Karakteristik dan Kualitas Sperma ManusiaBerlangsungnya spermatogenesis pada mammalian ditandai oleh pembentukan sperma pada saat pubertas yang berasal dari stem cell (spermatogonia) lapisan basal dari tubulus seminiferus di dalam testis. Sperma merupakan sel yangmempunyai karakteristik sangat khusus, dengan struktur umum terdiri atas 2 bagian utama (Gambar 1), yaitu bagian kepala yang terlibat dalam interaksi sperma-sel telur dan bagian ekor (flagellum). Kepala sperma berisi inti yang mengandung DNA genom haploid, kantung akrosom yang mengandung enzim-enzim hidrolitik, dan sedikit sitoplasma sel. Flagellum terdiri atas bagian midpiece berisi mitokondria yang terutama berfungsi dalam pembentukan energi, dan bagian principal piece yang berfungsi dalam pergerakan (motilitas) sperma.

Gambar 1. Sperma Manusia dalam Potongan Longitudinal. 6

Sperma tidak dapat mensintesis protein, karena sel ini tidak mempunyai organel yang penting dalam sintesis protein (ribosom). Selain itu sperma juga tidak mempunyai organel sel untuk sintesis lipid (retikulum endoplasma, badan Golgi) ataupun untuk pemecahan lemak (lisosom dan peroksisom). Setelah diproduksi di dalam testis, sperma akan disimpan di dalam saluran epididimis, kemudian ketika ejakulasi sperma melewati saluran vas deferens, dan urethra. Ketika melewati saluran-saluran tersebut, sperma bercampur dengan senyawa hasil sekresi kelenjar-kelenjar assesorius, seperti kelenjar prostat, vesika seminalis, kelenjar littre atau periurethra, dan kelenjar bulbourethra atau Cowper. Sekret kelenjar-kelenjar tersebut kemudian dinamakan seminal plasma atau plasma semen.3,5 Kualitas sperma serta plasma semen yang dikeluarkan saat ejakulasi sangat menentukan keberhasilan fertilisasi. Beberapa parameter dalam mengukur kualitas sperma dansemen yang normal (baik) dapat dilihat pada Tabel 1.7

Peran Ion pada Motilitas Sperma:Ketika Sperma Berada di Saluran Epididimis. Ketika masih berada dalam tubulus seminiferus testis, sperma belum mempunyai kemampuan bergerak (immotil), tetapi memperlihatkan adanya gerakan fibrator yang sangat terbatas. Selain itu sperma tersebut tidak mempunyai kapasitas untuk membuahi sel telur. Sperma matang secara bertahap memperoleh kemampuan gerak progresifnya ketika melewati saluran epididimis, mulai dari bagian awal (kaput), kemudian bagian tengah (korpus) dan akhirnya di bagian akhir (kauda). Bersamaan dengan hal tersebut, lingkungan mikro dalam saluran epididmis mengalami perubahanperubahan sebagai berikut: Peningkatan densitas sperma karena adanya resorpsi air oleh epitel saluran epididimis Penurunan konsentrasi ion sodium (Na+) dan peningkatan ion kalium (K+) pada cairan epididimal. Keasaman (pH) cairan epididimal, dari yang bersifat asam di bagian kaput epididimis menjadi bersifat basa di bagian kauda. Peningkatan osmolaritas cairan epididimal dari bagian kaput ke bagian kauda. Peningkatan konsentrasi senyawa glycerylphosphorylcholine (GPC), lipid total, fosfolipid, asam siallat, dan protein total. Peningkatan konsentrasi karnitin di cairan epididimal.

