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冷冻复苏过程中的损伤

作者:孙正怡 来源:人民卫生出版社 2015-08-22 15:53:43

核心提示: 8.2 冷冻复苏过程中的损伤(一)基本概念进行配子或胚胎冷冻保存的目的是希望经过冷冻和复苏后,配子或胚胎仍能保持原有的生物学活性。储存温度过低本身并不会导致胚胎细胞发生

 8.2 冷冻复苏过程中的损伤IZ6试管婴儿网

(一)基本概念IZ6试管婴儿网

进行配子或胚胎冷冻保存的目的是希望经过冷冻和复苏后,配子或胚胎仍能保持原有的生物学活性。储存温度过低本身并不会导致胚胎细胞发生损伤,但是,由于活体细胞内存在众多细胞器,在冷冻和复苏过程中,由于细胞内的冰晶形成、渗透性损伤、渗透性休克以及在降温复温过程中出现的从生理温度降至非生理状况的超低温,又从超低温复温至生理温度,这种大幅度温度变化或波动,可能会严重影响胚胎的存活以及生物活性,甚至导致胚胎死亡,这些损伤统称为冷冻损伤,从发生机制来看,包括物理性损伤和化学性损伤。我们致力于改善的冷冻保存技术就是运用生物学、冷冻生物学的原理,最大限度地减少这些损伤的形成,使胚胎细胞经过充分脱水、降温后在低温中保存起来,并能在复苏后安全地恢复到生理状态。IZ6试管婴儿网

冷冻损伤目前从形成机制上可以分为:IZ6试管婴儿网

1)冰晶IZ6试管婴儿网

2)冷休克IZ6试管婴儿网

3)溶质效应IZ6试管婴儿网

4)破碎损害IZ6试管婴儿网

5)重结晶IZ6试管婴儿网

6)渗透性休克IZ6试管婴儿网

(二)冰晶IZ6试管婴儿网

1)原理:胚胎冷冻复苏过程中产生的冰晶是最重要的冷冻损伤。随着温度下降时,细胞内的水会在温度降至冰点以下而结冰,形成细胞内冰晶。微小的细胞冰晶对细胞没有明显的损伤作用,但如果形成大的细胞内冰晶,冰晶越大,造成的损伤也越大。这些大冰晶由于机械作用损伤细胞膜以及其他的细胞器的膜性结构,并挤压细胞内部的各种细胞器和细胞骨架。这些机械性损伤会使细胞造成致命性伤害,甚至导致细胞死亡。由于细胞内外溶液中含有离子或溶质,那么溶液的冰点(开始出现冰晶的温度)将低于0℃。冰点取决于溶质的浓度。当含有溶解质的水溶液开始降温时,将在细胞外形成结晶,冰晶内为纯水,剩余的溶液中水分减少增加了电解质的浓度,这样更进一步降低了剩余水溶液的冰点。所以在培养液中和细胞内部,冰晶的形成是随着温度的下降逐步出现的,而不是整体同时结冰。IZ6试管婴儿网

如果不采用适当的冷冻方法,随着温度下降,细胞的死亡通常发生在温度下降到-60~—15℃的温度段内,而这正是冰晶开始形成的温度。无论在冷冻或复苏过程中,当细胞经过这一阶段时都是非常危险的。IZ6试管婴儿网

细胞内含水量降低,可以减少冰晶的形成。因此各种冷冻方案中都努力降低细胞内的水含量,但细胞内过度脱水对细胞是有害的。由于过度脱水会导致细胞内结构的异常,而且蛋白质、核酸等大分子物质均含有大量的结合水,这些结合水如果也从分子上脱离,会导致大分子功能异常。IZ6试管婴儿网

2)预防:为了减少细胞内冰晶的形成,可以增加细胞外溶液的浓度。这样,在冷冻过程中,随着降温过程中温度的下降,到溶液的冰点以下时,细胞外溶液首先形成部分冰晶,由于冰晶内不含溶质,细胞外溶液由于结冰而使剩下的水中溶质的浓度升高。细胞内的过冷溶液的渗透压将低于细胞外溶液的渗透压。如果降温速度快,超过了水渗透出细胞膜的渗透速度,细胞内的水不能及时渗出而在细胞内形成冰晶。但是如果适当地控制降温速度,使细胞内的水就有充足的时间透过细胞膜渗透到细胞外液中,将使细胞进一步脱水,渗透压提高而冰点下降。IZ6试管婴儿网

(三)冷休克IZ6试管婴儿网

温度降低对哺乳动物的细胞也存在定的直接效应,叫做冷休克损伤,或者叫“寒冷损伤”。冷休克是温度下降对细胞结构和功能造成的损伤。冷休克的发生与细胞膜蛋白质和细胞骨架在低温下发生的改变可能有关。这种损伤有细胞和种属特异性,在人类精子和胚胎的冷冻过程中,这种损伤并不突出。而在许多其他哺乳动物的精子冷冻或在人卵母细胞冷冻、卵巢或睾丸组织冷冻中,这种损伤造成的影响比较突出。IZ6试管婴儿网

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