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精液分析对于男性不育在临床上的诊断、治疗及科研都是十分重要的检验项目,传统的精液分析主要依靠检验人员的主观判断及显微镜下操作,存在对检验结果缺乏客观而准确的评价。尽管二十世纪八十年代发展起来的CASA系统能快速、客观地分析精子的多种参数指标,但由于仪器价格昂贵,各生产厂商对各参数的设置与评价标准不同,且准确性和重复性不十分满意,难以广泛推广使用。精液质量分析仪(Sperm Quality Analyzer, SQA)是二十世纪九十年代发展起来的一种小巧便携、操作简便且价格低廉的新型仪器,通过显示精子活力指数(Sperm Motility Index, SMI)来反映精子的质量。目前,已有30多个国家和地区用于实验室诊断,国内也有部分单位在使用。
一. SQA工作原理
利用光电原理,让光束通过具有一定厚度的微量体积的精液标本,将精子活动强弱和精子密度高低以光信号形式接收并处理,将其转换成电脉冲数字信号,经计算机处理后,以SMI值的高低对精子质量进行综合评价(图1)。此外,SAQ还可以给出功能精子浓度、总精子浓度、精子活动度及正常形态精子百分率等精液分析参数。
二. SQA系统常用参数定义
1. 功能精子浓度(Functional Sperm Concentration, FCS):指同时具有快速前向运动及正常形态的精子数目,单位为106/ml。
2. 活动精子浓度(Motiles Sperm Concentration, MSC):指快速前向运动精子数目,单位为106/ml。
3. 精子活动指数(Sperm Motility Index, SMI):指在一秒钟时间内,毛细管载样池中的精子运动所产生的在光源路径上的编移数目与振幅,来自于反映浓度与平均前向运动速度相乘的精液参数。
4. 总功能精子浓度(Total Functional Sperm Concentration, TFSC):指精液标本中功能精子的总数,以FCS与精液量的乘积表示。
5. 总活动精子浓度(Total Motiles Sperm Concentration, TMSC):指精液标本中活动精子的总数,以以MSC与精液量的乘积表示。
三. SQA系统在精液分析中的应用
SQA检测系统通过可同时反映精子浓度(concentration)、活动力(motility)和活率(viability)等三项重要精液参数的SMI值达到对待检精子质量进行定量分析,目前已广泛地应用在临床男性生育力的评价,以及辅助生殖(Assisted Reproduction),包括子宫内授精(Intrauterine Insemination, IUI)、体外受精(in vitro Fertilization, IVF)、胞浆内精子注射(Intracytoplasma Sperm Injection, ICSI)等精子捐献者精子质量及体外精子分离技术(如Percoll密度梯度离心法)制备精子质量的综合评价等男性不育与人工受精的多个领域。
1. SQA检测系统特色精液参数SMI值
SMI值是SQA检测系统的特色精液参数,在定量评价精液质量应用方面具有重要的临床应用价值。SQA利用光电原理,将精子浓度、活动力、活率通过一定的算法转换成可定量分析精子质量的SMI值。
①SMI值与精子浓度、活动力、活率的相关性
在SQA精子浓度、活率、活动力与SMI值相关性研究表明,当精子浓度达到一定值时,SMI值最高,而当精子浓度高于或低于此值时,SMI值均有所降低。当精子浓度(精子密度)过高时,由于精子在SQA毛细管载样池中不能自由运动,因而使SMI值降低。在精子浓度不变的情况下,SMI值随着精子活率的降低而降低,因为随着精子活率的降低,能够通过SQA毛细管样器载样池光束的精子减少。在精子总浓度(精子总数)不变的情况下,SMI值随活动精子浓度的增加而增加。此外,SMI值与传统精液分析显微镜检测的精子活动力分级相关极为显著。
②SMI值与传统精液分析方法(或WHO推荐标准方法)及CASA系统精液参数的相关性
SMI可同时反映活动精子浓度和活动精子密度,而通过传统精液分析方法则无法确定。精子密度(density)/浓度(concentration)、活动力(motility)、形态(morphology)是评价男性生育力的极为重要的三项精液参数,大部分研究结果表明SMI值与传统精液分析方法及CASA系统的精子密度、活动精子百分率、精子正常形态检测值相关性极为显著。SMI值与其它精液参数的相关性研究表明,SMI值与传统手工精液分析的正常顶体(normal acrosomes)及CASA系统的静止百分率(percent static)相关性极为显著,此外,CASA检测结果中的VCL、VSL、LIN也与SMI值显著相关。多重回归分析结果显示,SMI值显著相关变异量(the significant covariates of the SMI)为活动精子百分率、正常形态、ALH和VSL,上述参数与SMI值的85.5%变异值(variance)相关。
