Components of fractionated stallion seminal plasma and the effects of seminal plasma on sperm longevity

Seminal plasma (SP) is the fluid portion of semen, secreted by the epididymides and the accessory glands before and during ejaculation. The stallion s ejaculate is a series of jets that differ in sperm concentration, semen volume and biochemical composition. Before the actual ejaculation, a clear and watery pre-sperm fluid is secreted. The first three jets form the sperm-rich fractions, and contain ¾ of the total number of sperm. The semen volume and sperm concentration in each of the jets decrease towards the end of the ejaculation, and the last jets are sperm-poor fractions with a low sperm concentration. The aims of these studies were to examine the effects of the different SP fractions, and the presence of SP, on sperm survival during storage. Pre-sperm fluid, and semen fractions with a high (sperm-rich) and low (sperm-poor) sperm concentration were collected in five experiments. The levels of selected enzymes, electrolytes and proteins in different SP fractions were determined. These studies also aimed at assessing the individual variation in the levels of the selected SP components and in the effects of SP on spermatozoa. The association between the components of SP and semen quality, sperm longevity, and fertility was examined with a stepwise linear regression analysis. Compared to samples containing SP during storage, centrifugation and the subsequent removal of SP reduced sperm motility parameters during 24 h of cooled storage in all SP fractions, but sperm membrane integrity was not affected. Some of the measured post-thaw motility parameters were also higher in samples containing SP compared to samples stored without SP. In contrast, the proportion of DNA-damaged spermatozoa was greater in the samples stored with SP than those without SP, and this effect was seen in both sperm-rich and sperm-poor fractions. There were no differences in DNA integrity between fractions stored with SP, but the sperm-rich fraction showed less DNA damage than the sperm-poor fraction after SP removal. The differences between fractions in sperm motility after cooled storage were non-significant. The levels of alkaline phosphatase, acid phosphatase and β-glucuronidase were higher in the sperm-rich fractions compared to the sperm-poor fractions, while the concentrations of calcium and magnesium were higher in sperm-poor fractions than in sperm-rich fractions. The concentrations of sodium and chloride were highest in pre-sperm fluid. In the sperm-poor fraction, the level of potassium was associated with the maintenance of sperm motility during storage. The levels of alkaline and acid phosphatase were associated with sperm concentration and the total number of spermatozoa in the ejaculates. None of the measured SP components were correlated to the first cycle pregnancy rate. In summary, the removal of SP improved DNA integrity after cooled storage compared with samples containing SP. There were no differences in the maintenance of sperm motility between the sperm-rich and sperm-poor fractions and whole ejaculates during cooled storage, irrespective of the presence of SP. The lowest rate of DNA damage was found in the sperm-rich fractions stored without SP. In practice, the results presented in this thesis support the use of individual modifications of semen processing techniques for cooled transported semen from subfertile stallions.

Jäähdytettynä säilytetyn siirtosperman käyttö on viime vuosikymmenen aikana yleistynyt. Siittiöiden säilytyskestävyydessä on kuitenkin vaihtelua, eikä tähän vaikuttavia tekijöitä tunneta kovin hyvin. ELL Maria Kareskoski tarkastelee väitöstutkimuksessaan oriin seminaaliplasman vaikutuksia siittiöiden säilytyskestävyyteen, sekä seminaaliplasman koostumusta. Kareskoski osoittaa tutkimuksessaan, että seminaaliplasman osuuden pienentäminen ennen säilytystä vähentää säilytyksen aikaisia DNA-vaurioita siittiöissä. Oriiden välisen vaihtelun takia yksilölliset muutokset siemennesteen käsittelyssä ennen säilytystä voivat olla hyödyksi jos oriin siittiöiden säilytyskestävyys on heikkoa. Seminaaliplasma on siemennesteen nestemäinen osa, joka koostuu lisäsukurauhasten tuottamasta nesteestä. Sen ainesosat vaikuttavat moniin hedelmöitystä edeltäviin tapahtumiin. Oriin siemenneste koostuu useista osista, eli fraktioista. Ejakulaation alkuvaiheen siittiörikkaat fraktiot sisältävät suurimman osan siittiöistä, ja loppuvaiheen siittiököyhät fraktiot sisältävät vähemmän siittiöitä ja enemmän seminaaliplasmaa. Seminaaliplasman biokemiallinen koostumus vaihtelee näiden fraktioiden välillä, sillä eri lisäsukurauhasten tuottamaa nestettä vapautuu fraktioihin tietyssä järjestyksessä. Seminaaliplasman tilavuusosuuden vaikutus siittiöiden säilytyskestävyyteen Säilytyksen aikana seminaaliplasman läsnäolo oli yhteydessä siittiöiden DNA-vaurioihin. Siittiöiden DNA-vaurioita nähtiin vähemmän niissä näytteissä, joista suurin osa seminaaliplasmasta oli poistettu ennen säilytystä, verrattuna näytteisiin joissa noin kolmasosa tilavuudesta oli seminaaliplasmaa ja loput laimennusnestettä. Siittiöiden liikkuvuudessa säilytyksen jälkeen nähtiin paljon orikohtaista vaihtelua. Fraktioerot siittiöiden säilytyskestävyydessä ja seminaaliplasman koostumuksessa DNA-vaurioiden määrä lisääntyi säilytyksen aikana vähiten siittiörikkaassa fraktiossa josta suurin osa seminaaliplasmasta oli poistettu. Kun seminaaliplasmaa oli mukana näytteessä säilytyksen aikana, fraktioeroja siittiöiden liikkuvuudessa ja DNA-vaurioiden määrässä ei nähty. Tutkittujen entsyymien (alkalinen ja hapan fosfataasi, β-glukuronidaasi) pitoisuudet olivat korkeampia siittiörikkaissa kuin siittiököyhissä fraktioissa, kun taas kalsium- ja magnesiumpitoisuudet olivat korkeampia siittiököyhissä kuin siittiörikkaissa fraktioissa. Natriumia ja kaliumia oli eniten ennen ejakulaatiota erittyvässä esisekreetissä, joka ei sisällä siittiöitä. Siittiököyhän fraktion kaliumpitoisuudella saattaa olla merkitystä siittiöiden liikkuvuuden kannalta, mutta yksikään tutkituista ainesosista ei ollut yhteydessä oriin hedelmällisyyteen.