精子密度和運(yùn)動(dòng)速率對(duì)精液質(zhì)量分析系統(tǒng)分析結(jié)果的影響

文│張小香 張士海 （北京市昌平區(qū)畜牧水產(chǎn)技術(shù)推廣站）

朱寬峰（北京田園奧瑞生物科技有限公司）

精液質(zhì)量分析系統(tǒng)相比目測(cè)法具有客觀性強(qiáng)、分析指標(biāo)多的優(yōu)點(diǎn)，正在逐漸替代目測(cè)法成為主要的精液質(zhì)量檢測(cè)方法。但精液質(zhì)量分析系統(tǒng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于分析系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)的科學(xué)性，同時(shí)還有正確的使用方法。

檢測(cè)技術(shù)員常常提到精液質(zhì)量分析系統(tǒng)分析結(jié)果偏高，尤其鮮精經(jīng)常出現(xiàn)95%以上的活力。實(shí)際上除了參數(shù)設(shè)置本身外，還有其他因素會(huì)導(dǎo)致這種結(jié)果，比如密度偏大同時(shí)精子活力較高。

一、精子密度和運(yùn)動(dòng)速率對(duì)精子碰撞頻率的影響

精子活力以及分級(jí)都是依據(jù)精子運(yùn)動(dòng)能力來(lái)判定的，而密度偏大時(shí)，精子之間距離過(guò)近，發(fā)生碰撞的概率增大，于是沒(méi)有活動(dòng)能力的精子也被撞動(dòng)，從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏高。雖然單個(gè)精子的運(yùn)動(dòng)有方向性，但從精液整體來(lái)看精子運(yùn)動(dòng)方向是隨機(jī)的，沒(méi)有方向性。為了便于分析，可以將精液簡(jiǎn)化為“精子氣”，即由簡(jiǎn)化的“精子球”組成的“氣體”，根據(jù)氣體分子碰撞相關(guān)理論，可以得出每個(gè)精子平均碰撞頻率為

根據(jù)以上公式，可以看到碰撞頻率與密度成正比，與精子平均運(yùn)動(dòng)速率成正比。

假設(shè)精子密度為1億/毫升，即n＝1014/立方米，精子有效直徑按豬精子的頭部寬度取d＝5微米=5×10-6米，速率取v＝10微米/秒（一些分析系統(tǒng)設(shè)定的慢速直線運(yùn)動(dòng)最低直線速度標(biāo)準(zhǔn)），代入上述公式，可以計(jì)算出Z＝0.11赫茲，即每個(gè)精子平均每秒會(huì)發(fā)生0.11次碰撞，意味著每100個(gè)精子每秒會(huì)發(fā)生11起碰撞。

根據(jù)上述公式計(jì)算v比較小時(shí)不同密度下精子碰撞頻率得到表1，從表1中可以看到只有精子平均速率和密度都很小時(shí)，才能使碰撞頻率降到0.05（統(tǒng)計(jì)上通常用作小概率事件的概率閾值）以下。

密度取0.2億～1億/毫升，平均速率取50～120微米/秒，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到表2，可以看到即便密度低至0.2億/毫升（作為參考，豬鮮精國(guó)標(biāo)有效精子密度為30億/80毫升＝0.375億/毫升）、速率在50億/毫升時(shí)，碰撞頻率依然高達(dá)0.11，而密度在0.8億～1億/毫升、平均速率達(dá)到90～120微米/秒時(shí)，碰撞頻率高達(dá)1以上，即每秒每

畜牧創(chuàng)新專欄個(gè)精子平均都會(huì)碰撞1次以上。

根據(jù)算法不同，不同的精液質(zhì)量分析系統(tǒng)對(duì)精子碰撞的處理能力也不同，但若精子碰撞太頻繁，即使最先進(jìn)的分析系統(tǒng)仍然無(wú)法避免大量精子軌跡出錯(cuò)。

二、精子密度和運(yùn)動(dòng)速率對(duì)精子軌跡跟蹤的影響

此外，即使不考慮碰撞，精子密度過(guò)大或者速率過(guò)大其本身也會(huì)導(dǎo)致軌跡跟蹤出錯(cuò)。因?yàn)榉治鱿到y(tǒng)都是從一幀幀圖像上最近相鄰目標(biāo)來(lái)判定是否是同一個(gè)精子以及由此構(gòu)建精子運(yùn)動(dòng)軌跡（圖1），若密度過(guò)大，則相鄰目標(biāo)太多，導(dǎo)致錯(cuò)配概率增大。運(yùn)動(dòng)速率過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致幀間距離過(guò)大，使分析系統(tǒng)認(rèn)為是不同的精子，從而引起誤判。這兩種情況下，由于目標(biāo)不是始終在同一個(gè)地方，誤判的軌跡都不會(huì)是靜止的精子，因而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精子比例升高。

由上述分析可以推斷，所有可以提高精子運(yùn)動(dòng)能力的措施，除了該措施本身的效益外，都能進(jìn)一步提高表觀分析結(jié)果，如提高恒溫臺(tái)溫度到39℃甚至40℃。

◎圖1 精子運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖

三、精子計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)室厚度對(duì)精子面密度的影響

檢測(cè)狀態(tài)和自由狀態(tài)還有一點(diǎn)區(qū)別，自由狀態(tài)的精子可向球面任何方向運(yùn)動(dòng)，而檢測(cè)狀態(tài)下由于蓋玻片或者精子計(jì)數(shù)板的限制，精子只能做二維平面運(yùn)動(dòng)，并且精子通常被限制為單層，此時(shí)的精子密度應(yīng)該取面密度。相同精子密度時(shí)，不同厚度計(jì)數(shù)板的面密度不一樣，越厚的計(jì)數(shù)板精子面密度越大，市場(chǎng)上基本上只有10微米和20微米兩種規(guī)格（實(shí)際值由于加工精度會(huì)有偏離）的精子計(jì)數(shù)板，使用20微米計(jì)數(shù)板時(shí)，其精子碰撞概率是10微米計(jì)數(shù)板的2倍。因此，其他條件不變的情況下，單層時(shí)精子計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)室越厚，表觀分析結(jié)果越好。

表1 精子運(yùn)動(dòng)速率低時(shí)密度對(duì)精子碰撞頻率的影響

表2 精子密度較低時(shí)運(yùn)動(dòng)速率對(duì)精子碰撞頻率的影響