 |
|
واكنش آكروزومی
اسپرم آكروزوم
واكنش آكروزومی (به انگلیسی: Acrosome reaction)، یک فرایند اگزوسیتوزی است که طی آن غشای پلاسمایی سر اسپرم و غشای خارجی آکروزوم در چندین نقطه با یکدیگر ادغام می‌شود و به‌دنبال آن محتویات کیسه‌ی آکروزومی آزاد غشای داخلی آکروزوم نمایان می‌شود. این فرآیند برای عبور اسپرم از سدهای محافظ تخمک و باروری آن ضروری است. تحقیقات نشان داده است که واکنش آکروزومی خودبه‌خودی با درصد لقاح در سیکل‌های IVF (لقاح خارج رحمی) ارتباطی ندارد ولی قدرت واکنش آکروزومی القایی احتمالاً با قدرت لقاح اسپرم در ارتباط است. در دستگاه تناسلی زن، واکنش آکروزومی توسط موادی مانند مایع فولیکولی، پروژسترون و زوناپلوسیدا القأ می‌شود. واکنش آکروزومی هم‌چنین می‌تواند توسط مواد مصنوعی مانند کلسیم یونوفور (A23187) در محیط آزمایشگاه القأ شود. این ماده باعث نفوذ کلسیم به داخل آکروزوم و در نتیجه القأ واکنش آکروزومی می‌شود. درصد این نوع واکنش آکروزومی با توانایی اسپرم در ارتباط است. واکنش‌های آکروزومی القأشده به‌وسیله‌ی کلسیم یونوفور یکی از جنبه‌های مهم عملکرد اسپرم به‌شمار می‌رود و می‌تواند در تکنولوژی تولیدمثل کمکی (ART) کاربرد داشته باشد. ظرفیت‌گیری اسپرم‌ها برای انجام واکنش آکروزومی ضروری است. این فرآیند به‌طور فیزولوژیک در دستگاه تولیدمثل انجام می‌شود. در آزمایشگاه نیز اسپرم‌ها می‌توانند با قرار گرفتن در محیط‌های حاوی حلقه‌ی کربس و آلبومین، این فرآیند را انجام دهند.
با این حال، به‌طور كلی اهميت واكنش آكروزومی اسپرم در اين است كه روی سطح زوناپلوسيدا رخ دهد؛ در غير اين‌صورت اسپرم نمی‌تواند از اين لايه عبور كند.
| ▲ | فرآیند طبیعی |
آكروزوم اسپرم، ساختمانی مشتق از دستگاه گلژی است که مانند یک كلاهك ناحیه‌ی قدامی هسته را می‌پوشاند و حاوی آنزيم‌های هيدروليتيك متعدد لازم برای واكنش آكروزومی می‌باشد.
آکروزوم از دو بخش قدامی و خلفی به‌نام سگمان استوایی (Equatorial Segment) تشکیل شده است. پس از ظرفیت‌گیری (Capacitation)، اسپرم توانایی اتصال به زوناپلوسیدا (Zona Pellucida) را به‌دست می‌آورد و به گیرنده‌های زوناپلوسیدا متصل می‌گردد. اتصال اسپرم به گیرنده‌های زوناپلوسیدا باعث آغاز واکنش کروزومی می‌شود که گام مهمی در عمل لقاح است. واكنش آكروزومی شامل فیوژن (Fusion)، وزیکوله‌شدن (Vesiculation)، از دست دادن غشای آکروزومی خارجی و غشای پلاسمایی اسپرم روی آکروزوم، آزادسازی آنزیم‌های آکروزومی است.
