Estudos têm demonstrado a importância da mitocôndria para a funcionalidade do espermatozoide, referindo-a como a principal fonte de energia para a motilidade e a homeostase celular. No entanto, para algumas espécies animais, estudos recentes indicam que a glicólise parece ser o principal mecanismo de produção de ATP para a motilidade espermática, superior à fosforilação oxidativa. Em ovinos estudos envolvendo o metabolismo energético do espermatozoide são necessários não apenas pelo seu interesse zootécnico, mas também como modelo experimental para bovino, espécie na qual este mecanismo é também pouco conhecido. Apesar da importância da mitocôndria para o metabolismo celular durante a fosforilação oxidativa, são produzidos metabólitos denominados Espécies Reativas de Oxigênio, as quais possuem um papel fundamental em diversos processos fisiológicos. No entanto, um eventual desequilíbrio entre a produção de EROs e os mecanismos antioxidantes caracteriza o estresse oxidativo, que pode ser letal para as células espermáticas. Ademais, estudos anteriores relacionam as disfunções mitocondriais causadas pela criopreservação espermática ao estresse oxidativo e a diminuição da atividade mitocondrial. Desta forma, acreditamos que injúrias mitocondriais durante a criopreservação são a origem da produção excessiva de fatores pró-oxidativos e, em última análise, causadores dos danos espermáticos pós-descongelação e diminuição da motilidade. Em face do exposto, a hipótese central do presente experimento é que o espermatozoide ovino, após despolarização mitocondrial por desacoplamento da fosforilazação oxidativa e suplementação para a glicólise, é capaz de manter a produção de ATP e, consequentemente, a motilidade espermática. Ainda, um leve desacoplamento mitocondrial é benéfico para os espermatozoides durante a criopreservação por diminuir as crioinjúrias mediadas por disrupções mitocondriais. Em relação aos nossos estudos de fisiologia, observamos no experimento 1 que os espermatozoides ovinos, mesmo apresentando suas mitocôndrias despolarizadas são capazes de manter a motilidade total. Este resultado nos sugere que a via glicolítica possivelmente é capaz de manter a motilidade espermática. Por outro lado, o desacolpamento mitocondrial alterou os padrões do movimento espermático, nos sugerindo que a mitocôndria possui um papel mais importante na qualidade do movimento espermático do que na motilidade total. Ainda, no experimento 2 observamos que a via glicolítica, após ser estimulada, é capaz de manter os níveis de ATP, os padrões de cinética espermática e a homeostase oxidativa dos espermatozoides epididimários bovinos submetidos ao desacoplamento mitocondrial. Em relação ao nosso estudo aplicado (experimento 3), observamos que os espermatozoides ovinos criopreservados submetidos à um leve desacoplamento mitocondrial concomitantemente à estimulação da via glicolítica apresentaram maior motilidade, menor peroxidação lipídica, menor susceptibilidade da cromatina à denaturação ácida e maior potencial de membrana mitocondrial. Estes resultados nos indicam que um leve desacoplamento mitocondrial durante a criopreservação espermática é capaz de proteger as mitocôndrias contra as crioinjúrias e consequentemente melhorar a qualidade espermática pós-descongelação. / Studies have demonstrated the importance of mitochondria in the sperm functionality, referring to it as the main source of energy for motility and cellular homeostasis. However, for some animal species, recent studies indicate that glycolysis seems to be the main mechanism ATP production for sperm motility, higher than the oxidative phosphorylation. In ovine studies involving energy metabolism of sperm are required not only for their livestock interest, but also as an experimental model for bovine species in which this mechanism is also unknown. Despite the importance of mitochondria for cellular metabolism during oxidative phosphorylation, they are produced metabolites called reactive oxygen species, which have a key role in many physiological processes. However, any imbalance between ROS and antioxidant mechanisms characterizes oxidative stress, which may be lethal for the sperm cells. Moreover, previous studies relate to mitochondrial dysfunction caused by oxidative stress on sperm cryopreservation and decreased mitochondrial activity. Thus, we believe that mitochondrial injury during cryopreservation are the source of excessive production of pro-oxidative factors and ultimately, causing the post-thaw sperm damage and decrease in motility. In view of the above, the central hypothesis of this experiment is that the ovine sperm after mitochondrial depolarization by uncoupling of oxidative phosphorylation and glycolysis supplementation is capable of maintaining the ATP production and consequently sperm motility. Additionally, a mild mitochondrial uncoupling is beneficial for spermatozoa during cryopreservation by decreasing the cryoinjuries mediated by mitochondrial disruption. Regarding our physiology studies, we observed in experiment 1 that the ovine sperm, even with their depolarized mitochondria are able to maintain total motility. This result suggests that the glycolytic pathway is possibly able to maintain motility. Moreover, the fact that mitochondrial uncoupling altered sperm movement patterns suggests that mitochondria has a more important role in the quality of sperm kinetic than the total motility. Furthermore, in the experiment 2 we observed that glycolytic pathway, after being stimulated, is able to maintain ATP levels, sperm kinetics patterns and oxidative homeostasis of bovine epididymal spermatozoa submitted to mitochondrial uncoupling. Regarding our applied study (Experiment 3), we observed that cryopreserved ovine sperm submitted to mild mitochondrial uncoupling concurrently with glycolysis stimulation showed increased motility, lower lipid peroxidation, lower susceptibility of chromatin to acid denaturation and higher mitochondrial membrane potential. These results indicate that a slight mitochondrial uncoupling during sperm cryopreservation can protect mitochondria against cryoinjuries and hence improve the post-thaw spermatozoa quality.

