Ферменты и реакции акросомы. Проникновение сперматозоидов в яйцеклетку

Бесплодие может быть связано с нарушением различных этапов взаимодействия сперматозоидов с яйцеклеткой: отсутствием нормальной акросомной реакции и неспособностью внедряться в защитную оболочку яйцеклетки (zona pellucida).

  • Акросомная реакция представляет собой экзоцитоз, т.е. выброс, протеолитических ферментов (акрозин, гиалуронидаза и др.), которые содержатся в специальной органелле сперматозоида – акросоме. Физиологическая акросомная реакции происходит после связывания сперматозоида с zona pellucida.Ферменты и реакции акросомы. Проникновение сперматозоидов в яйцеклетку

В результате защитная оболочка в этом участке растворяется и происходит контакт соответствующих рецепторов сперматозоида с лигандами яйцеклетки, затем плазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются, в цитоплазму яйцеклетки проникают ядро и центриоль сперматозоида, а его мембрана встраивается в мембрану яйцеклетки. Происходит активация яйцеклетки и ее второе редукционное деление. В хроматине сперматозоида начинается обратная замена протаминов на гистоны. Отцовские и материнские хромосомы объединяются, происходит первое деление оплодотворенной яйцеклетки…

Нормальная акросомная реакция и последующий контакт с оолеммой — не только необходимый этап проникновения сперматозоида в яйцеклетку, но и стимул для ее активации и полноценного функционирования.

Анализы Цена
Акросомная реакция 2288 Записаться на прием
  • Акросома начинает формироваться в яичке в процессе спермиогенеза – превращения круглых сперматид в сперматозоиды, — но завершает формирование в придатке яичка (эпидидимис).

В сперме содержатся вещества-ингибиторы, препятствующие преждевременной активации сперматозаидов – «капацитации», — процессе, придающим им способность оплодотворять яйцеклетку. Действие этих факторов устраняется после проникновение сперматозоидов в женский половой тракт. Там же начинается действие стимулирующих факторов женского тракта: прогестерона, лигандов маннозы и др.

  • Акросомная реакция в норме должна произойти именно при контакте сперматозоида с zonapellucida. Но нередко при этом возникают нарушения.

Можно выделить три типа нарушений акросомной реакции:

  • преждевременная акросомная реакция до встречи с яйцеклеткой — избыточность спонтанной реакции;
  • отсутствие выброса акрозина при контакте с zona pellucida — недостаточность индуцированной реакции;
  • сочетанный тип нарушений – много сперматозоидов теряют акросому до встречи с яйцеклеткой, а оставшиеся не способны к выбросу ферментов при контакте с zona pellucida.

Преждевременная реакция препятствует оплодотворению, потому что утративший необходимые ферменты сперматозоид не сможет преодолеть защитную оболочку; кроме того «отреагировавший» сперматозоид живет очень короткое время.

Сперматозоид, в котором вообще не произошла акросомная реакция, также не может оплодотворить, потому что не сможет преодолеть zona pellucida.

Первый тип нарушений можно условно назвать «перезрелый» сперматозоид, второй – «недозрелый».

Обычное морфологическое исследование сперматозоидов при выполнении стандартной спермограммы не позволяет обнаружить нарушения акросомной реакции.

  • Для оценки акросомной реакции используют:
  • флюоресцентную микроскопию со специальным окрашиванием;
  • проточную цитометрию с использованием специальных меток;
  • определение продукции акрозина фракцией подвижных сперматозоидов.

Ферменты и реакции акросомы. Проникновение сперматозоидов в яйцеклетку

В лабораторных условиях акросомную реакцию следует оценивать после инкубирования фракции подвижных сперматозоидов в специальной среде, вызывающей их капацитацию.

Принято считать, что нормальную акросомную реакцию инициирует повышение уровня внутриклеточного кальция.

Индуцирование выброса кальция с помощью ионофора кальция — один из путей протестировать способность капацитированного сперматозоида подвергаться акросомной реакции.

Этот принцип лежит в основе анализа, называемого индуцированной акросомной реакцией, или тестом на акросомную реакцию после выброса ионофора (ARIC-test). В лабораторных исследованиях для этого применяют ионофор А23187.

В качестве метки мы применяем рекомендуемые Руководством ВОЗ (2010) флуоресцентные меченые лектины Pisum sativum и Arachis hypogaea (можно также использовать моноклональные антитела против акросомного антигена CD46).

Определяем процент сперматозоидов, у которых прошла спонтанная акросомная реакция (АР% спонт.) и тех, у которых акросомная реакция произошла после добавления ионофора А23187 (АР% индуц.).

Разница между этими величинами дает долю сперматозоидов, потенциально способных претерпевать акросомную реакции после контакта с зоной – т.е. индуцируемость акросомной реакции (АР% индуцируемость). Это наиболее важный показатель, характеризующий полноценность акросомной реакции.

Согласно рекомендациям ВОЗ (2010), эта величина должна быть не менее 15% (по нашим данным статистически «выпадающими» являются значения менее 16% и больше 55%).

Другой применяемый нами метод – энзиматический, — основан на оценке количества акрозина, продуцируемого миллионом подвижных сперматозоидов. Но нашим данным у фертильных мужчин диапазон «невыпадающих» значений для этого показателя составляет 50-250 МЕ/млн.

