Рассмотрим оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом: как и за сколько происходит слияние? В этой статье мы разберем, каким образом оказываются сперматозоиды в матке, за какое время добираются до яйцеклетки и каким образом происходит ее соединение со спермиями.
Воспроизведение потомства - одно из главных проявлений живых организмов. В результате многовековой эволюции сложились два вида размножения: половой и бесполый. При половом типе размножения от родителя предается наибольшее количество генов, поэтому он считается более совершенным способом. Именно таким способом происходит размножение человека.
Необходимое условие для создания нового человека – слияние яйцеклетки и сперматозоида (оплодотворение).
Каждая из половых клеток содержит по половине из полного набора хромосом. При их слиянии количество хромосом соединяется, поучается полный комплект, необходимый для формирования здорового человека.
Прежде чем яйцеклетка и сперматозоид встретятся и станут одним целым, они должны пройти процедуру подготовки. Развитие сперматозоидов происходит в яичках – мужских половых железах, расположенных в мошонке человека. Вот процесс формирования спермы, наполненной сперматозоидами:
Развитие сперматозоидов происходит в яичках мужчины.
Чтобы после выброса спермы произошло оплодотворение, в женском теле должна быть готова созревшая яйцеклетка. Вот небольшая презентация, как происходит развитие женской половой клетки:
Как сперматозоид попадает в матку? Непременное условие для естественного зачатия нового человека – половой акт, финалом является выброс мужчиной эякулята в маточный проход женщины. В сперме находится огромное количество сперматозоидов, они начинают ускоренно двигаться, чтобы добраться до яйцеклетки. К чему нужна спешка? Дело в том, что проникнуть в женскую половую клетку сможет один «головастик». После слияния другим спермиям добраться до яйцеклетки нельзя – она покроется своеобразной «броней», которую не сможет пробить ни один другой сперматозоид.
Чтобы сперматозоид попал в матку, ему нужно по маточному проходу добраться до яйцеклетки.
Сколько времени добирается спермий? Это зависит от скорости – здоровый и сильный сперматозоид в среднем добирается до цели за 1,5-3 часа. Проникновение может произойти и через 5-6 часов после попадания спермы во влагалище женщины (но это редкость, так как к этому времени половые клетки обычно уже погибают).
Какое время нужно для полноценного оплодотворения? Когда происходит полное слияние сперматозоида и яйцеклетки и начинается долгожданное деление? Мы уже выяснили, что спермии способны добираться до половой женской клетки за 2-5 часов. После этого множество «головастиков» буквально атакуют одну единственную яйцеклетку. Один спермий оказывается самым упорным, пробивает стенку женской половой клетки, проникает внутрь. Но что происходит дальше?
На 2-3 день с тех пор как сперматозоиду удается добраться до яйцеклетки и проникнуть в нее, начинается развитие зиготы – оплодотворенная половая клетка начинает деление. Сначала из одной клетки образуется две – они называются бластомерами. На четвертый день зигота уже состоит из 16 клеток. К этому времени она добирается до матки, где закрепляется на оставшийся период, равный 9 месяцев.
Итак, мы узнали, как происходит оплодотворение яйцеклетки и дальнейшее развитие соединенных клеток. Рекомендуем в дополнение ознакомиться с вот этим видео, на котором наглядно показывается, как добирается сперматозоид, как он оплодотворяет половую клетку женщины.
Во время эякуляции сперматозоиды, вышедшие из хвоста придатка яичка, смешиваются с секретами различных добавочных желез в определенной последовательности и попадают в область наружного отверстия цервикального канала и заднего свода влагалища. Сперматозоиды первой порции эякулята характеризуются существенно лучшей подвижностью и выживаемостью, чем сперматозоиды последующих порций. Большинство сперматозоидов проникает через слой шеечной слизи в течение 15-20 мин после эякуляции. Способность к миграции через границу между семенной жидкостью и шеечной слизью во многом зависит от специфического характера движений сперматозоида.
