Andrologie
Soňa Kloudová
sona.kloudova@med.muni.cz
5.3.2024
Savba spermie
• Hlavička
• Spojovací část (krček)
• Bičík: střední část (mitochondriální spirála, nejsilnější), hlavní část (nejdelší, chráněná pláštěm,
koncová část (krytá pouze buněčnou membránou, nejtenčí)
Velikost lidské spermie: 56–59μm Velikost kančí spermie: 48–54μm
hlavička: délka 4,5 μm, šířka 2,5–3,5 μm hlavička: délka 6-8μm
bičík: 54 μm (střední část 4–5 μm, hlavní část 46 μm) bičík: 31-46 μm
Spermie –WikiSkripta
Hlavička
• 3 části: anteriorní část (apikální akrozom), ekvatoriální segment a
posteriorní část
• Jádro-vyplňuje většinu prostoru, udává tvar, obsahuje DNA,
během spermiogenese inaktivace DNA, náhrada histonů
protaminy-kovalentní disulfidické vazby mezi cysteinovými zbytky
proteinů-stabilizace chromatinu + kondenzace DNA
• Perinukleární théka–proteiny stabilizované disulfidovou vazbou,
tvořící pevnou matrix –ochrana jádra, drží tvar
https://www.researchgate.net/figure/SEM-view-of-Rabbit-sperm-head-ac-acrosome-
n-nucleus-es-equatorial-segment_fig4_279937301
https://www.researchgate.net/figure/Section-of-a-
sperm-head-of-a-bull-showing-principal-and-
equatorial-segments-of-acrosome_fig1_16360374
• Akrozom – specializovaná sekreční organela, obsahující trávící enzymy; původem z GA,
ale zakládá se již v raném stádiu spermatogeneze (organela podobná lysozomu) ;
anteriorní segment a ekvatoriální segment akrozomu -ve střední části spermie
vnější akrozomální membrána (pod plasmatickou membránou spermie - receptory nutné pro
interakci se ZP oocytu), vnitřní akrozomální membrána
• Obsah akrosomu: akrosin, hylauronidáza, serinová proteináza, proteázy, glykosidázy, polotuhé
matricové proteiny s vysokou elektronovou hustotou; podílí na akrozomální reakci, na interakci
spermie se ZP, některé funkce molekul akrozómu jsou stále nejasné
• Akrosin–výhradně v akrozomech spermií, uskladněn je tam ve formě neaktivního zymogenu
(proakrosin)
• Hyaluronidáza–štěpí ECM cumulus oophorus oocytu
• Akrosin, hyaluronidáza a serinová proteináza hrají významnou úlohu při fertilizaci
• Při akrozomální reakci akrozomální membrána splyne s plasmatickou membránou spermií a
dochází k uvolnění enzymů → štěpení ZP a membrány oocytu
Schematické znázornění vyvíjející se spermatidy
• Vyvíjející se spermatida má prodlužující se jádro
obklopené perinukleárním prstencem a
mikrotubulovou manžetou.
• Akrozom se vyvíjí nad jádrem, ke kterému je
připojen pomocí akroplaxomu
Podle nejnovějších výzkumů metabolismu spermií akrozom považujeme za organelu související s lysosomy
(LRO - lysosome related organel)–probíhají v něm biosyntetické i endocyticképrocesy
Frontiers | Mechanism of Acrosome Biogenesis in Mammals (frontiersin.org)
Tvarování hlavičky spermie je koordinováno mimo jiné i jadernou kondenzací.
Na tvarování hlavy do druhově specifické morfologie (např. háčkovitý tvar u myší
a oválný tvar u lidí) se podílejí dvě odlišné subcelulární struktury – akroplaxom a manchette
(manžeta).
Ukotvení akrozomu k povrchu jádra je zprostředkováno přes akroplaxom (prenukleární theca), což
je tenká vrstva cytoskeletálních prvků mezi jadernou a akrozomální membránou.
