什么是精子库?它是怎样被用于人类及动物的?

出处：按学科分类—医药、卫生 上海医科大学出版社《男科学手册》第52页（4575字）

精子库在人类及动物中的应用结果

精子库是指精子的冷冻储存，通过超低温冷冻及储存保存精子功能的一种过程。复温后，通过人工授精的方法，将精子置入合适的雌性受体：宫颈或宫腔内，或者进行体外人工授精。尽管精子冷藏始于18世纪末期，但该技术得以广泛应用，是在本世纪50年代以后。由于发现了甘油具有冷冻保护剂的作用，以及一些液态气体的应用，尤其是液氮的应用，从而促进了精子库的发展。将新鲜的精子冷冻具有以下优点：①可以储存十余年甚至更长时间而保存其遗传特征，且这些特征容易因疾病、不育、死亡而丢失；②可以用少量液氮储存而运往世界各地；③可以将精子储存在低温检疫所中，以便对人或动物精子带有的传染病或遗传病进行检测。

精子库的临床应用

精子库在医学上的重要应用是储存人的精子，即所谓的精子储存所。被储存的精子可以用于以下医学领域：

(1)一些先天性疾病，或在某些疾病的治疗过程中，造成精子数量的下降，精子功能降低、早产、基因突变、阳痿，如睾丸癌、霍奇金病以及其他淋巴瘤、白血病、肾病综合征、糖尿病、多发性硬化。

(2)应用于条件性不育及暴露于高危环境之前。长期暴露于影响精子功能或基因完整的某些职业，如接触放射线、杀虫剂，从事军事且有生命危险或接触对睾丸有害毒物的人，也是进行精子储存的候选人。

(3)在进行生育治疗之前，需在特定时间收集精子，对患焦虑有关的阳痿或射精障碍患者，精子储存保证了治疗周期按计划进行，对于不定期出差的病人，减少了因故取消治疗的危险。

内科医生关心的问题之一，是全身性疾病患者的精子经过冷冻储存后，是否具有良好的质量及数量，并使卵子受精。尽管在治疗开始时，精子的数量、质量及运动能力已受到损害，但先进的辅助生育技术，如精子直接注射到卵子胞质中，无论现在或将来，都能克服精子存在的许多异常。精子储存无疑有许多优点，在必要时可以进行体内受精，增加了受孕机会，减少体外受精。意欲多次储存精液应与治疗及经济条件相平衡。

精子库在医学上的另一个重要用途，是用同一受体的冷冻精子治疗无精子或精子缺陷引起的不育。1987年，美国技术评估局的一项调查表明，约11000名内科医生从事这项工作，对86000名妇女进行了供精人工授精，其中有30000名新生儿降生。这种临床实践正在增加，对生育的需要及精子安全性的要求也在增加。事实上，对一些潜伏期长的疾病，如免疫缺陷病毒、肝炎病毒，或需要长时间化验的疾病，如感染性疾病，无法对供精者进行筛选检查。如果精液在冷冻器中被隔离，在精子被使用前的数月甚至数年内，可对供精者反复进行检查。疾病控制中心已提醒，用于人工授精的同源供精者的新鲜精液和冷冻精液至少要对供精者进行6个月的检测，以证明精液中免疫缺陷病毒阴性。

储存不同表现型和不同基因型的精液，可以为病人提供更多的选择，以减少在同一地区重复用同一供精者的精子。人口统计要求限制怀孕的数量，以便不增加下一代同血缘关系的风险。一般来说，在美国，一个50万～100万的中型城市，一个供精者提供的精液，不应使超过10～15个妇女受孕。在其他国家，由于伦理道德的差异，近亲结婚不常见，受孕的数目应更少。无论如何，这个数目应取决于某地的出生率及居民数。

供者的精液常盛在塑料制的小瓶或吸管状容器内，复温后至少含1千万个精子，这是最小而合适的授精量。因为冷冻后复温的精子比新鲜精子寿命短，授精的常规和时间对受孕至关重要。通过测定尿中LH以确定排卵，在LH出现波动时，于20～40h内进行1～2次宫腔内人工授精，约70%的病人受孕，其中大多数在6个授精周期内。