نمودار فرایند لقاح و واكنش آكروزومی
واكنش آكروزومی روند اگزوسیتوزی وابسته به کلسیم است که با فیوژن غشای آکروزومی و غشای پلاسمایی اسپرم و آزادسازی محتویات آکروزوم مشخص می‌گردد و در این روند وزیکول‌های غشای هیبرید تشکیل می‌شوند. فیوژن غشا و وزیکوله‌شدن برای نفوذ به زوناپلوسیدای اطراف تخمک لازم است. روند اگزوسیتوز، ناحیه‌ی قدامی سر اسپرم را درگیر می‌کند و به‌طرف سگمان استوایی گسترش می‌یابد.
نمودار بالا بیان‌گر جریان و نوع ظرفیت‌پذیری و باروری است. در فاز اول و همزمان با عبور اسپرم از ناحیه‌ی تناسلی زن، پوشش سلولی آکروزوم ذوب شده و زمینه را برای ظرفیت‌پذیری (قابلیت بارورنمودن) اسپرم فراهم می‌سازد. در فاز دوم، آنزیم‌های آکروزوم آزاد و رها شده و موجب نفوذ اسپرم در توده‌های سلولی کومولوس و گرانولوزای تخمک می‌شود. در فاز سوم، آکروزوم به زوناپلوسیدا متصل شده و بدین‌وسیله جریان ظرفیت‌پذیری کامل می‌شود. در فاز چهارم، اسپرم با نفوذ در پوسته‌ی تخمک (زوناپلوسیدا) به‌سوی ائوپلاسم تخمک به پیش می‌رود. همزمان در لحظه‌ی نفوذ اسپرم در زوناپلوسیدای تخمک در یک واکنش معجزه‌آسا، موجب اتصال زونا با پوشش پری‌ویتیلین فراهم شده و این پوسته را به یک پوسته‌ی نفوذناپذیر برای اسپرم‌های دیگر تبدیل می‌نماید. ورود بیش از یک اسپرم به درون تخمک بارورشده، پلی‌اسپرمی (چند اسپرمی) نامیده می‌شود، که این امر در نهایت مرگ جنین را در پی خواهد داشت.
| ▲ | در لقاح آزمایشگاهی |
انجام باروری در خارج از بدن شانس بسیار بیشتری دارد. اسپرم، در این صورت قادر خواهد بود که تخمک را سریعاً پیدا نموده و آن را بارور نماید. علت این امر آن است که در لقاح خارج رحمی فاصله‌ی را که اسپرم باید درون قطره‌ای در داخل ظرف آزمایشگاهی شنا نموده و تخمک را پیدا کند، به‌مراتب کوتاه‌تر از فاصله‌ای است که اسپرم در شرایط طبیعی بایستی آن را از مسیر بن‌بست خلفی واژن (ناحیه‌ی fornix) تا لوله‌ی فالوپ طی نماید. تخمک نیز به‌طور ثابت و بدون حرکت درون قطره‌ی کوچک محیط کشت در پتری‌دیش قرار دارد. این وضع با وضعیت حضور تخمک در لوله‌های فالوپ بسیار متفاوت است.
به‌هر حال، جریانی که به‌وسیله‌ی آن اسپرم برای باروری یک تخمک آماده می‌شود، «ظرفیت‌پذیری» (Capacitation) و یا قابلیت بارورساختن نامیده می‌شود. ظرفیت‌پذیری اسپرم در دو مرحله انجام می‌گیرد: نخست، هنگامی است که اسپرم به تخمک می‌رسد و آکروزوم اسپرم با غشای سلولی خود ترکیب شده موجب ذوب آن می‌شود و در نتیجه این عمل، به آرامی آنزیم‌های درون کیسه آکروزوم آزاد می‌شوند. با این حال، اسپرم به سلول‌های کومولوس و گرانولوزای اطراف تخمک و سپس پوسته‌ی تخمک (زوناپلوسیدا) حمله می‌کند و در نتیجه‌ی آن، سر تعدادی اسپرم‌ها به زوناپلوسیدای تخمک چسبیده و به آن متصل می‌شوند. پس از آن، یک اسپرم با حرکاتی تحت عنوان «هاپیراکتیویشن» (Hyperactivation) موفق به نفوذ در درون تخمک می‌شود. جریانی که طی آن اسپرم به زوناپلوسیدای تخمک متصل می‌شود، مرحله‌ی دوم ظرفیت‌پذیری با فرنام «واکنش آکروزومی» (Acrosom Reaction) یاد می‌شود.