V roce 2002 byla objevena fosfolipáza C zeta (PLCζ) , která sídlí v postakrozomální pochvě
perinukleární théky a je nezbytná pro aktivaci oocytů .
Akroplaxom se skládá z myosinu, F-aktinu a složek obsahujících keratin nezbytných
pro rozvoj akrozomu. Akroplaxom poskytuje mechanickou při prodloužení hlavičky spermie .
Manžeta - je přechodná mikrotubulární struktura obklopující jádro. Nachází se v prodlužujících se
Spermatidách. Skládá se až z 1000 mikrotubulů a skládá se z α a β tubulinových heterodimerů.
Vzhled manžety se v průběhu vývoje spermie mění. Nejprve se objevují krátké mikrotubuly,
následně se skládají a ovíjejí těsně jaderný povrch a nakonec se manžeta rozloží.
Předpokládá se, že manžeta napomáhá nukleocytoplazmatické výměně látek, mechanickému
přetváření a prodloužení jádra spermie a pomáhá i při stavbě bičíku spermie.
Napomáhá odstranění přebytku a kondenzaci jádra.
Jakýkoli zásah do struktury nebo funkce manžety může potenciálně vést k abnormálnímu tvaru
hlavičky. Bylo identifikováno několik genů, které jsou spojeny s tvorbou a vývojem manžety.
Některá mutagenní činidla, včetně inhibitorů dynamiky mikrotubulů (např. alkylační činidla), mohou
vyvolat poruchu manžety.
Krček, střední část
• Krček: obsahuje remodelované centrioly, které postrádají mnoho proteinů typických pro centrioly
somatických buněk a přechodové struktury spojující hlavičku se střední částí spermie.
• Centrioly hrají důležitou roli v zygotě při rekonstituci centrosomu, defekty v oblasti krčku proto mohou mít
velmi negativní dopad na plodnost
• Střední část: obsahuje cytoskeletární struktury a podlouhlé navzájem propojené mitochondrie mitochondriální
spirála (uspořádaná do „gyrů“)
• Mitochondrie se během sermatogeneze kondenzují a stávají se aktivnějšími; zdroje energie jsou dodávány
Sertoliho buňkami (laktát a pyruvát)
• Hlavní metabolické centrum spermií (produkce energie, redoxní rovnováha, metabolismus vápníku,
apoptóza)
https://www.researchgate.net/figure/A-Schematic-diagram-of-normal-human-spermatozoa-A-
normal-spermatozoon-is-composed-of-the_fig1_348530995
• Specializovaná organela se složitou strukturou
• Axonema - osa bičíku, asi 250 proteinů : 2 centrální
mikrotubuly a 9 dvojic periferních mikrotubulů
• Polymerující dimery α tubulinu a β tubulinu; dyneinyATPázy
zajišťující energii –ramena nasedají na periferní
mikrotubuly
• Centrální mikrotubuly jsou spojeny centrálním párovým
mostem
• zajišťuje pohyb -1000 proteinů
• Bičík: střední část (mitochondriální spirála, nejsilnější),
hlavní část (nejdelší, chráněná pláštěm-obsahuje
periaxonemální struktury-hustá vlákna), koncová část
(axonema kryté pouze buněčnou membránou, nejtenčí)
Bičík
• Roztěr - kvalitní technika
• Barvení- vizualizace jádra a struktur akrozomu: Papanicolauovo barvení,
Diff Quick
• liší se osmolalita, změny ve velikosti hlavičky spermií
• Školený personál –tréningy morfologického hodnocení (existují programy
externí kontroly hodnocení → standardizace)
• WHO: Striktní morfologická kritéria –výhodné pro snížení odchylky mezi
hodnotícími (vše co je bordeline (přechodné) se považuje za patologické)
• Indexy mnohočetných defektů (např. TZI –teratozoospermní index)indexem
vyjádří míru všech defektů spermií – nebyla dostatečně
prokázána klinická významnost
Hodnocení morfologie spermií
Kategorie hodnocení abnormalit spermií:
• Hlavička (podíl spermií s normální hlavičkou)
• Střední část (podíl spermií s normální střední částí)
• Bičík (podíl spermií s normálním bičíkem )
• Cytoplasmatická kapénka (podíl spermií s
cytoplasmatickou kapénkou)
https://www.who.int/publications-detail-redirect/9789240030787
Hlavička
Normální hlavička
• Hlavička by měla být hladká, pravidelně konturovaná, oválná
• Akrozomální region by měl být zřetelný a měl by zabírat asi 40-70% tvaru hlavičky; neměl
by obsahovat velké vakuoly a ne více než dvě malé vakuoly (které by neměly tvořit více
než pětinu objemu hlavičky).