После проникновения сперматозоидов в шеечную слизь дальнейшая их селекция основана на отличии характера движения нормальных и анормальных клеток. Она начинается и модифицируется в дальнейшем после появления внутри слоя шеечной слизи первого сперматозоида. Чувствительность шеечной слизи к проникновению в нее сперматозоидов циклична: она повышается за 4 дня до начала овуляции и резко снижается после ее завершения. Максимальную чувствительность регистрируют в день достижения пиковой концентрации ЛГ и за день до этого. В полость матки сперматозоиды проникают через внутреннее отверстие цервикального канала за счет собственной подвижности. Отсюда они попадают к месту оплодотворения в ампуле фаллопиевой трубы или в самой трубе.
Эксперименты на крысах и кроликах показали, что , попадающие в женские половые пути, сначала неспособны к проникновению в яйцеклетку. Для этого им необходимо провести там определенное время. Совокупность клеточных или физиологических реакций, которые должны произойти в сперматозоиде, чтобы он стал способным к оплодотворению, называют капацитацией. Сюда входят способность к совершению акросомальной реакции, связыванию с белочной оболочкой (БО) и приобретению гипермобильности. Скорее всего, механизм капацитации выработался в процессе эволюции как следствие развития системы хранения неактивной спермы в хвосте придатка яичка.
Сама по себе капацитация не характеризуется какими-либо морфологическими изменениями, даже на ультраструктурном уровне. Она представляет собой изменения молекулярной организации интактной плазмолеммы сперматозоида, которые позволяют ему подвергнуться акросомальной реакции в ответ на адекватный стимул. При капацитации происходит удаление факторов семенной жидкости, покрывающей поверхность сперматозоида, модификация поверхностного заряда, модификация мембраны сперматозоида, стеролов, липидов и гликопротеинов, а также лежащей непосредственно под ней акросомальной мембраны. При капацитации также повышается количество свободного внутриклеточного кальция.
Изменения метаболизма , повышение количества 3",5"-циклической монофосфатазы и активацию акросомальных ферментов тоже считают компонентами капацитации. Начало процесса капацитации сперматозоида in vivo, по-видимому, происходит при прохождении через цервикальную слизь. В конечном счете сперматозоиды приобретают гипермобильность, что проявляется в увеличении скорости их передвижения и амплитуды жгутикообразных движений хвоста. Все это необходимо для предотвращения прикрепления к эпителию маточных труб и для проникновения сквозь яйценосный холмик и белочную оболочку (БО).
Капацитация может также произойти при культивировании в среде, содержащей соответствующие энергетические субстраты, и в присутствии белка и биологически активных жидкостей, например сыворотки крови или фолликулярной жидкости. In vitro капацитация спермы занимает около 2 ч. Дальнейшие модификации происходят при приближении сперматозоида к яйцеклетке.
За счет акросомальной реакции
сперматозоид приобретает способность к проникновению через белочную оболочку (БО). Кроме того, к слиянию подготавливается плазмолемма, лежащая над инертным экваториальным сегментом, что способствует взаимодействию с оолеммой. Появляются определенные точки слияния между наружной акросомальной мембраной и плазматической мембраной. Слияние начинается позади и вокруг передней границы экваториального сегмента, который никогда не принимает участия в реакции. Изменения, обозначаемые термином «акросомальная реакция», подготавливают сперматозоид к слиянию с мембраной яйцеклетки. К акросомальной реакции сперматозоид подготавливается за счет удаления холестерина с поверхностной мембраны.
Кроме того, в процессе слияния сперматозоида
с белочной оболочкой (БО) у человека принимают участие D-маннозасвязывающие лектины.
Таким образом, все вышеописанные серии последовательных изменений необходимы для превращения стволовых клеток в полностью зрелые, функционально активные сперматозоиды, обладающие всеми нужными качествами, чтобы оплодотворить яйцеклетку.
Следовательно, процессы в яичках
можно представить следующим образом:
Яичко - иммунотолерантный орган. Гематотестикулярный барьер обеспечивает создание необходимой для сперматогенеза среды. Сперматозоиды образуются в семенных канальцах.
Процесс дифференцировки сперматогониев в сперматозоиды называют сперматогенезом. Он осуществляется за счет как митотического, так и мейотического деления, а также интенсивного клеточного ремоделирования.
У человека сперматогенез начинается во время полового созревания и продолжается всю жизнь.
Сперматогенез обеспечивает продукцию генетического материала, необходимого для размножения. Мейоз обеспечивает генетическое разнообразие.
