آکروزوم اسپرم ساختمانی مشتق از دستگاه گلژی است که مانند یک کلاهک ناحیه قدامی هسته را میپوشاند و محتوی آنزیمهای هیدرولیتیک متعددی است(1).
آکروزوم از دو بخش قدامی و خلفی به نام سگمان استوایی تشکیل شده است(2). پس از ظرفیتگیری ، اسپرم توانایی اتصال به زوناپلوسیدا را به دست میآورد و به گیرندههای زوناپلوسیدا متصل میگردد (2). اتصال اسپرم به گیرندههای زوناپلوسیدا باعث آغاز واکنش آکروزومی میشود که گام مهمی در عمل لقاح است (3،2). واکنش آکروزومی شامل فیوژن ، وزیکوله شدن ، از دست دادن غشای آکروزومی خارجی و غشای پلاسمایی اسپرم روی آکروزوم، آزادسازی آنزیمهای آکروزومی است(2،4،5).
واکنش آکروزومی روند اگزوسیتوزی وابسته به کلسیم است که با فیوژن غشای آکروزومی و غشای پلاسمایی اسپرم و آزادسازی محتویات آکروزوم مشخص میگردد و در این روند وزیکولهای غشایی هیبرید تشکیل میشوند(6). فیوژن غشا و وزیکولهشدن برای نفوذ به زوناپلوسیدای اطراف تخمک لازم است(7). روند اگزوسیتوز، ناحیه قدامی سراسپرم را درگیر میکند و به طرف سگمان استوایی گسترش مییابد(8). در طی سرد نمودن اسپرم از دمای ˚C4 به صفر درجه سانتیگراد، غلظت یون کلسیم در داخل سلول افزایش مییابد. ازطرف دیگر فسفولیپیدهای غشایی در غشا اسپرم منجمدشده افزایش مییابد. افزایش فسفولیپید میتواند باعث شروع واکنش آکروزومی در اسپرم شود(29).
اعتقاد بر این است که فرآیند انجماد- ذوب به غشای پلاسمایی روی قسمت قدامی سر اسپرم و غشای آکروزومی زیرین آسیب میرساند و منجر به پارگی آکروزوم و کاهش ماتریکس آکروزومی میشود و در نتیجه باعث کاهش تعداد اسپرمهای عملکردی در دسترس برای تکنیکهای باروری کمک شده (ART) -به استثنای روش میکرواینجکشن (ICSI) - میگردد (10،9). هدف این مطالعه، بررسی میزان آسیب آکروزومی در خلال انجماد در فاز بخار میباشد.
در این بررسی تجربی- مداخلهای، از 20 مرد نابارور الیگواسپرم با تراکم اسپرم کمتر از 20 میلیون در میلیلیتر و 10 مرد بارور با تراکم اسپرم بیش از 100میلیون در میلیلیتر بعد از 48 ساعت خودداری از مقاربت، نمونه منی دریافت شد. نمونهها به طریق استمنا در داخل ظرف پلاستیکی دهان گشاد در بیمارستان الزهرا دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تبریز جمعآوری گردید. نمونهگیری از مهرماه تا دی ماه سال 1382 انجام شد. افراد الیگواسپرم برای درمان و افراد بارور ( افراد دارای حداقل یک فرزند و دارای اسپرموگرام طبیعی براساس معیارهای WHO) بهصورت داوطلبانه (پیرو درخواست محققین، با اعلام رضایت جهت همکاری در طرح) به آن مرکز مراجعه نمودند. به منظور مایع شدن ، نمونهها به مدت30-20 دقیقه در انکوباتور (˚C37) (Memmert, Germany) نگهداری شدند. پس از تبدیل مایع سیمن به حالت مایع، نمونهها براساس معیارهای سازمان بهداشت جهانی (1999) از نظر حجم، تعداد اسپرم، تحرک و مورفولوژی توسط دستگاه سیمن آنالیزر (Medical Electronics System, USA) (11) آنالیز و باقیماندة هر نمونه به دو قسمت با حجم l100 تقسیم شدند.
قسمت اول نمونههای افراد الیگواسپرم و بارور از نظر وضعیت آکروزوم به کمک رنگآمیزی سه گانه (12) بررسیشدند و قسمت دوم نمونهها در هر دو گروه جهت انجام انجماد در فار بخار (13) در محیط نگهداری اسپرم انسان HSPM)) (Fertipro, Belgium) آماده و منجمد گردید. پس از طی دو هفته نمونهها مجدداً ذوب و از نظر وضعیت آکروزوم مورد بررسی قرار گرفتند.
