BIOCHEMIA NASIENIA

BIOCHEMIA NASIENIA
Marian Semczuk
Ludzki ejakulat składa się z plemników i plazmy nasiennej. Plazma nasienna umożliwia
transport plemników, a jej składniki zabezpieczają metabolizm i ruchliwość
męskich komórek rozrodczych. Uważa się również, że niektóre substancje zawarte
w plazmie nasienia odgrywają podstawową rolę w przygotowywaniu plemnika do
zapłodnienia.
Nasienie ludzkie po wytrysku przechodzi z postaci płynnej w żel, który upłynnia
się ponownie w warunkach prawidłowych in vitro po 20–30 min, in vivo zaś zdecydowanie
krócej. W pierwszej porcji ejakulatu zawarta jest największa liczba plemników,
wydzielin z gruczołów Cowpera, Littrego oraz gruczołu krokowego. Frakcja
ta nie koaguluje. Dalsza część ejakulatu pochodzi głównie z wydzieliny pęcherzyków
nasiennych i upłynnia się bardzo powoli. Plemniki pierwszej frakcji stanowią
szacunkowo największą liczbę komórek rozrodczych ejakulatu, charakteryzują się
lepszą ruchliwością i morfologią, w porównaniu z frakcjami: drugą i następnymi.
Ten sposób powstawania ejakulatu i możliwość rozdziału na poszczególne frakcje
wykorzystuje się często w diagnostyce i leczeniu niepłodności.
W tabeli 14.7 przedstawione są niektóre składniki biochemiczne plazmy nasiennej,
wytwarzane przez najądrze i męskie dodatkowe gruczoły płciowe. Plazma nasienna
jest mieszaniną złożoną z wydzielin pochodzących głównie z dodatkowych
gruczołów płciowych, w tym 60–70% stanowi wydzielina pęcherzyków nasiennych,
pozostała część to wydzielina z gruczołu krokowego, jądra, najądrza, gruczołów
Cowpera.
Komórki gruczołowe pęcherzyków nasiennych zawierają płyn o zasadowym pH,
a płyn nasienny pochodzący z gruczołu krokowego ma pH lekko kwaśne. Możliwość
utrzymania nasienia w pochwie po stosunku wynika z koagulacji ejakulatu,
zależnej od substancji białkowych pochodzących z pęcherzyków nasiennych. Późniejsze
jego upłynnienie pod wpływem enzymów proteolitycznych z gruczołu krokowego
umożliwia ruch plemników i ich wniknięcie do żeńskich dróg rodnych.
Dodatkowo zasadowe pH ejakulatu (7,2–8,0) zobojętnia i eliminuje kwaśny odczyn
pochwy, chroniąc plemniki.
Niektóre pierwiastki i związki chemiczne występujące w nasieniu uważa się za
wskaźniki funkcji wydzielniczych gruczołów płciowych. Jedną z substancji drobnocząsteczkowych
obecnych w dużych ilościach w plazmie nasiennej jest karnityna.
Stężenie jej w najądrzu jest 1600 razy większe niż we krwi i dlatego jest uważana
za wskaźnik funkcji wydzielniczej najądrza. Oznacza się ją w różnorakich zaburzeniach
męskiej płodności. U człowieka istnieje statystycznie istotna zależność
pomiędzy ruchliwością plemników a zawartością karnityny w plazmie nasiennej.
Przyjmuje się, że bierze ona udział w procesach metabolicznych wytwarzania energii
dla ruchliwości nasienia.
Do substancji drobnocząsteczkowych zawartych w nasieniu należą również aminokwasy,
których ilość wzrasta po ejakulacji na skutek degradacji proteolitycznej
białek wydzieliny pęcherzyków nasiennych przez proteazy gruczołu krokowego.
Aminokwasy stanowią ligandy dla jonów metali i substancji utleniających, które
dostarczają energii dla metabolizmu plemników i zachowania buforowej zdolności
plazmy nasiennej.