  • Нарушения акросомной реакции могут иметь место у пациентов с олиго-астено- и/или тератозооспермией, но так же при формальной «нормозооспермии». Акросомная реакция часто нарушена у пациентов с АСАТ, у пациентов с уменьшенным эпидидимисом и низким содержанием карнитинов и альфа-гликозидазы в сперме, на фоне оксидативного стресса сперматозоидов (в результате утраты эластичности мембраны вследствие снижения доли ненасыщенных жирных кислот при действии активных радикалов), при действии некоторых веществ (альфа-хлоргидрин, госсипол) и лекарственных средств (нифедипин, верапамил, орнидазол).

Лечение пациентов с нарушениями акросомной реакции основано на заместительной терапии карнитинами, применении антиоксидантов в случае оксидативного стресса, ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента, применении препаратов, препятствующих росту уровня внутриклеточного кальция в случае избыточной акросомной реакции, или способствующих повышению внутриклеточного кальция в случае недостаточности индуцированной акросомной реакции.

Методом выбора является применение ЭКО ИКСИ. Однако следует убедиться, что отсутствуют нарушения структуры хромосом – повышенная фрагментация ДНК и нарушение соотношения гистоны/протамины, поскольку такие дефекты могут приводить к неразвивающимся беременностям и аномалиям развития даже при использовании ВРТ.

Доктор мед. наук, профессор В.А.Божедомов

Несколько цитат о значении оценки акросомной реакции при мужском бесплодии:

  • «…Тест оценки акросомной реакции позволяет оценивать оплодотворяющую способность половых клеток и может быть рекомендован во всех случаях тератозооспермии с дефектами головок сперматозоидов, или когда отсутствовала фертилизация ооцитов в программах ЭКО…»

Mori R., Sabanegh Jr E. // Male infertility: Contemporary clinical approaches, andrology, ART & antioxidants / S.J.Parekattil, A.Agarwal (Ed.), 2012, Springer Science+Busines Media: 21.

  • «…Описана “недостаточность акросомной реакции“, когда меньше 15% процентов сперматозоидов реагируют на ионофор Ф23187 и “преждевременная акросомная реакция“, когда больше 20% сперматозоидов претерпевают акросомную реакцию до контакта с ионофором…»

Yeung C.-H., Cooper T.G. // Andrology: Male Reproductive Health and Disfunction. 3rd. E.Nieschlag., H.M.Behre, S.Nieschlag (Ed.), 2010: 145.

  • «…В случаях тератозооспермии или олигозооспермии некоторые пациенты могут иметь сперматозоиды с нарушенной реакцией их связывания с zona pellucida. Другие мужчины могут иметь сперматозоиды, которые проявляют нормальное связывание с zona pellucida, но нарушение при тесте с акросомной реакцией…»

По WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen / Editor-in-chief Dr. Trevor G. Cooper — 5th ed. 2010: 154.

  • «…Проточная цитометрия обеспечивает объективную и эффективную процедуру количественной оценки акросомного статуса сперматозоидов человека…»

Nikolaeva MA et al. // Mol Hum Reprod. 1998; 4(3): 243-50.

Акросома: что это, для чего нужна, влияние на процесс оплодотворения

  • Спермограмма с морфологией + MAR-тесты
  • Цена 4100 руб
  • Имуноглобулины IgG, IgA в одном тесте

Адрес лаборатории: Москва, ул. Беговая, д. 7 стр. 2

Запись по телефону: +7 (495) 772-13-20

  1. Нормы
  2. Патологии
  3. Причины
  4. Диагностика
  5. Лечение

Сперматозоид представляет собой совершенную клетку, форма, размер и элементы которой отточены миллионами лет эволюции. Каждый элемент наделен строго определенной функцией и имеет выверенные параметры. При малейшем отклонении от эталонного значения оплодотворение не произойдет.

Чтобы достичь яйцеклетки, сперматозоиду нужно проделать нелегкий путь. На финальном этапе ему предстоит преодолеть последнюю преграду — лучистый венец, состоящий из фолликул, и блестящую оболочку.

Для растворения мембраны яйцеклетки каждый сперматозоид имеет в передней части головки небольшой пузырек, в котором содержатся ферменты (акрозин, гликозидаза, липаза, нейроминидаза, фосфатаза), расположенные между слоями наружной и внутренней мембраны — это и есть акросома.

Внешне акросома спермия выглядит как двойная шапочка, надетая на головку сперматозоида.

Для чего нужна акросома? Расщепление внеклеточного матрикса лучистого венца происходит под воздействием фермента гиалуронидазы, содержащейся в акросоме. Для этой работы требуются усилия нескольких тысяч сперматозоидов, но тот из них, кто первый ощутил своими рецепторами блестящую оболочку, вероятнее всего и оплодотворит яйцеклетку.

В результате соприкосновения сперматозоида с оболочкой яйцеклетки происходит акросомная реакция. Она запускается под воздействием гормонов адреналина и прогестерона. Наружный слой акросомы сливается с внешней мембраной сперматозоида, как бы выплескивая содержимое.

Из нее высвобождаются ферменты акросомы, способные растворить блестящую оболочку.

Под их воздействием оболочка яйцеклетки локально расщепляется, сперматозоид успешно преодолевает последний барьер, и происходит слияние генетического материала отцовской и материнской клеток.

