Сколько хромосом содержит ядро сперматозоида и какие особенности есть у хромосомного набора спермиев?

Что такое сперматогенез?

Сперматогенез – это процесс развития мужских половых клеток (сперматозоидов) под воздействием гормонов. Он происходит в мужских половых железах, которые называются семенниками, в семенных канальцах.

Стадии сперматогенеза и их продолжительность

Сперматогенез состоит из четырех стадий. Каждая стадия занимает примерно по 16 дней.

Фаза размножения

Незрелые клетки, находящиеся в семенниках, под воздействием гормонов делятся и превращаются в сперматогонии, клетки обычной формы с ядром внутри. В сперматогониях содержится двойной набор хромосом. Часть клеток остается на «скамье запасных», в резерве, а некоторые начинают расти и делиться, переходя во вторую фазу.

Фаза роста

Сперматогонии сильно увеличиваются в размерах. Изменяясь, они превращаются в сперматоциты первого порядка, которые все еще содержат двойной набор хромосом. Эти клетки смещаются ближе к просвету канальца.

Фаза созревания

После деления клетки становятся двумя сперматоцитами второго порядка, делятся вторично и превращаются в четыре сперматиды. В этих клетках содержится уже одинарный, а не двойной набор хромосом.

Фаза формирования

В последней фазе из сперматид формируются сперматозоиды, имеющие характерное, знакомое всем строение. Таким образом, из одной изначальной клетки, которая имела двойной набор хромосом, формируется четыре сперматозоида с одинарным набором хромосом, который характерен для половых клеток.

Что происходит в процессе сперматогенеза?

Стадии сперматогенеза поэтапно показывают, что в этом процессе под воздействием гормонов из незрелых (так называемых стволовых) клеток через рост и деление образуются мужские половые клетки – сперматозоиды.

Клетка постепенно меняется, вытягивается, растет, делится. В результате ядро превращается в головку сперматозоида, а телом и хвостом его становятся цитоплазма и оболочка клетки.

Все питание – кислород, углеводы, аминокислоты, витамины и другие полезные вещества в обязательном порядке поступают к созревающим сперматозоидам через поддерживающие клетки Сертоли, и продукты обмена тоже уходят через них.

На последней фазе сперматозоид примыкает к питающим его клеткам Сертоли и остается так до полного развития, получая необходимые для его роста и созревания полезные вещества.

Продолжительность сперматогенеза составляет 73-75 суток.

Как происходит сперматогенез?

Когда начинается сперматогенез? Клетки, из которых будут образовываться сперматозоиды, образуются в семенниках еще во время эмбрионального развития. Но процесс сперматогенеза запускается только во время полового созревания (10-14 лет) и происходит у большинства мужчин вплоть до самого конца жизни под воздействием определенных гормонов.

В ткани между семенными канальцами находятся клетки Лейдига, синтезирующие мужской половой гормон тестостерон.

Но для того, чтобы клетки Лейдига начали его вырабатывать, после полового созревания гипоталамус должен синтезировать гормон, под воздействием которого гипофиз будет производить вырабатывать фолликулостимулирующий гормон. Иными словами, регуляция сперматогенеза происходит по принципу домино – гипоталамус запускает процессы в гипофизе, гипофиз – в клетках Лейдига и клетках Сертоли.

Выброс мужских гормонов у мужчин происходит постоянно, на протяжении всей жизни, циклично и регулярно. Соответственно, постоянно и регулярно продолжается и процесс созревания сперматозоидов. В мужском организме всегда есть сперматозоиды в разных стадиях созревания.

Препараты для улучшения сперматогенеза

Когда говорят об улучшении сперматогенеза, это обычно означает, что не в порядке именно конечные клетки – созревшие сперматозоиды. Что может случиться со сперматозоидами? Они могут быть нежизнеспособными или их концентрация в сперме может быть слишком мала для зачатия. Сперматозоиды могут быть малоподвижными, иметь неправильное строение. А ДНК в них может быть нарушена.

Что же может повлиять на процесс формирования сперматозоидов?

Для нормального сперматогенеза температура в мошонке должна быть 35 оС. Именно она является оптимальной для развития сперматозоидов. Поэтому перегревание или переохлаждение сильно вредит сперматозоидам. Например, при перегреве образуются малоподвижные сперматозоиды.

Хронические заболевания, не выявленные заболевания (например, варикоцеле), скрытые воспаления, возраст старше 35 лет, нездоровый образ жизни, употребление алкоголя, курение – все это влияет на протекание процессов сперматогенеза. И на сами образующиеся в итоге сперматозоиды.

Поэтому для того, чтобы максимально улучшить качество сперматозоидов, нужно не только отказаться от нездорового образа жизни и вылечить заболевания, но и принимать витамины и минералы, которые необходимы для процессов сперматогенеза.

Витамин Е влияет на подвижность, строение, количество сперматозоидов. Защищает созревающие клетки от свободных радикалов.

Цинк необходим для синтеза гормонов, участвующих в сперматогенезе, то есть для фолликулостимулирующего гормона и тестостерона.

Вместе витамин Е и цинк помогают справиться с оксидативным стрессом, негативно влияющим на незрелые половые клетки. Особенно это важно для мужчин старше 35.

Фолиевая кислота нужна, чтобы сперматозоид мог правильно развиваться, имел правильное строение и нормальный размер. Прием фолиевой кислоты достоверно снижает количество дефектных сперматозоидов.

В препарате Сперотон содержатся не только эти вещества, но и L-карнитин, улучшающий подвижность сперматозоидов.

Для того, чтобы улучшить результаты сперматогенеза, витамины и минералы следует принимать минимум 70 дней – именно столько времени требуется для того, чтобы созрели новые сперматозоиды.

Поэтому подготовка к зачатию должна начинаться за несколько месяцев.

Читайте также:  Развитие плода на 10 неделе беременности

Клетки сперматогенеза в спермограмме

Для того, чтобы проверить качественные показатели спермы, существует специальный анализ – спермограмма. На спермограмме оценивается качество спермы по следующим параметрам:

  • количество сперматозоидов;
  • подвижность сперматозоидов;
  • морфологические характеристики сперматозоидов (то есть, характеристики их строения);
  • количество и типы лейкоцитов (возможно, указывают на текущее воспаление);
  • количество и типы незрелых клеток (указываются просто по традиции, количество ни на что не влияет).

Таким образом, чаще всего оценивается именно качество и количество зрелых клеток сперматогенеза – сперматозоидов, ведь именно от их качества, количества, подвижности и строения зависит зачатие ребенка.

Нормальными считаются показатели, при которых в сперме:

  • объем эякулята от 1,5 мл и более;
  • общее количество сперматозоидов – от 39 млн и более;
  • подвижность сперматозоидов – от 40 % и более;
  • жизнеспособность – от 58 % и более;
  • морфология (строение) – 4 % и более.

Но если показатели спермограммы оказались далеки от нормы, не стоит делать поспешных выводов. Это повод посетить специалиста, проконсультироваться и следовать рекомендациям: начать вести здоровый образ жизни, принимать витаминно-минеральные комплексы для повышения фертильности, устранить воспаление или другие причины ухудшения сперматогенеза.

НЕ ЯВЛЯЕТСЯ РЕКЛАМОЙ. МАТЕРИАЛ ПОДГОТОВЛЕН ПРИ УЧАСТИИ ЭКСПЕРТОВ.

Сколько хромосом содержит ядро сперматозоида и какие особенности есть у хромосомного набора спермиев?

Способность к передаче генетической информации является очень важной для продолжения рода. Особенности хромосомного набора мужской половой клетки в дальнейшем после зачатия обуславливают наследование тех или иных признаков. Эта статья расскажет о том, сколько же хромосом содержит ядро сперматозоида.