179

Tabela 14.7. Wartości prawidłowe niektórych składników nasienia (wg WHO, 1992)
Testy standardowe
Objętość
> 2,0 ml
pH 7,2–8,0
Gęstość nasienia (liczba plemników) > 20 × 10 6 plemników/ml
Całkowita liczba plemników
> 40 × 10 6 plemników w ejakulacie
Ruchliwość
(kategoria a lub b)
> 50% o ruchu postępowym
(kategoria a)
> 25% o ruchu szybkim przez 60 min od
ejakulacji
Morfologia
> 30% form prawidłowych
Żywotność
> 75% żywych
Leukocyty
< 1 × 10 6 /ml
Test – immunobead (IBT)
< 20% plemników z zaadsorbowanymi
immunoglobulinami
Test – mixed antiglobulin reaction (MAR)
(mieszany test reakcji aglutynacji)
Testy fakultatywne
< 10% plemników z zaadsorbowanymi
immunoglobulinami
Fruktoza (całkowita)
Kwaśna fosfataza (całkowita)
α-Glukozydaza (obojętna)
Kwas cytrynowy (całkowity)
Cynk (całkowity)
> 13 µmol w ejakulacie
> 200 j.m. w ejakulacie
> 20 mj.m. w ejakulacie
> 52 µmol w ejakulacie
> 2,4 µmol w ejakulacie
Prostaglandyny są substancjami, których największą zawartość w organizmie
spotyka się w plazmie nasiennej. Wyodrębniono przeszło 25 różnych związków,
z których najczęstsze to: PGE 1 i PGE 2 oraz ich pochodne. Znaczenie fizjologiczne
prostaglandyn w plazmie nasiennej nie jest jeszcze do końca wyjaśnione.
Fruktoza, podstawowy cukier redukujący nasienia, została wykryta przez polskiego
uczonego – biochemika Tadeusza Manna, w 1945 r. Powstaje ona z glukozy
krwi w wyniku przemian enzymatycznych. Prawidłowe wartości fruktozy w plazmie
nasiennej wynoszą od 13 µmol (tj. 1,2 mg/ml przy średniej zawartości 2,4 mg/
/ml) według danych WHO. W badaniach własnych uzyskano następujące wartości
fruktozy w plazmie nasiennej: zakres wartości 1,5–4,3 mg/ml, przy wartości średniej
2,9 mg/ml.
Podana przez Manna „próba fruktozowa” ustala zależność pomiędzy stężeniem
fruktozy w nasieniu a wytwarzaniem testosteronu, podobnie jak „test kwasu cytrynowego”,
który jest również wykładnikiem wytwarzania testosteronu przez komórki
Leydiga. Zawartość fruktozy w nasieniu jest największa w wieku 20–30 lat
i zmniejsza się wraz ze starzeniem się organizmu.
W doświadczeniach na zwierzętach i badaniach u ludzi stwierdzono zależność
pomiędzy czynnością androgenną jądra a zawartością fruktozy i kwasu cytrynowego
w nasieniu. Chociaż obecnie oznacza się bezpośrednio hormony płciowe we
krwi, to jednak w diagnostyce andrologicznej należy oznaczyć w plazmie nasiennej
zawartość fruktozy i kwasu cytrynowego – związków chemicznych służących do
180

pośredniej oceny funkcji androgennej jądra, a także ilustrujących czynność wydzielniczą
pęcherzyków nasiennych i gruczołu krokowego.
Wśród elementarnych składników plazmy nasiennej ważną rolę odgrywają jony
metali, oraz niektórych biopierwiastków, takich jak: potas, cynk, sód, magnez,
miedź, wapń i żelazo. Stężenie potasu w plazmie nasiennej wynosi 27,2 ± 5,3 µmol
(1,1 mg/ml). Gdy współczynnik Na/K przekracza 1:2,5, warunkuje właściwy
wskaźnik ruchliwości plemników, podczas gdy zwiększone stężenie kationów potasu
powiększa ładunek elektryczny błony komórkowej plemnika, co może zmniejszać
ruchliwość komórki.
Wapń, magnez i inne elektrolity utrzymują równowagę osmotyczną i biorą
udział w transporcie substancji odżywczych. Cynk i żelazo uczestniczą w procesach
utleniania oraz redukcji, a cynk i magnez są stabilizatorami błon komórkowych.