Durante o processo de criopreservação o espermatozóide passa por mudanças estruturais nas membranas que resulta em diminuição da fertilidade. Este estudo foi realizado para comparar os efeitos de duas técnicas de congelação (técnica convencional e técnica automatizada), curvas de congelação e o uso de três crioprotetores (glicerol, etilenoglicol e dimetilformamida) sobre a motilidade, vigor e integridade das membranas espermáticas (plasmática, acrossomal e mitocondrial) do sêmen bovino. Foram utilizados cinco touros da raça Simental, coletados semanalmente por seis semanas. O semên foi avaliado e diluído em tris-gema (fração única), preparado previamente com os seguintes crioprotetores:- dimetilformamida (3%), etilenoglicol (7%) ou glicerol (7%). A metade das doses foi congelada pela técnica convencional (TC), da seguinte maneira:- seis quilogramas de gelo moído foi colocado em uma de uma caixa de isopor de 15 litros, quando então as palhetas a serem congeladas foram colocadas sobre um suporte, na posição horizontal, por 90 minutos (curva de resfriamento, -0,55°C/min). Imediatamente após, o suporte com as palhetas foi transferido para outra caixa de isopor onde as palhetas permaneceram em vapor de nitrogênio (3cm), por 15 minutos (curva de congelação, -19,1°C/min). A outra metade das palhetas foi criopreservada pela técnica automatizada (TA), utilizando-se um aparelho programável portátil de controle eletrônico (TK2000), com taxa de resfriamento de -0,23°C/minuto e taxa de congelação de -15,5°C/minuto. Após a congelação as palhetas foram mantidas em botijões criogênicos e descongeladas para avaliação da motilidade (%) e vigor (1-5) por microscopia óptica. A integridade das membranas plasmática, acrossomal e mitocondrial foi avaliada utilizando-se o iodeto de propídio (PI); aglutinina de Pisum sativum conjugada a fluoresceína (FITC-PSA) e MitoTracker Green FM (MITO), respectivamente, por microscopia de epifluorescência. As análises estatísticas foram realizadas com o auxílio do Programa StatView® (SAS Institute, Cary, NC, USA). Não houve diferenças significativas entre as técnicas e nem interação entre crioprotetor e técnica de congelação (P>0,05) para os parâmetros avaliados. Houve diferença entre os crioprotetores (P<0,05), sendo que o glicerol preservou melhor a motilidade, o vigor e a integridade das membranas plasmática, acrossomal e mitocondrial dos espermatozóides quando comparado ao etilenoglicol e a dimetilformamida. O etilenoglicol foi superior à dimetilformamida para as avaliações da motilidade e da integridade das membranas plasmática e mitocondrial (P<0,05). Uma vez que, 85% dos espermatozóides apresentaram algum grau de lesão, isto nos conduz a inferir que pesquisas são necessárias para que se obtenha melhoria nos resultados após a criopreservação do sêmen bovino / During cryopreservation, spermatozoa undergo many changes leading to membrane damage which result in decreased fertility. This study was designed to compare the effects of two freezing techniques (conventional and automated), their freezing curves and the use of three cryoprotectants (glycerol, ethylene glycol and dimethylformamide) on the motility, vigor and integrity of spermatic membranes (plasmatic, acrosomal, and mitochondrial) of bovine semen. Five Simmental bulls ranging from 24 to 36 months age were submitted one a week to semen collection for six weeks. Semen samples were evaluated and diluted in TRIS-yolk medium (one step). Each semen collection dilutors were prepared previously with each of following cryoprotectants:- glycerol (7%), ethylene glycol (7%) or dimethylformamide (3%). Half of the amount of straws (0.5 mL) was frozen by a conventional manual technique (TC), as in following protocol:- six kilograms of ground ice were placed in the bottom of a thermal box (15 L), straws were cooled on a grid placed horizontally for 90 minutes (cooling rate, -0.55°C/min), immediately transferred to another thermal box and frozen in static liquid nitrogen vapor (15 min) on the same grid placed 3 cm above the liquid nitrogen (freezing rate, -19.1°C/min). The other half of straws was frozen by automated technique (TA). TA was performed using an electronic controlled programmed machine (TK2000) which cooling rate was -0.23°C/min and freezing rate was -15.5°C/min. Straws were plunged into liquid nitrogen and stored at -196°C. The motility (%) and vigor (1-5) were assessed using optic microscopy. The integrity of plasmatic, acrosomal and mitochondrial membranes were evaluated using propidium iodide (PI), fluorescein conjugated Pisum sativum agglutinin (FITC-PSA) and MitoTracker Green FM (MITO), respectively, by fluorescence microscopy. Effects of treatment were analyzed by StatView® Program, (SAS Institute, Cary, NC, USA). There were no significant differences (P>0.05) between the two freezing techniques and no interaction among cryoprotectant and freezing techniques for all assessed parameters. Glycerol showed better results (P<0.05) than other two cryoprotectants for motility, vigor, and integrity of plasmatic, acrosomal and mitocondrial membranes. Ethylene glycol was superior (P<0.05) than dimethylformamide in preserve motility, and integrity of plasmatic and mitochondrial membranes. Because 85% of spermatozoa showed some kind of post thawing injury, further studies are required to improve cryopreservation techniques used routinely for bovine semen

