Веселин Денков - На грани жизни
Первые опыты по замораживанию спермы животных провел в России в 1907 г. Илья Иванов, которого известный болгарский ученый академик К. Братанов назвал «смелым реформатором, который благодаря своей прозорливости и исключительной эрудиции добился таких достижений в науке, которые не потеряли своего значения и сегодня».
Успешное замораживание спермы связано с открытием защитного действия глицерина для сохранения тканей растений. Честь этого открытия, сделанного в 1912 г., принадлежит русскому ученому Н. А. Максимову. Позже английские ученые Смит, Ловелок, Парке и другие изучали действие глицерина на ткани животных. В разных странах началась усиленная работа над созданием подходящих методов для замораживания спермы. В 1938 г. Люйе и Ходап успешно провели глубокое замораживание сперматозоидов лягушки при температуре — 192 °C. В том же году Четлес впервые заморозил сперму человека. После замораживания спермы при температуре -79, -196 и -256 °C 10 % сперматозоидов восстановили подвижность при размораживании.
Когда в 1947 г. появилась статья И. И. Соколовской «Может ли замороженная сперма оплодотворять и давать нормальное потомство?», многие ученые считали эту проблему фантастичной. И. И. Соколовская первая в мире получила крольчат в результате оплодотворения глубокозамороженной спермой. Годом позже И. В. Смирнов сумел получить высокий процент живых сперматозоидов быка после их замораживания. Почти одновременно появились сообщения английских ученых (Смит и другие) о замораживании спермы птиц (главным образом петухов) с использованием глицерина как составной части при ее разбавлении. Позже в Англии ученые Полдж, Смит, Раусон и Парке (1949–1952 гг.) разрабатывают и усовершенствуют метод глубокого замораживания спермы быков. Этот метод и сейчас находит широкое применение во всем мире, причем в ряде стран 100 % коров осеменяют глубокозамороженной спермой.
Учеными уже разработаны надежные методы продолжительного сохранения посредством глубокого замораживания спермы быков, жеребцов, хряков, баранов, козлов, кроликов, собак, петухов и других сельскохозяйственных, а также некоторых диких животных и, разумеется, сперматозоидов человека[18].
Когда речь идет о замороженных сперматозоидах, обычно подразумевают сперму, сохраняющуюся при температуре -79 °C (температура твердого СО2) или чаще при -196 °C (температура жидкого азота). Для продолжительного сохранения спермы необходимо быстро ее охладить до температуры, при которой обменные процессы в цитоплазме сперматозоидов приостанавливаются. При медленном охлаждении спермы при температуре ниже 0 °C образуются кристаллы льда, разрушающие клеточную мембрану сперматозоидов. При быстром охлаждении кристаллы не образуются, а вода замерзает и переходит в стеклообразное состояние (витрификация). При глубоком замораживании спермы важно использовать глицерин (5–7 %), потому что он проникает в клетки и придает цитоплазме способность переносить глубокое охлаждение без существенных нарушений ее структуры и жизнедеятельности.
Замораживание спермы — сложный физико-биохимический процесс. На первый взгляд кажется, что сперматозоиды в замороженном (анабиотическом) состоянии находятся в необычайных условиях, не совместимых с сохранением их жизнеспособности. Но в действительности сперматозоиды в процессе замораживания при оптимальном режиме находятся почти в привычной для них среде, т. е. в жидкой фазе, которая при дальнейшем глубоком охлаждении существенно не изменяет свою структуру, а только свои физические свойства, переходя в твердое аморфное состояние.
Консервирование сперматозоидов методом глубокого замораживания создает следующие возможности: использовать только качественную сперму от проверенных по качеству потомства элитных самцов племенных животных; использовать почти 100 % полученной и сохраненной спермы, в то время как при жидкой сперме используется едва 40–50 %; сократить транспортные расходы и повысить эффективность искусственного осеменения вне зависимости от местонахождения племпитомников; организовать широкий международный обмен спермой ценных племенных животных; обеспечить сохранение на длительные сроки ценного запаса спермы от элитных племенных животных и — что не менее важно — предохранить животных от опасных инфекционных и паразитических заболеваний, передаваемых половым путем. Неограниченные возможности сохранения генетического материала, которые создает криоконсервирование спермы при сверхнизких температурах, несомненно, побуждают ученых проводить многочисленные исследования, гарантирующие доведение этих процессов до совершенства.
В то время как способ искусственного осеменения животных с использованием глубокозамороженной спермы давно и широко распространен во всем мире, в медицинской практике это сравнительно новый метод.
Менее чем за 20 лет искусственное оплодотворение замороженными сперматозоидами решительно проникло и в сферу человеческих нравов. Во всем мире число детей, родившихся в результате искусственного оплодотворения, уже превысило несколько десятков тысяч. На практике существует два возможных случая искусственного оплодотворения женщины: первый — сперматозоидами мужа и второй — постороннего донора. В первом случае цель достигается использованием семенной жидкости супруга, в которой концентрируют и активируют сперматозоиды. После криоконсервации их используют в необходимый момент для искусственного осеменения.