Cynk i miedź są również koenzymami dysmutazy nadtlenkowej, która zapobiega
szkodliwemu działaniu wolnych rodników tlenowych na plemniki. Obecnie,
dzięki spektrofotometrii atomowo-absorpcyjnej, stężenie tych pierwiastków może
być określane stosunkowo szybko i dokładnie.
W ejakulacie znajduje się średnio 0,3 mg/ml fosfolipidów i są one równomiernie
rozłożone w plemnikach i plazmie nasiennej. Istotną rolę w grupie tych związków
odgrywają – glicerofosforylocholina i fosforylocholina, wytwarzane przez najądrze.
Podejrzewa się, że wpływają one na zdolność nasienia do zapłodnienia.
Jakkolwiek białka płynu nasiennego występują w stężeniu o połowę mniejszym
niż w surowicy, to jednak spełniają wiele ważnych funkcji w nasieniu. Główne formy
białek plazmy nasiennej to:
– białka transportowe i analogi białek surowicy, w tym albuminy,
– białka budulcowe,
– białka wywierające wpływ na plemniki,
– białka biorące udział w procesach immunologicznych,
– enzymy,
– inhibitory enzymów.
Transferryna plazmy nasiennej jest podstawowym białkiem z komórek Sertolego.
Po wazektomii jej wartość zmniejsza się do 20% wartości początkowej. Do
głównych białek budulcowych zalicza się semenogelina. Jest ona odpowiedzialna
za koagulację nasienia po wytrysku i bierze udział w regulacji ruchliwości plemników.
Laktoferryna, białko wiążące żelazo, znajduje się w plazmie nasiennej w stężeniu
0,2–1,18 mg/ml. Oprócz żelaza może wiązać różne inne jony metali. Przez
wpływ na kompleks komplementu może działać bakteriostatycznie.
Spośród licznych białek plazmy nasiennej tylko niektóre mają znaczenie kliniczne:
„ Semenogelina (w połączeniu z fibronektyną) jest podstawowym białkiem
strukturalnym koagulacji i upłynnienia nasienia, a po rozkładzie proteolitycznym
na małe podjednostki ma wpływ na ruchliwość nasienia. Oba wyżej wymienione
białka stanowią również substrat dla PSA.
„ Laktoferryna jest czynnikiem bakteriostatycznym i modulującym czynność
immunologiczną.
181

Jest dobrze udokumentowane, że czynnościową integralność błony cytoplazmatycznej
plemnika można określić przez oznaczanie specyficznych markerów enzymatycznych,
połączonych z jej różnorakimi podjednostkami strukturalnymi. Do
tych enzymów zaliczyć możemy:
– 5'-nukleotydazę (5'-NT) – marker błony cytoplazmatycznej,
– dehydrogenazę mleczanową (LDH, EC 1.1.1.27) – wskaźnik błony akrosomalnej,
– wolną akrozynę, proakrozynę i całkowitą akrozynę – wskaźniki błony akrosomalnej.
5'-nukleotydaza występująca w przedniej części błony plazmatycznej męskiej
komórki rozrodczej jest włączona w jej metabolizm i właściwy przebieg reakcji
akrosomalnej. Przypisuje się jej również znaczącą rolę w regulacji ruchliwości nasienia
i tym samym męskiej płodności.
Również dehydrogenaza mleczanowa bierze ważny udział w metabolizmie męskich
komórek rozrodczych, przez stymulowanie konwersji mleczanów i pirogronianów
w procesie glikolitycznym komórki. Enzym ten zawarty w plazmie nasiennej
może służyć jako wskaźnik czynności nabłonka plemnikotwórczego i być pomocny
w nowych badaniach nad funkcją gonady męskiej.
W piśmiennictwie przedmiotu można spotkać liczne badania, obejmujące ocenę
jakościową i ilościową zawartości całkowitej akrozyny, jej inhibitorów oraz proakrozyny
– zawartych w ludzkich ejakulowanych plemnikach. Określanie zawartości
plemnikowej akrozyny – proakrozyny lub struktury samego akrosomu jest bardzo
często stosowane jako ważna diagnostyczna przesłanka dla określenia męskiej
niepłodności, gdyż całkowity brak akrosomu w komórce rozrodczej pozbawia ją
funkcji zapładniającej.