Нормы

В норме акросома расположена в передней части головки сперматозоида и занимает около 70% площади. Ее внешняя мембрана соприкасается с клеточной диафрагмой сперматозоида, а внутренняя — с оболочкой ядра.

Ферменты и реакции акросомы. Проникновение сперматозоидов в яйцеклеткуПатологии

К дефектам акросомы относятся:

  • недостаточный размер — менее 40% площади головки;
  • наличие вакуолей в области хроматина;
  • несимметричное расположение;
  • отсутствие акросомы.

Причины

Дефекты акросомы могут развиваться вследствие нарушений сперматогенеза, приводящих к неправильному функционированию аппарата Гольджи. Патологии сперматогенеза могут быть вызваны гормональными сбоями, инфекциями, травмами, неблагоприятной экологией и вредными  привычками.

Диагностика

Диагностику патологических состояний спермы начинают с базового исследования — спермограммы. При обнаружении большого количества морфологически неправильных сперматозоидов врачи рекомендуют сделать морфологическое исследование эякулята по строгим критериям Крюгера.

Читайте также:  Транспорт двуокиси углерода кровью. Диссоциация двуокиси углерода

Лечение

Диагностировав патологию спермы, приступают к лечению провоцирующего заболевания. Так, бактериальные инфекции лечат антибиотиками, варикоцеле и обструкцию семявыносящих протоков устраняют с помощью хирургических манипуляций, а гормональные нарушения лечат посредством гормональной терапии.

Профессиональная лаборатория спермиологии Большой опыт и профессионализм, наличие собственной сертифицированной лаборатории, анализы экспертного уровня.

Услуги и цены

Запишитесь по телефону: +7 (495) 772-13-20 Адреса: 125284, Москва, ул. Беговая, д. 7 стр. 2 Часы работы лаборатории: Пн — Пт 08:00-20:00

Сб — Вс 09:00-15:00

Путь сперматозоида к яйцеклетке

После семяизвержения сперма попадает во влагалище. Во влагалище кислая среда, неблагоприятная для сперматозоидов. При этом сперма имеет щелочную реакцию, и благодаря этому кислотность на некоторое время несколько снижается. Выживают в такой среде сильные сперматозоиды, и, преодолев этот барьер, они продолжают движение.

Следующий этап — проникновение сперматозоидов в шейку матки. Жидкая сперма стекает в так называемый «задний свод влагалища» — небольшое углубление, и скапливается там.

В шейке матки (цервикс) находится цервикальная (шеечная) слизь со слабощелочной реакцией. Обычно густая, она становится жидкой во время овуляции. Все это облегчает проникновение сперматозоидов дальше, в полость матки.

Но, тем не менее, преодолеть этот барьер могут только подвижные сперматозоиды: малоподвижные снова отсеиваются.

В матке

Стенки шейки матки двигаются по направлению к матке, словно подталкивая содержимое внутрь, в матке также идет активное сокращение ее слизистой по направлению к трубам, где находится яйцеклетка.

В матке сперму ждет щелочная среда — благоприятная для активности и жизни. Здесь сперматозоиды активизируются — происходит так называемая «капацитация»: благодаря сложным биохимическим процессам они начинают двигаться очень активно.

Теперь самый жизнеспособный сперматозоид должен проникнуть в яйцеклетку.

Около яйцеклетки

Яйцеклетка после овуляции находится в широком (ампулярном) отделе маточной трубы, близко от яичника. Добраться туда сперматозоидам помогают сокращения маточных труб.

Прежде чем проникнуть в яйцеклетку, сперматозоид проходит через ее две оболочки, которые играют защитную и питательную роль. Это процесс называется пенетрация.

Первая оболочка — лучистый венец. Сперматозоиды буквально врезаются в нее, продираясь сквозь слой фолликулярных клеток. Да, до лучистого венца добирается множество сперматозоидов, и все они стараются прорваться сквозь него. На этом этапе снова отсеиваются малоподвижные сперматозоиды.

Второй слой — блестящая оболочка. Чтобы прорвать ее, в передней части головки спермия есть пузырек с ферментами, которые способны растворить клетки блестящей оболочки.

Те сперматозоиды, которые проникнут сквозь нее, оказываются практически у цели — возле оолеммы, центра яйцеклетки, где и произойдёт зачатие.

Один из сперматозоидов сделает это раньше других, процесс пенетрации будет мгновенно приостановлен, другие сперматозоиды останутся внутри матки и труб: их остатки и ферменты будут нужны для создания среды, благоприятной для перемещения оплодотворенной яйцеклетки к месту прикрепления будущего плода.

За какое время сперматозоиды добираются до яйцеклетки

и сколько времени они живут в половых путях женщины

После эякуляции через несколько минут сперматозоиды оказываются в шейке матки в течение нескольких секунд — от 3 до 15 сек.

Через 1,5 — 2 минуты после эякуляции, преодолев естественные барьеры, самые активные сперматозоиды оказываются в матке, остальные достигают ее в течение 3 — 7 минут.

В матке спермии проходят процесс капацитации — активизации. Он может занимать от 5 до 12 часов.