• Postakrozomální region by neměl obsahovat žádné vakuoly.
Abnormální hlavička
• Akrozom je větší nebo menší než 40-70% tvaru hlavičky
• Poměr délky k šířce je menší než 1,5(kulatá) nebo větší než 2 (protáhlá)
• Hruškovitý tvar, amorfní tvar, asymetrická
• Vakuoly tvoří více než 1/5 objemu hlavičky a nebo se nacházejí v postakrozomální oblasti
• Dvojité hlavičky
Abnormální hlavička
Stření část
Normální střední část
• Střední část by měla být štíhlá, pravidelná a přibližně
stejně dlouhá jako hlavička spermie.
• Hlavní osa střední části by měla být zarovnána s hlavní
osou hlavičky spermie
Abnormální střední část
• nepravidelný tvar, tlustá nebo tenká, asymetrická nebo
zahnutá inserce, ostře zahnutá
Bičík
Normální bičík
• Hlavní část bičíku by měla mít stejný průměr
podlél své délky, měla by být tenčí než střední
část
• Délka přibližně 45 μl (desetinásobek hlavičky
spermie)
• Může být ohnutý do smyčky, ale nesmí být
patrný ostrý zlom
Abnormální bičík
• Ostře zahnutý (zlomený), příliš tenký, krátký,
nepravidelně široký, mnohočetný nebo
kombinace
Cytoplasmatická kapénka
• Cytoplasmatické kapénky (menší
než 1/3 objemu hlavičky) jsou
normální
• Jako abnormální jsou klasifikovány
pouze přesahují-li 1/3 velikosti
hlavičky
• Při fixaci a barvení se obvykle
odmyjí a nejsou již na preparátu
vidět
https://www.semanticscholar.org/paper/Cytoplasmic-droplets-are-normal-structures-of-
human-Cooper-Yeung/a814d3e0516e746301c15005d203a728ee76330d/figure/0
SpermMorphology| Loma Linda University Center forFertility & IVF (lomalindafertility.com)
Pinheads – bez DNA
Makrocefalická
hlavička – zvýšený
počet chromozomů
(důvodem může být
homozygotní mutace
genu aurora kinázy C)
Mikrocefalická
hlavička –
redukovaný nebo
chybějící akrozóm
Zúžená hlavička
hlavička – může
indikovat
varikokélu
Velká ztluštělá střední část Krátký bičík
Morfologické abnormality
• Původ v mnoha případech neznámý
• Funkční abnormality –změny kondenzace chromatinu, defekty v akrozomové
reakci, problémy s motilitou
• Defekty spjaté s genetickými abnormalitami: globozoospermie, syndrom
makrocefalie spermií, mnohočetné abnormality bičíku, „bezhlavé spermie“
• Dříve byla morfologie uznávaným prognostickým faktorem plodnosti. Dnes je tato
problematika široce diskutována a ve WHO manuálu je tento parametr v rámci
vyšetření ejakulátu označen jako nejméně prognostický.