در لقاح مصنوعی یا لقاح در خارج از بدن (IVF)، که در آن سلول‌های تخمک را در شرایط آزمایشگاهی با اسپرم بارور می‌کنند، باید در اولین اقدام، شرایط لازم برای ظرفیت‌پذیری اسپرم را پیش از انجام لقاح خارج رحمی فراهم نمود، تا امکان باروری تخمک در ظرف پتری‌دیش مهیا شود. پس از ظرفیت‌پذیری و تحقق واکنش آکروزومی، اسپرم موفق به سوراخ نمودن و نفوذ در زوناپلوسیدا (پوسته‌ی تخمک که پوشش آم به‌شمار می‌ورد) و عبور از غشای سیتوپلاسمی، به‌سوی هسته (نوکلئوس) تخمک رفته و جریان باروری را تکمیل می‌سازد. همزمان با نفوذ اسپرم در تخمک، غشای آن در سطح باقی می‌ماند و تنها سر اسپرم که حاوی مواد ژنتیکی (کروموزوم‌ها) است، وارد تخمک می‌شود.
| ▲ | اهمیت بالینی |
آکروزوم اندامکی از سلول اسپرم است که از دستگاه گلژی مشتق می‌شود و به‌عنوان یک گرانول ترشحی در آپکس سر اسپرم قرار می‌گیرد. و دو غشای داخلی و خارجی را داراست. ماتریکس آکروزومی بین این دو غشأ واقع شده است و حاوی آنزیم‌هایی همانند پروآکروزین که نقشی حیاتی در روند باروری دارد، می‌باشند. واکنش آکروزوم که عبارت از آزاد شدن پروآکروزین از درون آن است مرحله‌ای بسیار مهم در اتصال اسپرم به زوناپلوسیدا و ورودش به درون آن است. امروزه بیش از پیش معلوم شده است که جهت انجام این فرایندها مرفولوژی نرمال آکروزوم و هم‌چنین خود سلول اسپرم مورد نیاز است. نمونه‌های اسپرمی که حاوی درصد اندکی از آکروزوم‌های دست‌نخورده هستند مشکل باروری دارند. حدود ۵۰٪ از شکست‌های IVF به‌دلیل اختلالات ساختار و عملکرد آکروزوم اتفاق می‌افتند.
واکنش آکروزوم روند وابسته به رسپتوری است که شامل اتصال غشای پلاسمایی اسپرم و غشای خارجی آکروزوم می‌شود و نتیجه‌ی آن آزاد شدن آنزیم‌های آکروزومی است. این روند می‌تواند توسط فراورده‌های فیزیولوژیکی همانند مایع فولیکولی، پروژسترون و پروتئین شماره‌ی ٣ زونا پلوسیدا (ZP-3) ایجاد گردد. به‌علاوه فراورده‌های غیر فیزیولوژیک مانند یونوفور کلسیم A-23187 و دمای پایین توانایی القای واکنش آکروزومی را دارد.
از آن‌جایی که فقط اسپرم‌هایی که بتوانند واکنش آکروزومی دهند، توان ورود به درون زوناپلوسیدا را دارند، واکنش آکروزومی پیش‌نیاز لقاح محسوب شده و به‌همین دلیل یک شاخص پیش آگهی برای بروز لقاح محسوب می‌شود. بیمارانی که اختلالاتی در اسپرم آن‌ها از جهت واکنش آکروزومی وجود داشته باشد، توانایی باروری به مراتب کمتری دارند.