O processo de fertilização está intimamente relacionado ao íon cálcio. Há relatos que bloqueadores de canais de íons cálcio voltagem-dependentes, utilizados na terapia anti-hipertensiva, podem levar à infertilidade masculina, mas poucos relatos são os de seus efeitos sobre o oócito. O objetivo deste experimento foi verificar a influência dos bloqueadores de canais de cálcio voltagem-dependentes do tipo-L, verapamil, nifedipina e diltiazem, sobre os gametas masculino e feminino. Machos e fêmeas hamsters foram utilizados em testes in vivo e in vitro. Foram realizados tratamentos in vitro no Experimento I: espermatozóides foram capacitados em meios contendo três concentrações de bloqueadores de canais de cálcio e avaliados quanto à capacitação espermática, hiperatividade e fertilidade in vitro. Oócitos foram tratados previamente por 30 minutos com quatro concentrações de antagonistas de canais de cálcio e submetidos a teste de fertilização in vitro e à avaliação do comportamento dos grânulos corticais. No Experimento II, os bloqueadores de canais de cálcio foram administrados, duas vezes ao dia, por 60 dias nos machos e por 30 dias nas fêmeas, que foram analisados pela fertilidade in vivo, capacitação e hiperatividade espermáticas, fecundação in vitro e exocitose dos grânulos corticais, e microscopia eletrônica de transmissão nos oócitos tratados in vivo. No Experimento III, a concentração intracelular de cálcio foi mensurada em espermatozóides e oócitos na presença dos bloqueadores de canais de cálcio. Como resultados, no Experimento I, os fármacos atuaram de forma dose-dependente, os espermatozóides tratados apresentaram menor taxa de capacitação espermática, de hiperatividade e de fecundação in vitro. Os oócitos tratados mostraram menor taxa de fertilização in vitro em relação ao controle e, nos grupos verapamil e diltiazem, exocitose parcial dos grânulos corticais e ativação não completa dos oócitos. O Experimento II demonstrou que os machos dos grupos tratados tiveram menor taxa de capacitação espermática, de hiperatividade e de fertilidade in vitro em relação ao grupo controle, e nos grupos verapamil e nifedipina houve uma redução da fertilidade refletida no número de fêmeas paridas em relação ao grupo controle e diltiazem. A fecundação in vivo das fêmeas tratadas não variou entre os grupos; porém, a taxa de fertilização in vitro dos oócitos de fêmeas tratadas in vivo com os antagonistas foi menor em relação ao controle; tanto a exocitose dos grânulos corticais quanto a microscopia eletrônica não foram detectadas diferenças entre os grupos. As ninhadas de fêmeas que receberam a terapia no início da gestação apresentaram menor peso ao nascimento e maior taxa de mortalidade. No Experimento III, notou-se que os fármacos causaram um bloqueio do influxo de cálcio extracelular tanto em espermatozóides como em oócitos. Concluiu-se que, tanto espermatozóides como oócitos, possuem em sua membrana plasmática canais de íons cálcio sensíveis aos bloqueadores de canais de cálcio voltagem-dependentes do tipo-L. Nos tratamentos in vitro, estes fármacos atuaram negativamente na capacidade de fecundação dos espermatozóides e dos oócitos. A terapia com os bloqueadores de canais de cálcio reduziu a fertilidade nos machos, mas não nas fêmeas. A administração dos bloqueadores no início da gestação causou efeitos teratogênicos / Fertilization process is closely related with calcium ion. There are reports about voltage-dependent calcium ion channel blockers of anti-hypertension therapeutic use causing male infertility, but there are few reports about such effects on the oocyte. The main goal of this experiment was to check the influence of verapamil, nifedipine and diltiazem (L-type voltage-dependent calcium ion channel blockers) on spermatozoa and oocytes. Male and female hamsters were used for in vivo and in vitro experiment. In vitro treatments were preformed in the Experiment I, in which: spermatozoa were capacitated in three concentrations of the three calcium ion channel blockers and they were evaluated for sperm capacitation, hyperactivity and in vitro fertility. Oocytes were incubated for 30 minutes in four concentrations of the same calcium channel antagonists and submitted to in vitro fertilization and evaluation of cortical granules exocytosis. In the Experiment II, calcium channel blockers were supplied twice per day to males during 60 days and to females during 30 days. After this period, drug effects on the animals were evaluated through in vivo fertility, sperm capacitation and hyperactivity, in vitro fertilization, cortical granules exocytosis and transmission electronic microscopy of in vivo treated oocytes. In the Experiment III, the intracellular calcium concentrations were measured in spermatozoa and oocytes in the presence of calcium ion channel blockers. As results, in the Experiment I, the antagonists presented dose-dependent effects, affecting sperm capacitation rate, hyperactivity and in vitro fertilization rate on treated spermatozoa. Treated oocytes presented lower in vitro fertilization rate when compared to the control group and, in the verapamil and diltiazem groups, cortical granules exocytosis was partial and oocyte activation was not concluded. Experiment II showed that male hamsters of treatment groups presented lower sperm capacitation rate, hyperactivity and in vitro fertilization rate and there were fewer pregnant females, demonstrating a reducing male fertility in verapamil and nifedipine groups when compared to the control and diltiazem groups. In vivo fertility of treated females did not change among groups; however, in vitro fertilization rates in oocytes of calcium antagonists in vivo treated females were lower. Nor cortical granules exocytosis neither electronic microscopy detected differences among groups. Progeny of females that received the therapy in the beginning of pregnancy presented lower birth weight and higher mortality rate. In the Experiment III, the antagonists blocked extracellular calcium influx in spermatozoa and in oocytes. It is concluded that, there were calcium ion channels with sensibility to L-type voltage-dependent calcium ion channel blockers in the plasmatic membrane of spermatozoa and oocytes. In in vitro treatments, these antagonists influenced negatively spermatozoa and oocytes capacity of fertilization. Calcium channel blocker therapy reduced the fertility in males, but not in females. Calcium channel blockers supplied in the beginning pregnancy caused teratogenic effects