• Mikrocefalické hlavičky
hlava < 3,5 μm na délku a < 2,5 μm na šířku, často abnormality akrozomu a nižší
pravděpodobnost oplození (i při ICSI), korelace se zvýšenou fragmentací DNA
• Syndrom totální globozoospermie
0,1 % neplodných mužů, zřejmě kombinace různých faktorů, ale výzkumem u sourozenců s
totální globozospermiíbyla nalezena asociace s mutací genu SPATA 16; další asociace s
delecí DPY19L2 (chromosom 12)
• Zúžená hlavička
pravděpodobně způsobeno hypertermií –často asociace s vadnou insercí bičíku,
abnormální cytoplasmatickou kapénkou a aneuploidiemi
• Syndrom makrocefalických hlaviček (100%)
- nepravidelné velké hlavičky, zvýšený objem jádra, abnormální akrozom, více
bičíků(až 4), aneuploidie a polyploidie,
- zřejmě důsledkem nondijunkce chromozomů nebo defektní cytokineze během
prvního nebo druhého meiotického dělení
- homozygotní mutace v centrální části distální oblasti dlouhého raménka
chromozomu 19 (gen AURCK –podílí se na segregaci chromozomů a na cytokinezi
během spermatogeneze)
• Syndrom bezhlavých spermií (špendlíkovité hlavičky)
Chyba při migraci distálního centriolu během spermiogeneze, defekt úponu hlavičky
nebo střední části (příp. kombinace), genetická asociace nezjištěna
-po ICSI lze sledovat fertilizaci oocytu bez následného vývoje
Enviromentální faktry
Tabák a kanabinoidy - závěry studií se liší, nicméně byl prokázán negativní efekt na
kondenzaci chromatinu po užívání kanabinoidů
Polychlorované bifenyly -byl prokázán negativní efekt na morfologii spermií
Teplota - signifikantní pokles motility i morfologie, rizikový faktor je například horečka
(efekt se projeví za několik dnů, kromě negativního vlivu na spermatogenezi a
spermiogenezi dochází tedy snad i k remodelaci hlaviček v průběh transportu varletem)
Obezita - nebyl prokázán vliv na morfologii spermií
Nádory varlete -zvýšený výskyt mikrocefálií, akrosomových defektů, zkrácených bičíků nebo
cytoplasmatických kapének; mechanismus vlivu zřejmě souvisí se souvisejícími faktory
(rakovina varlat je často asociována s jiným onemocněním varlat (kryptorchismus, syndrom
dysgeneze varlat , stres..)
Varikokéla –prokázán pokles normálních forem spermií (svinuté bičíky)
Urogenitální infekce -signifikantní pokles podílu normálních forem u infekce Ureoplasma
urealyticum
Mezidruhové rozdíly
Mezidruhové rozdíly ve tvaru hlavičky:
• Oválný tvar –kanec, býk, hřebec
• kulaté-primáti
• falciformní-hlodavci
• hlavičky s velkým akrozomem-veverky
• Další rozdíly jsou v délce bičíku a v morfologické ultrastruktuře
mitochondriální spirály (člověk 10-12 gyrů, pes 15-17 gyrů, myš 97 gyrů)
nebo ve vnějších denzních vláknech bičíku
• Axonema je mezidruhově poměrně konzervativní
[PDF] SPERM STRUCTURAL AND MOTILITY CHANGES DUE TO AN ANTI-CANCER DRUG
CYCLOPHOSPHAMIDE IN MALE SQUIRREL FUNAMBULUS PENNANTI (WROUGHTON)| Semantic Scholar
Comparative analysis of mammalian sperm ultrastructure reveals relationships between sperm morphology, mitochondrial functions and motility -PubMed (nih.gov)
Comparative analysis of mammalian sperm ultrastructure reveals relationships between sperm morphology, mitochondrial functions and motility -PubMed (nih.gov)
Showing variations in sperm structure across different vertebrates.... | Download Scientific Diagram (researchgate.net)
a: toadfish
b: paryba
c: ropucha
d: žába
e: mlok
f: ještěrka
g: pěnkava
h: kur domácí
i: ježura
j: myš
k: člověk
býk
kanec
člověk
hřebec
kanec
pes