Mechanismy pohybu spermií: stavba bičíku, propulze, příčiny snížené pohyblivosti a možnosti léčby

Přestože se poznání na poli reprodukční biologie rychle posouvá, je zde stále plno neznáma, neboť ani tento obor není ještě zdaleka probádán. Je vždy zajímavé, když badatelé přijdou s novým objevem či tvrzením, které nás ve vědění posune zase o krok dále. Nový objev v motilitě spermií se podařil vědcům z univerzit v Birminghamu, Oxfordu a z Mexika. Je zajímavé, že tento objev neučinili reprodukční biologové, ale matematici.

Základní stavba spermie a role bičíku

Spermie jsou samčí gamety. Jsou schopny konat aktivní pohyb a slouží k oplodnění samičí gamety - oocytu. Spermie je složena z hlavičky, krčku a bičíku. Hlavička - na hmotu největší část spermie, obsahuje jádro s haploidní genetickou výbavou (n) a cytoplazmu. V přední části hlavičky je váček zvaný akrozom, který vznikl během spermatogeneze splynutím váčků Golgiho aparátu. Plní funkci lysozomu a slouží k rozrušení struktur obalujících oocyt (corona radiata a zona pellucida).

Pohyb spermie směrem k vajíčku umožňuje bičík, jehož délka je 50 µm a šířka méně než 1 µm. Bičík - část spermie umožňující její pohyb. Obsahuje svazek mikrotubulů zakotvený v bazálním tělísku. U bičíku je možné rozlišit tři části. Nejširší je střední část, ve které jsou lokalizované mitochondrie, jež zprostředkovávají tvorbu energie pro pohyb spermie. Na střední část bičíku navazuje hlavní a koncová část se znatelným zúžením.

Molekulární aparát pohybu: mikrotubuly a dynein

U bičíku je možné rozlišit tři části. Bičík obsahuje svazek mikrotubulů zakotvený v bazálním tělísku. Je způsoben například špatnou funkcí dyneinu, který je zásadní pro pohyb bičíku. Mohou být poškozeny ale i jiné proteiny důležité pro pohyb. Vědci získali nejvíce znalostí o bičíkovitých strukturách buněk a jejich motorických schopnostech díky studiu řasinkovitých útvarů prvoků a řas.

Nové poznatky o trojrozměrném pohybu spermií

Vědci z britských univerzit v Birminghamu, Oxfordu a z japonské univerzity Kyoto přišli na vzorec, podle kterého se pohybují spermie v ejakulátu. Jde prý o obraz podobný magnetickému poli. Vědci díky novému výzkumu zjistili, že spermie se v ejakulátu pohybují rytmickým koordinovaným způsobem, přičemž jednotlivé pohlavní buňky vykonávají trhavé pohyby nejen dopředu, ale i dozadu nebo do stran. Kolem spermií se tak vytváří určitý proud, který eliminuje možnost vzniku intenzivního tření. Právě to by mohlo spermie na cestě k vajíčku zastavit.

Studie matematika Hermana Gadelhy z Bristolské univerzity publikovaná v časopise Science Advances přepisuje dosud uznávaný způsob pohybu spermií. Díky špičkovému vybavení výzkumníci zpochybnili více než 300 let starý popis pohybu, který zaznamenal svým mikroskopem Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723). Vědci v tomto objevu popsali, že spermie se v ejakulátu pohybují rytmickým koordinovaným způsobem. Jednotlivé pohlavní buňky vykonávají trhavé pohyby nejen dopředu, ale i dozadu a do stran. Odborníci tedy konstatovali, že dosud popisovaný pohyb spermií je pouhá optická iluze a opravdový pohyb spermií je ve skutečnosti jiný, a to o dost složitější.

Tento výzkum prováděl tým odborníků na nejnovějším typu 3D mikroskopu, kde byly spermie filmovány kamerou snímající až 55 tisíc snímků za vteřinu. Cílem výzkumu bylo zmapovat spermie ve všech třech rozměrech. Vědci přitom měli k dispozici zařízení pohybující vzorkem semene nahoru a dolů, díky čemuž získali trojrozměrné záběry. Z jejich závěrů vyplývá, že spermie provádějí složitou sérii trojrozměrných točivých pohybů. Gadelha ve svém výzkumu zjistil, že si spermie našly způsob, jak se otáčet okolo své osy. Jejich pohyb tedy ve skutečnosti vypadá podobně jako pohyb hravých vyder ve vodě, ačkoli na první pohled se může zdát, jak již konstatoval Leeuwenhoek, že se pohybují jako úhoři. Zjednodušeně by se dalo říct, že se hlavička spermie natáčí ve směru plavání podle toho, jak se bičík otáčí.

Nově objevené struktury na konci bičíku: TAILS

Odhalením dosud neznámé šroubovicovité struktury na konci spermatického bičíku překvapili výzkumníci z Univerzity v Göteborgu a University of Colorado odborný svět. Objev je tak čerstvý, že sami vědci ještě nevědí, k čemu mají nově objevené struktury sloužit. Nejpravděpodobnější teorie nicméně hovoří o speciálním ústrojí umožňujícím spermiím pohyb. To by podle lékařů mohlo konečně přinést odpovědět na otázku, proč jsou některé spermie lepšími plavci než jejich kolegyně, a v konečném důsledku třeba i pomoci při léčbě mužů s potížemi s nízkou hemživostí spermií.