«در ارزیابی مرفولوژیک اگر اسپرمی نرمال تلقی شود، بدون تردید یک آکروزوم نرمال دارد» این گفته به این معنی است که اندیکس آکروزومی همیشه معادل و در بیشتر موارد در مقایسه با درصد مرفولوژی نرمال اسپرم بزرگ‌تر است.
به‌طور طبیعی در ارزیابی مرفولوژیک آکروزوم باید ۴۰-٧۰٪ حجم سر اسپرم را شامل شود. اختلالات مرفولوژیک آکروزوم بیشتر وقت‌ها مربوط به اندازه‌ی آن است که عمدتاً هم ژنتیکی است. به‌عنوان مثال گلوبوزواسپرمیا یا اختلال mini acrosomal. هم‌چنین آکروزوم می‌تواند به‌صورت خیلی درشت که معمولاً هم با واکنش خودبه‌خودی آکروزوم همراه است همراه شود.
اندیکس آکروزومی که مفهوم آن نسبت درصد آکروزوم‌های نرمال به کل آکروزوم‌هاست شاخصی بسیار حساس خصوصاً در افرادی که میزان مرفولوژی نرمال کلی اسپرم آنان کمترذ از ۵٪ باشد محسوب می‌شود. ثابت شده است که اگر میزان مرفولوژی نرمال کمتر از ۵٪ اما اندیکس آکروزومی بیش از ١۵٪ باشد، میزان لقاح همیشه بیش از ۵۰٪ است. از سوی دیگر سلول‌های اسپرم با آکروزوم طبیعی که بر اساس معیار tygerberg غیرطبیعی باشند همانند مواردی که اختلالات خفیف تا متوسط وجود داشته باشد به احتمال زیاد می‌توانند به زوناپلوسیدا وصل شده و واکنش آکروزوم را کامل نمایند اما در افراد با اندکس آکروزومی کمتر از ١۰٪ اصلاً شرایط این‌گونه نیست.
٨١ بیمار به دوگروه با اندکس آکروزومی کمتر از ٧٪ (۴٢ نفر) و بیش از ٧٪ (٣٩ نفر) تقسیم شدند. در گروه اول IVF منجر به ۴٣،۵٪ لقاح گردید، در حالی‌که درگروه دوم این عدد ٧١،٩٪ بود. این مطالعه نشان داد که در افراد با نرمال مرفولوژی اسپرم کمتر از ۵٪ و اندکس آکروزومی بیش از ٧۰٪ نسبت به افراد با اندکس آکروزومی کمتر از ٧٪ میزان لقاح درحد چشمگیری بالاتر است.
مطالعات متعدد نشان داده است که میزان cut off برای اندکس آکروزومی به‌طوری‌که دربالین مفید بوده و تمایز بین IVF و ICSI را روشن می‌نماید، معادل ٦٪ در افراد با نرمال مرفولوژی کمتر از ۴٪ است.
محققین متعدد از تمامی یافته‌های فوق به این نتیجه رسیدند که ارزیابی مرفولوژی اسپرم درکنار واکنش آکروزوم و شمارش تعداد کل اسپرم‌های متحرک خصوصاً در تکنیک‌های آماده‌سازی اسپرم اندکس ارزشمندی جهت انتخاب درمان به روش‌های IUI ،IVF یا ICSI می‌باشد نتیجه‌ی کل بحث این است که اندکس آکروزومی نقش بسیار ارزشمندی در انتخاب روش تکنیک کمک به باروری دارد. در حال حاضر، اگر افراد بخواهند موفقیتی بیش از ۵۰٪ در IVF داشته باشند، نیاز به اندکس آکروزومی بین ٩-١٦٪ دارند. و اندکس بیش از ٨٪ نقطه تمایز بین فرد بارور و کم بارور محسوب می‌شود. با این حال مهم‌ترین جنبه‌ی این بحث تصمیم‌گیری جهت توصیه‌ی زوجی به انجام ICSI است. به این منظور اگر اندکس آکروزومی کمتر از ٦٪ باشد و از سوی دیگر تعداد کل اسپرم‌های متحرک کمتر از یک میلیون و مرفولوژی نرمال اسپرم کمتر از ۴٪ باشد می‌توان گفت که بهترین تصمیم انجام ICSI است.
