Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Auswirkungen skrotaler Hyperthermie auf quantitative und qualitative Spermaparameter des Rüden unter besonderer Berücksichtigung der Integrität der Plasmamembran und des Akrosoms sowie des Spermienchromatins

Masal, Christine

The aim of the present study was to examine the effect of an experimentally induced scrotal hyperthermia on qualitative and quantitative semen parameters and to characterise the thermosensitive cell stages of spermatogenesis and sperm maturation. The applicability of modern spermatological evaluation techniques (computer-assisted analysis of motility, flow cytometric evaluation of the plasma membrane and acrosome, spermchromatin structure assay) to detect damages on sperm have been investigated in this context. Seven adult male beagles between two and three years of age and a mean body weight of 14.5 kg were included in this study. Semen collections were performed twice weekly throughout the whole experimental period. Physiological semen quality was recorded in a 4.5 weeks control period. Scrotal hyperthermia was achieved by means of ponches for a period of 48 hours. After a nineweek period, two dogs were castrated for histological examination in another study. The remaining five dogs were submitted to a second 48hour phase of scrotal hyperthermia. The average temperature increase was 3.8°C. Ten days after the second hyperthermia, three dogs were castrated while the remaining two dogs underwent further semen collections twice weekly for another 30 days. Ejaculates were evaluated by conventional semen analysis (volume, total number of sperms, motility, morphology), by computer-assisted motility analysis (CMA®, SpermVision®) as well as by flow cytometry (FITC-PNA / PI, SCSATM). The following results have been obtained: Nine weeks after the first hyperthermia as well as 10 days after the second hyperthermia all ejaculate parameters showed a relatively constant physiological level. Only during the last experimental period (days 11 to 40 after the second hyperthermia), in comparison with the control period a decrease of the ejaculate volume from 16.5 ± 8.2 ml (n = 7) to 3.2 ± 10.6 ml (n = 2), the total sperm number from 733 ± 125 x 106 (n = 7) to 350 ± 60 x 106 (n = 2), the spermatozoa with an intact plasma membrane and an intact acrosome from 91.7 ± 1.3 % (n = 7) to 82.7 ± 1.9 % (n = 2) as well as an increase of the spermatozoa with a damaged plasma membrane from 7.4 ± 1.3 % (n = 7) to 9.9 ± 0.1 % (n = 2) and the spermatozoa with abnormal morphology from 10.0 ± 1.3 % (n = 7) to 26.6 ± 5.7 % (n = 2) were observed. The defragmentation index (%DFI) remained on a constantly low level [1.9 ± 0.2 % (n = 7) to 2.5 ± 0.3 % (n = 2)]. With reference to the motility neither conventionally nor by computer-assisted motility analysis any changes due to hyperthermia could be noticed. The results indicate that in contrast to other species (bulls, stallions) dogs may either have better scrotal and/or testicular thermoregulation mechanisms or a higher thermoresistance of spermatozoa and of the tissue of the testes and epididymis. The flow cytometric determination of plasma membrane and acrosome integrity and of the sperm chromatin structure has been demonstrated to be reasonable supplements to conventional spermatology.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen einer experimentell erzeugten moderaten Hyperthermie am Hundehoden auf qualitative und quantitative Ejakulatparameter zu überprüfen. Ferner sollte der Frage nachgegangen werden, wann diese Veränderungen im Hinblick auf Spermatogenese und Nebenhodenpassage auftreten. In diesem Zusammenhang wurde die Eignung moderner spermatologischer Verfahren (computergestützte Motilitätsanalyse, Durchflusszytometrie, Spermienchromatinstruktur-Assay) für die Erfassung von Spermienschädigungen beim Hund überprüft. Für die Studie standen sieben adulte Beaglerüden im Alter von zwei bis drei Jahren mit einem durchschnittlichen Gewicht von 14,5 kg zur Verfügung. Über den gesamten Versuchszeitraum fanden zweimal wöchentlich im Abstand von drei bis vier Tagen Samenentnahmen statt. Nach einer Kontrollphase von 4,5 Wochen wurde den Rüden über 48 Stunden ein Suspensorium angelegt und eine Temperaturerhöhung von durchschnittlich 3,8°C erreicht. Nach weiteren neun Wochen wurden zwei Rüden zur Erhebung histologischer Befunde im Rahmen einer anderen Studie kastriert. Die verbleibenden fünf Rüden wurden einer zweiten 48- stündigen Hyperthermiephase unterzogen. Nach 10 Tagen wurden drei weitere Rüden kastriert, so dass für die letzten 30 Versuchstage noch zwei Rüden zur Verfügung standen. Die Auswertung der Ejakulate erfolgte konventionell (Volumen, Spermiengesamtzahl, Motilität, membrangeschädigte und formabweichende Spermien), mittels computergestützter Motilitätsanalyse (CMA®, SpermVision®) sowie bezüglich der Plasmamembran- und Akrosomintegrität (FITC-PNA / PI) und des Spermienchromatinstatus (SCSATM)) durchflusszytometrisch. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: Neun Wochen nach der ersten sowie 10 Tage nach der zweiten Hyperthermie blieben alle Ejakulatparameter auf physiologischem Niveau. Erst im Zeitraum Tag 11 bis 40 nach der zweiten Hyperthermie waren im Vergleich zur Kontrollphase eine Abnahme des Ejakulatvolumens von 16,5 ± 8,2 ml (n = 7) auf 3,2 ± 0,6 ml (n = 2), der Spermiengesamtzahl von 733 ± 125 x 106 (n = 7) auf 350 ± 60 x 106 (n = 2) und der Spermien mit intakter Plasmamembran und intaktem Akrosom von 91,7 ± 1,3 % (n = 7) auf 82,7 ± 1,9 % (n = 2) sowie ein Anstieg der Spermien mit geschädigter Plasmamembran von 7,4 ± 1,3 % (n = 7) auf 9,9 ± 0,1 % (n = 2) und der morphologisch abweichenden Spermien von 10,0 ± 1,3 % (n = 7) auf 26,6 ± 5,7 % (n = 2) zu verzeichnen. Der Defragmentationsindex (%DFI) blieb während des gesamten Untersuchungszeitraums auf einheitlich niedrigem Niveau [1,9 ± 0,2 %      (n = 7) bis 2,5 ± 0,3 % (n = 2)]. Bezüglich der Motilität konnten weder konventionell noch mittels computergestüzter Motilitätsanalyse hyperthermiebedingte Veränderungen nachgewiesen werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Rüden im Gegensatz zu anderen Tierarten (Bulle, Hengst) entweder zu einer besseren Regulation der Skrotal- bzw. Hodentemperatur fähig sind oder dass Hundespermien bzw. das Hoden- und Nebenhodengewebe eine höhere Thermoresistenz besitzen. Die geringgradigen Veränderungen der untersuchten Parameter traten hauptsächlich nach der zweiten Wärmeapplikation auf. Die durchflusszytometrische Bestimmung der Plasma-membran- und Akrosomintegrität sowie des Defragmentationsindex (%DFI) erwies sich als objektives und sensitives Beurteilungsverfahren und stellt eine sinnvolle Ergänzung zur konventionellen spermatologischen Untersuchung dar.

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Masal, Christine: Auswirkungen skrotaler Hyperthermie auf quantitative und qualitative Spermaparameter des Rüden unter besonderer Berücksichtigung der Integrität der Plasmamembran und des Akrosoms sowie des Spermienchromatins. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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