برای انجام رنگآمیزی سه گانه µl 100 از مایع سیمن مایع شده برداشت و سپس µl100 محلول تریپان بلو 1% (Merck,Germany ) به آن افزوده شد.
پس از مخلوط نمودن، نمونهها به مدت 30 دقیقه در انکوباتور ˚C37 حاوی CO2 ((LEEC, UK قرار داده شد. بعد از طی این مدت لوله از انکوباتور خارج و ml5/0 محیط کشت (Seromed, Germany)Ham’s F10 به محلول داخل لوله اضافه شد و دو بار با دور2500 و هر بار به مدت 10 دقیقه سانتریفوژ (Hettich EBA 3S, Germany) گردید. بعد از سانتریفوژ، مایع رویی دور ریخته شد و از رسوب ته لوله نمونه برداشته شد و روی دو لام اسمیر تهیه گردید. لامها بعداز خشک شدن در مجاورت هوا، با گلوتارآلدیید 3% بهمدت 30 دقیقه ثابت شدند. سپس لامها بهمدت 10 دقیقه در دمای ˚C40 با رنگ بیسمارک براون 2/0% (Merck, Germany) انکوبه و بعد از شستشوی کامل با آب دیونیزه مجدداً خشک شدند. در مرحله بعد لامها به مدت 25 دقیقه با محلول رز بنگال 1% (Sigma-Aldrich,Germany) رنگآمیزی و سپس با آب دیونیزه کاملاً شستشو شدند تا مانع از رسوب رنگ اضافی روی لام گردد. بعد از خشک شدن در مجاورت هوا، در هر لام توسط میکروسکوپ نوری(Olympus BH2,Japan) با بزرگنمایی 1000 تعداد 100 اسپرم شمارش شد.
اسپرمهای مشاهده شده بر اساس رنگ آکروزوم و سیتوپلاسم به چهار گروه دستهبندی شدند: زنده با آکروزوم دست نخورده، زنده بدون آکروزوم، مرده با آکروزوم دستنخورده، مرده بدون آکروزوم. در اسپرمهای مرده، نیمه تحتانی سر اسپرم با تریپان بلو رنگ گرفت و به رنگ آبی تیره دیده شد ( شکل 1، الف و ج). درصورتیکه در اسپرمهای زنده، ناحیه فوق با بیسمارک براون رنگ گرفت و به رنگ زرد دیده میشد ( شکل 1، ب و د). اگر آکروزوم دست نخورده باقیمانده بود ناحیه آکروزومی در اسپرمهای مرده یا زنده به رنگ صورتی روشن (شکل 1، ج ود) و اگر آکروزوم پاره شده بود ناحیه قدامی اسپرم بیرنگ دیده شد (شکل 1، الف و ب). نتایج حاصل از شمارش اسپرمها قبل و بعد از انجماد در هر گروه با استفاده از نرمافزار آماری SPSS نسخه 11.5 تحت محیط Windows با آزمون t-test Paired آنالیز گردید. سطح معنیداری 95% و درصد خطا 05/0 در نظر گرفته شد. برای انجماد سریعµl 500 مایع سیمن مایع شده در داخل کرایوتیوب با حجم µl 8/1 ریخته شد که در پشت آن مشخصات مریض نوشته شده بود. سپس µl 350 محیط نگهداری اسپرم انسان (HSPM) با ترکیب گلیسرول، 4/0% HSA و Hepes به آرامی اضافه و مخلوط شد. سپس کرایوتیوب به مدت 30 دقیقه در فاصله cm20 بخار ازت مایع قرار داده شد. در مرحله آخر کرایوتیوب به داخل تانک ازت مایع منتقل شد.
بعد از گذشت دو هفته نمونهها ذوب گردیدند.
برای ذوب نمودن نمونهها، کرایوتیوبها از داخل تانک ازت مایع خارج و به داخل ظرف حاوی نیتروژن مایع منتقل گردید و بعد از 30 ثانیه از ظرف ازت مایع خارج شد و به مدت 5 دقیقه در ظرف آب گرم با دمای ˚C37 قرار گرفت تا نمونهها به صورت مایع درآیند. سپس تمامی مراحل رنگآمیزی مشابه مرحلة قبل از انجماد برای تمامی نمونههای دو گروه انجام شد.