Особенности строения мужской половой клетки

Генетическая информация, которая наследуется по роду, зашифрована в отдельных генах, находящихся в хромосомах.

Самые первые представления ученых о хромосомах, которые находятся внутри человеческих клеток, появились в 70-е годы XIX века. На сегодняшний день научный мир так и не пришел к единому мнению о том, кто же из исследователей открыл хромосомы. В разное время это открытие «присваивалось» И. Д. Чистякову, А. Шнайдеру и многим другим ученым. Однако сам термин «хромосома» предложил впервые немецкий гистолог Г. Вальдейер в 1888 году. Дословный перевод обозначает «окрашенное тело», так как эти элементы довольно хорошо окрашиваются основными красителями при проведении исследований.

Большинство научных экспериментов, которые внесли ясность в определение строения хромосом, были проведены в основном в XX веке. Современные исследователи продолжают научные эксперименты, направленные на точную расшифровку генетической информации, которая содержится в хромосомах.

Для лучшего и простого понимания того, как формируется хромосомный набор мужской половой клетки, немного коснемся биологии. Каждый сперматозоид состоит из головки, средней части (тела) и хвостика. В среднем, длина мужской клетки до хвостика составляет 55 мкм.

Головка сперматозоида имеет эллипсовидную форму. Практически все ее внутреннее пространство заполняет особое анатомическое образование, которое называется ядром. В нем и находятся хромосомы – основные структуры клетки, несущие генетическую информацию.

Каждая из них содержит различное количество генов. Так, существуют более и менее богатые генами участки. В настоящее время ученые проводят эксперименты, направленные на изучение этой интересной особенности.

Основная составляющая каждой хромосомы – ДНК. Именно в ней и хранится основная генетическая информация, наследуемая от родителей их детьми. В каждой из таких молекул находится определенная последовательность генов, обуславливающих развитие разнообразных признаков.

Цепь ДНК довольно длинная. Для того чтобы хромосомы имели микроскопичный размер, цепочки ДНК сильно скручиваются. Последние проведенные генетические исследования определили, что для скручивания молекул ДНК необходимы и специальные белки – гистоны, которые также находятся в ядре половой клетки.

Более детальное изучение строения хромосом показало, что, помимо молекул ДНК, они также состоят из белка. Такая комбинация называется хроматином.

В середине каждой хромосомы есть центромера – это небольшой участок, который делит ее на два участка. Такое деление обуславливает наличие у каждой хромосомы длинного и короткого плеча. Таким образом, при изучении в микроскопе она имеет исчерченный вид. Каждая хромосома также имеет свой порядковый номер.

Общий хромосомный набор живого организма называется кариотипом. У человека он составляет 46 хромосом, а, например, у плодовой мухи дрозофилы всего 8. Особенности строения кариотипа и определяют наследование определенной совокупности различных признаков.

Интересно, что формирование половых хромосом происходит еще в период внутриутробного развития. У плода, находящегося еще в материнской утробе, уже формируются половые клетки, которые в будущем ему понадобятся.

Приобретают свою активность сперматозоиды гораздо позже – во время полового созревания (пубертата). В это время они становятся уже достаточно подвижными и способными к осуществлению оплодотворения яйцеклеток.

Гаплоидный набор – что это такое?

Для начала следует понимать, что же специалисты подразумевают под «плоидностью». Более простыми словами, этот термин означает кратность. Под плоидностью хромосомного набора ученые имеют в виду общее количество таких наборов в конкретной клетке.

Читайте также:  «Кардиомагнил» при беременности: инструкция по применению

Говоря о данном понятии, специалисты используют термин «гаплоидный» или «одинарный». То есть, ядро сперматозоида содержит 22 одинарных хромосомы и 1 половую. Каждая хромосома при этом не является парной.

Гаплоидный набор является отличительной особенностью именно половых клеток. Он задуман природой не случайно. Во время оплодотворения часть наследуемой генетической информации передается от отцовских хромосом, а часть от материнских. Таким образом, зигота, получившаяся в процессе слияния половых клеток, имеет полноценный (диплоидный) набор хромосом, в количестве 46 штук.

Еще одной интересной особенностью гаплоидного набора сперматозоида является наличие в нем половой хромосомы. Она может быть двух видов: X или Y. Каждая из них определяет в дальнейшем пол будущего ребенка.

В каждом сперматозоиде содержится только одна половая хромосома. Она может быть либо X, либо Y. Яйцеклетка же имеет только одну X-хромосому. При слиянии половых клеток и объединении хромосомного набора, возможны различные комбинации.

  • XY. В этом случае Y – хромосома наследуется от отца, а X – от матери. При такой комбинации половых клеток формируется мужской организм, то есть у влюбленной пары скоро появится на свет наследник.
  • XX. В этом случае ребенок «получает» X-хромосому от отца и аналогичную от матери. Такая комбинация обеспечивает формирование женского организма, то есть появление в дальнейшем на свет маленькой девочки.

К сожалению, не всегда процесс наследования генетической информации происходит физиологично. Довольно редко, но встречаются определенные патологии. Это происходит, когда в сформированной после оплодотворения зиготе присутствует только одна X-хромосома (моносомия) или же, наоборот, происходит увеличение их количества (трисомия). В таких случаях у детей развиваются довольно тяжелые патологии, которые в дальнейшем существенно ухудшают качество их жизни.

Болезнь Дауна является одним из клинических примеров патологий, связанных с нарушением наследования хромосомного набора. В этом случае происходит определенный «сбой» в 21 паре хромосом, когда к ним прибавляется такая же третья.

Изменение хромосомного набора в этой ситуации способствует и изменению наследуемых признаков. В этом случае у малыша появляются определенные дефекты развития, и изменяется внешний вид.

Геном человека

Для осуществления нормальной жизнедеятельности каждой соматической клетке нашего организма необходимы 23 пары хромосом, полученных ей после слияния генетического материала материнской и отцовской клеток. Всю совокупность такого приобретенного генетического материала ученые-генетики называют геномом человека.

Изучение генома позволило специалистам определить, что хромосомный набор человека включает в себя последовательность более чем 30 000 разнообразных генов. Каждый из генов ответственен за развитие у человека какого-либо определенного признака.

Определенная последовательность генов, таким образом, может определять форму глаз или носа, цвет волос, длину пальцев и многие другие признаки.

О том, что передается человеку с генами, смотрите в следующем видео.

Как устроены сперматозоиды: их особенности, строение, размеры и функции

Спермограмма с морфологией + MAR-тесты

Имуноглобулины IgG, IgA в одном тесте

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

+ Записаться на прием

Содержание:

  1. Строение сперматозоида
  2. Выработка и созревание
  3. Функции сперматозоида
  4. Движение и подвижность
  5. Продолжительность жизни
  6. Нормы и патологические изменения
  7. Как улучшить состав спермы

Сперматозоид — уникальная клетка, которая вырабатывается только мужским организмом. Ее единственная функция — донести набор хромосом до женской яйцеклетки и зародить новую жизнь.

В каждой порции эякулята содержатся сотни миллионов сперматозоидов, но в гонке побеждает только один — самый сильный и удачливый. Именно так на первоначальном этапе осуществляется естественный отбор.

Строение сперматозоида

Внешнее строение сперматозоида отражает длительные эволюционные процессы, он представляет собой одноядерную клетку, снабженную жгутиком. Сперматозоиды под микроскопом похожи на головастиков, плывущих головой вперед. Каждый элемент имеет строго определенные размеры и форму.

Эта клетка уникальна, ей присущи следующие особенности:

  • крупное ядро с половинным набором хромосом;
  • минимум цитоплазмы;
  • замедленный обмен веществ;
  • усиленный отрицательный заряд, препятствующий агглютинации.

К тому же это единственная подвижная клетка в организме. И даже в агрессивной среде сперматозоиды сохраняют живучесть в течение нескольких часов.