Vědci k objevu využili kryogenickou elektronovou tomografii - za objev této techniky byla mimochodem loni udělena Nobelova cena za chemii. Zmražené spermie zkoumali pomocí elektronového mikroskopu a prostorového zobrazení počítačovým tomografem. „Díky tomu jsme v buňce mohli pozorovat například i jednotlivé proteiny,“ zdůraznila molekulární bioložka Johanna Höög z University v Göteborgu. Zatím zvládli jediné, a to útvary pojmenovat. Nazvali je TAILS (Tail Axoneme Intra-Lumenal Spiral) čili ocásky.

„Možná že fungují jako ucpávka mikrotrubiček, která zabraňuje jejich deformaci. Tím by se mohla zachovávat energie pro rychlou plavbu vpřed,“ spekuloval vedoucí týmu Davide Zabeo. Ve studii, kterou zveřejnil časopis Scientific Reports, vědci nicméně přiznali, že šroubovice by mohly mít něco společného třeba také s navigací spermie.

Funkční dopad nových poznatků na léčbu neplodnosti

Autoři studie pevně věří, že jejich objev najde využití při léčbě neplodnosti, pro kterou je důležité vědět, jak přesně se spermie pohybují. Reprodukční biologové a lékaři v centrech asistované reprodukce nemusí vidět přínos tohoto objevu tak optimisticky. Tento objev je zajímavý a důležitý z hlediska upřesnění teorie, nicméně v reprodukčních centrech zajímá embryology hlavně to, jak nejlépe pomoci spermiím s nedostatečnou motilitou, aby se jejich pohyb zrychlil. Bohužel k dosažení tohoto cíle objev nenapomohl. Skepticismus v tomto ohledu ale není na místě. Moderní reprodukční medicína už umí mužům s těmito problémy pomoci. Spermie lze získat i od mužů, kteří je v ejakulátu nemají, nebo je mají velmi pomalé. Nevíme, co nám v budoucnosti další bádání v rámci výše popsaného objevu přinese.

Příčiny snížené pohyblivosti spermií (motility)

Je vždy potřeba rozlišit několik hlavních příčin snížené pohyblivosti spermií: genetické poruchy, hormonální dysbalance, infekce, expozice škodlivým látkám, zvýšená teplota varlat, užívání léků či škodlivých látek a celkový nezdravý životní styl. Ke snížení pohyblivosti může dojít i v důsledku poškození proteinů, které zajišťují pohon bičíku, například dyneinu.

Mezi nejčastější faktory, které negativně ovlivňují kvalitu spermií patří:

• Kouření - má za následek sníženou hustotu spermatu, nižší počet spermií, zvýšený počet nepohyblivých spermií a zvýšený výskyt abnormalit u spermií.
• Užívání marihuany (více než jednou týdně) - snižuje koncentraci spermatu až o 28% a počet spermií o 29 %.
• Konzumace alkoholu - denní konzumace alkoholu snižuje objem semene a způsobuje změnu tvaru spermií.
• Stres - vyvolává hormonální nerovnováhu, jež se může podílet na snížené kvalitě spermatu.
• Ionizující záření - ovlivňuje jak kvalitu, tak kvantitu spermatu; onkologičtí pacienti by měli zvážit uložení spermií před léčbou.
• Užívání některých léků - např. antibiotika, léky na vysoký tlak, anabolika, antiretrovirotika, některá antidepresiva či antiepileptika.
• Zvýšená teplota varlat - nošení přiléhavého spodního prádla, časté horké koupele, saunování, sedavé zaměstnání, přehnaná sportovní aktivita.
• Horečka - ovlivňuje vyvíjející se spermie; negativní efekty se projeví až u spermií vyrůstajících v následujících cca 70 dnech.
• Vystavení nebezpečným chemickým látkám a znečištění prostředí.

Onemocnění a genetické poruchy ovlivňující motilitu

Mezi další faktory, které nepříznivě ovlivňují plodnost muže, patří například vrozené genetické poruchy (Klinefelterův, Downův a Kartagenerův syndrom) a urologické poruchy (varikokéla) nebo nesestouplé varle. V případě cystické fibrózy mutace způsobuje poruchu přenosu iontů a solí přes buněčnou membránu a může ovlivnit i reprodukční systém. Syndromy s chromozomovými aberacemi (např. Klinefelterův syndrom) často vedou k poškození semenotvorných kanálků a následné neplodnosti.

Diagnostika: spermiogram a další testy

Proto je také součástí vyšetření před zahájením procesu IVF spermiogram, na základě kterého lze určit, zda mají spermie potenciál oplodnit vajíčko a zda jich je dostatek. Spermiogram je jednoduché vyšetření, které dokáže odhalit případné problémy a dát jasnější představu o reprodukční schopnosti. Spermiogram nehodnotí jen počet spermií, ale i další důležité vlastnosti, které rozhodují o tom, jak dobře dokážou oplodnit vajíčko.

