The Embryo Project Encyclopedia

Sperman kapasitaatio viittaa fysiologisiin muutoksiin, jotka siittiöiden on läpikäytävä, jotta ne kykenisivät tunkeutumaan munasoluun ja hedelmöittämään sen. Tämän termin keksi ensimmäisen kerran Colin Russell Austin vuonna 1952 Austinin ja Min Chueh Changin tekemien ja vuonna 1951 julkaistujen riippumattomien tutkimusten perusteella. Alkuperäisten raporttien ja termin syntymisen jälkeen prosessin yksityiskohtia on selvitetty teknisen kehityksen ansiosta. Ilmiön tunnistaminen oli varsin tärkeää varhaisille koeputkihedelmöityskokeille sekä embryologian ja lisääntymisbiologian aloille.

Näissä ensimmäisissä tutkimuksissa siittiöitä tuotiin eri eläinlajien naaraiden munanjohtimiin sekä tunteja ennen ovulaatiota että välittömästi sen jälkeen. Kokeet osoittivat, että siittiöt tunkeutuivat paljon useampaan munasoluun, kun siittiöt tuotiin tunteja ennen ovulaatiota. Austin ja Chang päättelivät ensimmäisten havaintojensa perusteella, että siittiöiden on käytävä läpi jonkinlainen fysiologinen prosessi naaraan sukuelimissä, jotta ne pystyisivät tunkeutumaan munasoluun. Austin viittasi myöhemmin tähän prosessiin kapasitaatioksi Nature-lehden 23. elokuuta 1952 julkaistussa numerossa. Hän käytti termiä kapasitaatio alun perin viittaamalla kaikkiin fysiologisiin prosesseihin, jotka siittiöt käyvät läpi naisen sukuelimissä ja jotka mahdollistavat sen, että siittiöt voivat tunkeutua munasoluun. Kun tekniikka kehittyi ja tietämys hedelmöitysmekanismeista lisääntyi, määritelmä päivitettiin nykyaikaiseen käyttöön.

J. Michael Bedford julkaisi vuonna 1970 perusteellisen tutkimuksen siittiöiden kapasitaatiosta nisäkkäillä ja pystyi rajaamaan, mitä prosessi pitää sisällään paljastamalla, mitä ei tapahdu. Bedfordin tutkimuksissa käytettiin elektronimikroskooppia paljastamaan, mitä rakenteellisia muutoksia siittiöissä tapahtui kapasitaation jälkeen, jos sellaisia tapahtui, mutta mitään ei löytynyt. Bedford raportoi, että siittiöt pysyvät samassa morfologisessa tilassa siitä lähtien, kun ne viedään naaraaseen, siihen asti, kun ne käyvät läpi akrosomireaktion eli pisteen, jossa siittiöt sulautuvat munasolun kanssa. Hän päätteli, että vaikka siittiöissä ei tapahdu rakenteellisia muutoksia, on todennäköisempää, että käynnissä on jonkinlainen kemiallinen muutos. Tuolloin käytettävissä olleiden todisteiden perusteella pääteltiin, että kapasitaatiotapahtumat koostuivat siittiöiden reseptorien paljastumisesta, jolloin ne kykenivät reagoimaan naisen sukupuolielinten ympäristöön. Hän tutki myös siittiöiden kapasitaatiota eri lajien välillä ja havaitsi, että aika, joka siittiöiltä kului siihen, että ne kykenivät tunkeutumaan munasoluun, sekä kemikaalit, jotka edellä mainitut reseptorit tunnistivat, olivat lajikohtaisia. Lisäksi, koska muissa heimoissa on tiettyjä lajeja, jotka ejakuloivat siittiöitä, jotka kykenevät välittömästi saattamaan akrosomireaktion loppuun, olisi epätarkkaa sisällyttää akrosomireaktio osaksi kapasitaatiota.

Austinin laajan alkuperäisen määritelmän vuoksi monet Bedfordin aikalaiset väittivät, että akrosomireaktiota voitaisiin teknisesti pitää osana siittiöiden kapasitaatiota. Määritelmän ristiriitaisuus, erityisesti akrosomireaktion sisällyttäminen osaksi kapasitaatiota, aiheutti paljon keskustelua ja väittelyä tutkijoiden keskuudessa myöhemmissä julkaisuissa. Vuonna 1975 Austin julkaisi raportin ”Membrane Fusion Events in Fertilization”, jossa hän väitti, että varsinainen kapasitaatioprosessi koostui siittiöiden glykoproteiinipeitteen poistamisesta ja hyperaktivoitumisen tai parantuneen liikkuvuuden helpottamisesta, ja täten hän selvensi, että hän piti akrosomireaktion käynnistymistä erillään siittiöiden kapasitaatiosta. Pyrkiessään selventämään, mitkä prosessit olisi sisällytettävä siittiöiden kapasitaation määritelmään, Min Chueh Chang julkaisi vuonna 1984 artikkelin, jossa hän esitteli historiallisen näkökulman siittiöiden kapasitaation merkitykseen ja johon sisältyi ehdotus määritelmän ristiriitaisuuden ratkaisemiseksi. Kyseisessä artikkelissa Chang ehdottaa, että kaikkiin akrosomireaktioon johtaviin prosesseihin olisi viitattava siittiöiden kapasitaation ensimmäisenä osana, jotta alkuperäistä määritelmää voitaisiin kunnioittaa ja samalla tunnustaa akrosomireaktio itsenäiseksi prosessiksi. Kun otetaan huomioon tämä selvennysyritys, nykyaikaisemmissa tutkimuksissa, jotka koskevat kapasitaatiota, kapasitaatio määritellään siittiöiden tarpeeksi paljastaa reseptoreita, jotka voivat tunnistaa naisen sukuelimissä olevia kemikaaleja, jotka puolestaan käynnistävät muutoksia sekä liikkuvuudessa hyperaktivoitumisen muodossa että akrosomireaktioon liittyvissä morfologisissa muutoksissa.

Kapasitaation tutkimuksessa esiintyvästä sekavuudesta ja joistakin ristiriitaisuuksista huolimatta käsite on edelleen olennainen osa hedelmöitystutkimusta. Sen tutkiminen on tarjonnut kattavamman ymmärryksen kaikista niistä mekanismeista, jotka siittiösolun on käytävä läpi ennen kuin se on valmis hedelmöittämään naisen munasolun, mikä on lisännyt yleistä tietämystä hedelmöittymisprosessista kokonaisuutena sekä edistänyt lääketieteellistä teknologiaa, kuten koeputkihedelmöitystä.