Размер сперматозоида составляет всего 55 мкм в длину. Он состоит из головки, шейки и жгутика. В головке расположена та самая информация, которую необходимо донести до яйцеклетки — набор из 23 хромосом. В шейке находится генератор энергии, необходимой для обеспечения движения. Хвост отвечает за скорость и направление, в котором движется мужская половая клетка.

Головка клетки состоит из ядра и акросомы. В ядре сосредоточен генетический материал, который при слиянии с хромосомным набором яйцеклетки определяет пол, внешность, врожденные патологии и все то, с чем люди рождаются на свет. В верхней части головки находится мембранный пузырек, содержащий ферменты, которые пригодятся для растворения лучистого венца и блестящей оболочки яйцеклетки.

В шейке расположены митохондрии, которые перерабатывают фруктозу семенной плазмы в энергию. А энергии необходимо много, ведь крошечная клетка движется со скоростью 50 микрон в секунду в агрессивной среде. Хвост состоит из девяти пар трубочек, покрытых мембраной, чтобы не затруднять движение.

Читайте также:  Развитие плода на 21 неделе беременности

Выработка и созревание

Многим, но особенно тем, кто планирует зачатие, наверняка интересно узнать, как вырабатывается сперма у мужчин.

Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенезом. Он начинается в нежном подростковом возрасте и не прекращается до глубокой старости. Каждую секунду в мужском организме появляется до 1500 новых половых клеток.

Под воздействием тестостерона круглые клетки начинают делиться и последовательно трансформироваться в сперматогонии, сперматиды и сперматозоиды. Созревание последних происходит в извитых канальцах яичек. По мере развития хвоста и головки, сперматид проходит через гемато-тестикулярный барьер, состоящий из клеток Сертоли и перемещается в сторону придатков, где накапливается созревшая сперма. В придатках живые сперматозоиды могут находиться до 5 недель. В свою очередь, в предстательной железе и семенных пузырьках продуцируется семенная плазма.

Сперма попадает в семявыносящие протоки непосредственно перед эякуляцией. В результате возбуждения мышцы сокращаются и направляют сперму в уретру, откуда, собственно, и происходит семяизвержение.

Функции сперматозоида

Единственная функция сперматозоида — оплодотворении яйцеклетки. Для этого он должен двигаться быстро и правильно, иметь достаточный запас энергии, чтобы ее хватило на весь путь, в составе небольшой группы добраться до яйцеклетки, растворить ее оболочку и первым прорваться через блестящую оболочку.

Движение и подвижность

Прогрессивное движение сперматозоидов обеспечивается хвостом, состоящим из протонных каналов. При попадании клетки в агрессивную среду влагалища, каналы открываются, и происходит выброс протонов. Это делается для снижения кислотности среды. Выброс протонов придает клетке реактивное ускорение и хвост начинает шевелиться. Сперматозоид устроен таким образом, что двигается в сторону снижения кислотности, то есть к матке. За этот процесс отвечают анализаторы кислотности.

Подвижность сперматозоидов оценивается по результатам спермограммы. Клетки делятся на группы — от прогрессивно-подвижных до полностью неподвижных.

Продолжительность жизни

Длительность существования сперматозоида зависит от среды пребывания. В организме мужчины они сохраняются до 5 недель. В агрессивной среде влагалища погибают в течение нескольких часов. В матке могут сохраняться от 3–7 суток. Внешняя среда для них невыносима, там они погибают в течение получаса, но после заморозки жидким азотом могут сохраняться течение десятилетий. Это свойство используется при криоконсервации спермы.

Продолжительность жизни также зависит от хромосомного набора. Клетки, содержащие Y-хромосомы, более активны, а X-хромосомы — более живучи.

Нормы и патологические изменения

Чтобы достичь цели, сперматозоид должен обладать идеальным строением. Отклонения в строении не позволяют ему двигаться достаточно быстро и в нужную сторону. Но даже если это удалось, он может не справиться с растворением лучистого венца яйцеклетки.

Форма сперматозоида может иметь следующие отклонения:

  • искривленная форма шейки, излишняя или недостаточная толщина;
  • излишняя извитость хвоста, удвоение, отсутствие, избыточная или недостаточная длина;
  • удвоение головки, наличие большой цитоплазматической капли, отсутствие акросомы.

Как улучшить состав спермы

При подозрении на бесплодие многие пары интересуются, как быстро улучшить качество спермы. Начать стоит с регулярных, но не избыточных физических нагрузок, нормализации половой активности, а также сбалансированной диеты.

Пагубное влияние на развитие сперматозоида оказывают алкоголь, курение, употребление сильнодействующих и наркотических веществ.

Сколько хромосом содержит ядро сперматозоида и какие особенности есть у хромосомного набора спермиев?

Сперматозоиды — высокоспециализированные клетки, не способные к росту и делению. Сперматозоид состоит из головки, в которой находится отцовский генетический материал (ДНК), и хвоста, обеспечивающего его подвижность. При наличии большого ядра у сперматозоида практически нет цитоплазмы, присутствие которой характерно для большинства клеток организма. Морфологическая гетерогенность эякулята каждого мужчины уникальна.

Головка сперматозоидов. Головки окрашенных сперматозоидов несколько меньше по размерам, чем головки живых сперматозоидов в сперме. В норме головка имеет овальную форму, длину около 4,0-5,5 мкм и ширину около 2,5-3,5 мкм. Нормальное соотношение длины и ширины составляет 1,5-1,7. При микроскопии в светлом поле наиболее часто выявляемые аномалии головки — дефекты ее формы и размеров, включая увеличение, уменьшение, заострение головки, грушевидную форму головки, аморфную головку, вакуолизацию головки (когда более 20% ее поверхности занимают неокрашиваемые вакуоли), двойную головку, а также любые комбинации перечисленных дефектов.

Акросома сперматозоидов. Акросома представлена комплексом Гольджи и покрывает около 2/3 передней поверхности головки. Апикальное уплотнение, имеющееся у многих других видов, у человека отсутствует, однако видно равномерное утолщение/истончение к экваториальному сегменту, и в целом она покрывает 40-70% головки сперматозоида. При визуализации с помощью сканирующего электронного микроскопа видна окружающая головку (т.е. акро-сомальный и постакросомальный регионы) бороздка, которая делит ее на две неравные части. Экваториальный сегмент, за которым следует постакросомальный регион, визуализируется при этом нечетко. Максимальной толщины и ширины сперматозоид достигает именно в постакросомальном регионе.

Под электронным микроскопом головка сперматозоида представляет собой уплощенное овоидное образование, состоящее в основном из ядра. Акросома выглядит как шапочкообразная структура, покрывающая передние 2/3 головки сперматозоида, и происходит из комплекса Гольджи сперматиды по мере ее дифференцировки в сперматозоид. В акросоме содержится несколько гидролитических ферментов, в том числе гиалуронидаза и проакрозин, необходимых для оплодотворения.

Читайте также:  Способствует ли ЭКО возникновению онкологии?

В процессе оплодотворения яйцеклетки во время акросомальной реакции за счет слияния наружной мембраны акросомы с плазматической мембраной в нескольких местах выделяются акросомальные ферменты. Передняя половина головки лишена плазмы, а также наружной акросомальной мембраны и покрыта лишь внутренней акросомальной мембраной. Задние отделы головки покрыты однослойной мембраной, называемой постнуклеарной шапочкой. Область перекрытия акросомы и постнуклеарной шапочки образует экваториальный сегмент, который не участвует в акросомальной реакции. Ядро, составляющее 65% всей головки, состоит из ДНК, ассоциированной с белками. Хроматин плотно упакован, отдельные хромосомы неразличимы. Генетическая информация, в том числе определяющие пол хромосомы X и Y, закодирована и хранится в виде ДНК.
Шейка сперматозоидов. Шейка соединяет головку и хвост. Она очень ломкая, поэтому наличие в эякуляте декапитированных сперматозоидов встречают довольно часто.