A criopreservação do sêmen suíno ainda é um desafio devido a extensão dos danos causados pelo choque-frio. Os espermatozoides oriundos da fração rica do ejaculado suíno possuem a membrana plasmática mais estável, são mais resistentes ao choque-frio e a reação acrossomal precoce do que aqueles oriundo da fração total do ejaculado. Com isso, o uso do plasma seminal oriundo dessa fração do ejaculado suíno também poderia aumentar a criotolerância dos espermatozoides suínos e/ou reverter os danos oriundo da criopreservação. Entretanto, a grande maioria das técnicas de avaliação espermática inclui apenas um parâmetro de funcionalidade espermática. Por outro lado, quanto mais características espermáticas analisadas, mais fiel se torna a avaliação quanto ao potencial fertilizante da amostra. Nesse contexto, esse trabalho objetivou a validação de uma técnica de análise espermática por citometria de fluxo para a avaliação simultânea da integridade das membranas plasmática e acrossomal e potencial de membrana mitocondrial. Além de avaliar os efeitos da adição/manutenção do plasma seminal oriundo da fração rica do ejaculado suíno sobre a cinética espermática, integridade das membranas plasmática e acrossomal e potencial de membrana mitocondrial, fluidez e peroxidação das membranas espermáticas, fosforilação do aminoácido tirosina, taxa de fertilidade e de prenhez precoce. A técnica sugerida em nosso trabalho é capaz de detectar (R2 &#61; 0,9356; p &lt; 0,01) simultaneamente os espermatozoides com a membrana plasmática e acrossomal integras e alto potencial de membrana mitocondrial (PIAIA). O plasma seminal da fração rica do ejaculado suíno gera benefícios para a cinética espermática melhorando a motilidade total e progressiva dos espermatozoides descongelados (p &lt; 0,05). Por outro lado, a manutenção/adição de plasma seminal oriundo da fração rica do ejaculado suíno, não é capaz de alterar (p &gt; 0,05) os espermatozoides PIAIA, a fosforilação do aminoácido tirosina, a fluidez e a peroxidação das membranas espermáticas. Entretanto, essas características devem ser cuidadosamente interpretadas, uma vez que, a fluidez e a peroxidação das membranas espermáticas são alteradas (p &lt; 0,05) pelo processo de centrifugação. As taxas de fertilidade e de prenhez precoce também não foram influenciadas (p &gt; 0,05) pela adição de plasma seminal oriundo da fração rica do ejaculado suíno. Portanto, podemos concluir que o plasma seminal da fração rica possui efeito benéfico sobre a fisiologia dos espermatozoides pós-descongelação, melhorando a criopreservação do sêmen suíno. / Boar semen cryopreservation is still a challenge due to the extension of cold shock damage. Boar spermatozoa arising from sperm-rich ejaculate fraction are reported to have a more stable plasma membrane, more resistant to cold shock and premature acrosome reaction than spermatozoa from the whole ejaculate. Thus, seminal plasma arising from whole sperm-rich fraction can increase cryotolerance of boar spermatozoa, and in other domestic species it has the ability to reverse cryopreservation damage. However, the majority of actual sperm evaluation techniques include a single sperm parameter, which makes the sperm characterization of a single population difficult. In this context, this work was performed to validate a sperm flow cytometry fourfold coloration technique for the simultaneous evaluation of plasma and acrosomal membrane integrity and mitochondrial membrane potential. Furthermore, we evaluate the seminal plasma arising from whole sperm-rich fraction effects on sperm kinetics, plasma and acrosomal membrane integrity and mitochondrial membrane potential, tyrosine phosphorylation, membrane fluidity and peroxidation, fertility and early pregnancy rate. The proposed technique is able (R2 &#61; 0.9356; p &lt; 0.01) to simultaneous detection of plasma and acrosomal membrane integrity and high mitochondrial membrane potential (IPIAH). Seminal plasma arising from whole sperm-rich fraction is able to improve (p &lt; 0.05) total and progressive motility. Furthermore, seminal plasma arising from whole sperm-rich fraction maintenance/addition was not able to improve (p &gt; 0.05) the IPIAH sperm population, tyrosine phosphorylation, membrane fluidity and peroxidation. However, these sperm characteristics need to be carefully interpreted, once, membrane fluidity and peroxidation could be influenced (p &lt; 0.05) by centrifugation. Fertility and early pregnancy rate we not improved (p &gt; 0.05) by seminal plasma addition. Therefore, we concluded that sperm fourfold coloration can be used to evaluate simultaneously plasma and acrosomal membranes integrity and mitochondrial membrane potential and that whole sperm-rich fraction seminal plasma can be beneficial to post-thawed sperm physiology, thereby improving boar semen cryopreservation.