美国组织库协会(AATB)制定有关标准，对供精者和客户储存精液的精子库进行同等的检查、确认，同时AATB对非确认的精子库也进行登记，几个州已制定了合格的程序，食物和药物管理局最近也开始调节组织库，包括配子。

精子库在动物中的应用

精子冷冻储存，在家畜业中有重要的用途，特别是在猪、羊、家禽等，以及家养的动物如马、猫、狗中应用广泛。从所需要的基因型或优良品种的雄性采取精液，以人工授精的方法使雌性动物受孕，从而增加所期望某些特点的子代动物的量。由于精液易于运输，可在食源充足的地区，改良已有的兽群或建立新的兽群。在野生动物或动物园，精子库的应用就显得更为重要，用于保持濒临灭种的种群或稀有种群。

最近，精子库被用于保存重要种属的实验动物。精子冷冻储存减少了昂贵的费用，为了保持某些实验动物的基因株，必须连续地饲养传代。冷冻储存的精子比活的动物易于运输，对研究者来说，就容易得到各种实验所需的种属，并且减少了因意外事故、生殖能力损害、基因漂变、疾病等造成有价值的基因株丢失的风险。因每次射出精液中含有数百万个精子，每个精子代表了成熟分裂的重组事件，精子冷储后，可供将来用新的DNA探针，研究基因重组的频率、基因位点的定位。

精子冷储的过程

尽管冷冻储存精子很重要，但对精子在冷冻、储存、解冻过程中生理及生物学变化或检测冷冻造成的损害所知甚少。现有的关于多数物种精液冷储的方案极少，最好的结果是精子活力恢复到原来的一半。精子的功能也受到损害，表现为复温后寿命缩短、膜透性降低。

任何精子冷冻的方案是防止细胞内冰状结晶形成，避免较大的细胞容量变化和伴随温度诱导期改变发生精子膜的损害。精子细胞内的各种成分，包括顶体、核、线粒体—鞭毛网络等细胞器，均有复杂的生物学和生理学的过程，它们在冷冻及复温后，也有不同的反应。精子在经过大幅度的温度变化时，还易于受氧自由基的损害，试图达到复温后最大的成活率，导致了精子稀释、冷冻保护剂的应用和调节各种温度变化，以控制细胞内和细胞外溶质和溶剂的变化。

多数冷冻保护方案，是将精液与缓冲稀释液混合，内含能量(如蔗糖、葡萄糖、脂类)和渗透保护剂如甘油。稀释后，精子内的水分溢出细胞外而出现快速皱缩。当甘油进入后，水分再进入细胞，从而恢复原来的容量。快速冷冻的速度是每分-20℃，冰状结晶在细胞外形成。随着水分冻结，围绕精子周围的液相中的溶质浓缩，甘油降低了细胞内水分的冰点，故细胞内处于冰点以下的超低温状态而不冻。对细胞外高浓度溶质的和细胞内低温下的渗透压反应，细胞内的水分渗出到细胞外。这时，精子细胞经历第2次容量调整，当细胞外的水分结冰呈固体化时，一种放热反应即所谓的“热熔合”发生，这将引起严重的细胞破裂，除非通过控制外部的冷冻环境，才能减少这种损伤。达到液氮的冷冻温度(-196℃)，精子处于相对储存状态，这时可假定精子处于分子运动最小的静止状态。

在复温过程中，精子遭受相似的细胞容量和渗透压的改变，当细胞外的冰融化成液体时，溶质的浓度快速稀释，水进入精子细胞内。随着温度的升高，甘油溢出细胞，精子容量继续扩大。为了恢复精子的功能，其表面积及容量应恢复正常，膜蛋白和脂类要重新分布，以恢复分子结构及流动性，以及生物能量的需要。要想使精子的功能达到最大的恢复，必须选择最佳的冷储和复温方案。关于这个过程，仅有少数资料可利用。

近10年，已致力改进精子库技术和复温后精子存活的实验和应用研究，毫无疑问，随着冷储方案的改进，精液冷储及其应用的成功率将不断提高。

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