Apvaisinimas ir spermatozoidų kelias: Nuo milijonų iki vieno

Kelias nuo noro susilaukti vaikelio iki jo gimimo yra ilgas ir sudėtingas procesas. Pirmosios savaitės po apvaisinimo yra ypač svarbios - tai laikas, kai iš dviejų ląstelių pradeda formuotis nauja gyvybė. Apvaisinimas - tai augalų ir gyvūnų lytinių ląstelių (gametų) susiliejimas. Susidaro nauja ląstelė (zigota), iš kurios vystosi naujas organizmas (gemalas). Apvaisinime dalyvauja dviejų tipų lytinės ląstelės: moteriška kiaušialąstė ir vyriškas spermatozoidas.

Spermatozoidas - vyriška lytinė ląstelė: Sandara ir funkcija

Spermatozoidas (gr. spermeion - sėkla, zoon - gyva būtybė) - tai vyriška lytinė ląstelė, gameta. Tai haploidinė ląstelė. Spermatozoido funkcija yra apvaisinti kiaušialąstę - moteriškąją lytinę ląstelę, susidarant zigotai, iš kurios vystosi naujas tos pačios rūšies individas. Spermatozoidas turi pusę genetinės medžiagos, reikalingos ląstelei, be to, jis lemia individo lytį. Žmogaus spermatozoidas gali turėti „X“ arba „Y“ tipo lytinę chromosomą.

Spermatozoido sandara

Spermatozoidas - labai diferencijuota ląstelė. Ją paprastai sudaro 3 dalys - galvutė, uodegėlė ir jas jungiantis kaklas (jungiančioji dalis). Žmogaus spermatozoido dydis apie 60 μm, iš jų galvutė sudaro ~ 4,5 μm (jos plotis apie 3 μm, storis - 1 μm).

• Galvutė: Spermatozoido galvutė sudaryta iš dviejų dalių - akrosomos ir branduolio. Akrosoma sudaro kepurę, kuri uždengia apie 2/3 spermatozoido priekinės dalies, o didžiąją galvutės dalį užima branduolys. Jis ypatingas tuo, jog DNR čia supakuota net iki 6 kartų stipriau nei metafazinėse chromosomose. Šiuo atveju tradiciniai histonai pakeičiami protaminais - baltymais, turinčiais daug teigiamų aminorūgščių (arginino, histidino, lizino). Žmogaus atveju, 70 % branduolio baltymų - protaminai, o 20 % histonai. Spermatozoidų branduolyje chromosomos išsidėsto neatsitiktinai. Telomeros jungiasi į poras arba tetramerus ir prisitvirtina prie branduolio apvalkalo. Tuo tarpu centromeros išsidėsto branduolio centre, sudarydamos tam tikrą struktūrą - chromocentrą. Tarp branduolio apvalkalo ir plazminės membranos lieka plonas citoplazmos sluoksnis.
• Kaklas: Uodegėlę su galvute jungia kaklas (jungiančioji dalis). Jame išsidėsčiusios dvi centriolės. Viena iš jų veikia kaip pamatinis kūnelis, duoda pradžią aksonemai - centriniam spermatozoido uodegėlės elementui. Spermatozoide esančias centrioles paveldi būsimas organizmas, nes moteriškosios lytinės ląstelės jų neturi.
• Uodegėlė: Spermatozoido uodegėlė - ląstelės žiuželis - sąlygoja jo judrumą. Jos dėka žmogaus spermatozoidas gali judėti 1-3 mm/min greičiu. Vidurinę uodegėlės dalį supa mitochondrijų sluoksnis. Mitochondrijų būna daugiau kaip 50. Po apvaisinimo, spermatozoido mitochondrijos suardomos, todėl paveldimos tik iš motinos. Pagrindinė uodegėlės dalis yra ilgiausia. Ji sudaryta iš aksonemos, apsuptos 7 išorinių tankiųjų skaidulų, kurias dar papildomai dengia skaidulinis dangalas.