در ایـن مطالعـه اثـرات انجماد در فاز بخار- ذوب بر حیات و وضعیت آکروزوم در اسپرم افراد بارور و نابارور الیگواسپرم مورد بررسی قرار گرفت که نتایج بهدست آمده به شرح زیر میباشد.
نتایج حاصل از آنالیز سیمن در مردان الیگواسپرم و بارور و ارزیابی آکروزوم در جداول شمارة 1و2 خلاصه شده است. براساس این نتایج در شـرایط قبـل از انجمـاد در فاز بخار، میانگین درصد اسپرمهای زنده با آکروزوم دست نخورده در افراد الیگواسپرم 64/3±26 و در افراد بارور 07/4 ±37/33 بود که پس از انجماد- ذوب در افراد الیگواسپرم به 82/1±6/11 و در افراد بارور به 97/2± 87/9 کاهش یافت. کاهش درصد اسپرمهای زنده با آکروزوم دست نخورده در افراد الیگواسپرم و بارور قبل و بعد از انجماد در فاز بخار از نظر آماری معنیدار میباشد(05/0< P). ضمناً میانگین درصد اسپرمهای زنده بدون آکروزوم درافراد الیگواسپرم قبل از انجماد در فاز بخار 56/3±94/24 و در افراد بارور 59/4 ± 12/42 بود که پس از انجماد و نگهداری به مدت دو هفته به 16/2±33/17 و در افراد الیگواسپرم و به 43/2±75/14 در افراد بارور کاهش یافت. کاهش درصد اسپرمهای زنده بدون آکروزوم در افراد الیگواسپرم و بارور قبل و بعد از انجماد در فاز بخار از نظر آماری معنیدار میباشد(05/0< p).
از طرفـی در شـرایط قبل از انجمـاد در فـاز بخار، میانگین درصد اسپرمهای مرده با آکروزوم دست نخورده در افراد الیگواسپرم 24/4±83/26 و در افراد بارور 87/1±62/13 بود که پس از انجماد و ذوب مجدد آن، به 32/4±38/37 در افراد الیگواسپرم و به 34/2±5/28 در افراد بارور افزایش یافت. افزایش درصد اسپرمهای مرده با آکروزوم دستنخورده در افراد الیگواسپرم و بارور قبل و بعد از انجماد از نظر آماری معنیدار بود(05/0< P). همچنین میانگین درصد اسپرمهای مرده بدون آکروزوم در افراد الیگواسپرم قبل از انجماد در فاز بخار94/2±6/22 و در افراد بارور 34/2± 87/10 بود که پس از انجماد و ذوب مجدد آن، آنالیز مایع سیمن نشان داد که در افراد الیگواسپرم به 98/3 ± 16/34 و در افراد بارور به 49/3 ± 87/46 افزایش یافت. افزایش درصد اسپرمهای مرده بدون آکروزوم در افراد الیگواسپرم و بارور قبل و بعد از انجماد از نظر آماری معنیدار بود(05/0< p). میانگین درصد اسپرمهای زنده با آکروزوم دست نخورده قبل از انجماد در افراد الیگواسپرم 64/3 ± 26 و در افراد بارور 07/4±37/33 بود که از نظر آماری اختلاف میانگین بین دو گروه افراد الیگواسپرم و بارور معنیدار نبود. بعد از انجماد نمونهها و نگهداری به مدت دو هفته و ذوب آنها، میانگین درصد اسپرمهای زنده با آکروزوم دست نخورده در افراد الیگواسپرم به 82/1±16/11% و در افراد بارور به 97/2±87/9% تقلیل یافت. اختلاف میانگین بین دو گروه افراد الیگواسپرم و بارور از نظر آماری معنیدار نیست. ضمناً میانگین درصد اسپرمهای زنده بدون آکروزوم قبل از انجماد در افراد الیگواسپرم 56/3±94/24 و در افراد بارور 59/4±12/42 بود که از نظر آماری اختلاف میانگین بین دو گروه معنیدار نبود. بعد از انجماد و ذوب مجدد آنها، میانگین درصد اسپرمهای زنده بدون آکروزوم در افراد الیگواسپرم به 16/2±33/17 و در افراد بارور به 34/2±75/14 تقلیل یافت که اختلاف میانگین بین دو گروه از نظر آماری معنیدار نبود. میانگین درصد اسپرمهای مرده با آکروزوم دست نخورده قبل از انجماد در افراد الیگواسپرم 24/4±83/26 و در افراد بارور 87/1±62/13 بود که از نظر آماری اختلاف میانگین بین دو گروه معنیدار میباشد (05/0< P). بعد از انجماد و ذوب مجدد آنها، میانگین درصد اسپرمهای مرده با آکروزوم دست نخورده در افراد الیگواسپرم به 32/4 ± 38/37 و در افراد بارور به 34/2±5/28 افزایش یافت. اختلاف میانگین بین دو گروه از نظر آماری معنیدار بود (05/0< P). همچنین میانگین درصد اسپرم های مرده بدون آکروزوم قبل از انجماد در افراد الیگواسپرم 94/2 ± 16/22 و در افراد بارور 34/2± 87/10 بود که از نظر آماری اختلاف میانگین بین دو گروه معنی دار نبود. بعد از انجماد در فاز بخار به مدت دو هفته و ذوب آنها، میانگین درصد اسپرم های مرده بدون آکروزوم در افراد الیگواسپرم به 98/3 ±16/34 و در افراد بارور به 49/3±87/46 افزایش یافت. بین میانگین دو گروه از نظر آماری اختلاف معنیدار مشاهده نشد.
