Possibility of computer experiment in study of animal spermatozoa heterogeneity

Abstract

A simulation model for evaluating the survival and fertilizing capacity of animal spermatozoa was developed, taking into account the initial condition of the sperm and the effectiveness of cryopreservation stages. The model is based on an analytical expression that reflects the main reasons for the survival of reproductive cells in onto-, techno- and phylogenesis. The decrease in spermatozoa resistance depends on a number of biological factors — the animal species, physiological conditions of sperm donor and recipient, the ejaculate quality, and technological factors — the effectiveness of the methods of cell cryopreservation and egg insemination. The discrepancy between the results of cell motility obtained by calculation and experimental methods amounted to less than 2% as a result of our own experiments and to less than 5% for the data taken from literature. A feature of the model is the complete independence of the effectiveness of studied techniques from the heterogeneity of animal sperm. The conducted computer experiment showed that the difference between the values of initial motility and fertilizing capacity of sperm varies from 50 to 100% depending on the difference of biological parameters, while the index of the effectiveness of selected technique creates an error of about 1%. Comparative analysis of alternative technologies of spermatozoa cryopreservation showed the maximum efficiency of the stages of cryoprotectant use, freeze mode, survival and fertilizing capacity of the object. The use of computer modeling allows to greatly reduce the spread in spermatozoa preservation values that were obtained in different experiments, and thus to reduce the time and costs it takes to obtain reliable results.Розроблено імітаційну модель оцінки рухливості і запліднювальної здатності сперматозоїдів тварин з урахуванням їх початкового стану та ефективності етапів кріоконсервування. В основу моделі покладено аналітичний вираз, що відображає основні причини виживаності репродуктивних клітин в онто- , техно- і філогенезі. Зниження резистентності сперматозоїдів залежить від низки біологічних (виду тварини, фізіологічного стану донора і реципієнта, якості еякуляту) та технологічних (ефективності способів кріоконсервування і запліднення яйцеклітин тварин) чинників. Розбіжність між значеннями рухливості клітин, отриманими розрахунковим і експериментальним способами, становила не більше 2% в результаті проведення власних дослідів і менше 5% — для даних, наведених у літературі. Особливістю моделі є повна незалежність показників ефективності досліджуваних технологій від гетерогенності еякуляту тварин. Проведений комп’ютерний експеримент показав, що розбіжність початкової рухливості і запліднювальної здатності сперматозоїдів залежно від варіації біологічних параметрів змінюється від 50 до 100%, при цьому похибка визначення показника ефективності обраної технології становить близько 1%. Порівняльний аналіз альтернативних технологій кріоконсервування сперматозоїдів показав максимальну ефективність етапів застосування кріопротектора, режиму заморожування, виживаности та запліднювальної здатності. Застосування моделювання дає змогу багаторазово знизити розкид між значеннями рухливості сперматозоїдів, отриманими у різних дослідах, і тим самим більш ніж на порядок скоротити час та грошові витрати, необхідні для отримання достовірного результату.