Spermatozoidų gamyba ir gyvybingumas

Spermatozoidai susiformuoja spermatogenezės metu vyro lytinių organų sėklidžių sėkliniuose vamzdeliuose. Žmogaus spermatozoidas susiformuoja per 61 dieną. Ilgą laiką buvo manoma, jog spermatozoidas kiaušinėliui pristato tik tėvinį haploidinį chromosomų rinkinį. Tačiau paaiškėjo, jog į kiaušinėlį patenka ne tik galvutė, bet visas spermatozoidas. Taip būsimam individui pristatomos centriolės ir kai kurie baltymai, reikalingi kiaušinėlio aktyvavimui (pvz., PLCζ didina kiaušinėlio pralaidumą Ca2+ jonams ir taip jį aktyvuoja). Baltymų svarbą iliustruoja tai, jog vaisingų ir nevaisingų vyrų spermatozoiduose žymiai skiriasi ~ 20 baltymų kiekis. Nors spermatozoiduose neaptikta transkripcijos ar transliacijos pėdsakų, branduolyje rasta apie 3000 iRNR molekulių bei keletas rūšių mikro-RNR. Rasta įrodymų, jog į kiaušinėlį pristatomi RNR kūneliai. Kai kurios iRNR koduoja baltymus, reikalingus ankstyvam embrionų vystymuisi. Gali būti, kad jos pristatomos tiesiai į kiaušinėlį arba pakuojant genomą neleidžia inaktyvuoti tam tikrų genų.

Spermatozoidų paviršius įkrautas neigiamai, todėl jie nesulimpa. Gyvūnai gamina labai daug spermatozoidų: šuo lytinio akto metu išskiria apie 60 mln., avinas - iki 2 mlrd., arklys - apie 10 mlrd., žmogus - apie 200 mln. Subrendę žmogaus spermatozoidai yra 50-60 mikronų ilgio, makštyje išbūna apie 2,5 valandos, gimdos kaklelyje - dvi paras (kartais ir ilgiau).

Kiaušialąstės brendimas ir ovuliacija

Moters lytinėse liaukose kiaušidėse gaminasi moteriški lytiniai hormonai: estrogenai bei progesteronas, ir bręsta lytinės ląstelės - kiaušialąstės. Kiaušidėse folikulų nuolat mažėja: tik gimusios mergaitės kiaušidėse būna apie 1-2 milijonai pirminių folikulų, sulaukus pirmųjų mėnesinių jų lieka apie 300-400 tūkstančių, o per visą moters gyvenimą tesubręsta tik 400-500 kiaušialąsčių. Sėklinių augalų nejudrios moteriškosios gametos vadinamos kiaušialąstėmis.

Maždaug menstruacinio ciklo viduryje (apie 14-ą dieną 28 dienų cikle, bet laikas gali skirtis priklausomai nuo ciklo trukmės ir individualių ypatumų) įvyksta ovuliacija. Subrendęs kiaušinėlis išsilaisvina iš kiaušidės folikulo ir pradeda kelionę kiaušintakiu link gimdos. Kai estrogenų kiekis tampa maksimalus ir išsilaiko apie 50 val., hipofizė išskiria didelį kiekį LH, kurio veikiamas subrendęs 20 - 25 mm skersmens Grafo folikulas priartėja prie kiaušidės paviršiaus ir pradeda jį tempti. Tempiama folikulo sienelė ir kiaušidės paviršius plyšta. Iš folikulo išsilaisvinusi subrendusi kiaušialąstė patenka į pilvaplėvės ertmę - šis procesas ir yra ovuliacija. Kiaušialąstę švelniai pagauna kiaušintakio galuose esantys gaureliai (fimbrijos/spurgos) ir įtraukia į kiaušintakį, kur ir gali įvykti apvaisinimas.

Spermatozoidų kelionė ir atranka moters lytiniuose takuose

Lytinio akto metu į moters lytinius takus patenka apie 300-500 mln. spermatozoidų. Didžioji jų dalis nepasiekia tikslo. D. J. Milleris teigia, kad mažiau nei 1 proc. - gal iki 2 ar 3 proc. spermatozoidų, kurie iš tikrųjų nusėda - nueina visą kelią iki kiaušinėlio. Daug jų išplaunama atgal iš trakto. Kai kuriuos suvalgo gimdos imuninės ląstelės - nes spermatozoidai yra svetimkūniai. Iki 70 proc. spermatozoidų net neperžengia gimdos kaklelio ribų. „Spermatozoidai ten užstringa ir negali išsilaisvinti“, - sako S. Koelle.