  • Те сперматозоиды, которые остались во влагалище или в шейке матки, в течение 15-30 минут еще активны, но затем их подвижность снижается, а через 2 часа практически все оказываются неактивными.
  • Через 2 — 3 часа все сперматозоиды, миновавшие шеечный барьер (цервикальную слизь), оказываются в маточной трубе, где уже находится яйцеклетка.
  • В благоприятных условиях матки сперматозоиды могут жить до 2 суток, и в эти сроки возможно оплодотворение, хотя его вероятность снижается с течением времени.
  • До двух суток они могут быть активными в маточных трубах и сохранять при этом способность оплодотворить яйцеклетку.

Итак, средняя продолжительность жизни сперматозоидов в половых органах женщины — около 2 суток. При этом способность к оплодотворению у них тем ниже, чем дольше они живут.

Что же касается спермы, собранной на анализ, то уже через 2 — 3 часа половина сперматозоидов утрачивает активность. Это процесс ускоряется, если собранный эякулят охладить или перегреть, подвергнуть воздействию ультрафиолета вибрациям и т.д..

Что может ему помешать

Помешать попаданию сперматозоида в яйцеклетку могут факторы, которые влияют на продвижение сперматозоидов в половых путях женщины. Это в том числе:

  1. Простатит.
  2. Изменение биохимических показателей спермы вследствие гормональных патологий, недостаточности питания и других внутренних и внешних факторов
  3. Чрезмерно густая цервикальная слизь, которая даже во время овуляции не разжижается до такой степени, чтобы сперматозоиды могли ее преодолеть. Это так называемый шеечный фактор бесплодия.
  4. Недостаточность сократительных движений шейки и/или тела, связанная с патологиями или гормональными нарушениями.
  5. Патологии сперматогенеза, при которых прохождение сперматозоидами расстояния от влагалища до трубы затруднено, например вследствие тератозооспермии, то есть аномалии строения сперматозоидов; астенозооспермии — нарушения подвижности и активности сперматозоидов и т. д.
  6. Нарушения показателей кислотно-щелочного равновесия в половых путях и мужчины, и женщины, например, из-за инфекций.
  7. Нарушения эякуляции.

Как происходит оплодотворение яйцеклетки

Оплодотворение – это процесс слияния женской (яйцеклетка) и мужской (сперматозоид) половых клеток, в результате которого зарождается новая жизнь. С этого момента начинает развиваться ребенок в теле материи, соответственно, начинается беременность.

Во время полового акта (семяизвержения) сперма партнера попадает во влагалище, среда которого имеет повышенную кислотность, что приводит к гибели значительной части сперматозоидов.

Те же половые клетки, которые выжили, продвигаются к шейке матки и далее в саму полость матки. Из неё сперматозоиды попадают по маточным трубам к яичникам.

Процесс оплодотворения происходит в самой широкой дистальной части маточной трубы – ампулярной.

Этапы оплодотворения яйцеклетки

Оплодотворение представляет собой сложный процесс, состоящий из ряда этапов. На каждом из них могут возникать определенные проблемы, что в свою очередь, может приводить к бесплодию.

  • Пенетрация. В том случае, если произошла встреча яйцеклетки и мужских половых клеток, один из сперматозоидов должен преодолеть некоторые барьеры – лучистый венец и оболочку яйцеклетки, которая называется блестящей. С целью разрушения лучистого венца сперматозоид использует гиалуронидазу (специальный фермент), который расположен на поверхностной части его головки. После того, как разрушен первый барьер, происходит соприкосновение сперматозоида с блестящей оболочкой. Следует обратить внимание, что для успешного зачатия ребенка недостаточно только одного сперматозоида, ведь он не сможет преодолеть защитные оболочки самостоятельно. Доказано, что лишь при контакте определенного значительного количества сперматозоидов с яйцеклеткой становится возможным разрушение лучистого венца. Ведь гиалуронидазы нужно много для разрыхления крепкого слоя. То есть остальные сперматозоиды как бы помогают тому, который и совершит оплодотворение женской половой клетки. Следующий этап – преодоление блестящей оболочки яйцеклетки. Для этого у сперматозоида предусмотрена такая часть, как акросома. Она представляет собой пузырек с ферментами, располагающийся на переднем конце головки самого сперматозоида. После этого лиганды, имеющиеся на блестящей оболочке яйцеклетки, взаимодействуют с рецепторами головки сперматозоида. Далее ферменты акросомы мужской половой клетки разрушают блестящую оболочку женской половой клетки в месте соприкосновения. Сперматозоид проникает под преодоленную оболочку.
  • Кортикальная реакция. После того, как ядро сперматозоида оказалось внутри яйцеклетки, в последней происходит кортикальная реакция – высвобождение из специальных гранул их ферментов в окружающую среду. Эти ферменты делают блестящую оболочку яйцеклетки непроницаемой для остальных сперматозоидов. Такая реакция необходима для предотвращения оплодотворения большим числом сперматозоидов, ведь такие эмбрионы не смогут быть жизнеспособными и погибают.
  • Образование зиготы. После того, как произошло успешное слияние мужской и женской половых клеток (оплодотворение), образуется зигота – одноклеточная форма эмбриона. Эта стадия длится примерно 26 – 30 часов.