Pada bagian kauda epididimis, sperma yang sudah memperoleh kemampuan gerak progresif dan kemampuan memfertilisasi telur disimpan dan beristirahat (quiescence state) sampai saat diejakulasikan ke saluran reproduksi wanita. Dari beberapa penelitian in vitro dengan menggunakan sperma hamster dari bagian kauda epididimis diketahui bahwa kemampuan motilitas progresif sperma diperoleh ketika sperma tersebut dilarutkan dalam medium fisiologis yang mengandung ion kalsium (Ca). Ketika sperma dilarutkan dalam larutan alaminya seperti cairan epididimal atau dalam medium yang tidak mengandung Ca, mereka tidak bergerak (immotil). Ion kalsium (Ca) diperlukan untuk menginisiasi motilitas sperma. Selain itu dari penelitian in vitro pada sperma kauda epididimal tikus diketahui bahwa larutan NaCl, KCl juga berperan dalam motilitas sperma.5,8

Ketika Sperma berada di Saluran Reproduksi Wanita Beberapa saat setelah sperma diejakulasikan di saluran reproduksi wanita, sperma mengalami proses yang disebut kapasitasi. Kapasitasi sperma merupakan fenomena kompleks yang dialami sperma ketika berada di saluran reproduksi wanita yang menyebabkan sperma mempunyai kemampuan menempel pada sel telur dan berfusi ke dalamnya. Selama proses ini terjadi perubahan sifat biokimia dan biofisik pada sperma dan terutama pada membrane plasmanya. Kapasitasi sperma berhubungan erat dengan adanya perubahan pada fluiditas membran, konsentrasi ionion intraseluler, dan metabolismenya. Proses kapasitasi menyebabkan sperma menjadi responsif terhadap inductor untuk terjadinya reaksi akrosom. Perubahan yang dapat diamati dalam proses kapasitasi sperma adalah adanya perubahan pola dalam motilitasnya sehingga sperma menjadi hiperaktif. Hiperaktivitas sperma dicirikan oleh gerakan flagellum yang tegas dan tidak linear, hilangnya kolesterol dari membran plasma, destabilisasi membran, peningkatan pH intraseluler dan peningkatan konsentrasi ion Ca2+, kemudian diikuti oleh aktivasi system second messenger. Selain ion Ca2+, konsentrasi ion Na+, Cl- , K+ dan bikarbonat juga berperan dalam memodulasi proses kapasitasi sperma.4,9

Tabel 1. Nilai Normal Semen Manusia Sebagai Parameter Mengukur Kualitas Sperma Dan Plasma Semennya Parameter kualitas Nilai normal semen manusia

Motilitas SpermaFlagellum yang diistilahkan secara umum sebagai ekor sperma, merupakan bagian sperma yang berperan dalam perolehan kemampuan motilitas sperma dan kemampuan penetrasi sperma ke dalam sel telur saat fertilisasi. Motilitas sperma terjadi oleh adanya struktur sitoskeletal di bagianinternal flagellum yang disebut aksonem. Pada bagian midpiece, aksonem dikelilingi oleh outer dense fiber (ODF) dan mitokondria, sedangkan di bagian principal piece lapisan fibrous (fibrous sheath) mengelilingi aksonem. Aksonem disusun oleh kira-kira 250 protein, antara lain protein motor, protein pengikat Ca, enzim-enzim kinase atau fosfatase, dan lain-lain. Struktur utama aksonem terdiri atas 9 + 2 pasangan mikrotubul yang dilengkapi oleh lengan dinein. Dinein merupakan molekul enzim ATPase yang akan menguraikan ATP menjadi energi untuk pergerakan sperma. Inisiasi motilitas flagellum sperma dipicu oleh peru-bahan komposisi dan konsentrasi ion-ion yang terjadi dalam flagellum ketika sperma berada di saluran reproduksi wanita, dan oleh adanya substrat tertentu pada saluran tersebut yang berasal dari sel telur. Perubahan lingkungan mikro yang dialami oleh sperma tersebut di dalam saluran reproduksi wanita menyebabkan aktivasi protein yang terlibat dalam metabolism energi maupun protein-protein motor untuk pergerakan sperma. Berbagai jenis perubahan ionik di sekitar spermamenyebabkan terjadinya hiperpolarisasi membran, aliran ion Ca2+ dan Na+ ke dalam sperma (Ca2+ influx dan Na+ influx), aliran ke luar ion K+ (K+ efllux), peningkatan pH intraseluler, dan aktivasi enzim-enzim yang terlibat dalam kaskade sinyal pemicu motilitas (Gambar 2).

