Assessment of sperm morphology in Zebu bulls, under field conditions in the tropics

Abstract

Sperm morphology was studied in 302 extensively managed Zebu bulls (aged 1.5-9 years), classified as sound (n = 166) or unsound (n = 136) for breeding, under field conditions in the dry tropics of Costa Rica. Single semen samples were collected by electro-ejaculation and fixed in formol-saline solution immediately after collection. Sperm morphology was determined in the field on wet smears using a microscope equipped with phase-contrast optics, and further determined in the laboratory on airdried smears stained with carbol-fuchsin. The frequencies of sperm abnormalities (such as abnormal acrosome, head, neck, mid-piece, tail, and presence of cytoplasmic droplets) were recorded as a percentage of the total number of counted spermatozoa (400 cells). Zebu bulls considered unsound for breeding showed a higher mean prevalence (p < 0.05) of knobbed acrosomes (4.0 versus 0.9%), head defects [specifically, nuclear invaginations and heads with abnormal shapes and sizes (27.6 versus 4.0%)], abnormal tails (11.2 versus 4.7%), and proximal droplets (8.4 versus 1.6%), compared with bulls considered sound for breeding. In these latter bulls, the abnormality most commonly seen was the presence of single bent tails with an entrapped cytoplasmic droplet (3.0 ± 3.7%). Young Zebu bulls (i.e. bulls under 2 years of age) showed a higher percentage of missing acrosomes, and proximal cytoplasmic droplets, than older sires (12.1 versus 2.4%, and 23.9 versus 3.6%, respectively; p < 0.05), interpreted as an indication of low ejaculation frequency and sexual immaturity, respectively. Bulls with a long scrotum and soft testicular consistency (TC) at palpation showed higher percentages of abnormal sperm heads in the ejaculate than bulls with a normal scrotal length (SL) and a normal TC (32.7 versus 12.8% and 30.7 versus 10.3%, respectively; p < 0.05). In addition, Zebu bulls with a scrotal circumference (SC) ≤ 30 cm showed a higher prevalence of proximal cytoplasmic droplets than bulls whose SC was > 30 cm (9.8 versus 2.6%, p < 0.05). A higher mean percentage of abnormally sized and shaped heads, especially undeveloped and narrow at the base, was more frequently found in stained smears than in unstained samples (26.0 versus 9.9%, p < 0.05), which clearly underlines the importance of using both stained and wet smears when assessing sperm head morphology. However, for a quick assessment of sperm morphology under field, tropical conditions, phase-contrast microscopy provides useful information for the spermiogramme evaluation.

Se estudió la morfología de los espermatozoides de 302 toros cebú manejados de forma extensiva (de 1,5 a 9 años de edad), clasificados como sanos (n=166) o no sanos (n=136) para la cría, en condiciones de campo en el trópico seco de Costa Rica. Se recogieron muestras de semen individuales mediante electroeyaculación y se fijaron en solución salina de formol inmediatamente después de la recogida. La morfología de los espermatozoides se determinó en el campo en frotis húmedos utilizando un microscopio equipado con óptica de contraste de fase, y se determinó además en el laboratorio en frotis secados al aire teñidos con carbolfucsina. Las frecuencias de las anomalías de los espermatozoides (como acrosoma, cabeza, cuello, pieza media, cola y presencia de gotas citoplasmáticas anormales) se registraron como porcentaje del número total de espermatozoides contados (400 células). Los toros cebú considerados no aptos para la reproducción mostraron una mayor prevalencia media (p < 0,05) de acrosomas nudosos (4,0 frente a 0,9%), defectos en la cabeza [concretamente, invaginaciones nucleares y cabezas con formas y tamaños anormales (27,6 frente a 4,0%)], colas anormales (11,2 frente a 4,7%) y gotitas proximales (8,4 frente a 1,6%), en comparación con los toros considerados aptos para la reproducción. En estos últimos toros, la anomalía más comúnmente observada fue la presencia de colas simples dobladas con una gota citoplasmática atrapada (3,0 +/- 3,7%). Los toros cebú jóvenes (es decir, los menores de 2 años) mostraron un mayor porcentaje de acrosomas ausentes, y de gotas citoplasmáticas proximales, que los toros de mayor edad (12,1 frente a 2,4%, y 23,9 frente a 3,6%, respectivamente; p < 0,05), lo que se interpretó como una indicación de baja frecuencia de eyaculación y de inmadurez sexual, respectivamente. Los toros con un escroto largo y una consistencia testicular (CT) blanda a la palpación mostraron mayores porcentajes de cabezas de esperma anormales en el eyaculado que los toros con una longitud escrotal (LS) normal y una CT normal (32,7 frente a 12,8% y 30,7 frente a 10,3%, respectivamente; p < 0,05). Además, los toros cebú con una circunferencia escrotal (CS) < o = 30 cm mostraron una mayor prevalencia de gotas citoplasmáticas proximales que los toros cuya CS era > 30 cm (9,8 frente a 2,6%, p < 0,05). En los frotis teñidos se encontró con mayor frecuencia un porcentaje medio de cabezas de tamaño y forma anormales, especialmente no desarrolladas y estrechas en la base, que en las muestras sin teñir (26,0 frente a 9,9%, p < 0,05), lo que subraya claramente la importancia de utilizar tanto frotis teñidos como húmedos al evaluar la morfología de las cabezas de los espermatozoides. Sin embargo, para una evaluación rápida de la morfología de los espermatozoides en condiciones tropicales de campo, la microscopía de contraste de fase proporciona información útil para la evaluación del espermiograma.