L ỜI CẢM ƠN
2.1.4. Một số nguyờn lý cơ bản về ủ ụng lạnh tinh dịch
Tinh trựng là một tế bào sống, vận ủộng ngoài cơ thể, rất mẫn cảm với sự
dịch, ngoài việc dựa vào nguyờn lý, lý học, húa học cũn phải dựa vào nguyờn lý sinh học và mối tương tỏc của chỳng sao cho tinh trựng khi ủụng băng vẫn giữ
nguyờn hỡnh thỏi, trao ủổi chất tạm ngừng và sau khi giải ủụng tinh trựng vẫn hoạt
ủộng bỡnh thường (Ditto, 1992[42]; Nguyễn Xuõn Hoàn, 1994[19]).
2.1.4.1. Hiện tượng ủụng băng chất lỏng
Khi một chất lỏng ủược làm lạnh, quỏ trỡnh ủụng băng xảy ra, quỏ trỡnh này gồm cỏc giai ủoạn: Tiền ủụng băng (Supercooling), tạo nhõn (nucleation), gión nở của tinh thể băng (growth of ice crystals) và kết tinh hoàn thiện tại một nhiệt ủộ nhất ủịnh (Eutectic Point), diễn biến nhiệt ủộ trong quỏ trỡnh ủụng băng theo ủồ thị như hỡnh số 8. Khi ủụng lạnh tinh dịch sự tạo tinh thể và gión nở tinh thể băng chỉ xảy ra trong ủiều kiện ủụng lạnh chậm, cũn khi ủụng lạnh cực nhanh thỡ hai hiện tượng trờn khụng xảy ra, mà xảy ra hiện tượng thủy tinh húa (Vitrification), tạo ra cỏc hạt băng nhỏ li ti, loại trừủược hiện tượng gión nở tinh thể (Mazur, 1989)[53]. Quỏ trỡnh làm lạnh và ủụng băng của một dung dịch sảy ra như hỡnh 8 và hỡnh 9.
Hỡnh 2.8. ðụng lạnh nước muối sinh lý (Hiroshi, 1992)[45]
a. Hiện tượng tiền ủụng băng
Khi làm lạnh một chất lỏng nếu tốc ủộ làm lạnh chậm, nhiệt ủộ của chất lỏng hạ xuống ủiểm ủụng băng, thậm chớ cũn xuống thấp dưới ủiểm ủụng băng mà chất lỏng vẫn giữ nguyờn trạng thỏi, chưa cú tinh thể băng. Quỏ trỡnh này gọi là tiền ủụng băng (Supercooling). Trạng thỏi của chất lỏng khụng ổn ủịnh, chỉ cần một tỏc ủộng nhẹ sẽ xảy ra hiện tượng tạo nhõn, hoặc phỏ vỡ hiện tượng tạo tinh thể, thay vào ủú sẽ xảy ra hiện tượng kết hạt (Ditto, 1992)[42].
b. Hiện tượng tạo nhõn tinh thể
Một chất lỏng ủụng băng phải cú một hạt nhỏ làm “nhõn” cho cỏc phõn tử
nước lần lượt bỏm vào ủể hỡnh thành tinh thể. Hiện tượng tạo nhõn tinh thể cú hai hỡnh thức. Ở nước nguyờn chất việc tạo nhõn là từ cỏc hạt tinh thể nước, cũn ở dung dịch cú chất tan, cỏc hạt chất tan này sẽ là nhõn cho cỏc phõn tử nước bỏm vào tạo tinh thể. Vỡ thếở trường hợp ủầu việc tạo tinh thể nước xảy ra ở nhiệt ủộ thấp hơn so với trường hợp sau (Barios, 1995 trớch từ Hà Văn Chiờu, 1999[12]).
c. Sự dón nở của tinh thể băng
Khi ủụng băng cỏc tinh thể hỡnh thành, thể tớch của chỳng sẽ tăng, sự dón nở thể tớch này giải phúng năng lượng tiềm ẩn sẵn trong cỏc phõn tử nước, làm nhiệt ủộ của dung dịch tăng ủến ủiểm ủụng băng, mặc dự quỏ trỡnh làm lạnh vẫn tiếp tục nhưng tại thời ủiển này nhiệt ủộ của dung dịch khụng ủổi trong một giai
ủoạn nhất ủịnh và giai ủoạn này dài hay ngắn phụ thuộc vào tốc ủộ ủụng băng. Nếu tốc ủộủụng băng nhanh thỡ giai ủoạn trờn sẽ ngắn và sự rón nở của tinh thể
băng sẽ bị loại trừ và thay vào ủú là hiện tượng thuỷ tinh hoỏ (Ditto, 1992)[42].
d. ðiểm ủụng băng hoàn chỉnh và sự kết tinh tinh thể của dung dịch
Khi hiện tượng làm lạnh tiếp tục, lượng tinh thể nước tăng lờn và pha loóng giảm dần, nồng ủộ dung dịch tăng. Dung dịch sẽ tỏch làm hai phần: Pha tinh thể
nước và pha lỏng. Nếu hiện tượng làm lạnh tiếp tục thỡ pha lỏng sẽ bị biến mất tại một nhiệt ủộ nhất ủịnh. ðiểm ủú gọi là ủiểm ủụng băng hoàn chỉnh của một dung dịch (Rodriguez và Duverger, 1997 trớch từ Hà Văn Chiờu, 1999[12])
2.1.4.2. Ảnh hưởng của ủụng băng lờn tế bào tinh trựng
Tinh trựng rất mẫn cảm và luụn tồn tại trong tinh thanh, khi ủụng lạnh, tinh trựng chịu sự tỏc ủộng của cỏc hiện tượng sau (Ditto, 1992)[42]:
a. Hiện tượng ủụng băng nội bào
Tinh trựng bị chết, hoặc mất năng lực hoạt ủộng, khi cấu tạo nội bào bị
phỏ vỡ do việc hỡnh thành tinh thể nước nội bào. Nếu tinh trựng nằm trong dung dịch muối sinh lý cú thể loại trừ ủược hiện tượng này vỡ ủược cỏc phõn tử nước dạng lỏng bao quanh, mặc dự dung dịch ngoại bào bắt ủầu ủụng băng
ở nhiệt ủộ - 20C hoặc -50C. Như vậy quỏ trỡnh ủụng băng sẽ khụng làm hại tới tế bào tinh trựng cho ủến khi nước nội bào ủụng lạnh mặc dự dung dịch mụi trường bao quanh ủó ủụng lạnh (Mazur, 1989)[53].