Moters lytinio trakto vaidmuo

Spermatozoidai šio proceso metu plaukia, tačiau „pagrindinį judėjimą iš tikrųjų užtikrina patelės lytinių takų susitraukimai, - aiškina D. J. Milleris. - Pavyzdžiui, yra gimdos susitraukimų, kurie labai panašūs į virškinamojo trakto susitraukimus, ir gali judinti skystį gimdoje.“ 1996 m. atliktas tyrimas parodė, kokie veiksmingi yra šie susitraukimai. Tyrėjai į 64 moterų gimdas įleido spermos dydžio rutuliukus, ir kai kurie rutuliukai per kelias minutes nukeliavo iki kiaušintakių, kur paprastai įvyksta apvaisinimas.

Kiaušinėlis negali plaukti, todėl jam padeda mažyčiai plaukeliai, vadinami blakstienėlėmis. „Blakstienėlės plaka, kad perneštų oocitą [būsimą kiaušinėlį]“, - pasakoja S. Koelle. - Kadangi spermatozoidai atkeliauja iš priešingos pusės, jiems tenka kovoti su blakstienėlių sukuriama srove. Iš tikrųjų atskiri spermatozoidai mažiau stengiasi judėti į priekį, o daugiau - į vidų, link trakto vidurio, teigia mokslininkė. Jei spermatozoidai priartėja per arti šonų, jie prilimpa ir praranda judėjimo į priekį jėgą.

Kapacitacija ir brendimas

Patekę į lytinius moters takus spermatozoidai dar nėra pajėgūs apvaisinti kiaušialąstės - tam jie dar turi subręsti. Spermatozoidų brendimas, trunkantis apie 7 valandas, vadinamas kapacitacija (lot. capacitas). Kapacitacijos metu nuo spermatozoido akrosomos srities pasišalina jį dengiantis baltyminis sluoksnis ir glikoproteinai. Akrosomos fermentai, tokie kaip hialuronidazė, padeda spermatozoidui pereiti pro spindulinį vainiką, tripsino fermentai skaido skaidriosios srities (zona pellucida) medžiagas. Dėl šių fermentų, taip pat akrosino poveikio spermatozoidas gali pereiti antrinį oocitą (dar besiformuojanti kiaušialąstė) dengiančius sluoksnius.

D. J. Milleris pasakoja, kad spermatozoidams reikia tam tikro galutinio subrendimo, kuris vyksta moters trakte, ir tai priklauso nuo laiko. Taigi, spermatozoidams, kurie, taip sakant, „laimi lenktynes“, reikia daugiau laiko, kad jie iš tikrųjų galėtų apvaisinti kiaušinėlį. Ir jų gali nebūti ten, kai jie pasieks brandą. Juos gali pakeisti kiti, lėčiau judantys spermatozoidai, kurie turėjo laiko užbaigti brendimą.

Tų nedaugelio spermatozoidų, kuriems pavyksta patekti į kiaušintakį, tikslas - nusigauti kuo toliau, o tada prilipti prie sienelės ir laukti, kol atvyks kiaušinėlis. Tai dar viena vieta, kur moters reprodukciniai organai renkasi nugalėtojus: mokslininkai pastebėjo, kad normaliai atrodantys spermatozoidai dažniau prisitvirtina prie sienelės, o prisitvirtinimas prie sienelės suteikia tam tikrų metabolinių privalumų, dėl kurių pailgėja jų gyvenimo trukmė. Tada, kai kiaušinėlis pasiekia kiaušintakį, kiaušintakis leidžia tik sveikai atrodantiems spermatozoidams atsiskirti nuo sienelės. „Jei tik spermatozoidas nėra sveikas, kiaušialąstė jo neišleidžia, - pasakoja S. Koelle. - Tai pagrindinis gerų spermatozoidų atrinkėjas.“

Apvaisinimas: Spermatozoido ir kiaušinėlio susitikimas

Apvaisinimas dažniausiai įvyksta kiaušintakyje, jo ampulėje, maždaug per 12 valandų po ovuliacijos. Keli šimtai atkakliausių spermatozoidų apsupa kiaušinėlį, tačiau tik vienam spermatozoidui pavyksta prasiskverbti pro jo apvalkalus ir jį apvaisinti.