Pas de résumés / No abstract

A fragmentação do DNA espermático é uma das principais causas de infertilidade nos machos. Alterações na integridade do DNA podem ser decorrentes da ação de espécies reativas de oxigênio (EROS), de defeitos na protaminação e da apoptose. A sensibilidade do espermatozoide ovino frente as biotecnologias reprodutivas pode ser resultado de uma alta suscetibilidade a ação de EROS ou alterações na protaminação espermática desencadeadas por estresse oxidativo induzido por estresse térmico, tornando o espermatozoide mais suscetível a fragmentação de DNA. Com o objetivo de entender mais este processo, foi realizado um primeiro experimento para avaliar o status oxidativo, os atributos espermáticos e a expressão gênica de proteínas envolvidas nos processos de protaminação em diferentes níveis de suscetibilidade a peroxidação lipídica (baixo, médio, alto e altíssimo) em sêmen ovino. Foi observado um aumento da atividade enzimática da glutationa peroxidase e uma diminuição da atividade enzimática da glutationa redutase no plasma seminal no grupo com suscetibilidade a peroxidação lipídica alta e altíssima. Com relação a catalase, não foi verificado esse aumento, no entanto houve maior imunodetecção desta enzima. Em relação a condição espermática, observou-se um aumento na porcentagem de defeitos totais e lesões nas membranas acrossomal e plasmática, além de porcentagens menores de espermatozoides com baixo potencial de membrana mitocondrial no grupo com maior suscetibilidade a peroxidação lipídica. Este mesmo grupo também apresentou alta suscetibilidade ao dano da cromatina e aumento do número de cópias do gene da protamina 1 (PRM1) em espermatozoides. O segundo experimento avaliou os atributos de espermatozoides provenientes do ejaculado e do epidídimo frente ao estresse térmico induzido por insulação testicular (tratado), assim como as relações com o status antioxidante. Observou-se diminuição da motilidade, vigor, turbilhonamento e aumento na porcentagem de defeitos maiores e menores, e de lesões na membrana acrossomal e plasmática em espermatozoides ejaculados no grupo tratado. Essas diferenças não foram observadas em espermatozoides epididimais. Uma maior atividade enzimática da glutationa peroxidase e da glutationa redutase foi observada no plasma seminal do grupo tratado. Foi verificado uma diminuição de espermatozoides com alto potencial de membrana mitocondrial no grupo tratado, indicando que o metabolismo mitocondrial parece estar envolvido no quadro de estresse oxidativo. Um terceiro estudo foi conduzido para verificar o efeito do estresse térmico na integridade da cromatina espermática, na protaminação do DNA espermático e na ativação de vias apoptóticas em testículo ovino. Em espermatozoides provenientes do ejaculado, houve um aumento da porcentagem de células com suscetibilidade a fragmentação da cromatina no grupo tratado; não observado em espermatozoides epididimais. Uma alta porcentagem de espermatozoides com fragmentação de DNA grau III (ensaio COMETA) e aumento do número de cópias de mRNA da proteína de transição 1 (TNP1) em espermatozoides provenientes do ejaculado, foi observada no grupo tratado. Já em espermatozoides provenientes do epidídimo, a PRM1 apresentou maior expressão no 30&omicron; dia do ciclo espermático comparado a 7&omicron; dia, enquanto que a TNP1 comportou-se de maneira contrária. Em relação a ativação de vias apoptóticas em testículo ovino, a proteína anti-apoptótica Bax foi imuno-identificada em espermatócitos e a Blc-2 em espermátides, sem diferença entre os grupos. Em conclusão, a alta susceptibidade dos espermatozoides ovinos a peroxidação lipídica altera o status oxidativo ocasionando um quadro de estresse oxidativo, principal causador de dano a cromatina. Adicionalmente, o estresse oxidativo induzido por estresse térmico prejudica os atributos espermáticos e aumenta a suscetibilidade dos espermatozoides a fragmentação de DNA. / Sperm DNA fragmentation is referred as one of the main causes of male\'s infertility. Among the etiologies of abnormalities on DNA integrity the action of reactive oxygen species (ROS), protamination failures and apoptosis are considered the most important. The known sensitivity of ram´s sperm to reproductive biotechnologies could be a result of a higher susceptibility to the action of ROS or changes in sperm protamination triggered by oxidative stress induced by heat stress. This would increase the susceptibility of sperm DNA to fragmentation. Initially, the ram sperm quality, seminal protamine gene expression and oxidative status were evaluated in semen samples of different levels of susceptibility to lipid peroxidation (low, medium, high and very high). There was an increase on glutathione peroxidase and decreased glutathione reductase enzymes&#39; activity in groups with high and very high susceptibility to lipid peroxidation. However, only catalase showed increased immunodetection. An increase on total defects and damaged acrosomal and plasmatic membranes were observed in the group showing the highest susceptibility to lipid peroxidation. Also, the percentage of sperm with low mitochondrial membrane potential, the percentage of sperm susceptible to chromatin damage and the number of copies of protamine 1 (PRM1) mRNA were increased in the group showing higher susceptibility to lipid peroxidation. The second study evaluated sperm\'s attributes from the epididymis and ejaculated sperm subjected to heat stress induced by testicular insulation (treated group), as well as correlations with the antioxidant status. We observed decrease on motility, vigor, and mass motility and increase on the percentages of sperm showing major and minor defects, and damaged plasma and acrosome membranes in the treated group. These differences were not observed in epididymal sperm. Increased enzymatic activities of glutathione peroxidase and glutathione reductase were observed in the treated group. Mitochondrial metabolism appeared to be involved in the oxidative homeostasis imbalance. This was effectively observed by a decrease on the percentage of sperm with high mitochondrial membrane potential in the treated group. A third study was conducted to determine the effect of heat stress induced by testicular insulation on the integrity of chromatin, protamination and apoptotic activation pathway in ram testis. An increase on the percentage of sperm with susceptibility to chromatin fragmentation in the treated group was observed. However, the previous findings were not observed in epididymal sperm. A higher percentage of sperm showing DNA fragmentation level III (Comet assay) and an increase on the number of copies of transition protein 1(TNP1) mRNA were observed in the treated group. In epididymal sperm, a higher expression of the PMR1 gene was observed on the 30th day of the espermatogenic cycle, while TNP1 behaved contrarily. In the testicular samples, the anti-apoptotic protein Bax was detected only in spermatocytes while Bcl-2 was observed singularly in spermatids, with no difference between groups. In conclusion, the disruption of oxidative homeostasis may be exacerbated by the higher susceptibility of ram\'s sperm to lipid peroxidation, which could be the main etiology of chromatin damage. In addition, oxidative stress induced by heat stress impairs sperm attributes and DNA integrity.