Внутри сперматогенного эпителия сосуществует несколько циклов сперматогенеза.
По всей длине семенного канальца имеется лишь несколько поперечных срезов, в которых происходит одновременное высвобождение сперматозоидов.
Образование спермы - процесс непрерывный, а не импульсный.
Сперматозоиды - высокоспециализированные клетки, не способные к росту и делению.
Сперматогенез поддерживается за счет различных внутренних и внешних механизмов регуляции.
До того как приобрести способность к оплодотворению яйцеклетки, сперматозоиды подвергаются серии клеточных или физиологических изменений, в том числе капацитации и акросомальной реакции.
Придаток яичка играет роль всего лишь накопителя сперматозоидов, поскольку сперматозоиды, которые никогда не проходили через придаток, сохраняют способность к оплодотворению яйцеклетки in vitro.
Компоненты пищи, лекарственные средства, гормоны и их метаболиты, повышенная температура мошонки, токсичные вещества и рентгеновское излучение могут нарушать или разрушать сперматогенез.
Время, которое сперматозоиды живут после полового акта в условиях женского организма, зависит от качества семенной жидкости. На это сильно влияет репродуктивное здоровье мужчины. Если после полового акта сперматозоиды не оказываются во влагалище, то их время активности значительно ниже и зависит от внешних факторов. Непосредственное влияние оказывает температура окружающей среды. Выживаемость спермиев при низких температурах используют в репродуктологии.
Сперматозоиды обладают прямолинейным движением, отсутствием морфологических патологий и способностью к дальнейшему продвижению в матке. Часть из них после семяизвержения сразу же выливается из влагалища, и в цервикальный канал попадает уже около 15%.
На следующем этапе они должны преодолеть путь к яйцеклетке, направленный против течения жидкости в маточных трубах и влагалище. В этот период погибает около 80% оставшихся гамет. До яйцеклетки им необходимо преодолеть расстояние более 17 см, скорость их продвижения при этом не превышает 4 мм в минуту. Поэтому процесс может затянуться на 2-3 суток. Но не все сперматозоиды живут так долго, поэтому их жизнеспособность напрямую определяет фертильность мужчины.
Для того чтобы правильно оценить выживаемость мужских половых клеток, проводят спермограмму и посткоитальный тест. Во втором случае через несколько часов после полового акта берут образец жидкости цервикального канала у женщины и определяют, имеются ли там жизнеспособные и . Их отсутствие означает плохую выживаемость спермиев или агрессивную среду в шейке матки женщины. Последняя причина также нередко может приводить к отсутствию зачатия.
Чтобы спермии выживали, необходимы благоприятные условия. Продолжительность их жизни в зависимости от среды:
| Среда | Продолжительность жизни |
| Влагалище | Во влагалище спермии могут прожить от нескольких минут до нескольких часов. Это обусловлено его кислой средой, которая губительна для сперматозоидов, поэтому, чтобы проскочить этот участок, они должны обладать достаточной скоростью |
| Матка | Когда сперматозоиды попадают в матку, срок их жизни уже достаточно большой. Если им удалось преодолеть этот путь, то они в безопасности. Тут спермии могут прожить от нескольких дней до недели. Наиболее благоприятное время - овуляция. В этот период созревшая яйцеклетка создает идеальные условия. Эту особенность необходимо учитывать при предохранении календарным методом. Стоит избегать за неделю до даты предполагаемой овуляции |
| Половой член | Эксперименты показывают, что сперматозоиды на пенисе мужчины остаются жизнеспособными еще около получаса. Поэтому не рекомендуется практиковать прерванный половой акт повторно без необходимых гигиенических процедур, если беременность нежелательна |
| Смазка | Представляет собой предэякулят или куперову жидкость. Сперматозоиды в ней выживают, но сами по себе не содержатся. Поскольку в женском влагалище поддерживается кислая среда, то основная задача смазки – ее нейтрализация, помогающая спермиям выжить и преодолеть расстояние до матки с наименьшими потерями |
| Воздух | На открытом воздухе вне организма сперматозоиды могут жить до нескольких часов. Тем не менее, даже если они еще могут некоторое время существовать, забеременеть от испачканного нижнего белья или попадания сперматозоидов из внешней среды невозможно. Сами по себе они не смогут пройти кислую среду влагалища из-за отсутствия других компонентов эякулята |
| Презерватив | В презервативе срок жизни спермиев уменьшается и составляет около 30-40 минут. Если в нем имеется специальная смазка, то она воздействует на сперматозоиды губительным образом - они умирают сразу же. Покупные лубриканты, применяемые для обработки влагалища, не влияют на жизнеспособность; эффективны для этой цели только те, в которых содержатся спермициды - специальные вещества для нейтрализации сперматозоидов |
| Вода | Жизнеспособность сперматозоида в водной среде зависит от температуры. В холоде они заснут, но проживут дольше, а в тепле погибнут. Но это не значит, что половой акт в воде высокой температуры предотвратит беременность |
| Пробирка | Если сперму в пробирке заморозили, то срок жизни сперматозоидов неограничен, по крайней мере, несколько лет они проживут точно. После размораживания часть спермиев сохраняют свою жизнеспособность и оплодотворяющие возможности |
Мужские половые клетки становятся нежизнеспособными при следующих патологических факторах:
Называют героической историей одного сперматозоида. Да это и впрямь целая история для микроскопического мира.