Apvaisinimo fazės

Apvaisinimo metu skiriamos 3 fazės: prasiskverbimas, branduolių susiliejimas ir chromosomų pasikeitimas. Spermatozoidai, patekę į lytinius takus, juda kiaušinėlio link. Judėjimą sąlygoja cheminės medžiagos. Spermatozoidas, susitikęs kiaušinėlį, išskiria fermentus, kurie ištirpdo jo spindulinį vainiką, skaidriąją zoną bei membraną ir prasiskverbia prie kiaušinėlio.

Polispermijos prevencija

Spermatozoido ir kiaušinėlio prisilietimo vietoje jungiasi abiejų ląstelių plazminės membranos, susilieja jų turinys ir per kelias sekundes iš dviejų ląstelių susidaro viena. Spermatozoidui įsiskverbus keičiasi kiaušinėlio apvalkalų laidumas ir kiti spermatozoidai nebegali patekti į kiaušinėlį. Vos tik jis paliečia oocito membraną, pakinta skaidriosios srities cheminės savybės ir ji tampa nelaidi kitiems spermatozoidams - pakinta kiaušialąstės medžiagų apykaita. Visų pirma suintensyvėja jos angliavandenių apykaita, baltymų sintezė, iš aplinkos daugiau imama fosforo ir kalio. Šių procesų metu taip pat pakinta išorinio kiaušialąstės sluoksnio elastingumas ir skaidrumas, po to susiformuoja apvaisinimo dangalas, kuris nebeleidžia kitiems spermatozoidams patekti į kiaušialąstę. Ir nors kiti spermatozoidai jau būna perėję spindulinį vainiką, ar pradėję tirpdyti skaidriosios srities sluoksnį, į kiaušialąstę dėl to patekti negali. Apvaisinti patelės lytinę ląstelę galima vienu spermatozoidu (monospermija; būdinga žinduoliams) arba daugiau kaip vienu (polispermija; būdinga ropliams).

Zigotos susidarymas

Susiliejus spermatozoido ir oocito membranoms, į oocito vidų patenka spermatozoido galva, kaklas ir uodega. Oocitas tuo metu baigia antrąjį mejozinį dalijimąsi ir virsta kiaušialąste, turinčiu moteriškąjį probranduolį bei dar susidaro vienas polinis (redukcinis) kūnelis. Tuo metu atsiskiria spermatozoido uodega nuo galvos ir suyra, o jo branduolys virsta vyriškuoju probranduoliu (pronukleusu). Prasideda lytinio susijungimo kelias (via copulativa), kurio metu pradeda artėti spermatozoido ir kiaušialąstės branduoliai. Branduolius dengiantys apvalkalai išnyksta, chromosomos susilieja ir išsidėsto centrosomos sudarytoje dalijimosi verpstėje. Susijungia abiejų lytinių ląstelių branduoliai, tuo metu susilieja jų chromosomos. Apvaisinimo procesas baigiasi lytinių ląstelių branduolių susijungimu ir zigotos susidarymu. Zigotos susidarymas: Kai spermatozoidas susilieja su kiaušinėliu, jų branduoliai susijungia, sudarydami zigotą - pirmąją naujo organizmo ląstelę su pilnu chromosomų rinkiniu: 46 chromosomomis (23 poros). Nuo šios akimirkos prasideda naujos gyvybės vystymasis.