Если никакая предварительная обработка не в состоянии активизировать сперматозоиды супруга, остается единственное решение — прибегнуть к искусственному оплодотворению криоконсервированными сперматозоидами постороннего донора. Установлено, что среди детей, родившихся в результате искусственного оплодотворения, значительно реже встречаются различные аномалии. Однако в этом вопросе существует ряд морально-этических и психологических проблем.
Некоторые супруги, приходя в «банк», где сохраняются замороженные сперматозоиды, испытывают серьезное беспокойство по поводу качеств донора. Во многих странах личность донора сохраняется в тайне, подбирается он анонимно, с учетом того, чтобы его данные приближались к данным супруга (рост, вес, группа крови, цвет кожи, тип нервной системы и др.). Специалисты считают, что в какой-то степени все участники этого процесса остаются в выигрыше. Донор обеспечивает себе воспроизводство своего генетического материала, мать обретает ребенка, а супруги получают наследников, которые отмечены заметным с ними сходством.
Одна из самых сложных проблем — это оплодотворение женщины сперматозоидами собственного супруга, но после его смерти. В мировой практике уже насчитывается большое число подобных случаев. Многие мужчины, которым предстоят рискованные начинания или тяжелые операции, настаивают на том, чтобы с помощью криоконсервации была сохранена их семенная жидкость. Именно для этой цели в некоторых странах даже созданы специальные лаборатории. Этот метод особенно перспективен для мужчин, страдающих болезнью Хочкина, которая излечивается, но после выздоровления они становятся стерильными.
Разумеется, при всех вариантах искусственного оплодотворения у людей возникают деликатные морально-этические и психологические проблемы различного свойства, но они не являются объектом рассмотрения в этой книге.
«Замороженная жизнь» и рождение животных путем трансплантации (пересадки) зигот
Мы рассмотрели проблемы, связанные с научными достижениями в области продолжительного сохранения мужских половых клеток — сперматозоидов, глубокое замораживание которых приводит их в состояние анабиоза.
Но достигнутые успехи не могли полностью удовлетворить ученых. Стал реальным способ замораживания спермы и ее длительного хранения. Почему же не добиться таких же результатов с уже оплодотворенными женскими половыми клетками (яйцеклетками)? Эта идея была осуществлена после 60-х годов, когда получил распространение метод, названный пересадкой зигот.
Чем же обусловливается повышенный интерес к этому столь перспективному, по мнению ученых, методу? Он вызван как большими теоретическими и прикладными возможностями метода, так и его биологической и экономической эффективностью. Применяя этот метод, можно получить возможность более полноценно использовать огромный биологический потенциал плодовитости, присущий определенным породистым самкам животных. Известно, например, что в яичниках коров имеется свыше 80 — 100 тыс. женских половых клеток. Из них за период эксплуатации одной коровы обычно выделяются и оплодотворяются лишь 5 или 6 яйцеклеток и соответственно рождаются 5 или 6 телят. Остальные яйцеклетки не могут реализовать свои возможности. До сих пор для создания стада из потомков коровы с генетически выявленной продуктивностью были необходимы десятки лет. Если корове-донору ввести гормоны, стимулирующие функцию яичника, то можно вызвать суперовуляцию, при которой одновременно выделяется 12–15 и больше яйцеклеток вместо одной, как это происходит при нормальной циклической функции яичников. Эти яйцеклетки попадут в яйцевод, где их при искусственном осеменении оплодотворят консервированными сперматозоидами, взятыми от племенных производителей, потомство которых обладает высокопродуктивными качествами. Зиготы извлекают на 6-й или 7-й день, оценивают под микроскопом их жизнеспособность, а затем, глубоко заморозив (до состояния анабиоза), сохраняют в специальной среде. В нужный момент их размораживают и пересаживают в половой аппарат низкопродуктивных коров — «приемных матерей». Пересаженные зиготы (от высокопродуктивных животных) вынашивают до рождения низкопродуктивные животные, причем они не в состоянии повлиять на наследственные признаки этих зигот. Биологический эффект такого метода состоит в том, что от коровы с высокопродуктивными качествами (дающей, например, 10 тыс. л молока в год), можно будет получить за 2–3 года 50–60 телят. Все они будут обладать генетически обусловленной высокой продуктивностью элитной матери — донора. В этом и заключается большой экономический эффект. Подкрепляется он и еще одним обстоятельством: вместо того чтобы ввозить высокопродуктивных коров из-за границы, для чего необходим специальный транспорт, затрата больших средств, причем животные подвергаются естественному риску заболеваний, создается возможность получать такие же ценные экземпляры посредством международного обмена замороженными консервированными зиготами.
