精子密度和运动速率对精液质量分析系统分析结果的影响

文│张小香 张士海 （北京市昌平区畜牧水产技术推广站）

朱宽峰（北京田园奥瑞生物科技有限公司）

精液质量分析系统相比目测法具有客观性强、分析指标多的优点，正在逐渐替代目测法成为主要的精液质量检测方法。但精液质量分析系统分析结果的准确性取决于分析系统本身设计的科学性，同时还有正确的使用方法。

检测技术员常常提到精液质量分析系统分析结果偏高，尤其鲜精经常出现95%以上的活力。实际上除了参数设置本身外，还有其他因素会导致这种结果，比如密度偏大同时精子活力较高。

一、精子密度和运动速率对精子碰撞频率的影响

精子活力以及分级都是依据精子运动能力来判定的，而密度偏大时，精子之间距离过近，发生碰撞的概率增大，于是没有活动能力的精子也被撞动，从而导致检测结果偏高。虽然单个精子的运动有方向性，但从精液整体来看精子运动方向是随机的，没有方向性。为了便于分析，可以将精液简化为“精子气”，即由简化的“精子球”组成的“气体”，根据气体分子碰撞相关理论，可以得出每个精子平均碰撞频率为

根据以上公式，可以看到碰撞频率与密度成正比，与精子平均运动速率成正比。

假设精子密度为1亿/毫升，即n＝1014/立方米，精子有效直径按猪精子的头部宽度取d＝5微米=5×10-6米，速率取v＝10微米/秒（一些分析系统设定的慢速直线运动最低直线速度标准），代入上述公式，可以计算出Z＝0.11赫兹，即每个精子平均每秒会发生0.11次碰撞，意味着每100个精子每秒会发生11起碰撞。

根据上述公式计算v比较小时不同密度下精子碰撞频率得到表1，从表1中可以看到只有精子平均速率和密度都很小时，才能使碰撞频率降到0.05（统计上通常用作小概率事件的概率阈值）以下。

密度取0.2亿～1亿/毫升，平均速率取50～120微米/秒，经过计算得到表2，可以看到即便密度低至0.2亿/毫升（作为参考，猪鲜精国标有效精子密度为30亿/80毫升＝0.375亿/毫升）、速率在50亿/毫升时，碰撞频率依然高达0.11，而密度在0.8亿～1亿/毫升、平均速率达到90～120微米/秒时，碰撞频率高达1以上，即每秒每

畜牧创新专栏个精子平均都会碰撞1次以上。

根据算法不同，不同的精液质量分析系统对精子碰撞的处理能力也不同，但若精子碰撞太频繁，即使最先进的分析系统仍然无法避免大量精子轨迹出错。

二、精子密度和运动速率对精子轨迹跟踪的影响

此外，即使不考虑碰撞，精子密度过大或者速率过大其本身也会导致轨迹跟踪出错。因为分析系统都是从一帧帧图像上最近相邻目标来判定是否是同一个精子以及由此构建精子运动轨迹（图1），若密度过大，则相邻目标太多，导致错配概率增大。运动速率过大则会导致帧间距离过大，使分析系统认为是不同的精子，从而引起误判。这两种情况下，由于目标不是始终在同一个地方，误判的轨迹都不会是静止的精子，因而导致运动精子比例升高。

由上述分析可以推断，所有可以提高精子运动能力的措施，除了该措施本身的效益外，都能进一步提高表观分析结果，如提高恒温台温度到39℃甚至40℃。

◎图1 精子运动轨迹示意图

三、精子计数板计数室厚度对精子面密度的影响

检测状态和自由状态还有一点区别，自由状态的精子可向球面任何方向运动，而检测状态下由于盖玻片或者精子计数板的限制，精子只能做二维平面运动，并且精子通常被限制为单层，此时的精子密度应该取面密度。相同精子密度时，不同厚度计数板的面密度不一样，越厚的计数板精子面密度越大，市场上基本上只有10微米和20微米两种规格（实际值由于加工精度会有偏离）的精子计数板，使用20微米计数板时，其精子碰撞概率是10微米计数板的2倍。因此，其他条件不变的情况下，单层时精子计数板计数室越厚，表观分析结果越好。

表1 精子运动速率低时密度对精子碰撞频率的影响

表2 精子密度较低时运动速率对精子碰撞频率的影响