Konservierung

Spermien können entweder ohne Zwischenlagerung übertragen werden (Frischsperma) oder über eine gewisse Zeit gelagert werden. Für eine begrenzte Zeit können Spermien durch Absenken der Temperaturen aufbewahrt werden (Kühlsperma). Beliebig lange können Spermien gelagert werden, wenn sie kryokonserviert werden (Gefriersperma). Zur Tiefkühlung wird die Spermatemperatur innerhalb kurzer Zeit von 5°C auf -110°C abgesenkt. Danach werden die Spermadosen in flüssigem Stickstoff (-196°C) gelagert. Damit lassen sich die Samendosen praktisch beliebig lange aufbewahren und über die ganze Welt transportieren.

Die theoretischen Grundlagen zur Kryokonservierung sind im Kapitel Kryokonservation dargestellt (siehe Kapitel Kryokonservierung von Spermien und Embryonen).

Kühlsperma

Kühlsperma ist die einfachste Art der Spermienkonservierung, dennoch stellt die Produktion von Kühlsperma in der Schweiz die Ausnahme dar. Sie bietet eine Haltbarkeit des verdünnten Spermas von zwei bis vier Tagen. Für die Verdünnung wird meist ein Produkt verwendet, das einen einfachen Zucker, einen geeigneten Puffer, Glycerin, Eidotter, eine Katalase, Capronsäure in hohen Dosen und in der Regel eine Antibiotikakombination enthält. Das so verdünnte Sperma wird je nach Spezies bei 15-24°C gelagert. Da die Stoffwechsel- und Mobilitätsrate der Spermien bei diesen Temperaturen nur wenig eingeschränkt ist, wird der Verdünner zusätzlich mit Stickstoff begast, um den gelösten Sauerstoff zu verdrängen.

Flüssigsperma kommt vor allem bei den saisonalen Besamungen in Neuseeland, teilweise in Frankreich, den Niederlanden und in Australien zur Anwendung.

Gefriersperma

Einfrieren von Samendosen

Es bestehen verschiedene Protokolle für die Tiefgefrierung von Sperma. In der Rinderbesamung wird zur Kryokonservierung von Rindersperma meist die Bedampfung angewendet. Sie kann entweder automatisiert in einem spezialisierten Gerät oder manuell durchgeführt werden. Bei der automatisierten Methode, die in grösseren Besamungsstationen zur Anwendung kommt, können Abkühlrate und Zeit genau eingestellt werden. Zum Beipsiel kann mit einer Senkungsrate von 80-120°C pro Minute gearbeitet werden. Wenn die angestrebten -110°C erreicht sind, werden die Pailletten in flüssigen Stickstoff eingetaucht.

In tiefgefrorenem Zustand bei -196°C sind alle thermodynamischen Stoffwechselprozesse unterbrochen und die Haltbarkeit ist praktisch unbegrenzt. Unter Praxisbedingungen lassen sich aber die Pailletten nicht bei konstanten -196°C lagern. Pailletten werden in einem mit Stickstoff gefüllten Container aufbewahrt. Dieser wird mit einem Stopfen verschlossen, der einen Druckausgleich ermöglicht. Bei den Manipulationen am Container und beim Entfernen oder Wechseln einzelner Samendosen entstehen geringe Temperaturschwankungen. Stickstoff geht verloren und muss regelmässig nachgefüllt werden. Diese Vorgänge beeinträchtigen auf Dauer die Qualtität der Spermien.

Auftauen von Tiefkühlsperma

Vor der Übertragung auf das Empfängertier muss die Samendose wieder aufgetaut werden. Auch beim Auftauen können Schäden entstehen, wenn kleine Eiskristalle sich während der Erwärmung zu grösseren aggregieren. Je langsamer das Auftauen von statten geht, desto länger besteht der osmotische Gradient.

Im Allgemeinen erfolgt das Auftauen der Pailletten durch Eintauchen in ein temperiertes Wasserbad während einer vorgegebenen Zeitdauer. Dafür stehen Auftaugeräte zur Verfügung, die über eine elektronisch regelbare Temperatureinstellung verfügen. Je nach Literatur ist das Ziel des Auftauens eine Temperatur der Pailette von 5-35 °C. Bei einer Pailletteninnentemperatur von 5°C entfällt die Gefahr eines anschliessenden Kälteschocks, da die Temperatur vom Auftauen bis zum Besamen nur noch ansteigen kann (ausser bei sehr tiefen Aussentemperaturen). Andere Angaben deuten darauf hin, dass eine Temperatur von 35°C die Spermien vor gewissen schädlichen Umwelteinflüssen zu schützen vermag.
Ein weit verbreitetes Vorgehen besteht darin, die Pailletten für 10 bis 25 Sekunden in das auf 38°C temperierte Wasserbad einzutauchen, anschliessend abzutrocknen, ins vorgewärmte Besamungsgerät zu verbringen und so schnell wie möglich zu inseminieren. Für den raschen Wärmeaustausch zwischen Umgebung und Pailletteninhalt ist es elementar, die Paillette in Flüssigkeit aufzutauen. Die Pailletten sollen wenn möglich mit einer Pinzette oder Fasszange aus dem Stickstoffgefäss entnommen werden, um eine Erwärmung vor dem Auftauen zu verhindern.

Vergleich Kühlsperma und Gefriersperma

Im Minimum 2.5 Millionen Spermien sind bei Kühlsperma pro Inseminationsdosis notwendig. Da ein Stierejakulat zwischen 3.6 bis 12 Milliarden Spermien enthält, könnten davon mit der Flüssigkonservierung im Prinzip 1440 bis 4800 Samendosen gewonnen werden. Da es bei tiefgefrorenen Dosen zu Verlusten beim Einfrieren und Auftauen kommt, werden deutlich mehr Spermien pro Paillette benötigt. Die Ausbeute pro Ejakulat beträgt deshalb je nach Stier zwischen 180 und höchstens 1500 Samendosen. Trotzdem lohnt sich die Produktion von Kühlsperma nur in jenen Ländern, in denen ein hohe Zahl an besamungsbereiten Rindern innert weniger Tage bereit steht. Die kurze Aufbewahrungszeit limitiert die Einsatzmöglichkeiten dieser qualitativ guten Konservierungstechnik massiv.