امروزه علیـرغـم استفاده از پـروتکلهای مـدرن بـرای انجمـاد مایع منی انسان بعد از ذوب، پارامترهای کمی و کیفی اسپرمهای زنده در مقایسه با نمونه قبل از انجماد رضایت بخش نیست و میزان باروری حاصل از اسپرمهای نمونه منجمد شده در مقایسه با نمونه تازه کمتر است (16-14). بنابراین بررسی پروتکلهای مختلف انجماد و اثرات و عوارض جانبی آنها برای پیبردن به علل کاهش باروری پس از انجماد از اهمیت فراوانی برخوردار میباشد. مطالعه حاضر در همین راستا و برای بررسی اثرات انجماد بر آکروزوم و به تبع آن واکنش آکروزومی انجام گرفت.
از آنجا که تعداد زیادی از افراد ناباروری که از روشهای کمک باروری (ART) استفاده میکنند الیگواسپرم میباشند در بررسی حاضر وضعیت مایع منی در افراد بارور و الیگواسپرم و اثرات انجماد بر پارامترهای فوق در افراد بارور و الیگواسپرم مطالعه و با یکدیگر مقایسه گردید.
این یافتهها بیانگر اثرات تخریبی انجماد بر کیفیت و کمیت اسپرمها میباشد و نشان میدهد که اسپرمهای زنده با آکروزوم دست نخورده و بدون آکروزوم هردو به اثرات انجماد در فاز بخار، آسیبپذیر میباشند. از این نظر افراد بارور و الیگواسپرم مشابه هم میباشند و بنابراین میتوان گفت اسپرمهای افراد الیگواسپرم نسبت به انجماد حساستر از افراد گروه بارور نمیباشد. از طرف دیگر، افزایش تعداد اسپرمهای مرده با آکروزوم دست نخورده و بدون آکروزوم پس از انجماد و ذوب دقیقاً با کاهش تعداد اسپرمهای زنده مطابقت مینماید و بیانگر این واقعیت است که انجماد در فاز بخارو ذوب نه تنها باعث مرگ اسپرم بلکه باعث آسیب آکروزوم نیز میگردد. اثرات انجماد در فاز بخارو ذوب بر اسپرمها از این لحاظ نیز در افراد بارور و الیگواسپرم کاملاً مشابه میباشد. بر این اساس میتوان گفت کیفیت اسپرمها در افراد الیگواسپرم در مقایسه با افراد بارور متفاوت نمیباشد. این نتایج با یافتههای Cross و همکاران (17) و Hammadeh و همکاران (13) مطابقت دارد. آنها نیز نشان دادند که روند انجماد- ذوب باعث کاهش معنیدار در اسپرمهای با آکروزوم دست نخورده میگردد و درصد اسپرمهای با آکروزوم آسیب دیده نیز بعد از انجماد افزایشمییابد. همچنین در تأیید یافتههای مطالعه حاضر نشان داده شده است که انجماد اسپرم به ساختمان آکروزوم آسیب میرساند(18).