W ostatnich badaniach wykazano, że jednym z powodów pierwotnej niepłodności
u mężczyzn może być obecność w ich nasieniu dużej liczby plemników pozbawionych
akrosomów. Zmiany w sekwencji aminokwasów w wyniku zaburzeń składu
nukleotydów powodują w konsekwencji zmniejszenie aktywności wielu układów
enzymatycznych, w tym również systemu proakrozyna – akrozyna. Obecnie
określanie całkowitej aktywności akrozynowej nasienia służy jako czuły wskaźnik
biochemiczny dla klinicznego diagnozowania niepłodności męskiej nieznanego pochodzenia.
Do ważnych enzymów plazmy nasiennej oznaczanych w diagnostyce andrologicznej
należy wytwarzana przez gruczoł krokowy kwaśna fosfataza (zakres jej
normy wynosi 200–800 j.m./l). Zmniejszoną aktywność enzymu stwierdza się
w stanach zapalnych gruczołu krokowego, zwiększoną w procesach nowotworowych,
a także we wrodzonej agenezji nasieniowodów.
W płynie nasiennym znajdują się liczne białka, cukry, lipidy, fosfolipidy, enzymy,
witaminy, hormony, elektrolity, pierwiastki śladowe, prostaglandyny, inhibitory
proteaz, karnityna i inne substancje.
Analiza płynu nasiennego jest rutynowym badaniem biochemicznym nasienia
w andrologii, ponieważ poza oznaczaniem fruktozy, wykrycie innych, ważnych dla
metabolizmu plemników substancji wymaga specjalistycznego laboratorium. Jednak
nawet wykrycie i oznaczenie poszczególnych substancji biochemicznych pozwala
nam uchwycić tylko ogólny kierunek zachodzących zmian i ewentualnych
zaburzeń, które są w ustroju w stanie dynamicznej równowagi. W związku z tym
182

morfologia nasienia, rozszerzona o testy immunologiczne w celu wykrycia przeciwciał
przeciwplemnikowych, będzie pozostawać nadal w codziennej praktyce andrologicznej
podstawowym badaniem laboratoryjnym.
Inne badania specjalistyczne: składników biochemicznych, testów czynnościowych
plemników, wzajemnych interakcji plemnik – komórka jajowa będą w przyszłości
wykonywane tylko w odpowiednio wyposażonych laboratoriach.
W ostatnim okresie, w celu dokładniejszego określenia jakości nasienia, stosuje
się nowe techniki i testy. Jednym z nich może być określanie w ludzkich plemnikach
wykładników apoptozy za pomocą cytometrii przepływowej. Stosując powyższą
metodę wykazano, że około 20% plemników w ejakulacie jest w procesie apoptozy
oraz że w nasieniu mężczyzn z nasiloną apoptozą stwierdza się zmniejszoną
liczbę plemników. Wydaje się, że nasze postępowanie, wpływające na zmiany
w tym procesie biologicznym, może poprawić jakość nasienia.
PIŚMIENNICTWO
1. Aumüller G., Riva A.: Morphology and functions of human seminal vesicle. Andrologia,
1992, 24, 4, 183. – 2. Chaudbury K., Das T., Chakravarty B.: Acrosin activity as a potential
marker for sperm membrane characteristics in unexplained male fertility. Fertil. Steril., 2005,
83, 1, 104. – 3. Crosignani P.G., Rubin B.: Guidelines to the Prevalence, Diagnosis, Treatment
and Management of Infertility. 1996. Expert on Human Reprod., Oxford Univ. Press
1996. – 4. Mann T., Lutwak-Mann C.: Male reproductive function and semen biochemistry
and investigative andrology. Springer, Berlin 1981. – 5. Oosterhuis G.J.E. i wsp.: Measuring
apoptosis in human spermatozoa: a biological assay for semen quality? Fertil. Steril., 2000,
74, 2, 245. – 6. Schirren C.: Praktische Andrologie. Diesbach Verlag, Berlin 1995. – 7. Semczuk
M.: Research on the fructose and citric acid content in the semen of men – chronic alcoholics.
Mat. Med. Pol., 1987, 2(62), 122.