Aby byly výsledky co nejpřesnější, stačí dodržet pár jednoduchých pravidel před odběrem: sexuální abstinence 2-5 dní, omezení alkoholu a kofeinu, vyhnout se sauně a horkým koupelím a informovat lékaře o užívaných lécích. V případě odchylek může lékař doporučit opakování testu po 1-3 měsících, hormonální testy či genetická vyšetření.

Léčba a možnosti zlepšení motility spermií

Pokud je některý parametr mimo normální hodnoty, může to snížit šanci na početí, ale často se dá situace zlepšit úpravou životního stylu nebo vhodnou léčbou. Dnešní reprodukční medicína už umí mužům, jejichž spermie nejsou příliš pohyblivé, pomoci. Spermie lze získat i od mužů, kteří je v ejakulátu nemají, nebo je mají velmi pomalé. V případě potřeby asistované reprodukce se využívá např. in vitro fertilizace (IVF) nebo intracytoplazmatická injekce spermie (ICSI).

• Úprava životního stylu: dostatek spánku, pravidelný pohyb, snížení hmotnosti, vyvážená strava bohatá na antioxidanty, vitamíny A, E, C, zinek a selen.
• Zanechání kouření a omezení alkoholu a rekreačních drog (marihuana výrazně snižuje parametry spermatu).
• Prevence přehřívání varlat: volné spodní prádlo, omezit horké koupele a sauny, vyhnout se dlouhodobému kontaktu notebooku na klíně.
• Vyšetření a léčba infekcí nebo zánětů reprodukčního traktu.
• Hormonální terapie při zjištěných endokrinních poruchách (po konzultaci s endokrinologem/urologem).
• Asistovaná reprodukce: IVF, ICSI a další metody, které mohou obcházet problémy s nízkou motilitou či nízkým počtem spermií.

V případě horších parametrů spermií se pacientům nedoporučuje, aby chodili pravidelně do sauny, nebo aby měli delší dobu horký laptop na klíně. Doporučuje se i úprava oděvu, aby nosili vzdušné spodní prádlo. Pro dobrou kvalitu spermatu by měl muž vést také pravidelný sexuální život. „Už Hippokratés říkal, že by u každého muže mělo dvakrát týdně dojít k ejakulaci.“

Klinický význam a prognóza

Na kvalitu spermií má v současnosti největší vliv životní styl a životospráva, a to velmi často negativně. Obecně se lidé méně hýbou a zažívají v každodenním životě vyšší míru stresu. Přibývá množství případů civilizačních chorob, jako je obezita, cukrovka a další onemocnění, mezi které se mimo jiné řadí i neplodnost. Velmi negativní vliv má kouření, konzumace alkoholu nebo omamných a návykových látek a celkově zhoršená kvalita životního prostředí.

Ke schopnosti oplodnit vajíčko je nutná ještě tzv. kapacitace. K té dochází až v ženském pohlavním traktu. Do procesu kapacitace patří např. splynutí cytoplazmatické membrány v oblasti akrozomu s membránou akrozomu, což umožní po kontaktu spermie s oocytem snazší vylití akrozomálních enzymů. Pro plodnost muže je důležitý také parametr, který definuje správný tvar spermií. V případě, že se v ejakulátu nachází 4 % morfologicky vyhovujících spermií, muž je považován za plodného.

Kdy vyhledat vyšetření a kam se obrátit

Pokud se snažíte o dítě a nedaří se vám to déle než rok, je doporučené začít vyšetřením obou partnerů. Kdy byste měl podstoupit spermiogram? Když se vám nedaří počít dítě - pokud se snažíte o miminko déle než rok bez úspěchu, může být na vině i kvalita spermatu. V České republice se s neplodností potýká přibližně 20 % párů. Některé studie naznačují, že mužský faktor může hrát roli až v 53 % případů neplodnosti párů.

Pokud vám žádanku na spermiogram vypsal váš ošetřující lékař či urolog, doporučujeme probrat výsledky s ním a ten navrhne další vyhovující kroky. V rámci léčby neplodnosti s vámi probere výsledky náš odborník. V případě nejasností se můžete doptat své koordinátorky. V Prague Fertility Centre jsme připravení vám podat pomocnou ruku. Zjistěte více o vyšetření neplodnosti u mužů a možnostech léčby, které zahrnují i metody asistované reprodukce, jako je například in vitro fertilizace (IVF).

Neustálé zlepšování diagnostiky a nová vědecká zjištění, například trojrozměrné mapování pohybu spermií nebo objevení struktur typu TAILS, přinášejí důležité informace o základních mechanismech motility. I když přímý léčebný přínos takových objevů nemusí být okamžitě zřejmý, rozšiřují naše chápání biologie spermie a mohou v budoucnu podpořit nové terapeutické přístupy.

tags: #propulsive #pohyblive #spermie