③SMI值与人工受精受精和/或受孕率的相关性
在SMI值与人工受精(辅助生育)的受精和/或受孕率的相关性分析中,研究结果尚有争论。一部分研究者认为,SMI值是人类精子的受精能力的一个观测指标。Johnston的研究结果表明,IVF-ET精子捐赠者新鲜精液SMI值与传统手工精液分析精子浓度、精子活动力、活动精子浓度相关性极为显著,精子穿透试验(Sperm Penetration Assay, SPA)检测的精子穿透指数(Sperm Penetration Index, SPI)值与SMI值的相关性也极为显著,且SMI与IVF-ET受精率的相关性明显高于SPI与IVF-ET之间的相关性,SMI值愈高,则IVF-ET受精率就越高。但另一部分研究者认为,SMI值不能预测人工受精(IUI、IVF、ICSI等)的受精和/或受孕率,与其并无显著相关性,SQA系统的应用并不比传统手工精液分析优越。在利用Percoll密度梯度离心法制备应用于辅助生殖所需精子的过程中,制备后的精子浓度,正常形态活动精子浓度和SMI(制备前)可能是制备后SMI检测结果的独立决定因素。与制备前相比较,制备后的SMI值显著增高。研究结果提示SAQ能够对精子质量及精子制备技术(如Percoll密度梯度离心法)的效率进行快速评价。
2. SQA系统的其它精液参数
部分研究表明,SQA系统与传统手工精液分析方法(或WHO推荐标准方法)正常精子形态(normal sperm morphology)检测值在两种方法之间无显著相关性,而其它精液参数均比较一致,提示SQA系统是检测男性不育少精症(oligozoospermia)及精子活力不足症(asthenozoospermia)的好的筛选试验,但并不适合于评价精子形态。
3. SQA系统的优越性
SQA具有操作简便、客观性强、精密度较高、重复性较好等优点,能直观、客观、快速地评价精液的质量。但SQA仍有一定的局限性,并不能完全取代传统手工显微镜检验。在临床应用SQA系统对精液质量定量分析过程中,还应当结合显微镜检验,从而使检验结果更为准确与客观。
五. SQAⅡC-P型精液质量分析仪简介
SQAⅡC-P型是以色列医学电子系统有限公司(Medical Electronic Systems Ltd., MES; http://www.mes-ltd.com/)生产的最新型号的精液质量分析仪。MES公司生产的SQA系统取得美国食品及药物管理局(Food and Drug Administration , FDA)、ISO 9002等国际权威机构认可,目前,在世界范围内的同类型检测仪达到的三千多台。
1. 主要工作原理
利用光电原理,将精液标本加入毛细管载样池后插入感光槽,然后光源束通过此感光槽。透过毛细管载样池的散射光被光信号接收器识别,光纤传导器将光信号传输至检测器,后者将光信号转变为电信号。此电信号经数字化处理后传输到内部计算机,后者应用一定的算法与规则将电信号转变为相应的精液参数。
2. 系统主要组成
①显示面板 ②电源批示器 ③光检测池 ④毛细管载样池 ⑤键盘 ⑥参数设置 ⑦打印机
3. 检测项目
①仪器提供的9项精液参数:总精子浓度、活动精子百分率、正常形态精子百分率、功能精子百分率(FSC)、活动精子百分率(MSC)、精子活动指数(SMI)、标本精子总数、标本功能精子总数(TFSC)、标本活动精子总数(TMSC)。
②需操作人员录入的精液参数:禁欲时间、采集时间与日期、精液外观、精液量、精液酸碱度(pH值)、液化时间、精液粘稠度、白细胞浓度。
4. 检验结果分级标准
SMI
MSC
FSC
浓度109/ml
形态(%)
活动力(%)
>160
>26
>13
>30
>30
>50
质量好
80-160
10-26
3-13
20-60
20-30
30-50
质量中等
<80
0-10
0-3
0-20
0-20
0-30
质量差
5. 仪器主要特色
①客观:操作自动化,精液参数全面。
②快速:所有结果的计算与显示仅需45秒。
③可靠:具有自动定标及自检系统,使仪器在检测过程中保持较高的客观性。
④操作简便:操作界面简便,人机对话快捷。
⑤检测灵敏度高:高灵敏检测的目的之一是确证男性避孕效果(特别是男性输精管切除术)。该检测模式下检测灵敏度可达0.01×106/ml(在此浓度下,女性避孕效率为98.5%),但耗时较长(420秒),约是常规测试时间的10倍左右。该模式还可应用于对无精子症的诊断。