Gambar 2 Signaling pathway pada transmembran sperma yang mengaktifasi motilitasnya. Cholestrol (HDL) efflux menyebabkan perubahan fluiditas membran pada saat terjadinya proses kapasitasi sperma. Sperm-activating peptide (SAP) mengikat dan mengaktivasi enzim transmembran guanil siklase (mGC) melalui atau tanpa melalui reseptor (R). Nitric oxide (NO) mengaktivasi enzim guanil siklase yang terlarut (sGC). Aktivasi enzim guanil siklase menyebabkan peningkatan konsentrasi cyclic Guanin Monophosphate (cGMP) yang selanjutnya mengaktifasi kanal kalium (K+), sehingga menyebabkan potensial membrannya terhiperpolarisasi. Hiperpolarisasi membran(Em!) menstimulasi beberapa kanal, ion exchanger dan juga enzim transmembran adenil siklase (mAC). Selain itu enzim adenil siklase yang terlarut dapat diaktivasi oleh ion bikarbonat (HCO3 -). Aktivasi enzim ini menyebabka peningkatan konsentrasi cyclic Adenosin Monophosphate (cAMP), yang selanjutnya dapat memfosforilasi enzim protein kinase A (PKA) dan juga protein tirosin kinase (PTK). Fosforilasi enzim-enzim tersebut selanjutnya memfosforilasi protein-protein dalam flagellum untuk memodulasi pergerakan sperma. Peningkatan konsentrasi Ca2+ intraseluler dapat memodulasi gerakan flagellum asimetri yang menyebabkan perubahan arah gerak dari sperma dan akhirnya menyebabkan gerakan kemotaksis sperma menuju sel telur.10 Berdasarkan hasil penelitian diketahui bahwa berbagai jenis kanal ion terdapat pada sperma (Gambar 5).4