Ankstyvasis embriono vystymasis po apvaisinimo

Iš zigotos pradeda vystytis naujas organizmas. Zigota, kuri iškart po apvaisinimo ima dalintis ir formuojasi gemalas, kuris per 3-6 paras nuslenka kiaušintakiu į gimdą, kurioje įsitvirtina ir bręsta. Po apvaisinimo zigota pradeda kelionę kiaušintakiu link gimdos ir tuo pačiu metu ima sparčiai dalintis:

• Dalijimasis: Pirmasis ląstelės pasidalijimas įvyksta maždaug po 24-30 valandų. Vėliau ląstelės dalijasi vis greičiau, maždaug kas 12-15 valandų.
• Morulė: Praėjus maždaug 3-4 dienoms po apvaisinimo, susidaro ląstelių kamuolėlis, sudarytas iš keliolikos ar keliasdešimties ląstelių, vadinamas morule (išvaizda primena avietę).
• Blastocista: Keliaudama link gimdos, morulė toliau vystosi ir virsta blastocista - pūslelės pavidalo struktūra, turinčia vidinę ląstelių masę (iš kurios vystysis embrionas) ir išorinį sluoksnį (trofoblastą, iš kurio formuosis placenta). Blastocistą sudaro jau apie 100-250 ląstelių.
• Implantacija: Maždaug 6-10 dieną po apvaisinimo (atitinka maždaug 20-24 ciklo dieną), blastocista pasiekia gimdą ir pradeda įsitvirtinti jos gleivinėje. Šis procesas vadinamas implantacija. Implantacijos metu kai kurios moterys gali pastebėti nežymų kraujavimą ar patepliojimą, kurį kartais galima supainioti su prasidedančiomis mėnesinėmis.

Embriono ir vaisiaus vystymasis

Po sėkmingos implantacijos prasideda embriono periodas, trunkantis iki 8 savaičių po apvaisinimo (tai atitinka maždaug 10 savaičių nuo paskutinių mėnesinių pradžios). Tai itin spartaus vystymosi laikas:

• Formuojasi placenta - organas, per kurį embrionas gauna maisto medžiagas ir deguonį iš motinos organizmo.
• Atsiranda visų svarbiausių organų ir sistemų užuomazgos (nervų sistema, širdis, virškinimo traktas ir kt.). Šis procesas vadinamas organogeneze.
• Formuojasi kūno dalys: galva, liemuo, galūnės, veido bruožai.

8 savaičių embrionas jau yra akivaizdžiai panašus į mažą žmogutį (ūgis siekia apie 3-4 cm), turi susiformavusias pagrindines organų sistemas, galima pradėti skirti lytį. Pirmasis nėštumo trimestras (ypač embriono periodas, pirmosios 8 savaitės po apvaisinimo) yra labai jautrus laikotarpis. Tuo metu formuojasi visi gyvybiškai svarbūs organai, todėl embrionas yra itin pažeidžiamas žalingų išorės veiksnių (teratogenų), tokių kaip alkoholis, rūkymas, narkotinės medžiagos, kai kurie vaistai, infekcijos (pvz., raudonukė, toksoplazmozė), radiacija. Pasibaigus embriono periodui (po 8 savaičių nuo apvaisinimo), besivystantis organizmas vadinamas vaisiumi. Vaisiaus periodu organai ir sistemos toliau auga, bręsta ir tobulėja iki pat gimimo.

Moters menstruacinis ciklas ir vaisingos dienos

Moters menstruacinis ciklas yra reguliarus procesas, kurio vidutinė trukmė - apie 28-32 dienos (nors gali svyruoti), skaičiuojant nuo pirmosios mėnesinių dienos. Vaisingos dienos: Nors pats kiaušinėlis po ovuliacijos yra gyvybingas ir gali būti apvaisintas tik gana trumpą laiką (apie 12-24 valandas), vaisingų dienų langas yra platesnis. Taip yra todėl, kad spermatozoidai moters lytiniuose takuose gali išlikti gyvybingi iki 5 dienų (kartais net iki 7, nors tai rečiau). Dauguma spermatozoidų, esančių moters lytiniuose takuose, gali dalyvauti apvaisinime 2-3 paras, o kartais net 4-5 paras po ejakuliacijos. Tuo tarpu ovuliavusi kiaušialąstė yra gyvybinga maždaug 24 valandas.