Current sperm processing methods used in assisted reproductive technologies can cause damage to the sperm cell. New ways that mimic the natural guidance mechanisms present in the female genital tract may offer ways to sort sperm with better fertility parameters. Sperm that respond to these cues may have better over sperm health. Human sperm exhibit positive rheotaxis by orienting and swimming against the fluid released by the female genital tract. At certain flow rates sperm can actively orient and swim against the flow. Sperm retrieved that exhibit positive rheotaxis have higher motility and better morphology than the original semen sample. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2017. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

As condições do trato reprodutivo da fêmea, assim como a qualidade do sêmen são fatores que interferem na fertilidade. Os objetivos deste trabalho foram avaliar a resposta inflamatória uterina e a taxa de prenhez em éguas, considerando hemodinâmica uterina e citologia endometrial após a inseminação artificial (IA) com sêmen congelado de alta e baixa qualidade. Para o presente estudo foram realizados dois experimentos. No Experimento 1 foram utilizadas 15 éguas distribuídas de forma aleatória em quatro grupos: CT - controle: mimetização do procedimento de IA (n=7), DIL: infusão intrauterina de diluidor a base de leite desnatado (n=7), ALTA: IA com sêmen de alta qualidade (n=7), e BAIXA: IA com sêmen de baixa qualidade (n=7). A avaliação uterina foi realizada por ultrassonografia transretal com Doppler nos modos Espectral e Color-flow em sete momentos: prévio à indução da ovulação (TIO), imediatamente antes da IA (TIA), 2 (T2), 6 (T6), 12 (T12), 24 (T24) e 48 horas (T48) após a IA. Foram considerados os valores de índice de resistência (RI) da artéria uterina e de escore de vascularização (EV) uterino. A citologia uterina foi realizada 6 h após a IA. No Experimento 2 foram utilizadas 12 éguas, e seus ciclos foram distribuídos nos tratamentos: CT - controle: mimetização do procedimento de IA (n=8), DIL: infusão intrauterina de diluidor (n=8), ALTA: IA com sêmen de alta qualidade (n=8), e BAIXA: IA com sêmen de baixa qualidade (n=8). O delineamento experimental foi em Quadrado Latino 4X4. A avaliação uterina foi realizada por ultrassonografia transretal com Doppler modos Espectral e Color-flow em três momentos: prévio à indução da ovulação (TIO), imediatamente antes da IA (TIA) e 6 horas (T6) após a IA. A citologia uterina foi realizada 6 h após a IA. Neste experimento foi considerada a taxa de prenhez comparando-se os ciclos utilizados para os grupos ALTA e BAIXA. O diagnóstico de gestação foi realizado 14 dias após a ovulação. Foi utilizado o procedimento misto (PROC MIXED) do SAS (Versão 9.3) para a análise estatística e foi considerada diferença significativa quando p &le;0,05. No Experimento 1, não foi encontrada diferença estatística entre os grupos para os valores de hemodinâmica uterina RI e EV. Houve aumento significativo de células inflamatórias no endométrio de éguas inseminadas com sêmen de baixa qualidade, porém não diferiu do grupo de éguas inseminadas com sêmen de alta qualidade. No Experimento 2, não houve diferença estatística entre os grupos para os valores de RI, mas se observou maior EV uterino nos grupos inseminados com sêmen de alta e de baixa qualidade quando comparados com o grupo controle. Na citologia uterina não foi encontrada diferença estatística. A taxa de prenhez para os grupos ALTA (81,82%) e BAIXA (54,55%) não foi estatisticamente diferente. Conclui-se que a deposição de sêmen no útero, leva a um processo inflamatório do endométrio, e esta pode alterar a hemodinâmica uterina detectável por ultrassonografia Doppler em éguas. Não existe diferença significativa na resposta inflamatória entre as qualidades de sêmen. A inseminação com sêmen congelado de menor qualidade não altera a taxa de prenhez, mas são necessários mais estudos para verificar esta diferença. / The female reproductive tract soundness, as well as semen quality are factors that interfere in fertility. The aims of this study were to evaluate inflammatory uterine response and pregnancy rate in mares, considering uterine hemodynamics and endometrial cytology after artificial insemination (IA) with frozen semen of high and low quality. Two experiments were executed for the present study. For Experiment 1, fifteen mares were randomly distributed between four groups: CT - control: mimic of the procedure of IA (n=7), DIL: intrauterine infusion of skim milk semen extender (n=7), ALTA: IA with high quality semen (n=7), and BAIXA: IA with low quality semen (n=7). Uterine evaluation was done using transrectal Doppler ultrasonography by Spectral and Color-flow modes on seven moments: immediately before ovulation induction (TIO), immediately before AI (TIA), 2 (T2), 6 (T6), 12 (T12), 24 (T24) and 48 (T48) hours after IA. There were considered the numerical values of resistance index (RI) of uterine arteries and vascularity scores (EV) of uterine horns. Endometrial cytology was done at 6 h after IA. On Experiment 2, were used 12 mares which their cycles were distributed between the treatments: CT - control: only mimic of IA procedure (n=8), DIL: intrauterine infusion of semen extender (n=8), ALTA: IA with high quality semen (n=8), and BAIXA: IA with low quality semen (n=8). The experimental design was a Latin Square. Uterine evaluation was done using transrectal Doppler ultrasonography by Spectral and Color-flow modes on three moments: before ovulation induction (TIO), immediately before AI (TIA) and 6 hours (T6) after IA. Endometrial cytology was done at 6 h after IA. In this experiment it was considered the pregnancy rate comparing the cycles for groups ALTA e BAIXA. The pregnancy diagnosis was done 14 days after ovulation. It was used the Mixed Procedure (PROC MIXED) from SAS (Version 9.3) for statistical analysis and significant difference was considered when p&le;0.05. On Experiment 1, no statistical difference was found between the groups for uterine hemodynamic values RI and EV. There was a significant increase of inflammatory cells on the mares inseminated with low quality semen, however it wasnt different from the group if mares inseminated with high quality semen. On Experiment 2, there was no statistical difference between the groups for RI values, but the uterine EV was higher for the groups inseminated with high and low quality when compared with the control group. There was no statistical difference on endometrial cytology. There was no statistical difference on pregnancy rate for the groups ALTA (81,82%) and BAIXA (54,55%). As a conclusion, the deposition of semen in the uterus causes an inflammatory process on the endometrium, and it could alter uterine dynamics detected by Doppler ultrasonography in mares. It does not exist significant difference on the inflammatory response between semen qualities. Low quality frozen-semen insemination does not alter pregnancy rate, but more studies are necessary in order to verify this difference.