Оплодотворение: этапы развития эмбриона

  • Дробление. Зигота продвигается по маточным трубам к полости матки и в ней начинается процесс дробления – митотического деления. На этом этапе размер эмбриона не увеличивается, а только количество его клеток. Длится процесс деления около 3 суток.
  • Дифференциация. На 4-е сутки клетки эмбриона разделяются на два слоя – эмбриобласт и трофобласт.
  • Стадия бластоцисты. На 5-е сутки после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом эмбрион формирует бластоцисту, которая состоит из порядка 30 клеток, а далее, к концу своего развития — из 200 клеток.
  • Имплантация. На 7 – 10 сутки после того, как произошло оплодотворение, бластоциста прикрепляется к эндометрию (внутренний слой, выстилающий полость матки). На этапе имплантации происходит тесное физическое и химическое взаимодействие эндометрия и бластоцисты. В итоге эндометрий окружает её со всех сторон.

На всех из вышеперечисленных этапов возможен сбой вследствие ряда провоцирующих факторов внешней и внутренней среды женского организма и, даже если произошло оплодотворение, беременность не развивается. Если это повторяется систематически – возникает бесплодие.

Читайте также:  Мастит-проблема многих кормящих мам

Тщательное обследование и качественное лечение всех видов бесплодия проводится в клинике «Центр ЭКО» Курск.

Как происходит оплодотворение

воскресенье, апреля 3, 2016 — 11:45

Одним из самых удивительных процессов, которые происходят в человеческом организме, является оплодотворение, или процесс зачатия. Насколько это чудесно — ведь всего две маленькие клетки дают начало будущему человеку! Сейчас процесс оплодотворения изучен детально, и каждая женщина, планирующая беременность или просто мечтающая о ней, должна понимать все физиологические основы оплодотворения.

Во время полового акта в процессе эякуляции во влагалище женщине попадает около 250 миллионов спермиев.

Для чего это нужно? Ведь это огромное количество! Так предусмотрено потому, что далеко не каждый сперматозоид пройдет все барьеры и препятствия на пути к яйцеклетке, и в итоге в процессе оплодотворения будет участвовать самый быстрый и здоровый.

Сразу же после попадания во влагалище сперматозоиды оказываются в губительной среде: кислотность вагинальной среды составляет около 4, то есть очень высокая. Именно поэтому уже через два часа большая часть спермиев погибнет. Но сохранившиеся подвижные клетки продолжат свой путь.

Следующее препятствие находится в области шейки матки. Большую часть дней менструального цикла шейка матки заполнена густой слизью, которая является естественным препятствием на пути микроорганизмов.

Но в период овуляции шеечная слизь становится менее густой, и сперматозоиды могут проникнуть через нее в полость матки. При ряде состояний цервикальная слизь даже в период овуляции слишком густая, и это препятствует ходу спермиев; в таких случаях идет речь о шеечном бесплодии.

Считается, что для успешного завершения процесса оплодотворения в полость матки должно попасть как минимум 10 миллионов спермиев.

Попавшие в полость матки сперматозоиды продолжают движение к яйцеклетке, двигаясь в сторону яичников через маточные трубы. В фаллопиевых трубах ток жидкости направлен в сторону от яичников к матке, следовательно, сперматозоиды встречают еще одну преграду – они вынуждены двигаться против течения.

К этому времени сама яйцеклетка также прошла сложный и долгий путь подготовки. Все яйцеклетки у женщин закладываются в яичниках уже к моменту рождения, и их количество больше не увеличивается.

Каждый менструальный цикл одна яйцеклетка проходит определенные фазы созревания и роста. Когда яйцеклетка готова к оплодотворению, происходит разрыв фолликула, и она оказывается в брюшной полости возле маточной трубы.

В норме под действием направленных движений ворсинок и тока жидкости яйцеклетка сразу попадает с фаллопиеву трубу, где и будет происходить оплодотворение.

В некоторых случаях (например, при наличии спаек или поствоспалительных изменений) яйцеклетка не попадает в маточную трубу, и тогда ее оплодотворение может произойти непосредственно в брюшной полости; в результате этого формируется внематочная беременность.

Процесс оплодотворения

Сам процесс оплодотворения в норме происходит в маточной трубе, а точнее – ее ампулярном отделе (часть маточной трубы, которая находится ближе к матке). Но и здесь сперматозоид встречает преграды. Яйцеклетка снаружи покрыта плотными оболочками, которые ему необходимо преодолеть, — лучистый венец и блестящая оболочка. Процесс разрушения спермием оболочек яйцеклетки в зоне проникновения называется пенетрацией. Для разрушения участка оболочек на головке сперматозоида имеется гиалуронидаза – вещество, при помощи которого расщепляется внеклеточный матрикс между клетками лучистого венца. Для достаточного разрушения межклеточного матрикса требуется несколько сперматозоидов, один с этим не справится. Именно тот сперматозоид, который первым проникнет до блестящей оболочки, и осуществит процесс оплодотворения.

После проникновения под слой первой оболочки сперматозоид при помощи акросомальных ферментов разрушает клетки блестящей оболочки. Акросома – это измененная лизосома, пузырек, внутри которого находятся необходимые ферменты. Она находится на головке спермия в ее переднем отделе.

Когда сперматозоид достигает блестящей оболочки, рецепторы на его головке, взаимодействуют с расположенными на второй оболочке лигандами. Происходит процесс «узнавания», после чего акросома соединяется с оболочкой, а ее содержимое оказывается непосредственно на оболочке, разрушая ее локально.

Местное истончение блестящей оболочки позволяет сперматозоиду при активных движениях проникнуть внутрь и оказаться вплотную к цитоплазматической мембране яйцеклетки.