Хвост сперматозоидов. Хвост появляется на стадии сперматид. В процессе сперматогенеза центриоль дифференцируется на три части: средний, основной и концевой отделы. Митохондрии реорганизуются вокруг среднего отдела. Аксиальный стержень, состоящий из 2 центральных фибрилл, окружен концентрическим кольцом из 9 двойных фибрилл, которые тянутся до самого конца хвоста. Дополнительное наружное кольцо состоит из девяти грубоволокнистых фибрилл. Основной отдел включает 9 грубоволокнистых наружных фибрилл, толщина которых уменьшается, и в конце концов остаются лишь 11 внутренних фибрилл аксиального стержня, окруженных фиброзной оболочкой. Митохондриальная оболочка среднего отдела относительно короткая, но все же несколько превышает суммарную длину головки и шейки.

Концевой отдел сперматозоидов. Концевой отдел плохо различим при световой микроскопии. Оболочка и грубоволокнистые филаменты отсутствуют. Хвост, содержащий двигательный аппарат, имеет длину 40-50 мкм и берет начало от центриоли сперматиды. Его волнообразные движения генерируются в районе шейки и распространяются в дистальном направлении по типу хлыстового удара. При световой микроскопии чаще всего выявляют следующие отклонения в строении шейки и среднего отдела: их отсутствие, искривление хвоста, удлиненный средний отдел, неправильная форма/искривление среднего отдела, истончение среднего отдела (отсутствие митохондриальной оболочки), а также различные сочетания указанных дефектов. Аномалии хвоста включают укорочение, удвоение/утроение, деформацию в виде шпильки, разрывы, неравномерную ширину, патологическую извитость с терминальными капельками, а также различные сочетания указанных дефектов. Цитоплазматические капли, занимающие более 1/3 объема головки сперматозоида, считают отклонением от нормы. Они обычно располагаются в области шейки/среднего отдела хвоста, хотя у некоторых незрелых сперматозоидов могут находиться и в других участках хвоста.

По данным сканирующей электронной микроскопии, в хвосте выделяют три отдела: средний, основной и концевой. В среднем отделе четко различимы митохондриальные спирали. Они резко обрываются в начале среднего отдела. К заднему концу средний отдел сужается. Видны продольный стержень и поперечные ребра. Короткий концевой отдел имеет меньший диаметр из-за отсутствия наружных волокон. При трансмиссионной электронной микроскопии видно, что в среднем отделе существует цитоплазматическая часть и богатая липидами митохондриальная оболочка, состоящая из нескольких спиральных митохондрий, выстроенных вокруг аксиального филамента в форме «завитков улитки». Средний отдел обеспечивает сперматозоид энергией, необходимой для движения.
Дополнительное наружное кольцо из 9 грубоволокнистых фибрилл окружает центральный стержень, состоящий из 11 фибрилл.

Основной отдел сперматозоидов — самая длинная часть хвоста — представляет собой важнейшую часть аппарата движения. Девять грубоволокнистых фибрилл наружного кольца уменьшаются в толщине и в конце концов исчезают, оставляя только внутренние фибриллы на аксиальном стержне на протяжении почти всей длины основного отдела. Фибриллы основного отдела окружены фиброзной оболочкой хвоста, состоящей из разветвленных и анастомозирующих между собой полукруглых тяжей, или ребер, удерживаемых вместе за счет прикрепления к двум полоскам, тянущимся по обеим сторонам хвоста на всем его протяжении. Хвост заканчивается концевым отделом длиной 4-10 мкм и диаметром менее 1 мкм. Столь малый диаметр обусловлен отсутствием наружной фиброзной оболочки и дисталь-ным истончением микротрубочек.

Половые клетки человека, хромосомы, оплодотворение

Половые клетки — гаметы (от греч. gametes — «супруг») можно обнаружить уже у двухнедельного эмбриона человека. Их называют первичными половыми клетками. В это время они совсем не похожи на сперматозоиды или яйцеклетки и выглядят абсолютно одинаковыми. Никаких различий, присущих зрелым гаметам, на этой стадии развития зародыша обнаружить у первичных половых клеток не удается. Это не единственная их особенность. Во-первых, первичные половые клетки появляются у зародыша гораздо раньше собственно половой железы (гонады), а во-вторых, они возникают на значительном удалении от того места, где эти железы сформируются позднее. В определенный момент происходит совершенно удивительный процесс — первичные половые клетки дружно устремляются к половой железе и заселяют, «колонизируют» ее.

После того, как будущие гаметы попали в половые железы, они начинают интенсивно делиться, и количество их увеличивается. На этом этапе половые клетки содержат пока то же количество хромосом, что и «телесные» (соматические) клетки — 46. Однако для успешного осуществления своей миссии половые клетки должны иметь в 2 раза меньше хромосом. В противном случае после оплодотворения, то есть слияния гамет, клетки зародыша будут содержать не 46, как установлено природой, а 92 хромосомы. Нетрудно догадаться, что в следующих поколениях их число прогрессивно бы увеличивалось. Чтобы избежать такой ситуации формирующиеся половые клетки проходят специальное деление, которое в эмбриологии называется мейоз (греч. meiosis — «уменьшение»). В результате этого удивительного процесса диплоидный (от греч. diploos — «двойной»), набор хромосом как бы «растаскивается» на составляющие его одинарные, гаплоидные наборы (от греч. haploos — одиночный). В результате из диплодной клетки с 46 хромосомами получаются 2 гаплоидные клетки с 23 хромосомами. Вслед за этим наступает завершающий этап формирования зрелых половых клеток. Теперь в гаплоидной клетке копируются имеющиеся 23 хромосомы и эти копии используются для образования новой клетки. Таким образом, в результате описанных двух делений из одной первичной половой клетки образуется 4 новых.

Читайте также:  Какие существуют способы диагностики беременности до задержки месячных?

Причем, в сперматогенезе (греч. genesis — зарождение, развитие) в результате мейоза появляется 4 зрелых сперматозоида с гаплоидным набором хромосом, а в процессе формирования яйцеклетки — в оогенезе (от греч. oon — «яйцо») только одна. Это происходит потому, что образовавшийся в результате мейоза второй гаплоидный набор хромосом яйцеклетка не использует для формирования новой зрелой половой клетки — ооцита, а «выбрасывает» их, как «лишние», наружу в своеобразном «мусорном контейнере», который называется полярным тельцем. Первое деление хромосомного набора завершается в оогенезе выделением первого полярного тельца непосредственно перед овуляцией. Второе репликационное деление происходит только после проникновения сперматозоида внутрь яйцеклетки и сопровождается выделением второго полярного тельца. Для эмбриологов полярные тельца — очень важные диагностические показатели. Есть первое полярное тельце, значит яйцеклетка зрелая, появилось второе полярное тельце — оплодотворение произошло.

Первичные половые клетки, оказавшиеся в мужской половой железе, до поры до времени не делятся. Их деление начинается только в период полового созревания и приводит к образованию когорты так называемых стволовых диплоидных клеток, из которых и формируются сперматозоиды. Запас стволовых клеток в яичках постоянно пополняется. Здесь уместно напомнить описанную выше особенность сперматогенеза — из одной клетки образуется 4 зрелых сперматозоида. Таким образом, после полового созревания у мужчины в течение всей жизни формируются сотни миллиардов новых сперматозоидов.