Зачатие — величайшее таинство, в котором до сих пор есть неразгаданное — до конца не изучены все механизмы.
Встрече гамет (женской и мужской) предшествует множество событий:
Во время полового акта примерно 300 млн сперматозоидов попадают во влагалище. Все, кроме одного, самого активного и жизнестойкого хвостатого «везунчика», погибнут по пути к яйцеклетке. Потери колоссальные, но так продиктовала природа:
Оплодотворение яйцеклетки возможно только после овуляции. Если половой акт совершается до выхода яйцеклетки, то застрявшие сперматозоиды могут дождаться овуляции уже в организме женщины. Длина их жизни варьирует в диапазоне от 24 до 168 часов (до 7 суток). То есть забеременеть можно, если соитие было до и после овуляции. Используя эту информацию можно будущего малыша.
Соприкосновение со слабощелочной средой слизи шеечного канала приводит к возрастанию двигательной активности сперматозоидов. После чего они движутся быстрее.
Внутри матки сперматозоидам передвигаться помогают мышечные сокращения. Однако , ошибочно принимая сперматозоиды за инородные тела, уничтожают тысячи спермиев. Выжившие сперматозоиды движутся в маточные трубы. Одна половина направляется в пустую фаллопиеву трубу, вторая попадает в маточную трубу, содержащую неоплодотворенную яйцеклетку.
Передвигаясь по трубе, спермии движутся против тока жидкости и некоторые запутываются среди ворсинок слизистой оболочки. В верхних отделах полового тракта под действием биохимических веществ запускаются реакции, благодаря которым происходит капатация сперматозоидов. Мембрана, покрывающая головку спермия, изменяется. Сперматозоиды обретают способность к оплодотворению и становятся гиперактивными.
За две недели до менструации, независимо от продолжительности цикла, . Если цикл составляет 27–28 дней, то выход из фолликула происходит ориентировочно в середине цикла. Длительность менструальных циклов у женщин варьирует и может достигать 45 дней и более. Поэтому при подсчете дня овуляции правильнее ориентироваться на предполагаемое начало новых месячных и отсчитывать от этой даты 14 дней.
Овуляция происходит как маленький взрыв. Фолликул, наполненный жидкостью, в которой «дозревал» ооцит, лопается. А яйцеклетка, вместе с фолликулярным содержимым, оказывается в брюшной полости. Но при этом она «не теряется».
Яичник накрыт бахромками фаллопиевой трубы, которые благодаря реснитчатому эпителию на внутренней поверхности направляют яйцеклетку – указывают ей нужное направление – к входу. Реснички эпителия активизируются под действием гормонов – эстрогенов, выделяемых яичником после овуляции. Их движения слаженные и однонаправленные. На этом этапе яйцеклетку окружают кумулюсные клетки, формирующие лучистый венец. Во время оплодотворения яйцеклетки сперматозоиду придется преодолевать этот слой, чтобы добраться до наружного слоя женской половой клетки.