گذشته از موضوع مرفولوژی اسپرم، جنبه‌ی دیگری به‌نام عملکرد آن نیز مطرح می‌شود. ممکن است یک آکروزوم ظاهری نرمال داشته باشد، اما توان عملکرد آن مناسب نباشد هم‌چنان‌که یک سلول اسپرم ممکن است بی‌تحرک باشد، اما درعین حال زنده هم باشد. درحالت کلی دو نوع اختلال عملکرد آکروزوم تعریف شده است:
١- Prematurity: واکنش زودرس آکروزوم به این معنی است که رها شدن آنزیم‌های موجود در آن قبل از اتصال به زوناپلوسیدا اتفاق می‌افتد که از نظر فیزیولوژیک کاملاً غیرمؤثر است.
٢- Insufficiency: اگر آکروزوم از نظر عملکردی ناکارآمد باشد حتی چسبیدن آن به زوناپلوسیدا هم نمی‌تواند بروز واکنش آکروزوم در آن را القأ نماید و به‌طور طبیعی این سلول جهت فرایند لقاح کارآمد نیست
لازم به توضیح است که زودرسی و ناکارآمدی عملکرد آکروزوم می‌توانند توأماً در یک نمونه‌ی مایع منی دیده شوند هرچند که با ظهور تکنیک ICSI می‌شود بر هر دوی این اختلالات غلبه نمود اما ناکارآمدی اسپرم را می‌شود با مجاور نمودن اسپرم با Pentoxifyiline و زودرسی آن را با مجاورت نمونه با egg yolk قبل از IVF استاندارد برطرف نمود.
از نظر آزمایشگاهی هر دوی این اختلالات قابل تشخیص‌اند. آزمایشی به‌نام ARIC (واکنش آکروزوم القأ شده با یونوفور کلسیم وجود دارد که توان تشخیص هر دو اختلال قابل بحث را دارد. تفسیر نتیجه‌ی آن به این ترتیب است که اگر طی این آزمایش بیش از ٢۰٪ آکروزوم‌ها قبل از مجاورت با یونوفور کلسیم واکنش دهند به‌معنای prematurity و اگر کمتر از ١۵٪ اسپرم‌ها بعد از مجاورت با یونوفور کلسیم از خودشان واکنش نشان دهند به‌معنای ناکارآمدی آکروزوم است.
نکته‌ی مهم دیگر که می‌توان آن را از بحث بالا استنتاج نمود آن است که واکنش آکروزوم دقیقاً وابسته به زمان است. چنانچه زودتر از موعد یا دیرتر از موعد اتفاق افتد هیچ حاصلی در پی ندارد. به‌طور فیزیولوژیک منطقی داستان آن است که اگر از تکنیک ICSI می‌خواهند بهره ببرند، بهتر است اسپرمی را به‌کار گیرند که قبلاً واکنش آکروزومی را داده است چرا که واکنش آکروزوم در درون اووسیت امکان‌پذیر نیست و حضور آکروزوم ممکن است مانع بازخوانی DNA اسپرم توسط اووسیت شود.
مطالعات نشان داده‌اند که اگر سلول اسپرم را به‌مدت ٣ ساعت قبل از ICSI منتظر نگه داشته شود و سپس ICSI انجام گیرد، بهترین نتیجه را به‌دنبال خواهد داشت.
[▲] يادداشت‌ها
[▲] پيوست‌ها
...
[▲] پی‌نوشت‌ها
...
[▲] جُستارهای وابسته
□
□
□
[▲] سرچشمه‌ها
□
□
□
□
[▲] پيوند به بیرون
□ [۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]
رده‌ها: │ آندرولوژی │ دستگاه تولیدمثل
