Oscillatory behaviour of mouse Zona pelucida before and after fertilization

[ А. Н. Хедрих]

XVI, 436 листова

Биомедицинско инжењерство - Моделирање у репродуктивној медицини / Biomedical engineering - Modelling in reproductive medicine

Zona pelucida (ZP) представља ацелуларни омотач јајне ћелије сисара налик ирегуларној тродимензионалној, вишеслојној мрежи који има веома важну улогу у оогенези, оплодњи и преимпалнтационом периоду. Постоји међусобна повезаност између зрелости јајне ћелије у тренутку оплодње, њене генске експресије, ослобађања кортикалних гранула при оплодњи, степена постфертилизационог очвршћавања ZP, квалитета ембриона и способности рађања живог потомства. Вискоеластична својства ZP зигота указују на квалитет ембриона. Основна идеја ове докторске дисертације је да би процес оплодње могао да се посматра као осцилатрони феномен и сходно томе, циљ ове докторске дисертације је постављање осцилаторног модела ZP миша, дефинисање основних поставки и кинетичких параметара модела, одговарајућих апроксимација и ограничења као и испитивање осцилатроног понашања модела под одговарајућим релавантним условима за случајеве пре и после оплодње. Модел осцилаторне сферне мреже ZP миша је у виду дискретне мреже коју сачињавају хетерогени ортогонални ланци сачињени ZP гликопротеина повезаних еластичним односно вискоеластичним везама. За претходно постављене системе диференцијалних једначина и добијене аналитичке изразе за решења или апроксимације решења урађена је нумеричка симулација. Коришћењем одговарајућег софтверског програма за нумеричку симулацију, испитивано је осцилаторно понашање чворних (ZP1) молекула на репрезентативном узорку дискретно континуалног осцилаторног модела ZP миша у слободном и принудном режиму. Нумеричком анализом одређени су услови под којима долази до резонанције између режима осциловања ZP-e и сперматозoоида који импулсно дејствују на ZP мрежу; део сета сопствених кружних фреквенција, фреквенције на којима долази до динамичке апсорпције односно до резонанције у случају принудних осцилација, за ZP јајне ћелије и ZP ембриона миша. Да бисмо испитали да ли и како угао дејства, распоред и број сперматозооида са ефективним брзинама који импулсно дејствују на ZP, утичу на осцилаторно понашање чворних молекула у репрезентативном узорку дискретно континуалног осцилаторног модела ZP миша, спровели смо нумерички експеримент користећи методу генералисаних Lussajous-ових фигура у одговарајућем софтверском пакету; у циљу одређивања потенцијално слабе тачке у ZP током импулсног дејства сперматозооида у току оплодње постављен је квазистатички симетрични апроксимативни модел ZP у виду шупље сфере, дати су аналитички изрази за напоне и деформације као и специфичан деформациони рад који се јављају у ZP у току процеса оплодње приликом дејства сперматозооида на спољашњу површину ZP а чија је дистрибуција дејства у виду дискретног хомогеног континуума у радијалном правцу. Дати су и аналитички изрази за динамички континуални модел ZP...

Zona pelucida (ZP) is the acellular mantle of an mamallian egg similar to an irregular three dimensional multileyer net that serves a very important role in oogenesis, fertilization and in the preimplantation period. There is a multy relation between the maturation status of the oocyte at the moment of fertilization, its genetic expression, release of cortical granules during fertilization, the level of post fertilization hardening of ZP, embryo quality and the ability to give birth to live offspring. Viscoelastic properties of the zygote ZP indicate the quality of the embryo. The fundamental idea of this doctoral dissertation is that the process of fertilization can be viewed as an oscillatory phenomenon. Accordingly, the goal of this dissertation is the establishment of an oscillatory model of mouse ZP, definition of basic settings and kinetic parameters of the model, appropriate approximations and restrictions, as well as the exploration of oscillatory behaviour of the model under appropriate relevant conditions for cases before and after fertilization. The spherical net model of the mouse ZP is in the form of a discreet net consisting of heterogeneous orthogonal chains consisting of glycoproteins interconnected with elastic or viscoelastic connections. A numerical simulation was conducted for previously established systems of differential equations and obtained analytical expressions for solutions or approximations of solution. Appropriate software was used in a numerical simulation in order to explore the oscillatory behavior of knot (ZP1) molecules on a representative sample of discreet-continual oscillatory model of mouse ZP in free and forced regimes. Numerical analysis was used for determining conditions under which resonance between ZP oscillation regimes and spermatozoa exerting impulse influence on the ZP net occurs. Also for determining a part of the set of eigen circular frequencies, frequencies at which dynamical absorption or resonance in case of forced oscillations occurs for ZP of oocyte and the ZP of mouse embryo. To explore if and how the angle of influence, distribution and number of spermatozoa with effective speeds exerting impulse influence on ZP influence the oscillatory behaviour of knot molecules on a representative sample of discrete continual oscillatory model of mouse ZP, a numerical experiment was conducted by using the generalized Lussajous figures in appropriate software package. For the purpose of determining potential weak points of ZP during the impulse influence of spermatozoa in the process of fertilization, a queasy-statistical symmetrical approximate model of ZP was established in the form of hollow sphere. Analytical expressions for tensions and deformations, as well as specific deformation work occurring in ZP during fertilization on influence of spermatozoa on the outer surface of ZP, the distribution of influence of which is in the form of discreet homogenous continuum that is radial oriented have been produced. Analytical expression for dynamical continual model of ZP are also presented. A numerical analysis of how tension, dilatations, volume dilatation and specific deformation work depend on the distance between a ZP point and the sphere centre, ZP thickness, relations between internal and external radius, exterior pressure i.e. the number of spermatozoa influencing the outer contour surface of the continual ZP model has been conducted on the basis of these analytical expressions for the model of ZP...

zona pelucida, осцилације, модел осцилаторне сферне мреже, дискретни континуум, сперматозооиди, фрикциони контакт, метода коначних елемената, напон, деформација, синхронизација

zona pelucida, oscillations, oscillatory spherical net model, discrete continuum, spermatozoa, frictional contact finite element method stress, strain, synchronization

577.32:576.37:004.42ANSIS(043.3)

Tekst