Информацию о том, сколько живут сперматозоиды во влагалище обычно «штудируют» женщины, которые планируют стать мамой, или же, наоборот, хотят предотвратить нежелательную беременность. Срок жизни мужской гаметы играет не последнюю роль в этих вопросах.
Сперматозоид - носитель генетической информации мужчины. Так же именно от сперматозоида зависит половая принадлежность будущего ребенка. Основная цель половой клетки мужчины - пройти через все препятствия в половых путях женщины и внедриться в яйцеклетку для оплодотворения.
Мужская гамета состоит из:
По размеру половые клетки мужчины значительно уступают яйцеклетке, поскольку вырабатываются массово и в их составе незначительное количество цитоплазмы. Из всех существующих клеток организма, сперматозоид, без своего хвостика, является наименьшей. Именно маленький размер дает возможность мужской половой клетке быстро передвигаться.
На сегодняшний день известно, что длительность жизни спермия непосредственно во влагалище составляет около двух часов. Преодолев эту часть всего предстоящего пути, клетка движется дальше.
Не существует единого мнения по вопросу, сколько времени она пробудет в женском организме в активном состоянии. Временной отрезок варьируется. Одни специалисты утверждают, что период ее жизнедеятельности составляет 5-7 дней. Другие опровергают данный показатель. Аргументируя свое мнение тем, что под воздействием среды во влагалище, через которую проходит сперматозоид, он теряют свою активность и жизненные силы, вследствие чего и живет гораздо меньше.
Какие же факторы влияют на продолжительность существования мужской гаметы:
Во время эякуляции выбрасывается около полумиллиона гамет. Из всего этого громадного количества только одной, самой живучей, удается добраться до яйцеклетки. Из менее удачливых: одни погибают и просто вытекают из влагалища, другие остаются внутри, а кислотная среда их разрушает. Происходит естественный отбор самых качественных клеток.
Если опираться на все эти факторы, то можно предположить, что половая клетка в женском организме может прожить, в среднем, от двух до 5 дней.
Следует отметить и такой факт. Учеными, при помощи специальных инструментов, проводились исследования во влагалище женщины через неделю после полового акта. При этом были обнаружены живые сперматозоиды.
Кислая рН среда влагалища является смертельной для мужских половых клеток. Благодаря семенной жидкости, которая погашает кислоту и уменьшает сопротивление иммунитета женщины против спермиев, они в более комфортных условиях движутся к матке. Основная часть клеток погибает во влагалище, не достигнув даже канала шейки матки. Здесь движение значительно усложняется из-за цервикальной слизи.
Преодолев это «препятствие» клетки движутся дальше. Сперматозоиды в матке, а именно в нее они попадают после шейки, находятся в самых благоприятных условиях. В ее среде они активизируются, становятся более подвижными. Чтобы оплодотворение осуществилось, в матку должно добраться как минимум 10 миллионов гамет.
До сих пор неизвестно как сперматозоиду удается отыскать яйцеклетку в конце фаллопиевой трубы, в так называемой воронке.
Основным критерием способности сперматозоидов оплодотворить женскую гамету является их живучесть. Определить длительность жизни клеток можно при помощи лабораторного исследования – спермограммы. Этот анализ определяет ряд показателей, таких как:
Благодаря исследованию мужчина узнает о существующих проблемах со спермой.
Рассмотрим какой же жизненный цикл у мужских половых клеток:
Какой отрезок времени проживет спермий, зависит от различных факторов. В первую очередь - это здоровые организмы мужчины и женщины. Стоит отметить, что сперматозоиду достаточно тридцати минут, чтобы добраться до яйцеклетки и выполнить свое предназначение. Поэтому длительное пребывание в женском организме может считаться, в некоторых случаях, бесполезным.
Если верить ученым, то увеличить продолжительность жизни сперматозоиду реально, на этот процесс влияют различные факторы. Вот что можно предпринять по их мнению:
В последние десятилетия количество мужчин, неспособных к репродуктивности, значительно увеличилось. Тем не менее многие из них все равно продолжают безответственно относиться к проблемам в состоянии своего здоровья. И уж тем более не задумываются над тем, какого качества у них сперма.
Если в паре возникают проблемы с зачатием ребенка, будущие папы не особенно спешат провести необходимые обследования и тем самым лишают себя радости отцовства.
