Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Diagnostik hyperthermiebedingter Veränderungen der Spermaparameter und des Hodengewebes beim Hengst mit Hilfe durchflusszytometrischer Sperma-Assays und computergestützter Echostrukturanalyse

Schweizer, Charlotte

The aim of this study was to examine the effect of temperatur on spermatogenesis and on testicle tissues in stallions using experimentally induced hyperthermy of the scrotum. Methods like flow cytometric assessment of fluorescence tagged sperms and computer assisted grey scale analysis were investigated in the process concerning their sensitivity to detect pathologic alterations of testes and sperms in stallions. Three 3.5 years old stallions (A, B, C) were chosen as models of the examination. The surface temperature of the scrotum was increased 48 hours long by local isolation. The investigation took three months including the first week in which the physiologic data were acquired. The ejaculate was investigated three times a week with computer assisted motility analysis and flow cytometry. Additionally, echotexture analysis of the testicle tissues was carried out twice a week by the grey scale analysis software MaZda® and the mean grey scale value as a parameter of the first order as well as the correlation representing a parameter of the second order were determined. Stallion A (34.7°C) had lower surface temperature of the scrotum than stallion B (34.9°C) and C (35.3 °C). The volume of the ejaculate showed sporadic fluctuations independently from the hyperthermy. Sperm concentration and total sperm number showed alike alterations. The data of stallion B decreased between the first and seventh week and between week one and week eighth at stallion C reaching a mean value of 163 x 106 sperms /ml (sperm concentration) and 4,1 x 109 sperms (total sperm number). The data returned to the initial level in the following weeks. These values of stallion A showed no variation related to the hyperthermy. Similar alterations of the motility parameters were observed at each stallion. The proportion of forward moving sperms declined in average with 38 % between week 0 and week 7. The average speed dropped on the average with 34, 7 µm / sec during the same time period. Both parameters reached the base level in the eighth week. A noticeable increase of the sperm head aberrations was observed only at stallion A and C selectively in the fourth (A: 10 %, C: 6 %) and seventh (C: 4 %) week. The data acquired by the flow cytometer were similar. The most obvious alterations were noticed in the seventh week. The mean values of the elevated mitochondrial potential (3 %) and the plasma membrane integrity (19 %) reached their minimum at this time. In contrast, the proportion of sperms with positive acrosomal status rose in week seven (34 %). The DNA fragmentation index showed more obvious alterations at stallion C than at stallion A, whereas the data of stallion B varied only slightly. Stallion A and C reached their maximal values in the fifth week (22 and 35 %). A clear decrease of the echotexture parameters was observed at all stallions one week after the hyperthermy. The values increased individually between the second and fifth week afterwards.The results show that the computer assisted grey scale analysis as well as flow cytometric assays provide additional information about the alterations of the testicle tissues and sperm quality comparing to the conventional methods.

Ziel dieser Arbeit war es, anhand einer experimentell induzierten skrotalen Hyperthermie die Auswirkungen der Hodentemperatur auf die Spermatogenese und das Hodengewebe des Hengstes zu untersuchen. Dabei sollten Verfahren wie die durchflusszytometrische Beurteilung von fluoreszenzmarkierten Spermien und die computergestützte Echotexturanalyse hinsichtlich ihrer Sensitivität bei der Erkennung pathologischer Veränderungen von Hoden und Spermien beim Hengst überprüft werden. Die Untersuchung wurde bei drei Hengste (A, B, C) im Alter von 3,5 Jahren gemacht. Nach Erhebung von Ausgangswerten (Woche 0) wurde mit Hilfe eines Suspensoriums die skrotale Oberflächentemperatur über einen Zeitraum von 48 Stunden erhöht. Der Versuchszeitraum erstreckte sich über drei Monate. Dreimal wöchentlich wurden Ejakulate gewonnen und konventionell, mittels computergestützter Motilitätsanalyse und Durchflusszytometrisch analysiert und beurteilt. Zusätzlich wurden zweimal wöchentlich Echotexturanalysen des Hodengewebes mit Hilfe des Graustufenanalyseprogramms MaZda® durchgeführt und der mittlere Grauwert als Parameter der ersten Ordnung, sowie die Korrelation als Parameter der zweiten Ordnung erfasst. Hengst A hatte mit 34,7°C während der Wärmeapplikation eine niedrigere skrotale Oberflächentemperatur als die Hengste B (34,9°C) und C (35,3°C). Das Ejakulatvolumen zeigte bei allen Tieren unregelmäßige, von der Hyperthermie unabhängige Schwankungen. Spermienkonzentration und Gesamtspermienzahl zeigten ähnliche Veränderungen. Sie fielen bei den Hengsten B und C zwischen den Wochen 1 und 7 bzw. 8 um durchschnittlich 163 x 106 Spermien/ ml (Spermienkonzentration) und 4,1 x109 Spermien (Gesamtspermienzahl) ab. In den folgenden Wochen stiegen die Werte wieder auf Ausgangsniveau an. Hengst A zeigte keine hyperthermiebedingten Änderungen hinsichtlich dieser Parameter.Die Veränderungen der Motilitätsparameter waren bei allen Hengsten ähnlich. Der Anteil vorwärtsmotiler Spermien fiel zwischen den Wochen 0 und 7 um durchschnittlich 38 % ab. Die Mittlere Geschwindigkeit reduzierte sich im gleichen Zeitraum um durchschnittlich 34,7 µm/sec. Beide Parameter erreichten in Woche 8 Ausgangsniveau. Ein auffälliger Anstieg der Spermienkopfanomalien war nur bei den Hengsten A und C punktuell in den Wochen 4 (A: 10 %; C: 6 %) und 7 (C: 4 %) zu verzeichnen. Die durchflusszytometrisch erhobenen Parameter verhielten sich bei allen Hengsten sehr ähnlich. Bei diesen Parametern waren in Woche 7 die deutlichsten Veränderungen zu verzeichnen. Die Mittelwerte der Spermien mit hohem Mitochodrienmembranpotential (3 %) sowie der plasmamembranintakten Spermien (19 %) zeigten zu diesem Zeitpunkt Minimalwerte. Dagegen nahmen die Spermien mit positivem akrosomalem Status in Woche 7 zu (34 %). Der DNA- Fragmentationsindex variierte bei Hengst C deutlicher als bei Hengst A, während bei Hengst B nur geringgradige Veränderungen zu verzeichnen waren. Maximalwerte wurden bei den Hengsten A (22 %) und C (35 %) in Woche 5 erreicht. Beide Echotexturparameter fielen bei allen Hengsten eine Woche nach der Wärmeapplikation deutlich ab. Die Werte stiegen danach individuell unterschiedlich von Woche 2 bis 5 an. Die Ergebnisse zeigen, dass mit Hilfe der computergestützten Echotexturanalyse des Hodengewebes und durchflusszytometrischer Verfahren der Spermaanalyse Informationen über Änderungen am Hodengewebe und in der Spermaqualität gewonnen werden, die über die Befunde aus konventionellen Untersuchungen hinausreichen.

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Schweizer, Charlotte: Diagnostik hyperthermiebedingter Veränderungen der Spermaparameter und des Hodengewebes beim Hengst mit Hilfe durchflusszytometrischer Sperma-Assays und computergestützter Echostrukturanalyse. Hannover 2006. Tierärztliche Hochschule.

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