Формирование яйцеклеток протекает иначе. Едва заселив половую железу, первичные половые клетки начинают интенсивно делиться. К 5 месяцу внутриутробного развития их количество достигает 6-7 миллионов, но затем происходит массовая гибель этих клеток. В яичниках новорожденной девочки их остается не более 1-2 миллионов, к 7-летнему возрасту — всего лишь около 300 тысяч, а в период полового созревания 30 —50 тысяч. Общее же число яйцеклеток, которые достигнут зрелого состояния за период половой зрелости, будет еще меньше. Хорошо известно, что в течение одного менструального цикла в яичнике обычно созревает лишь один фолликул. Нетрудно подсчитать, что в течение репродуктивного периода, продолжающегося у женщин 30 — 35 лет, образуется около 400 зрелых яйцеклеток.

Если мейоз в сперматогенезе начинается в период полового созревания и повторяется миллиарды раз в течение жизни мужчины, в оогенезе формирующиеся женские гаметы вступают в мейоз еще в периоде внутриутробного развития. Причем начинается этот процесс почти одновременно у всех будущих яйцеклеток. Начинается, но не заканчивается! Будущие яйцеклетки доходят только до середины первой фазы мейоза, а дальше процесс деления блокируется на 12 — 50 лет! Лишь с приходом половой зрелости мейоз в оогенезе продолжится, причем не всех клеток сразу, а лишь для 1- 2 яйцеклеток ежемесячно. Полностью же процесс мейотического деления яйцеклетки завершится, как уже было сказано выше, только после ее оплодотворения! Таким образом, сперматозоид проникает в яйцеклетку, еще не завершившую деление, имеющую диплоидный набор хромосом!

Сперматогенез и оогенез — очень сложные и во многом загадочные процессы. Вместе с тем очевидна подчиненность их законам взаимосвязи и обусловленности природных явлений. Для оплодотворения одной яйцеклетки in vivo (лат. в живом организме) необходимы десятки миллионов сперматозоидов. Мужской организм вырабатывает их в гигантских количествах практически всю жизнь.

Вынашивание и рождение ребенка является чрезвычайно тяжелой нагрузкой на организм. Врачи говорят, что беременность — это проба на здоровье. Каким родится ребенок — напрямую зависит от состояния здоровья матери. Здоровье, как известно, не вечно. Старость и болезни, к сожалению, неотвратимы. Природа дает женщине строго ограниченное невосполнимое число половых клеток. Снижение способности к деторождению развивается медленно, но постепенно по наклонной. Наглядное доказательство того, что это действительно так, мы получаем, ежедневно оценивая результаты стимуляции яичников в программах ВРТ. Большая часть яйцеклеток обычно израсходована к 40 годам, а к 50 годам весь их запас полностью исчерпывается. Нередко так называемое истощение яичников наступает значительно раньше. Следует также сказать, что яйцеклетка подвержена «старению», с годами ее способность к оплодотворению снижается, процесс деления хромосом все чаще нарушается. Заниматься деторождением в позднем репродуктивном возрасте рискованно из-за возрастающей опасности рождения ребенка с хромосомной патологией. Типичным примером является синдром Дауна, который возникает из-за оставшейся при делении третьей лишней 21 хромосомы. Таким образом, ограничив репродуктивный период, природа охраняет женщину и заботится о здоровом потомстве.

Читайте также:  «Супракс» при беременности: инструкция по применению

По каким законам происходит деление хромосом? Как передается наследственная информация? Для того чтобы разобраться с этим вопросом, можно привести простую аналогию с картами. Представим себе молодую супружескую пару. Назовем их условно — Он и Она. В каждой его соматической клетке находятся хромосомы черной масти — трефы и пики. Набор треф от шестерки до туза он получил от своей мамы. Набор пик — от своего папы. В каждой ее соматической клетке хромосомы красной масти — бубны и червы. Набор бубен от шестерки до туза она получила от своей мамы. Набор червей — от своего папы.

Для того чтобы получить из диплоидной соматической клетки половую клетку, число хромосом должно быть уменьшено вдвое. При этом половая клетка обязательно должна содержать полный одинарный (гаплоидный) набор хромосом. Ни одна не должна потеряться! В случае карт такой набор можно получить следующим образом. Взять наугад из каждой пары карт черной масти по одной и таким образом сформировать два одиночных набора. Каждый набор будет включать все карты черной масти от шестерки до туза, однако, какие именно это будут карты (трефы или пики) определил случай. Например, в одном таком наборе шестерка может быть пиковой, а в другом — трефовой. Нетрудно прикинуть, что в примере с картами при таком выборе одиночного набора из двойного мы можем получить 2 в девятой степени комбинаций — более 500 вариантов!

Точно также будем составлять одиночный набор из ее карт красной масти. Получим еще более 500 разных вариантов. Из его одиночного и ее одиночного набора карт составим двойной набор. Он получится мягко сказать «пестреньким»: в каждой паре карт одна будет красной масти, а другая — черной. Общее число таких возможных наборов 500×500, то есть 250 тысяч вариантов.

Примерно также, по закону случайной выборки, поступает и природа с хромосомами в процессе мейоза. В результате из клеток с двойным, диплоидным набором хромосом получаются клетки, каждая из которых содержит одиночный, гаплоидный полный набор хромосом. Предположим, в результате мейоза в вашем теле образовалась половая клетка. Сперматозоид или яйцеклетка — в данном случае не важно. Она обязательно будет содержать гаплоидный набор хромосом — ровно 23 штуки. Что именно это за хромосомы? Рассмотрим для примера хромосому № 7. Это может быть хромосома, которую вы получили от отца. С равной вероятностью она может быть хромосомой, которую вы получили от матери. То же самое справедливо для хромосомы № 8, и для любой другой.

Поскольку у человека число хромосом гаплоидного набора равно 23, то число возможных вариантов половых гаплоидных клеток, образующихся из диплоидных соматических, равно 2 в степени 23. Получается более 8 миллионов вариантов! В процессе оплодотворения две половые клетки соединяются между собой. Следовательно, общее число таких комбинаций будет равно 8 млн. х 8 млн. = 64000 млрд. вариантов! На уровне пары гомологичных хромосом основа этого разнообразия выглядит так. Возьмем любую пару гомологичных хромосом вашего диплоидного набора. Одну из таких хромосом вы получили от матери, но это может быть хромосома либо вашей бабушки, либо вашего дедушки по материнской линии. Вторую гомологичную хромосому вы получили от отца. Однако она опять-таки может быть независимо от первой либо хромосомой вашей бабушки, либо вашего дедушки уже по отцовской линии. А таких гомологических хромосом у вас 23 пары! Получается невероятное число возможных комбинаций. Неудивительно, что при этом у одной пары родителей, рождаются дети, которые отличаются друг от друга и внешностью, и характером.

Кстати, из приведенных выше расчетов следует простой, но важный вывод. Каждый человек, ныне здравствующий, или когда-либо живший в прошлом на Земле, абсолютно уникален. Шансы появления второго такого же практически равны нулю. Поэтому не надо себя ни с кем сравнивать. Каждый из вас неповторим, и тем уже интересен!

Однако вернемся к нашим половым клеткам. Каждая диплоидная клетка человека содержит 23 пары хромосом. Хромосомы с 1 по 22 пару называются соматическим и по форме они одинаковы. Хромосомы же 23-й пары (половые хромосомы) одинаковы только у женщин. Они и обозначаются латинскими буквами ХХ. У мужчин хромосомы этой пары различны и обозначаются ХY. В гаплоидном наборе яйцеклетки половая хромосома всегда только Х, сперматозоид же может нести или Х или Y хромосому. Если яйцеклетку оплодотворит Х сперматозоид, родится девочка, если Y сперматозоид — мальчик. Все просто!

Читайте также:  Как правильно и когда сдавать кровь на ХГЧ?

Почему мейоз у яйцеклетки так долго растянут во времени? Каким образом ежемесячно происходит выбор когорты фолликулов, которые начинают свое развитие и как из них выделяется лидирующий, доминантный, овуляторный фолликул, в котором созреет яйцеклетка? На все эти непростые вопросы у биологов нет пока однозначных ответов. Процесс формирования зрелых яйцеклеток у человека ждет новых исследователей!