Objetivo: Avaliar a função gonadal de homens com miopatias inflamatórias idiopáticas (MII). Métodos: Vinte e cinco pacientes com MII foram avaliados e comparados com 25 homens saudáveis. Os pacientes foram subdivididos em dois sub-grupos de acordo com as alterações dos espermatozóides: grupo A (n=10, duas ou mais das seguintes alterações: terato/oligo/astenozoospermia ou azoospermia) e grupo B (n=15, teratozoospermia). Foram realizados: exame urológico, ultra-sonografia testicular, análise dos espermatozóides (critérios da OMS e Kruger), pesquisa dos anticorpos anti-espermatozóides e dosagens hormonais Nos subgrupos foram também avaliados: Disease Activity Score (DAS), Visual Analogue Scale (VAS), Manual Muscle Testing (MMT), myositis disease activity assessment visual analogue scales (MYOACT), myositis intention to treat activity index (MITAX), Myositis damage index [MDI], enzimas musculares e tratamento. Resultados: Pacientes apresentaram alterações nos espermatozóides comparados com controles com freqüência maior de nível elevado de FSH (20% versus 0%, p=0,05). O sub-grupo A apresentou freqüência e mediana maior do nível de CK (p=0,001 e p=0,001) assim como DAS (p=0,01), VAS (p=0,051), MMT (p=0,003). As medianas dos volumes testiculares foram menores no grupo A (direito, p=0,015 e esquerdo, p=0,025). As medianas dos parâmetros espermáticos foram reduzidas no grupo A [contagem total (p=0,0001); motilidade (p=0,0001); morfologia pela OMS (p=0,0001) e por Kruger (p=0,0001). A mediana de FSH foi elevada (p=0,035) e de androstenediona foi reduzida (p=0,02) no sub-grupo A. Afrequência de ciclofosfamida foi similar nos grupos (30% versus 6%, p=0,26). Conclusões: Atividade da doença foi o principal fator contribuinte para disfunção gonadal. Hipogonadismo hipergonadotrófico pode explicar as alterações anatômicas e funcionais observadas / Objective: To perform a global gonad evaluation in male idiopathic inflammatory myopathies (IIM) patients. Methods: Twentyfive consecutive IIM were compared to 25 age-matched healthy subjects. Patients were subdivided in two groups according to the severity of sperm abnormalities: group A (at least two of the following terato/oligo/asthenozoospermia or azoospermia) and group B (teratozoospermia). Patients and controls underwent a systematic assessment consisting of: urologic examination, testicular ultrasound, semen analysis and hormones. Patients´ serum CK levels, visual analogue scale (VAS), disease activity score (DAS), manual muscle testing (MMT), myositis disease activity assessment visual analogue scales (MYOACT), myositis intention to treat activity index (MITAX), and Myositis damage index (MDI) were evaluated. Results: Several sperm variables were significantly altered compared to controls (p<0.05). The subgroup analysis according to the severity of sperm alterations revealed that the frequency of elevated CK and its median level was significantly higher in group A (p=0.001 and p=0.001), as also was DAS, VAS and MMT (p=0.01; p=0.051 and p=0.03). The median of testicular volumes were lower in group A (right p=0.015 and left p=0.025). All median sperm parameters were lower in group A (total sperm count, p=0.0001; total motile sperm count, p=0.0001; and sperm morphology by Kruger p=0.0001 and WHO p=0.0001). Higher median FSH (p=0.035) and lower median androstenedione levels (p=0.02) were observed in group A. The frequency of cyclophosphamide was similar in both groups (30% vs. 6%, p=0.26). Conclusions: Active disease was the major contributing factor for severe gonad dysfunction. The hypergonadotrophic hypogonadism may explain the anatomical and dysfunctional alterations observed

A coleta de sêmen da cauda do epidídimo é a última oportunidade de obter espermatozoides de garanhões valiosos, sendo que durante a criopreservação, a etapa de centrifugação é considerada um ponto crítico. A principal hipótese é que a centrifugação com coloides pode melhorar a qualidade dos espermatozoides coletados da cauda do epidídimo de garanhões. Para avaliação da hipótese foram realizados dois experimentos. O experimento um teve por objetivo avaliar o efeito da centrifugação com cushion e com coloide em camada única (SLC) na motilidade de sêmen do epidídimo de garanhões após a etapa de centrifugação. O experimento dois teve o objetivo de determinar o efeito da SLC prévio ao congelamento e após o descongelamento. Experimento 1) Oito garanhões foram submetidos à orquiectomia bilateral e o sêmen foi coletado da cauda dos epidídimos (n=16). Após a coleta, as amostras foram submetidas a três protocolos de centrifugação: Convencional (20 minutos a 600xg), cushioned (20 minutos a 900xg) e SLC (20 minutos a 300xg). Os pellets foram ressuspendidos e as amostras foram submetidas à avaliação