Gambar 5. Berbagai Jenis Kanal Ion dan Lokalisasinya pada Bagian Sperma.Beberapa kanal ion Ca2+ telah berhasil dideteksi terdapat pada sperma, seperti voltage-gated Ca2+ (Cav), CatSpers.13,14 Dari hasil penelitian diketahui bahwa sperma dari mencit knock-out Cav isoform 2 dan 3 memperlihatkan adanya peningkatan dalam linearitas aktivitas pergerakkannya, tetapi mencit tersebut tetap fertil. Sedangkan mencit jantan hasil penelitian knock-out CatSper1 diketahui infertile yang disebabkan oleh ketidakmampuan sperma mengalami hiperaktivasi. Telah diketahui bahwa ion Ca2+ sangat diperlukan dalam menginisiasi dan memelihara motilitas dalam proses hiperaktivitas melalui interaksinya secara langsung dengan komponen-komponen yang membentuk aksonem. Protein kanal lain yang juga terdapat pada sperma dan diduga berperan dalam motilitas adalah cyclic nucleotidegated channel (CNG) dan transient receptor potensial channel (TRP). Inhibitor dari kanal TRP diketahui dapat menghambat motilitas sperma manusia.17,18 Untuk keluar masuk ion K+, di sperma telah diidentifikasi kanal voltagegated K channel, Ca2+-activated K channel dan inwardly rectifying K channel (Kir); sedangkan untuk ion Na+ sperma mempunyai kanal Na+/HCO3- cotransporter dan juga epithelial Na+ channels (ENaCs).Penelitian akhir-akhir ini juga menemukan adanya jenis kanal ion lain pada sperma, yaitu voltage dependent selective anion channel (VDAC). Kanal ion VDAC banyak ditemukan di membran luar mitokondria dan berperan dalam mengatur keluar masuk ion-ion, metabolit termasuk ATP dari dan keluar mitokondria. Dari penelitian yang dilakukan oleh Sampson et al dengan menggunakan metode knockout mouse pada gen yang menyandi subtipe 3 dari VDAC (VDAC3) diketahui bahwa protein ini berperan dalam motilitas sperma. Mencit jantan mutan homozigot dari penelitiantersebut infertil. Mencit tersebut mempunyai sperma dengan jumlah normal tetapi motilitas spermanya mengalami penurunan yang signifikan. Mencit jantan yang normal (wild type) mempunyai persentase sperma motil 70 % sedangkan pada mutan yang homozigot hanya mempunyai 17 % sperma motil. Peran kanal VDAC3 dalam motilitas sperma juga telah disugestikan dari penelitian analisis mutasi pada gen yang mengkode protein VDAC3 dari pasien infertil asthenozoospermia yang memiliki sperma dengan motilitas rendah. Penelitian tersebut melaporkan bahwa dari 30 sampel sperma bermotilitas rendah dari pasien ditemukan 8 pasien mengalami berbagai jenis mutasi pada gen VDAC3, seperti delesi, substitusi, dan insersi. Dengan menggunakan pendekatan yang berbeda, yaitu dengan pemberian in vitro antibody poliklonal VDAC2 yang sudah dimurnikan pada sperma sapi diketahui bahwa anti-VDAC2 antibodi poliklonal tersebut dapat menurunkan sampai 10% motilitas sperma dibandingkan dengan kontrol, tetapi penurunan motilitas sperma sapi tersebut tidak signifikan secara statistik. Penelitian lanjutan dengan menggunakan antibodi poliklonal VDAC3 pada sperma normozoospermia pria fertil melaporkan bahwa antibodi tersebut dapat menurunkan motilitas sperma secara bermakna. Kemampuan molekul kanal ion dalam mengatur proses-proses fisiologis sperma untuk mendukung fertilisasi membuat molekul ini menjadi target untuk pengembangan bahan kontrasepsi pria post-testikuler di masa datang.