Образование и созревание сперматозоидов, как уже было сказано, происходит в семенных канальцах мужской половой железы — яичках. Сформированный сперматозоид имеет длину около 50-60 микрон. Ядро сперматозоида находится в его головке. Оно содержит отцовский наследственный материал. За головкой располагается шейка, в которой имеется крупная извитая митохондрия — органоид, обеспечивающий движения хвоста. Иначе говоря, это своеобразная «энергетическая станция». На головке сперматозоида есть «шапочка». Благодаря ей форма головки — овальная. Но, дело не в форме, а в том, что содержится под «шапочкой». «Шапочка» эта на самом деле является контейнером и называется акросомой, а содержатся в ней ферменты, которые способны растворять оболочку яйцеклетки, что необходимо для проникновения сперматозоида внутрь — в цитоплазму яйцеклетки. Если у сперматозоида нет акросомы, головка у него не овальная, а круглая. Эта патология сперматозоидов называется глобулоспермия (круглоголовые сперматозоиды). Но, беда опять не в форме, а в том, что такой сперматозоид не может оплодотворить яйцеклетку, и мужчина с таким нарушением сперматогенеза до начала 90-х прошлого столетия был обречен на бездетность. Сегодня благодаря ВРТбесплодие у этих мужчин может быть преодолено, но об этом мы расскажем позднее в главе, посвященной микроманипуляциям, в частности, ИКСИ.

Перемещение сперматозоида осуществляется за счет движения его хвостика. Скорость движения сперматозоида не превышает 2-3 мм в минуту. Казалось бы, немного, однако, за 2-3 часа в женском половом тракте сперматозоиды проходят путь, в 80000 раз превышающий их собственные размеры! Будь на месте сперматозоида в этой ситуации человек, ему пришлось бы двигаться вперед со скоростью 60-70 км/час — то есть со скоростью автомобиля!

Сперматозоиды, находящиеся в яичке, неподвижны. Способность к движению они приобретают лишь, проходя по семявыводящим путям под воздействием жидкостей семявыводящих протоков и семенных пузырьков, секрета предстательной железы. В половых путях женщины сперматозоиды сохраняют подвижность в течение 3 — 4 суток, но оплодотворить яйцеклетку они должны в течение 24 часов. Весь процесс развития от стволовой клетки до зрелого сперматозоида длится примерно 72 дня. Однако, поскольку сперматогенез происходит непрерывно и в него одномоментно вступает громадное число клеток, то в яичках всегда есть большое количество спермиев, находящихся на разных этапах сперматогенеза, а запас зрелых сперматозоидов постоянно пополняется. Активность сперматогенеза индивидуальна, но с возрастом снижается.

Как мы уже говорили, яйцеклетки находятся в фолликулах яичника. В результате овуляции яйцеклетка попадает в брюшную полость, откуда она «вылавливается» фимбриями маточной трубы и переносится в просвет ее ампулярного отдела. Именно здесь происходит встреча яйцеклетки со сперматозоидами.

Какое же строение имеет зрелая яйцеклетка? Она довольно крупная и достигает 0,11-0,14 мм в диаметре. Сразу после овуляции яйцеклетка окружена скоплением мелких клеток и желатинообразной массой (так называемым лучистым венцом). Видимо, в таком виде фимбриям маточной трубы удобнее захватывать яйцеклетку. В просвете маточной трубы с помощью ферментов и механического воздействия (биения ресничек эпителия), происходит «очистка» яйцеклетки от лучистого венца. Окончательно освобождение яйцеклетки от лучистого венца происходит после встречи ее со сперматозоидами, которые буквально облепляют яйцеклетку. Каждый сперматозоид выделяет из акросомы фермент, растворяющий не только лучистый венец, но и действующий на оболочку самой яйцеклетки. Эта оболочка называется блестящей, так она выглядит под микроскопом. Выделяя фермент, все сперматозоиды стремятся оплодотворить яйцеклетку, но блестящая оболочка пропустит лишь один из них. Получается, что устремляясь к яйцеклетки, воздействуя на нее коллективно, сперматозоиды «расчищают дорогу» только для одного счастливчика. Отбором сперматозоида роль блестящей оболочки не ограничивается, на ранних стадиях развития эмбриона она поддерживает упорядоченное расположение его клеток (бластомеров). В какой-то момент блестящая оболочка становится тесной, она разрывается и происходит хетчинг (от анг. hatching — «вылупление») — вылупление эмбриона. Эмбрион готов к имплантации в эндометрий.

Связь количественных хромосомных аномалий сперматозоидов и предимплантационных эмбрионов

Современная генетическая диагностика позволяет установить хромосомные нерасхождения не только в постнатальном и пренатальном периодах, но также в половых клетках и ранних эмбрионах. Так, в сперматозоидах наиболее распространено нерасхождение по 18 и половым хромосомам. В преимплантационных эмбрионах наиболее встречаемые анеуплоидии по 21 и 18 хромосомам. Доля аномальных эмбрионов в целом составила 65,2 %, что указывает на наиболее эффективную элиминацию нежизнеспособных эмбрионов на раннем преимплантационном этапе.

Ключевые слова: анеуплоидии, преимплантационный генетический скрининг, эмбрион, сперматозоид, флуоресцентная in situ гибридизация.

Modern genetic diagnosis allows to establish chromosomal nondisjunction not only in postnatal and prenatal periods, but also in germ cells and early embryos. Thus, the most common nondisjunction in sperm are 18 and sex chromosomes. The most common aneuploidy in preimplantation embryos are chromosomes 21 and 18. Win abnormal embryos was 65,2 %, which indicates that the most effective elimination of nonviable embryos in early preimplantation stage.

Читайте также:  Причины и последствия преждевременного старения плаценты

Keywords: aneuploidy, preimplantation genetic screening, embryo, spermatozoa, fluorescent in situ hybridization.

Введение

Современная репродуктивная генетика направлена не только на выявление генетических нарушений, но и, прежде всего, на предупреждение рождения детей с патологиями. Количественные хромосомные аномалии, которые могут возникнуть на различных стадиях развития эмбрионов, чаще всего являются причиной нарушения имплантации, спонтанных самоабортов или множественных пороков развития плода. Частота невынашивания беременности в мировой популяции составляет 20 %. В структуре невынашивания частота привычного выкидыша колеблется от 5 % до 20 %, а единичных случаев замирания беременности — 45—88,6 % от числа самопроизвольных выкидышей на ранних сроках (6—8 недель гестации). При исследовании материала выкидышей большинство обнаруженных хромосомных нарушений имели количественную этиологию (95 %) [4]. В сроке гестации 10—12 недель хромосомные аномалии составляют 4,5—7 %, а во втором триместре — 2—3 %. Что касается новорожденных, то частота структурных и количественных хромосомных отклонений встречается в 0, 6—0,7 % [9]. Данная тенденция указывает на существование природного отбора на генетическом уровне, снижая, таким образом, рождение нежизнеспособных особей в общей человеческой популяции.

Благодаря развитию методов вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) и введению в широкую практику технологии микроманипуляций с отдельными клетками, стало возможным выполнять скрининговые исследования определенной группы хромосомных аномалий в эмбрионах до переноса их в матку. По данным зарубежных авторов, применение сравнительной геномной гибридизации, которая позволяет оценить весь хромосомный набор, дало возможность установить, что доля эуплоидных эмбрионов, полученных в циклах оплодотворения in vitro, составила всего лишь 25 %.