Vaisingasis langas: Dėl ilgo spermatozoidų gyvybingumo, didžiausia tikimybė pastoti yra turint lytinių santykių kelios dienos prieš ovuliaciją ir pačią ovuliacijos dieną. Šis periodas, trunkantis apie 6 dienas, ir yra vadinamas vaisinguoju langu. Jei sueitis įvyksta likus kelioms dienoms iki ovuliacijos, spermatozoidai gali „palaukti“ kiaušinėlio ir jį apvaisinti, kai šis pasirodys. Po ovuliacijos: Praėjus maždaug parai po ovuliacijos, neapvaisintas kiaušinėlis žūsta. Be to, pakitus hormonų pusiausvyrai, pasikeičia gimdos kaklelio gleivės (susidaro „kamštis“), todėl spermatozoidams tampa daug sunkiau patekti į gimdą, ir tikimybė pastoti smarkiai sumažėja.

Hormoninis reguliavimas

Vaisingumą reguliuoja centrinė nervų sistema - visų pirma pagumburis ir posmegeninė liauka (hipofizė), kurie taip pat yra susiję su smegenų žieve bei kitomis smegenų dalimis. Galvos smegenų dalis pagumburis išskiria gonadotropinus atpalaiduojančius hormonus (angl. gonadotropin releasing hormone - GnRH), kurie savo ruožtu skatina posmegeninę liauką hipofizę gaminti gonadotropinius hormonus:

• Folikulus stimuliuojantį hormoną (FSH) - jis skatina folikulų brendimą kiaušidėse, estrogenų sekreciją folikulo ląstelėse, vyro organizme - spermatozoidų vystymąsi.
• Liuteinizuojantį hormoną (LH) - jis inicijuoja kiaušidėse ovuliaciją, geltonkūnio brendimą bei progesterono gamybą, vyro organizme - skatina androgenų (testosterono) sekreciją sėklidėse.
• Prolaktiną - jis atsakingas už pieno liaukų vystymąsi, pieno gamybą krūtyse, skatina motinystės instinktą, slopina gonadotropinų išsiskyrimą, ovuliaciją bei mėnesinių ciklą, daugiausiai jo išsiskiria nėštumo metu ir ypač po gimdymo.

Menstruacinio ciklo fazės

Norint pažinti vaisingumą, būtina suprasti fiziologinius pokyčius, vykstančius moters organizme mėnesinių ciklo metu. Juos lemia hipofizės, pagumburio ir kiaušidžių išskiriami hormonai.

Genetiniai veiksniai ir išimtys

„Akivaizdu, kad turime genetinių ligų, kurios plinta per spermą. Taigi, ne visada tiesa, kad genetiškai stipriausi yra geriausi“, - sako D. J. Mileris. Johno Hopkinso (Džono Hopkinso) universiteto (Baltimorė) mokslininkai norėjo išsiaiškinti, kodėl reta genetinė liga, vadinama Aperto sindromu, labiau būdinga pagyvenusių tėvų palikuonims. „Kažkodėl sperma su viena iš šių mutacijų kiaušialąstę apvaisina dažniau nei sveika sperma“, - sakė E. Jabs.

Aperto sindromas ir achondroplazinis liliputizmas yra vieni iš keleto sutrikimų, būdingesnių vaikams, kurių tėvai peržengę 35 metų ribą. „52 metų sulaukę vyrai vaiko su Aperto sindromu gali susilaukti 6 kartus dažniau, nei 27 metų vyrai. Todėl vien mutavusių spermatozoidų kiekis negali būti atsakingas už įgimto sutrikimo dažnumą“, - sakė studentė Rivka Glasier (Rivka Glasjė), padėjusi vykdyti tyrimą. „Tai, kad mutavusi sperma vaiko pradėjimui naudojama dažniau nei galima būtų tikėtis pagal statistinius duomenis, verčia manyti, jog mutacija suteikia spermatozoidams kažkokių privalumų prieš sveikas lytines ląsteles."

tags: #kiausialaste #apvaisina #daug #spermatozoidu

• sveika ir subalansuota mityba vaikams
• Nuo „Žaiskime drauge“ iki 90-ųjų TV
• patarimai sausos vaiko odos priežiūrai
• PSO rekomendacijos dėl nėštumo nutraukimo
• Idėjos advento kalendoriui darželyje