Hammerstedt و همکاران (19) وAlvarez & Storey (20) نشان دادند که روند انجماد و ذوب باعث کاهش متابولیسم اسپرم میگردد و به غشای پلاسمایی اسپرم صدمه میزند که منجر به کاهش اسپرمهای عملکردی مورد نیاز برای ART میشود. Drobnis و همکاران (21) نشان دادند که انجماد باعث افزایش ناپایداری آکروزوم اسپرم در دستگاه تولید مثل ماده میگردد. محققان دیگر بیشتر روی تغییرات مورفولوژی اسپرم همانند دم پیچ خورده، غشاهای صدمه دیده و آکروزومهای آسیب دیده تاکید دارند(22). فرض آنها بر این است که اســپرمهای صــدمه دیده طــی انجماد باعث افزایش تولید ROS میگردد که میتواند به اسپرمهای نرمال موجود در همان نمونه آسیب بزند(22).
براساس نتایـج این مطالعه میتوان نتیجهگیری نمود که وجـود مواد محافظ در محیط انجمادی به علت اختلاف فشار اسموتیک به غشای پلاسمایی اسپرم آسیب میرساند و از طرفی سرد نمودن شدید اسپرم در هنگام انجماد، آسیب زیادی به غشای پلاسمایی روی قسمت قدامی سر اسپرم و غشای آکروزومی زیرین ایجاد مینماید که منجر به پارگی آکروزوم و کاهش ماتریکس آکروزومی میگردد. آکروزوم برای قابلیت لقاح اسپرم ضروری است. چونکه آنزیمهای آکروزومی برای رسیدن اسپرمها به غشای پلاسمایی اووسیت ضروری است و آسیب آکروزوم با کاهش قدرت لقاح همراه است، بنابراین باید درصد مواد تشکیلدهنده محیط انجماد اسپرم به نحوی اصلاح گردد که اسپرم حداقل آسیب را متحمل شود. این امر به خصـوص در افـراد الیگواسپرم که تعداد اسپرمهای زنده و متحرک آنها محدود است اهمیت زیادی دارد.
در ارتبـاط با اثـرات انجماد و ذوب بر اسپرم عقیده کلی بر این است که روند انجماد – ذوب اسپرم انسان منجر به کاهش سرعت حرکت اسپرم، تغییر الگوی نفوذ در موکوس سرویکس، تغییر ساختمان آکروزوم و غشای پلاسمایی در کنار کاهـش فعـــالیت پروتئــاز آکــروزومی (آکـروزین) میگردد(16، 15).
فاکتور عمده در تغییر ساختمان غشاء پلاسما، اثرات اسموتیک روند انجماد- ذوب بوده که به تغییر قابلیت نفوذ غشاء و در نهایت به مرگ سلولی منتهی میگردد. علاوه بر کاهش فعالیت آنزیمی، سایر آسیبهای کشنده مانند دهیدراتاسیون و رهیدراتاسیون سلولی فعالیت آبشار پراکسیداسیون لیپیدی، تولید ROS و آسیب اکسیداتیو ناشی از آن باعث کاهش کیفیت اسپرم طی روند انجماد میگردد(23، 16). آسیب سلولی در هنگام انجماد معمولاً از پارگی غشا به علت تشکیل کریستالهای یخ داخل سلولی طی انجماد آهسته و یا به علت تغییر فاز مایع و افزایش پـراکسیداسیون لیپید ناشی میگردد (26-24،15). در طی انجماد سیالیت غشا کاهش و هنگام ذوب افزایش مییابد. این کاهش و افزایش با تغییر ترکیب فسفولیپیدهای غشایی همراه است(27). ناپایداری غشا یک گام ضروری در روند فیوژن دو غشاء طی روند انجام واکنش اکروزومی است(28).
در مطالعه حاضر اثرات انجماد در فاز بخاربر روی آکروزوم در اسپرمهای افراد بارور و نابارور (الیگواسپرم) بررسی شده است. نتایح بدست آمده از بررسی حاضر نشان میدهد که انجماد بدون توجه به کیفیت اسپرمها (در افراد بارور و نابارور) موجب افزایش پارگی آکروزوم و واکنش آکروزومی خودبه خودی (در غیاب اووسیت) میگردد. این امر میتواند در میزان انجام لقاح در IUI و IVF و در نتیجه میزان باروری موثر باشد.
بدینوسیله از معاونت محترم پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی، درمانی تبریز که بدون حمایت مالی آن معاونت انجام این بررسی امکانپذیر نمیگردید، همچنین از پژوهشکده ابنسینا به لحاظ همکاری در اجرای این پروژه تشکر و قدردانی میگردد.