Причины хромосомных нарушений:

  1. сбой мейотического деления: случаи нерасхождения гомологичных хромосом, что приводит к появлению моносомии или трисомии. Нерасхождение хромосом в яйцеклетках и сперматозоидах может произойти в любом периоде мейотического деления;
  2. аномальный процесс кроссинговера при мейотическом делении гамет (например, обмен участками негомологичных хромосом);
  3. проблемы, возникающие при оплодотворении: случаи оплодотворения ооцита двумя сперматозоидами (диспермия), в результате возникает триплоидный эмбрион;
  4. нарушения первых митотических делений: полная тетраплоидия, возникающая при первом делении митоза, приводит к удвоению хромосом и отсутствию разделения цитоплазмы;
  5. возникновение мозаицизма на этапе митотического деления эмбриона при ненормальном расхождении хромосом в клетках эмбриона, начиная со второго клеточного деления после образования зиготы [6].

Установить хромосомный набор ооцита или сперматозоида с применением современных методов возможно, но для этого требуется «убить» клетку. Для теоретического определения хромосомного состава яйцеклетки исследуются полярные тельца, но данное исследование не гарантирует установление хромосомного набора зрелого ооцита, готового к оплодотворению. Поэтому чаще всего нарушения ооцитарного происхождения оцениваются по результатам преимплантационной генетической диагностики.

Мужские половые клетки более доступны для хромосомного анализа, а именно вычисляется доля хромосомных нерасхождений в подвижной фракции сперматозоидов. Ранее, хромосомные аномалии приписывали, прежде всего, нарушениям в женской половой клетке [1]. Но сперматозоиды также играют большую роль в возникновении анеуплоидий эмбриона и его морфокинетическое развитие [5].

Цель исследования

Целью исследования является установить влияние нарушения качественных показателей мужских генеративных клеток на эуплоидность и морфологическое качество ранних эмбрионов среди пациентов с диагнозом «бесплодие», определить доли хромосомных нарушений в бластомерах эмбрионов в соответствии с панелью исследования.

Материал и методы исследования

Сбор первичной информации проводился на базе диагностической лаборатории ООО «Медицинский центр ИГР» (директор — к.мед.н., И. Е. Ильин) в период с 2013 по 2014 гг. Каждый пациент, обращаясь впервые в медицинский центр, был предупрежден об использовании его личной информации и подписывал «Информированное согласие» на обработку его персональных данных. Процедура информирования проводилась в соответствии с «Положением о порядке обработки персональных данных пациентов ООО „Медицинский центр ИГР“», которое разработано на основе Закона Украины «Про защиту персональных данных» № 1/20314 от 03.01.2012 года. Внутренний документ об информированном соглашении был утвержден медицинским советом ООО «Медицинский центр ИГР» (протокол заседания № 6 от 12.08.2013 года).

Пациенты, которые включены в данное исследование, проходили с диагнозом «бесплодие». Обработаны результаты обследования 259 мужчин, которым назначалось исследование эякулята. Возраст пациентов варьировал от 20 до 61 года, средний возраст данной группы исследуемых составил 36,3±7,14 лет. Также в этот период был проведен преимплантационный генетический скрининг хромосомных аномалий эмбрионов, полученных в 72 циклах оплодотворения in vitro, суммарно 664 эмбриона. Возраст пациенток, которые проходили лечение в программах ВРТ в комбинации с преимплантационным генетическим скринингом, находился в диапазоне от 22 до 42 лет. Таким образом, средний возраст женщин равен 31,8±5,22 годам.

Мужчинам с нарушением сперматогенеза проводилось молекулярно-цитогенетическое исследование методом флуоресцентной in situ гибридизации (FISH) на сперматозоидах с предварительной их деконденсацией. С целью определения уровня анеуплоидий сперматозоидов использовали многоцветную пробу AneuVysion для хромосом X, Y, 18, 13, 21 (производитель Abbott, США).

Подготовка препаратов производилась после сдачи пациентом эякулята. Необходимый объем спермы помещался в пробирку и трижды отмывался фосфатным буфером. После этого осадок раскапывался на стёкла и сушился 1 час при температуре +50° С. В дальнейшем стекла опускались в емкость с фиксатором и оставлялись на 18 часов при температуре — 20° С. По прошествии указанного времени проводилась деконденсация путем инкубации в 0,1 N растворе гидроксида натрия. Затем стекла ополаскивались в фосфатном буфере и просушивались на воздухе. Далее проводилась предгибридизационная подготовка препарата, и наносились пробы CEP 18/X/Y и LSI 13/21 на предварительно отмеченные зоны гибридизации. Стекло с нанесенными зондами помещалось в гибридизатор с установленной программой денатурации и гибридизации при +37° С длительностью от 4 до 12 часов. Затем для удаления негибридизовавшихся проб стекла подвергались отмывке. Далее препараты окрашивались, и проводилась детекция флуоресцентных сигналов согласно стандартному протоколу. Для исследования уровня анеуплоидий в сперматозоидах проводился анализ 1000 клеток [2].

Исследование уровня фрагментации ДНК проводился методом SCD (Sperm Chromatin Dispertion test) с использованием коммерческого набора Halosperm (производство Halotech dna, Испания). При этом подсчитывалось 500 клеток, и оценивался размер ореола вокруг головы сперматозоида.

Исследование аномальной конденсации хроматина выполнялось с применением анилинового теста с использованием красителя метиленовый синий. При этом вся головка сперматозоида окрашивалась в темный цвет, если половая клетка несет белки, характерные для незрелого сперматозоида, в то время как зрелые сперматозоиды имеют «светлую» неокрашенную головку. Для определения уровня аномальной конденсации хроматина подсчитывалось 200 сперматозоидов в исследуемом образце.

Материал для преимлантационного скрининга был получен путем аспирации одной клетки (бластомера) эмбриона на стации 8 клеток, при этом клетки обладают тотипатентными свойствами [8]. Полученный бластомер после обработки гипотоническим раствором (1 % цитрат натрия) фиксировался на стекле с помощью смеси метанола и уксусной кислоты в соотношении 3:1 (фиксатор Карнуа). Последующим этапом являлось нанесение флуоресцентных ДНК-зондов в зону, где находились ядра клеток эмбриона. Обычно используются зонды для хромосом 13, 16, 18, 21, 22, X, Y, исследования которых обеспечивают коммерческие наборы PB MultiVysion и CepX/CepY (производитель Abbott, США) Стекло с нанесенными зондами помещалось в гибридизатор с установленной программой денатурации и гибридизации при +37° С длительностью от 4 до 12 часов. Постгибридизационная обработка включала отмывку в растворе 0,7xSSC/0,4 % NP-40 при температуре +73° С (7 минут) и 2xSSC/0,1 % NP-40 при комнатной температуре (1 минута). Микроскопический анализ осуществлялся с использованием флуоресцентного микроскопа Olympus BX 51 (производство США), оборудованного соответствующим набором фильтров и программой автоматической обработки изображения, в данном случае программа ISIS (производство Meta Systems, Германия).

Результаты исследования и их обсуждение

Исследование строилось на результатах анализов эякулята 259 пациентов и 72 циклов оплодотворения in vitro.

По данным молекулярно-цитогенетического анализа методом FISH уровень анеуплоидий в сперматозоидах был в диапазоне от 1,8 % до 23,7 %, тогда как в норме процент нерасхождений хромосом не должен превышать 2,5 % [5]. При анализе сперматозоидов встречались следующие варианты анеуплоидий: наличие двух половых хромосом (XX, YY, XY), нулисомия по половым хромосомам, наличие нескольких половых хромосом и аутосом (XXY 1818, XX 1818, XY 1818, XYY 1818), нулисомия по аутосомным хромосомам (X_, Y_, 13_, 21_), присутствие нескольких аутосом (1313 21, 13 2121, 1313 2121). Обобщенные данные по анеуплоидиям сперматозоидов представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Вариабельность показателя анеуплоидий сперматозоидов

Исследованные хромосомы

Среднее значение

нерасхождения на 1000 клеток, %

Норма, %

Доля нерасхожждения хромосомы в сперматозоидах,

Как устроены сперматозоиды: функции и строение

Человеческий сперматозоид — половая мужская клетка. Содержится в семенной жидкости, выделяется вместе с ней при семяизвержении. Служит для оплодотворения женской гаметы. Несет на себе Х или Y хромосому, от чего зависит пол ребенка.

