А. Д., Петропавловский В. В. Влияние неэлектролитов на переживание сперматозоидов. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. сообщений 111. 1937. Т. 3, № 1. С. 21-25.
  30. Максимов Н. А. О вымерзании и холодостойкости растений. Экспериментальные и теоретические исследования. Известия Санкт-Петербургского лесного института. 1913. 149 с.
  31. Белоус А. М., Шраго М. И., Пушкарь Н. С. Криоконсерванты. Киев: Наук. думка, 1979. 198 с.
  32. Büyükleblebici S., Barbaros P. T., Numan M. B., Ayşe E., Sarıözkan S., Taşdemir U., ÜnlüEndirlik B. Cryopreservation of bull sperm: Effects of extender supplemented with different cryoprotectants and antioxidants on sperm motility, antioxidant capacity and fertility results Reprod Science Anim. 2014 30. https://doi.org/10.1016/j.anireprosci.2014.09.006
  33. Белоус А. М., Грищенко В. И., Паращук Ю. С. Криоконсервация репродуктивных клеток. Киев: Наук. думка, 1986. 208 с.
  34. Бугров А. Д. Изучение криозащитных свойств ряда соединений при замораживании спермы быков. Научно-технический бюллетень НИИ животноводства Лесостепи и Полесья УССр. Харьков 1980. № 28. С. 73-77.
  35. Бугров А. Д., Осташко Ф. И. Роль некоторых криопротекторов при замораживании спермы. Криобиология и криомедицина. 1980. № 6. С. 5-9.
  36. Бугров А. Д. Криоконсервация и криозащита спермиев быков при глубоком замораживании. Изд. 2-е, дополненное и переработанное, Харьков. Институт животноводства НААН. 2015. 330 с.
  37. Линник Т. П. Амиды алифатических кислот – эффективные криопротекторы. I. Физико-химические свойства соединений ряда амидов. Проблемы криобиологии. 1998. № 3. С. 21–28.
  38. Линник Т. П. Амиды алифатических кислот – эффективные криопротекторы. II. Криозащитные свойства соединений ряда амидов. Проблемы криобиологии. 1999. № 2. С. 22–32.
  39. Сушко О. Б., Сморонг З., Бохенек М., Міщенко А. Г. Ушкодження мембран сперміїв жеребця при різних методах кріоконсервації. Науково-технічний бюлетень Інституту тваринництва НААН. Харків. 2010. №102. С. 147-152.
  40. Сахацкий Н. И., Терещенко А. В., Артеменко А. Б. и др. Разработка защитной среды для консервации спермы петухов. Научно-техн. бюл. УкрНИИП, Харьков. 1988. Вып. 24. С. 29–32.
  41. Линник Т. П., Терещенко А. В., Артеменко А. Б. Влияние белковых добавок к криозащитной среде на сохранность спермиев петухов при криоконсервировании. Проблемы криобиологии. 1996. № 2. С. 35–39.
  42. Осташко Ф. И. Глубокое замораживание и длительное хранение спермы производителей. Киев: Урожай. 1978. 256 с.
  43. Aitken R. J. Free radicals, lipid peroxidation and sperm function. Reprod Fertil Dev. 1995. 7. Р. 659–68.
  44. Мартинюк І. М. Структурно-функціональний стан сперматозоїдів півня та індика під дією кріопротекторів і низьких температур. автореф. дис. … канд. біол. наук: 03.00.19. „Кріобіологія”. Харків, 2011. 21 с.
  45. Roujeinikova S., Sedelnikova de G. J. Boer Inhibitor binding studies on enoyl reductase reveal conformation changes related to substrate recognition. Boil Chem. 1999. Vol. 247, № 43. P. 811-817.
  46. Borges J. C., Silva M. R., Rodrigues L. Effect of antioxidant in the cryopreserved bovine semen evaluated by artificial insemination and in vitro fertilization. Reprodaction in Domestic Animals Book of Abstracts of the 16 – th International Congress on Animal Reproduction. Budapest, Hungary, 2008. Vol. 43, supplement P. 231-232.