b. Sự mất nước của tế bào tinh trựng
Nếu nước nội bào thoỏt ra ngoài, tinh trựng sẽ bị teo lại, nhưng vẫn cú tinh trựng sống ủược ở nhiệt ủộ thấp hoặc siờu thấp chẳng hạn -1960C. Trong quỏ trỡnh làm lạnh tinh dịch, nước ngoại bào ủụng băng làm ỏp suất thẩm thấu chờnh lệch, nước nội bào thoỏt ra khỏi ngoài tinh trựng và tiếp tục ủụng băng phần ngoại bào. ở -150C cú 80% nước nội bào bị ủụng lạnh và ủược thoỏt ra ngoài do ủú ngăn ngừa ủược hiện tượng ủụng băng nội bào (Maria, 1995 trớch từ Hà Văn Chiờu, 1999[12]). Ở -300C phần lớn nước nội bào thoỏt ra khỏi tinh
trựng. Với tinh trựng cú thể chịu lạnh ở -300C, cú thể tồn tại ủược ở -1960C, cũn tế bào bỡnh thường thỡ bị phỏ hủy, tuy nhiờn cũng cú tinh trựng khụng cú khả năng chịu lạnh do cỏc biến ủổi lý - hoỏ - sinh xảy ra. Những biến ủổi húa sinh cú thể xảy ra trong tế bào bị phỏ hủy ở nhiệt ủộ thấp như vậy, bao gồm thay ủổi trong cấu trỳc nội bào, do thay ủổi trong cấu trỳc nội bào, do thay ủổi liờn kết hydro ở chuỗi polyme. Sựủụng ủặc húa khụng thể quay trở lại như cũ
và sự kết tủa protein do mất nước của nguyờn sinh chất (Aritani, 1989)[32].
c. Hiện tượng ủụng băng ngoại bào
Trong khi ủụng lạnh ngoại bào, sẽ xảy ra hiện tượng nồng ủộ chất hũa tan kốm theo ỏp suất thẩm thấu tăng lờn và kộo theo những thay ủổi vềủộ pH. Cỏc chất ủiện giải như Natri và kali cú nhiều nhất trong tinh thanh và chỳng tồn tại ở dạng Natri clorua, Kali clorua. Ở ủiểm eutectic, nồng ủộ cỏc muối này cao nhất, là khi nhiệt ủộ -21,20C ủối với Natri clorua và -11,10C ủối với Kali clorua và biờn ủộ nhiệt ủộ này cú hại cho tinh trựng. Do cú sự tăng nồng
ủộ chất hũa tan ủi kốm với tăng ỏp suất thẩm thấu cũng như pH thay ủổi tất cả
xảy ra trong biờn ủộ nhiệt ủộ này, mà người ta khụng rừ cỏi gỡ cú tỏc hại nhất
ủến tinh trựng (Maria, 1995 trớch từ Hà Văn Chiờu, 1999[12]).
d. Chuyển ủộng của nước và sự dón nở của tinh thể nước gõy ra huỷ
hoại cơ học ủối với tinh trựng
Hiện tượng giải ủụng giống như ủụng lạnh cũng làm huỷ hoại tinh trựng do chờnh lệch ỏp suất thẩm thấu, sự di chuyển của nước qua màng tế
bào tinh trựng và sự dón nở của cỏc tinh thể nước ủỏ trong quỏ trỡnh ủụng lạnh hoặc tan băng cú thể gõy tổn thương tế bào tinh trựng. Cỏc bọt khớ tồn tại trong tinh thể băng cũng cú thể gõy tổn hại tinh trựng trong quỏ trỡnh này (Maria, 1995 trớch từ Hà Văn Chiờu, 1999[12])
Cỏc tổn thương trờn cú thể loại trừ ủược bằng cỏch giảm kớch cỡ cỏc tinh thể băng và làm tăng số lượng tinh thể nhỏ hơn. Tốc ủộ làm lạnh nhanh cú thể làm tăng tinh thể nhỏủú khi ủụng lạnh. Núi cỏch khỏc là khi làm lạnh
nhanh sẽ ngăn chăn ủược sự lớn lờn của cỏc tinh thể băng trong dung dịch và tạo ủiều kiện ủụng lạnh giống như thủy tinh húa. Tuy vậy, băng thủy tinh gồm cỏc tinh thể băng sẽ khụng ổn ủịnh ở nhiệt ủộ trờn -1290C và sự chuyển ủộng và tỏi tinh thể húa của chỳng sẽ gõy tổn hại tế bào tinh trựng. Chuyển ủộng sẽ
tăng lờn ở trờn -400C và dễ gõy tổn hại tinh trựng ủặc biệt là ở khoảng -200C. (Hiroshi, 1992)[45].
2.1.5. Cỏc nhõn tố ảnh hưởng tới sức sống của tinh trựng khi ủụng lạnh hoặc giải ủụng