Первооткрыватель спермиев Левенгук (1677 год) назвал спермии «семенными зверьками» и предположил, что они участвуют в зачатии. До этого сперматозоиды считались паразитами.

Гаметы мужчин формируются из клеток-предшественников и воспроизводятся в яичках. Процесс называется сперматогенез, происходит под гормональной регуляцией . Каждая клетка несет одинарный хромосомный набор (гаплоидность). При отсутствии патологий, хромосом должно быть ровно 23 . Если их меньше или больше, у будущего ребенка возникают тяжелые генетические отклонения.

Главная функция сперматозоида — оплодотворение яйцеклетки, которая также имеет 23 хромосомы. В женские половые органы спермии попадают со спермой при эякуляции. Процесс зачатия происходит в фаллопиевой трубе. Соединяясь, половые гаметы образуют новый организм – диплоидную зиготу, состоящую из 46-ти отцовских и материнских хромосом. Далее развивается эмбрион, затем — плод. Процесс называется гестацией или беременностью, которая по акушерским срокам длится 40 недель, по эмбриональным – 38.

Яйцеклетка всегда содержит только Х-хромосому. Если ее оплодотворит мужская Y-клетка, то родится мальчик, если Х — девочка.

Строение сперматозоида

По строению спермий — это эукариот (одноклеточный организм, имеющий ядро). Чтобы произошло зачатие, гамета мужчины должна проделать тяжелый путь: проникнуть в маточную трубу, достигнуть яйцеклетки, преодолеть золотистую оболочку, защищающую женскую клетку, внести свой генетический материал. Это возможно благодаря анатомическому строению сперматозоида. Каждая структура выполняет четко определенные функции.
Головка спермия эллипсоидной формы с небольшим углублением с одной стороны сжата с боков, за счет чего форма определяется, как «ложковидная».

Головка, несущая генетическую информацию, состоит из:

  • мелкого ядра с гаплоидным набором хромосом, которое входит в яйцеклетку и соединяется с ее 23-хромосомным ядром. В результате слияния образуется диплоидный 46-хромосомный организм;
  • акросомы – мембранный пузырёк с веществами, позволяющими растворить оболочку яйцеклетки. Акросома примерно одинакового размера с ядром, составляет 40-70% общего объема головки. При контакте с женской гаметой выбрасываются литические ферменты, растворяющие маленькую область оболочки. Всего ферментов 15, основной — акрозин;
  • центросомы – совокупность микротрубочек, обеспечивающих подвижность хвоста и участвующих в первичном делении зиготы.

Позади головки находится «средняя часть», между ними располагается шейка — незначительное сужение. Хвост находится за средней частью, через которую проходит скелет жгутика, состоящего из белковых внутриклеточных структур (микротрубочки).

Цитоскелет обвивается спиралевидным митохондрионом, включающим 28 митохондрий. Движение жгутика обеспечиваются аденозинтрифосфорной кислотой (своеобразное топливо), вырабатываемой митохондрионом.
За средней частью расположен длинный тонкий хвост, отвечающий за двигательную активность клеток. Толкающими движениями жгутик подталкивает спермии к яйцеклетке. Дефекты жгутика приводят к нарушению подвижности половых клеток, развивается астенозооспермия.

Сперматозоиды осуществляют узкоспецифическую функцию. В них нет рибосом (немембранные органеллы), поскольку они не нужны для внедрения своей ДНК в ооцит.

Состав спермы

Проходя через семявыводящие протоки перед эякуляцией, сперматозоиды смешиваются с содержимым семенных пузырьков, предстательной железы, бульбоуретральных желез, клеток Сертоли. Жидкостная среда осуществляет транспортировку спермиев к протокам.

До 75% составляет жидкость из семенных пузырьков, которая состоит из:

  • специфических ферментов;
  • аминокарбоновых кислот;
  • белков;
  • аскорбиновой кислоты;
  • цитрат-иона;
  • флавинов (органические соединения);
  • фруктозы (моносахарид);
  • простагландинов (липидные вещества);
  • фосфорилхолинов (группа фосфолипидов).

Здоровый эякулят должен быть белого, сероватого или желтоватого цвета. Розовый оттенок придает сперме кровь (гематоспермия) при патологических состояниях. Это повод срочно обратиться к урологу. Дефицит питательных веществ, авитаминоз — одна из частых причин мужской инфертильности. Состояние требует специфического лечения.

Срок жизни сперматозоида

После семяизвержения большинство спермиев, не попавших в женские половые пути, погибает за несколько минут. При попадании в шейку и матку выживаемость 1-2 суток, изредка — 5 дней. Практически все случаи зачатия связаны с интимной близостью, произошедшей за двое суток до овуляции.

Если сперма хранится в лабораторных условиях в питательной среде, она живет до недели, если собрана непосредственно в клинике. При собирании эякулята дома, на протяжении часа его фертильность резко снижается. Контакт спермиев с воздухом сокращает жизнь гамет. На одежде они погибают на протяжении считанных минут после эякуляции.

Дефекты сперматозоидов

Нарушение сперматогенеза способно вызвать серьезные заболевания, приводящие к бесплодию.

  • гипофизарная недостаточность;
  • гормональный дисбаланс;
  • воспалительные процессы репродуктивной сферы;
  • врожденные отклонения развития половых органов;
  • эндокринные расстройства;
  • варикоцеле;
  • водянка, перекрут яичка;
  • лишний вес;
  • сахарный диабет;
  • паховая грыжа;
  • ЗППП;
  • хроническая интоксикация;
  • травмирование половых органов;
  • алкоголизм, табакокурение, употребление наркотических и некоторых медикаментозных средств (антибиотики, цитостатики, нестероидные противовоспалительные);
  • перегревание мошонки;
  • радиоактивное воздействие;
  • недостаток питательных веществ.

Обычно встречается комплекс причин, вызывающих такие расстройства:

  • Азооспермия — наиболее тяжелая патология, характеризующаяся отсутствием спермиев в эякуляте. Бывает двух типов: секреторная – клетки не образуются и обструктивная – невозможность попасть в сперму из-за закупорки семявыводящих протоков.
  • Астенозооспермия — распространенная патология, при которой отмечается низкая скорость и подвижность спермиев. Выделяют 3 степени тяжести астенозооспермии.
  • Тератозооспермия — плохие морфологические показатели. Число патологических клеток больше количества нормальных.
  • Астенотератозооспермия — сочетание плохой морфологии с низкой активностью.
  • Олигозооспермия — сниженная концентрация гамет на 1 мл жидкости.
  • Олигоастенотератозооспермия — сочетанная патология, включающая маленькую концентрацию, плохие морфологические значения, нарушение подвижности.

Дефекты выявляют с помощью анализа спермы — спермограммы. Многие нарушения приводят к бесплодию. Чем раньше обратиться к врачу, тем выше шансы на успешное лечение.

Подробнее о лечении нарушений сперматогенеза читайте в этом материале — примеч. altravita-ivf.ru.

  • Андрология. Клинические рекомендации. Под ред. П. А. Щеплева. М.: Медпрактика-М, 2012. – 155с.
  • Брагина Е.Е., Абдумаликов Р.А. (2002) Руководство по сперматологии.
  • Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Роберте К., Уотсон Дж.1994) Молекулярная биология клетки. Мир. Москва.Т.З. С. 7-55.

У вас есть вопросы? Проконсультируйтесь с нашими опытными врачами и эмбриологами.

Ссылка на основную публикацию