На поверхности половых клеток (яйцеклетки и сперматозоида) имеются специфические рецепторы, которые позволяют осуществить процесс слияния. После того, как головка спермия проникнет в яйцеклетку, его митохондрия и центриоль оказываются непосредственно у цели.

С этого момента в течение предельно короткого времени происходит кортикальная реакция яйцеклетки: в находящихся на ее поверхности везикулах имеются специальные ферментативные вещества, которые при слиянии с наружной оболочкой яйцеклетки модифицируют ее так, что другие сперматозоиды больше не смогут проникнуть внутрь. Благодаря этому происходит блок полиспермии – предотвращение проникновения генетического материала более чем одного сперматозоида. Эта реакция развивается в течение нескольких минут. Крайне редко все же происходит проникновение двух спермиев, что приводит к образованию триплоидного эмбриона (имеющего набор хромосом от трех клеток, а не от двух, как в норме). При дальнейшем развитии такого эмбриона происходят аномалии расхождения хромосом, такие эмбрионы нежизнеспособны и в течение нескольких дней погибают. Следует правильно понимать, что, если в яйцеклетку попало два спермия, это не дает начало развитию однояйцевых близнецов, а приводит к формированию нежизнеспособной зиготы.

После оплодотворения

В результате слияния яйцеклетки и сперматозоида образуется зигота – это одноклеточная фаза развития эмбриона.

На таком уровне развития она находится в течение 24-30 часов, в этот период происходит формирование пронуклеусов – ядер половых клеток. Генетический материал каждой половой клетки – мужской и женской – имеет гаплоидный набор хромосом.

Сформировавшиеся пронуклеусы сближаются, затем их оболочки растворяются, и их генетический материал объединяется.

Уже оплодотворенная яйцеклетка продолжает свое движение по маточной трубе, чему способствуют движения ворсинок и сокращения стенок трубы. В этот период происходит дробление зиготы – ее деление с образованием многоклеточного эмбриона; общий размер зиготы при этом пока не увеличивается.

Период дробления длится около трех дней, и клетки зиготы в это время называются бластомерами. Изначально все бластомеры одинаковые – и по размеру, и по детерминации. Они еще друг с другом не взаимодействуют и сохраняются вместе исключительно благодаря блестящей оболочке.

В случае, если по какой-либо причине эта оболочка будет повреждена, зародыш просто рассыплется на отдельные клеточки.

С четвертого дня развития эмбриона начинается процесс дифференциации бластомеров – формируются два слоя клеток.

На пятый день развития уже образуется бластоциста – стадия развития, имеющая около 30 клеток, имеющая вид полого шара с группой клеток, прикрепленных внутри к одной из стенок.

Если внутри эмбриона на этом периоде образуются две такие группы клеток, это даст начало однояйцевым близнецам.

После попадания в полость матки эмбрион должен прикрепиться к ее стенке. В этот период его клетки уже плотно взаимодействуют, и для лучшего контакта со слизистой матки происходит хэтчинг – эмбрион освобождается от оболочки.

Клетки его верхнего слоя выбрасывают отростки, которые плотно погружаются в железы эндометрия и обеспечивают трофику. Под влияние прогестерона эндометрий увеличивается, плотно окружая эмбрион со всех сторон.

Выделяемый клетками эмбриона хорионический гонадотропин (именно тот гормон, повышенное содержание которого выявляют тесты на беременность) влияет на яичники, стимулируя выработку ими прогестерона для предотвращения наступления менструации.

В эмбриологии срок развития эмбриона всегда отсчитывают именно с момента оплодотворения.

В отличие от этого, в акушерстве принято считать срок беременности от первого дня последней перед беременностью менструации.

Это связано с тем, что у каждой женщины овуляция происходит в индивидуальное время (примерно в середине цикла), и точно узнать этот день без проведения специальной диагностики нельзя.

Таким образом и происходит самый удивительный и сложный процесс – оплодотворение. Слаженная работа всех систем организма, преодоление сложных преград для попадания лучшего сперматозоида, тончайшее взаимодействие физиологических и биохимических уровней – все это приводит к началу новой жизни, к началу беременности.

беременность, женское здоровье, оплодотворение

Сперматогенез

Сперматогенез — это процесс развития мужских половых клеток, сперматозоидов, который характеризуется преобразованием ядра, приводящим к редукции числа хромосом (до гаплоидного набора), а также изменением формы тела и состава цитоплазматических органелл.

Первое описание сперматозоидов принадлежит Антони ван Левенгуку, голландскому микроскописту. Он обнаружил эти клетки в 1677 г., но вначале решил, что они являются паразитическими животными, живущими в сперме (отсюда и название сперматозоиды, то есть «животные спермы»).

Но позже, в 1685 году, он писал в своей работе, что спермин — это семена (sperma означает «семя, зерно»), а самка только предоставляет питательную почву для посева семян. И только спустя почти двести лет, в 1876 году Оскар Гертвиг наглядно продемонстрировал проникновение спермин в яйцеклетку морского ежа и слияние их ядер.

Таким образом, роль сперматозоида в оплодотворении была определена.

Строение сперматозоида строго соответствует его предназначению. Для того чтобы произошло оплодотворение, сперматозоид должен встретить яйцеклетку и слиться с ней.