Pengaruh pH asam terhadap motilitas spermaSperma adalah satu satunya sel tubuh anusia yang menjalankan fungsinya diluar tubuh seorang pria. Seminal plasma/semen, yg membentuk lingkungan mikro sperma memiliki peran penting agar fungsi sel sperma tetap berjalan walaupun berada diluar tubuh. Semen adalah campuran dari sekret testis,epididimis dan kelenjar genitalia assesoria. Cairan semen mengandung HCO3-/ CO2, ion ion anorganik, , asam asam organic, gula, lemak, steroid, asam amino, poliamino, basa nitrogen, dan protein. Sehingga, semen memiliki kapasitas sebagai larutan penyangga yg sangat tinggi, lebih tinggi dari sebagian besar cairan tubuh lainnya. Karena, pH dari cairan semen memiliki peran penting tidak hanya dalam menjaga viabilitas dan kualitas, dari sperma, namun juga memastikan terjadinya fertilisasi. Efek pH terhadap motilitas sperma telah diteliti pada beberapa hewan seperti unggas, ikan, dan kerang dimana didapatkan seimpulan yang hampir serupa yaitu peningkatan motilitas sel sperma pada kondisi lingkungan basa. Selain itu penelitian terhadap pH semen manusia seringkali terfokus pada kasus kasus klinis. Pada suatu penelitian dilaporkan bahwa pasien dengan oligospermia dan/atau asthenospermia memiliki pH semen lebih rendah dari 7,2. Pompa Na+/K+ ATPase berperan penring dalam mempertahankan motilitas sel sperma dengan mempertahankan gradient Na+ transmembran. Sehingga gangguan atau hambatan pada pompa ini akan menurunkan motilitas sperma. 4isoform (polipeptida yg menyusun pompa Na+/K+ ATPase) merupakan polipeptida yang seringkali memainkan peran ganda sebagai Pompa Na+/H+ exchanger (NHE) yg meregulasi pH intraseluler spermatozoa, dimana perubahan pH semen diduga juga akan mempengaruhi kerja pompa Na+/K+ ATPase yg akhirnya akan mempengaruhi fungsi sel sperma seperti motilitas, inisiasi reaksi akrosom dan lain lain. Selain itu aktivitas pompa Na+/K+ ATPase juga dibutuhkan untuk menjaga konsentrasi Ca+ intraseluler, dimana sebagian besar fungsi sel sperma mulai dari gerakan flagella, kecepatan renang spermatozoa, kapasitasi sperma dan reaksi akrosom dipengaruhi oleh influx Ca+, dan gerakan spermatozoa bergantung pada konsentrasi Ca+ bebas didalam sel. Pada sebuah penelitan yg meneliti pengaruh pH terhadap motilitas sperma ditemukan bahwa kondisi optimal bagi motilitas sperma adalah pH 7,2 dan 8,2 kemudian saat pH diturunkan menjadi 6,2 dan 5,2 motilitas sel sperma menurun secara signifikan. Pada penelitian tersebut juga ditemukan bahwa pH juga mempengaruhi tingkat metabolisme sel sperma sehingga mengganggu vitalitas sel sperma. Sebagian besar sel sperma hidup lebih lama pada lingkungan basa dan netral (pH 7,2 dan 8,2) dan cenderung berusia lebih pendek serta mengalami kerusakan membrane sel pada lingkungan asam (pH 6,2 dan 5,2). Penjelasan mengenai peristiwa tersebut diduga berkaitan dengan aktivitas pompa Na+/K+ ATPase yang ditemukan pada sebagian besar membran sel mamalia dan tentu saja pada membrane sel sperma dimana pompa tersebut ditemukan paling banya pada bagian medial dan posterior sel sperma. Dalam penelitian yang sama peneliti juga menemukan aktivitas pompa Na+/K+ ATPase menurun pada pH 5,2 dan 6,2. Penurunan aktivitas tersebut disebabkan pompa tersebut dapat berfungsi ganda sebagai Na+/H+ exchanger (NHE) yang berperan dalam regulasi pH dalam sel sperma, sehingga pada saat terjadi peningkatan kadar H+ intraseluler akibat Ph lingkungan yang asam, maka pompa Na+/H+ bekerja lebih aktif untuk mengeluarkan kelebihan ion H+ sehingga akhirnya menghambat pompa Na+/K+ ATPase yang berujung pada gangguan motilitas dan vitalitas sel sperma. Pompa Na+/K+ ATPase juga berpartisipasi dalam mengatur konsentrasi Ca+ intraseluler dimana influks Ca+ berperan dalam hipermotilitas sel sperma (penting dalam fertilisasi ovum), metabolism, reaksi akrosom dan kapasitasi sperma. Lingkungan asam (pH5,2 dan 6,2) mengakibatkan penurunan aktivitas Na+/K+ ATPase dan berbanding lurus dengan influks Ca+ intraseluler.Sel sperma dalam cauda epididdmis lebih cenderung immotile hal ini disebabkan karena sel sperma larut dalam cairan yang asam karena mengandung asam laktat. Hal ini diduga agar sel sperma tetap dalam kondisi inaktif sehingga tidak kehabisan energi. Saat sel sperma diejakulasikan bersama dengan cairan semen yang merupakan campuran secret kelenjar genitalia, yang memiliki pH basa akan menyebabkan pH intrasel mengalami alkalinisasi melalui beberapa mekanisme yaitu efluks H+ menggunakan pompa Na+/H+ exchange dan influks HCO3- dengan pompa NaCl/HCO3- exchange. Alkalinisasi intraseluler ini akan menyebabkan aktivasi pompa Na+/K+ ATPase dan memicu motilitas sel sperma serta influks Ca+ ke dalam sel sperma.