laboratorial de motilidade e morfologia espermática. Experimento 2) Dez garanhões foram submetidos a orquiectomia bilateral e o sêmen foi coletado da cauda dos epidídimos (n=20). Para criopreservação, as amostras foram submetidas a: centrifugação convencional (20 minutos a 600xg), SLC prévio a criopreservação (SLC-Pre) (20 minutos a 300xg) e SLC após a criopreservação (SLC+) (20 minutos a 600xg seguidos de uma segunda centrifugação descrita após descongelamento). Os pellets foram ressuspendidos em diluente de congelamento, submetidos ao processo de congelamento em nitrogênio líquido e descongelamento. Os grupos de 6 centrifugação convencional e SLC-Pre foram avaliados imediatamente após descongelamento. O grupo SLC+ foi descongelado e submetido à SLC (20 minutos a 300xg) e ressupendido em diluente de congelamento (SLC+F) ou resfriamento (SLC+C). A motilidade total e a motilidade progressiva das amostras foram avaliadas com análise computadorizada do movimento espermático. A morfologia foi avaliada com auxílio de microscópio com contraste de fase. Funcionalidade de mitocôndria, integridade de membrana e DNA foram avaliados com auxílio de microscópio de fluorescência. Os dados foram analisados por estatística descritiva, simple one-way ANOVA e Teste de Tukey. Experimento 1) a motilidade de espermatozoide submetidos à SLC (p<0,05) e cushion (p>0,05) foi superior do que os submetidos a centrifugação convencional. Experimento 2) SLC-Pre e SLC+F apresentaram maior motilidade total, enquanto SLC+F apresentou maior motilidade progressiva. O percentual de espermatozoides com morfologia normal foi maior em SLC-Pre e SLC+F. A funcionalidade de mitocôndria foi maior em todos grupos com SLC, enquanto a integridade de membrana foi maior em SLC-Pre. A centrifugação com coloides melhorou a qualidade de espermatozoides coletados da cauda do epidídimo de garanhões, tanto no momento prévio ao congelamento como após o descongelamento. / Epididymis cauda sperm recovery and cryopreservation are last opportunity to obtain spermatozoa from a valuable animal, even though during cryopreservation centrifugation step is considered as a critical point. It is hypothesized that colloidal centrifugation could enhance epididymal stallion sperm parameters. To evaluate this hypothesis two experiments were performed. In experiment one, the objective was to evaluate the effect of cushioned and Single Layer Centrifugation (SLC) on epididymal stallion sperm motility postcentrifugation. In experiment two, the objective was to determine the effect of SLC on epididymal stallion sperm quality pre-freezing and post-thawing. Experiment 1) Eight stallions were submitted to bilateral orchiectomy and the resulting epididymal cauda (n = 16) were flushed with semen extender. After harvesting, samples were submitted to three centrifugation protocols: conventional (20 minutes at 600xg), cushioned (20 minutes at 900xg), and SLC (20 minutes at 300xg). Pellets were resuspended, motility and morphology were evaluated. Experiment 2) Ten stallions were submitted to bilateral orchiectomy and epididymal cauda (n=20) were harvested. For cryopreservation, epididymal sperm were submitted to: conventional centrifugation (20 minutes at 600xg), Single Layer Centrifugation prior cryopreservation (SLC-Pre) (20 minutes at 300xg) and Single Layer Centrifugation after cryopreservation (SLC+) (20 minutes at 600xg followed by a second centrifugation described after thawing). Pellets were resuspended in freezing extender, submitted to cryopreservation process in liquid nitrogen and thawed. Conventional and SLC-Pre were evaluated immediately after thawing. SLC+ samples were thawed, submitted to SLC (20 minutes at 300xg) and the pellets were resuspended with freezing (SLC+F) and cooling extender (SLC+C). Total motility (TM) and progressive 8 motility (PM) were evaluated with computer-assisted semen analyses. Sperm morphology was evaluated under a phase-contrast microscope. Mitochondrial functionality, membrane e DNA integrity were evaluated with an epifluorescence microscope. Data was evaluated by descriptive statistics, simple one-way ANOVA and comparison between means by Tukey test. Significance was assigned to all values p<0.05. Experiment 1) Motility of spermatozoa recovered by SLC (p<0.05) and cushioned centrifugation (p>0.05) were higher than those recovered by conventional centrifugation. Experiment 2) SLC-Pre and SLC+F yielded the highest TM, while SLC+F yielded the highest PM. Higher morphological normal sperm was observed in SLC-Pre and SLC+F. Mitochondrial functionality was significantly higher in all treatments with SLC, while membrane integrity was higher in SLC-Pre. Colloidal centrifugation improved epididymal sperm quality before freezing and after thawing.