  47. Подуфалий В. В., Черкашина И. В., Кучков И. Н. Процессы перекисного окисления липидов в активно-подвижной фракции спермиев человека, выделенной до и после криоконсервирования. ІПКіК. Харків. 2008. Т. 18, № 4. С. 520-523.
  48. Кава С. Й., Яремчук І. М., Остапів Д. Д. Ліпопротеїни сперми бугая за додавання антиоксидантів у розріджувач. НТЖ інст. біол.твар. Лв. 2010. Т. 12, № 1. С. 76-81
  49. Савельєва М. С. Концентрація продуктів перекисного окислення ліпідів при підготовці та після кріоконсервування сперми бугаїв-плідників. Наук. вісн. Луганського національного аграрного університету. Луганськ: „Елтон-2”, 2011. № 31. С. 157–160.
  50. Савельєва М. С. Поліпшення якісних показників сперми племінних бугаїв у процесі заготівлі, кріоконсервування і штучного осіменіння: дис. … канд. с-г. наук за спеціальністю 06.02.01 – розведення та селекція тварин. ІТ НААН, Харків, 2013.
  51. Edqvist, S., Einarsson, S. and Gustafsson, B. Effect of prostaglandin F 2αon sperm transport in the reproductive tract of the ewe. Acta. Vet. Scand. 1975. 16 Р. 149-151
  52. Gustafsson, B., Edqvist, S., Einarsson, S. and Linge, F. The fertility of deep frozen ram semen supplemented with PDF2α Acta. Vet.Scand. 1975. 16. Р. 468-470.
  53. Dimov, V. and Stefanov, G. Studies on the content of prostaglandin and fertility of sheep semen. Proc Int. Conf. Prostaglandins. (Florence) Italy. 1975. 108
  54. Convey R. V., Beck T. W., Neitzel, R Release of HL following, intrauterine administration gonadotropinreleasing hormone. Can. J. Ahim, Sci. 1980. 60, Р. 1023-1026.
  55. Сушко О. Б. Співвідношення різних форм оваріальних дисфункцій у корів високопродуктивних молочних стад. Таврійський науковий вісник. Херсон: ОЛДІ-ПЛЮС. 2018. Вип. 99. с. 203-209
  56. Лисин В. И., Сушко А. Б. Результаты применения сурфагона в практике искусственного осеменения кроликов. Науково-технічний бюлетень Інституту тваринництва НААН. Харків. 2013. № 109. С. 174-181
  57. Бугров О. Д., Тихона Г. С., Скляров П. М. Використання комплексу антибіотиків гентаміцину з ампіциліном для деконтамінації ембріоноів та сперми бугаїв. Сучасні проблеми ветеринарної медицини, зооінженерії, технологій продуктивних тваринництва : зб. матеріалів міжнар. наук.- практ. конф. м. Львів, 9-11 жовт. 1997 р.  М-во АПК України. Львів. акад. вет. медицини ім. С. З. Гжицького. Львів, 1997. С. 121-122.
  58. Бугров О. Д., Скляров П. М. Додавання гентаміцину та ампіциліну в середовища для заморожування сперми бугаїв. Науково-технічний бюлетень УААН. Харків. 1998. № 75. С. 53-57.
  59. Бугров О. Д., Скляров П. М. Додавання антибіотиків в сперму бугаїв. Проблеми зооінженерії та ветеринарної медицини. Харків. 1998. Вип. № 27. С.52-54.
  60. Скляров П. Н. Использование комплекса антибиотиков гентамицина и ампициллина для санации спермы и эмбрионов. Використання трансплантації ембріонів в селекції вітворення сільськогосподарських тварин : матеріли міжнар. наук.-вироб. конф. Асканія-Нова, жовт. 1997 р. УААН. Нац. об-ня по плем.справі у тваринництві, Ін-т тваринництва степ. р-нів ім. М.Ф. Іванова «Асканія-Нова». 1997. С. 78-79.
  61. Скляров П. М Вплив комплексу антибіотиків гентаміцин ампіцилін на переживаємість і запліднювальну здатність бугаїв-плідників. Проблеми зооінженерії та ветеринарії, медицини. Харків. 1998, C. 36-38.