获能的概念始于1951年,美籍华裔科学家张明觉和另一位科学家Austin,发现哺乳动物刚射出的精子和新鲜制备的附睾尾精子,如果不在雌性生殖道停留一段时间,均不能使卵子受精,而必须进入雌性动物生殖道,经过一段时间,才会获得受精能力,他们把这一生理现象称为获能(capacitation)。此后大量研究证实精子获能是包括人类在内的所有哺乳动物精子在使卵子受精前必须经历的一个生理阶段,生理学界又把获能称为“张-奥斯汀”原理。最终,精子获能使精子产生高度活跃运动(hyperactivated motility),并具备发生顶体反应的潜能。

获能概念的提出,不仅是对生殖生理机制的阐明,表明体内精子功能的进一步完善是精子受精的必要环节,对于临床辅助生殖技术的运用也是必须要重视的方面,获能的发现才使体外受精成为可能,也就是,除了单精子卵细胞胞质内注射,体外受精也需要使精子达到较好的获能状态。

精子获能的研究始于体内实验研究。精子在附睾运行和储存过程中,已获得了受精潜能,但由于附睾分泌一种物质,附于精子表面,暂时抑制了它的受精能力。这种物质称为去能因子(decapacitation factor,DF)或顶体稳定因子(acrosome stabilizing factor,ASF)。精囊也能分泌去能因子,在射精过程中附于精子表面。直至精子进入女性生殖道,去能因子对精子受精能力的抑制作用才被解除。同时,精子射出后,所处的微环境发生了较大的改变,精浆及女性生殖道中的CO2及其他促进获能的物质含量相对较高,pH值及离子浓度也有较大的差异,因此,抑制因素的解除和促进因素共同使精子获能,最终获得受精能力。

精子获能始于宫颈,主要在宫腔和输卵管中进行。精子在女性生殖道中获能并不是同时发生的,而总是表现出有先有后,即获能并非同步进行,据此通常用精子群体百分率来表示精子获能程度。获能是一个可逆过程,这表现在已获能的精子一旦与精囊液再次接触,精子又呈现非获能状态即去获能。体内这些获能的特点有着其重要的生理意义,因为与体外受精不同的是,体外受精时精子与卵子共同孵育及受精的时间是可以人为控制的,而在自然的体内受精的生理过程中,很多情况下精子与卵子的接触时间并不是精确控制,所以,精子需要等待时机,并通过在不同时间获能的方式延长可能受精的时间,增加受精的机会。

进一步研究已可使精子的获能在体外进行,即可使用适宜的获能液使精子在体外获能。不同种属动物所需获能液的成分不尽相同,如人精子可用BWW。体外获能技术已在体外受精中得到广泛应用,并且体外获能技术又发展和加深了人类对精子获能的认识。但是,体外实验研究与体内有较大的差别,比如,体外获能实验往往会导致一些精子发生自发性的顶体反应,这对于体外实验影响并不大,因为精子数量众多,而在体内,只有少数的精子能到达受精部位;体外实验往往使很多精子同时获能,而体内不是这样。尽管体外获能与体内有很大的差异,但是体外实验是研究精子获能的必要手段,也是临床进行体外受精的重要方面。

近年发展起来的显微授精技术,已能将单个精子注入卵母细胞内,使其形成受精卵,发育成正常胚胎并繁育后代,其间无需获能过程,这对传统获能理论看来是一大挑战,但应当指出,这种显微注射技术是非生理性的,而获能是正常受精过程中的重要阶段。因此,获能在生殖生理中仍然具有重要意义,仍然有一系列问题有待进一步研究阐明。

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