Поэтому в процессе дифферен- цировки спермий приобретает способность к движению и взаимодействию с яйцом.

Если яйцеклетка — одна из самых крупных клеток организма, то сперматозоид — самая маленькая и компактная клетка, в высшей степени специализированная для внесения своей ДНК в яйцеклетку. Сперматозоид состоит из головки, шейки, средней части и хвоста (рис. 32).

  • Головка содержит уплотненное гаплоидное ядро, объем которого минимален. ДНК в ядре не активна и плотно упакована. Хроматин лишен большинства белков, свойственных соматическим клеткам. В передней части головки располагается специализированный секреторный пузырек, называемый акросомой. Он содержит гидролитические ферменты, предназначенные для проникновения сквозь яйцевые оболочки. Когда головка сперматозоида входит в контакт с блестящей оболочкой яйцеклетки, спермий вначале прикрепляется к ней, а затем прочно связывается с соответствующими рецепторами. Это взаимодействие строго видоспецифично. Далее начинается акросомная реакция: экзоцитоз содержимого акросомы, локальное разрушение прозрачной оболочки яйца ее ферментами и проникновение ядра спермин через образовавшийся канал к плазматической мембране яйцеклетки.
  • Шейка — это область перехода головки в среднюю часть. Здесь располагается центриоль, от которой отходят микротрубочки аксонемы жгутика. Жгутик сперматозоида млекопитающих отличается от других жгутиков тем, что вокруг его аксонемы лежат еще девять жестких внешних плотных волокон. Поэтому вместо обычной формулы жгутика и реснички (9 • 2) + 2, формула жгутика спермия будет (9*2) + 9 + 2. Плотные волокна начинаются от границы головки и шейки, проходят через всю шейку, расположенную ниже среднюю часть и заканчиваются на уровне середины хвоста.
  • Среднюю часть сперматозоида занимает гигантская митохондриальная спираль, поставляющая АТФ для движения жгутика. Она собирается из отдельных митохондрий во время формирования сперматозоида.
  • Хвост содержит свободную часть жгутика. Жгутик движется синусоидально (рис. 33), продвигая всю клетку по направлению к яйцу и способствуя прохождению головки через блестящую оболочку.
Читайте также:  Прошивание сосудов при синдроме Картагенера.

Незрелые мужские половые клетки, сперматогонии, располагаются непосредственно под базальной мембраной семенного канальца.

Первая фаза сперматогенеза — фаза размножения включает в себя серию митотических делений сперматогониев. После их завершения клетки переходят во вторую фазу роста и называются сперматоци- тами I порядка.

Эти клетки во время S-периода интерфазы удваивают количество ДНК в ядре (до 4п) и увеличиваются в объеме.

Начинается длительная профаза первого деления мейоза, которая у человека занимает около 22 дней и включает стадии лептотены, зиготены, пахитены (кроссинговер), диплотены и диакинеза, обеспечивающие генетическое разнообразие сперматозоидов.

Рис. 32. Строение сперматозоида:

А — в продольном разрезе: 1 — головка, 2 — шейка, 3 — средняя часть, 4 — хвост, 5 — ядро, 6 — акросома, 7 — центриоль, 8 — митохондрия,

9 — жгутик, 10 — плазматическая мембрана; В — в поперечном разрезе: 1 — микротрубочки аксонемы, 2 — плотные волокна, 3 — митохондрия, 4 — плазматическая мембрана

Рис. 33. Характер движения жгутика

Сперматогенез человека и млекопитающих представлен на рисунке 34. [1]

Рис. 34. Сперматогенез:

Затем наступает третья фаза созревания. В это время завершается первое (редукционное) деление мейоза и образуются два спермато- цита II порядка, генетически не идентичных.

Так же, как и при первом делении оогенного мейоза, каждый сперматоцит II порядка содержит двойную копию половины генома исходной клетки (по одной удвоенной хромосоме из пары гомологов).

В сумме набор ДНК получается диплоидным.

Интерфаза между первым и вторым делениями короткая, при этом удвоения ДНК не происходит.

Клетки сразу же приступают ко второму (эквационному) делению мейоза, в котором к полюсам веретена деления расходятся по одной из сестринских хроматид.

По завершении второго деления мейоза образуются гаплоидные сперматиды, которые приступают к завершающему этапу сперматогенеза — фазе формирования.

Процесс формирования сперматозоида начинается сборкой из пузырьков и мелких цистерн аппарата Гольджи акросомы. Увеличиваясь в размерах, акросома образует колпачок, прикрывающий ядро.

Далее клетка поворачивается таким образом, что будущая головка спермия оказывается обращенной к базальной мембране семенного канальца. Одновременно хроматин в ядре уплотняется. Ядро уменьшается в размерах и приобретает овальную форму.

Центриоли перемещаются к заднему полюсу ядра, от них отрастают микротрубочки аксонемы, а затем и плотные волокна. В результате образуется жгутик, направленный в просвет семенного канальца.

Свободно расположенные в цитоплазме сперматиды митохондрии собираются вокруг основания аксонемы жгутика в спиралевидную структуру. Спермий до полного окончания стадии формирования остается связанным со всей остальной частью сперматиды (остаточным тельцем), а затем отшну- ровывается.

Характерной особенностью сперматогенеза является образование синцития — структуры, состоящей из нескольких клеток, соединенных цитоплазматическими мостиками.

Синцитий образуется вследствие неполной цитотомии в ходе последних митотических делений сперматогониев.

Синцитиальная связь способствует их синхронному развитию и свободному транспорту различных веществ между сперма- тогенными клетками.

У человека полный цикл развития спермиев занимает 64—74 дня. Сперматогенез начинается с наступлением половой зрелости и продолжается в течение всей жизни, его активность обычно снижается после 50 лет. Каждый час в семенниках мужчины, образуется около 100 миллионов спермиев.

Сперматогенез протекает в извитых (семенных) канальцах, пространство между которыми заполнено рыхлой соединительной тканью, содержащей, помимо сосудов и нервов, так называемые клетки Лей- дига (рис. 35), вырабатывающие мужские половые гормоны — андрогены. Активность клеток Лейдига регулируется ЛГ гипофиза.

Рис. 35. Схема строения семенного канальца (поперечный разрез):

  • 1 — сперматогоний; 2 — сперматоцит I порядка; 3 — сперматоцит II порядка;
  • 4 — сперматида; 5 — зрелые спермин в просвете канальца; 6 — клетка Сертоли;
  • 7 — базальная мембрана; 8 — клетки Лейдига

Эпителий семенных канальцев состоит из двух типов клеток (рис. 35, 36):

  • 1) сперматогониев, лежащих в 4—8 слоев на базальной мембране, причем связанными с базальной мембраной остаются только недифференцированные сперматогонии, переходя к следующей стадии сперматогенеза, они перемещаются внутрь, в направлении просвета канальца;
  • 2) крупных поддерживающих клеток Сертоли, основание которых лежит на базальной мембране, а противоположный (апикальный) конец обращен в просвет канальца (рис. 36). Боковые поверхности клеток Сертоли образуют глубокие карманы, в которых располагаются сперматогенные клетки.

Рис. 36. Эпителий семенных канальцев (по Don W. Fawcett, 1997):

  • 1 — сперматогонии; 2 — сперматоциты; 3 — ранние сперматиды; 4 — спермин;
  • 5 — межклеточные цитоплазматические мостики; 6 — плотный контакт;
  • 7 — ядро клетки Сертоли; 8 — базальная мембрана

Клетки Сертоли обеспечивают микроокружение развивающихся сперматоцитов, а именно:

  • • служат опорными элементами и изолируют популяции сперматоцитов;
  • • обеспечивают питание развивающихся половых клеток, в частности в период формирования;
  • • выполняют защитную функцию и создают гематотестикулярный барьер;
  • • осуществляют фагоцитоз погибших и аномальных сперматоген- ных клеток и остаточных телец;
  • • секретируют половые гормоны и различные регуляторные белки.

Сравнение сперматогенеза и оогенеза у человека позволяет сделать

следующие важные обобщения.

  • 1. Сперматогенез начинается только после полового созревания, и затем непрерывно в течение всей жизни в семенниках мужчины образуется огромное количество сперматозоидов. В то же время в яичниках женщин в эмбриогенезе закладывается определенное число ооцитов, которые затем поочередно через определенные промежутки времени завершают свое созревание (распадающаяся клеточная популяция).
  • 2. При сперматогенезе последние деления митоза и мейоза не сопровождаются полным цитокинезом. Потомки одного сперма- тогония образуют синцитии, в которых цитоплазматические мостики сохраняются до завершения формирования и выхода сперматозоидов в просвет канальцев. В отличие от оогенеза дифференцировка спер- миев осуществляется после завершения мейоза, когда их ядра гаплоидны. Спермин человека в результате мейоза получают из пары половых хромосом одну — либо X, либо Y-хромосому, что и определяет пол будущего организма[2]. Поскольку Х-хромосома содержит много весьма важных генов» отсутствующих в Y-хромосоме, становится понятным значение цитоплазматических мостиков, связывающих соседние клетки. По ним к развивающиеся спермин, содержащие Y-хромосому, поступают продукты недостающего локуса половой хромосомы. Если бы развивающиеся спермин, получившие Y-хромосому, не имели прямой связи с другими клетками, они были бы нежизнеспособны, т. е. в следующем поколении не было бы мужчин.
  • 3. Если оогенез протекает в три стадии: размножение, рост и созревание (мейоз); то сперматогенез включает четыре стадии: размножение, рост, созревание (мейоз) и формирование спермия. На последнем этапе складываются специализированные структуры этой клетки.

Как и оогенез, сперматогенез регулируется гормонально. После наступления половой зрелости гипофиз мужчины начинает выделять ЛГ и ФСГ, под воздействием которых клетки Лейдига в семенниках вырабатывают андрогены, контролирующие сперматогенез и определяющие формирование вторичных половых признаков.

В заключение следует отметить, что вклад сперматозоида в оплодотворение не исчерпывается внесением в зиготу отцовской половины генома. В процессе оплодотворения сперматозоид активирует яйцеклетку для завершения оогенного мейоза. Детерминируется генетический пол будущего организма.

Новый организм также получает вместе с митохондриями спермия часть митохондриального генома, то есть митохондрии нового организма имеют не только материнское, но и отцовское происхождение.

И, наконец, сперматозоид вносит в оплодотворенное яйцо сигнальные белки дробления, необходимые для запуска следующего этапа онтогенеза.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector