Сперматогенез у человека

В сутки у взрослого мужчины в яичке образуется около 100-200 млн спермиев, что соответствует продукции примерно 70-150 тыс. клеток в минуту или 15 000 спермиев с каждым биением сердца. Вместе с тем в эякулят поступает значительно меньшее количество спермиев, чем то, что начально образуется в семенных канальцах яичка, вследствие их частичной гибели в самом яичке и в семявыносящих путях. В последних, в особенности в придатке яичка, происходит дозревание и накопление этих клеток. От начала до конца сперматогенез у человека длится в целом около 73-75 суток (23 дня - спермиогенез), у мыши – 35 суток, у крысы – 48 дней.

У разных видов млекопитающих сперматозоиды устроены по-разному, однако общие черты строения всё же имеются. У типичного сперматозоида выделяют головку, среднюю часть и хвост (жгутик). В головке расположено гаплоидное ядро, акросома и центриоль, которая формирует цитоскелет жгутика. Между головкой и средней частью находится сужение клетки, так называемая шейка. В средней части располагается митохондрион — гигантская спиральная митохондрия. Жгутик служит для движения сперматозоида.

У человека головка сперматозоида яйцевидная, сплющенная с боков. У мышей и крыс — в форме крючка. У некоторых сумчатых животных сперматозоиды сдвоенные и движутся в паре, при этом синхронно бьют хвостами. Разделение происходит непосредственно перед оплодотворением яйцеклетки. При этом сперматозоиды мыши крупнее сперматозоидов человека в 1,5 раза. А сперматозоиды тритона крупнее сперматозоидов человека в несколько раз.

У человека семенник выполняет две функции - генеративную (образование мужских половых клеток - сперматогенез) и эндокринную (синтез мужских половых гормонов). Эти функции взаимосвязаны, но обеспечиваются различными структурными компонентами органа. Сперматогенез включает четыре фазы: 1) размножения, 2) роста, 3) созревания, 4) формирования.

Рис. 7. Строение семенника человека (Х20). Гематоксилин.

Рис. 8. Строение семенника человека (Х40). Гематоксилин.

1. Фаза размножения характеризуется делением сперматогоний, - мелких диплоидных клеток, располагающихся на базальной мембране и включающих два типа: А и В. Сперматогонии типа А - уплощенные клетки со светлым ядром и 1-2 ядрышками, прижатыми к ядерной мембране. Подразделяются на два подтипа - темные клетки (покоящиеся истинно стволовые клетки) и светлые клетки (делящиеся). Сперматогонии типа А делятся митозом; часть их дает идентичные клетки, тем самым поддерживая популяцию камбиальных элементов, другая в ходе 4 последовательных делений превращается в сперматогонии типа В - грушевидные клетки с округлом ядром и центрально лежащим ядрышком, дифференцирующиеся в первичные сперматоциты

2. Фаза роста: первичные сперматоциты значительно увеличиваются в объеме, становятся тетраплоидными и, отделяясь от базальной мембраны, смещаются в направлении просвета канальца. Почта сразу же они вступают в длительную (около 22 дней) профазу 1-го деления мейоза, которая включает стадии лептотены, зиготены, пахитены, диплотены и диакинеза. В течение пахитены происходит кроссинговер - обмен частей парных хроматид, обеспечивающий генетическое разнообразие гамет.

3. Фаза созревания включает два последовательных деления мейоза: в результате 1-го (редукционного) образуются вторичные сперматоциты, а 2-го (эквационного) - сперматиды. Вторичные сперматоциты - меньших размеров, чем первичные, располагаются ближе к просвету канальца и содержат диплоидный набор ДНК. Второе деление проходит без редупликации хромосом практически сразу же за 1-м и приводит к образованию сперматид - сравнительно мелких клеток с гаплоидным набором ДНК.

4. Фаза формирования (спермиогенеза) заключается в постепенном преобразовании сперматид в зрелые половые клетки - спермии (сперматозоиды). При этом происходит ряд изменений в ядре и цитоплазме клетки:

1. уплотнение хроматина (благодаря замещению гистонов негистоновыми белками), уменьшение ядра, приобретение им грушевидной формы;

2. образование акросомы - плоского мембранного мешочка, содержащего ряд литических ферментов, необходимых для растворения оболочки яйцеклетки. Акросома - производное комплекса Гольджи, формирующего изначально акросомальные гранулы, которые, сливаясь, образуют акросомальный пузырек, прилежащий к будущей передней поверхности ядра и постепенно распластывающийся по ней в виде шапочки;

3. формирование жгутика дистальной центриолью, образующей аксонему хвостика (после перемещения обеих центриолей к заднему полюсу ядра); проксимальная центриоль располагается во вдавлении ядерной оболочки;

4. изменение формы и расположения митохондрий, которые из удлиненных и диффузно разбросанных по цитоплазме сперматиды, становятся спиралевидными и сосредотачиваются вокруг плотных волокон в формирующемся промежуточном отделе, тесно прилегая друг к другу;

5. удаление избыточной цитоплазмы, содержащей органеллы и липидные включения, из формирующихся спермиев в виде так называемых остаточных (резидуальных) телец, которые выделяются в просвет канальца.

Волнообразное течение сперматогенеза (вдоль семенного канальца) проявляется в преобладании той или иной фазы в определенных его участках и формировании характерных ассоциаций клеток. У человека, в отличие от животных, волна сперматогенеза распространяется не по всему канальцу, а лишь по части его окружности.

Дозревание спермиев (в течение 10-15 сут. в хвосте придатка) с приобретением ими способности к движению и оплодотворению яйцеклетки происходит в придатке семенника. Двигательная активность спермиев в просвете протока, однако, угнетается веществами, секретируемыми его клетками. Секреты дополнительных половых желёз (простаты, семенных пузырьков и бульбоуретральных желёз) вместе с созревшими и сформированными сперматозоидами составляют семенную жидкость – эякулят.

Гормональная регуляция

Сложный процесс сперматогенеза регулируется гонадотропными гормонами гипофиза и стероидными гормонами яичка. После полового созревания гипоталамус начинает выделять гонадотропный рилизинг-гормон, под влиянием которого гипофиз секретирует фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), стимулирующий развитие и функционирование клетки Сертоли и лютеинизирующий гормон (ЛГ), стимулирующий клетки Лейдига к выработке тестостерона. Усиление выработки тестостерона через механизмы отрицательной обратной связи угнетает секрецию ЛГ передней долей гипофиза и ЛГ-РГ (рилизинг-гормон) гипоталамусом. Тестостерон оказывает воздействие на развитие клеток Сертоли, а также на предшественники половых клеток (в ассоциации с андроген-связывающим белком, выделяемым клетками Сертоли). Продуцируемые клетками Лейдига андрогены регулируют также развитие и функцию добавочных желез половой системы, обеспечивают развитие вторичных половых признаков и анаболический эффект, определяют (в значительной мере) либидо н половое поведение. Окситоцин, также в небольшом количестве вырабатываемый клетками Лейдига, контролирует сократительную активность миоидных перитубулярных клеток извитого семенного канальца. Ингибин и эстрадиол, образующийся в клетках Сертоли, подавляют гипофиз к выработке ФСГ и клетки Лейдига к выработке тестостерона. Морфофункциональное состояние яичка регулируется гормонами аденогипофиза — ФСГ и ЛГ, причём уровень гормонов постоянный, имеются лишь незначительные колебания.

Факторы, влияющие на сперматогенез:

1. Гормоны: сперматогенез протекает лишь в присутствии ФСГ, ЛГ и высоких концентраций тестостерона.

2. Возраст: сперматогенез начинается в период полового созревания и продолжается в течение всей жизни, нередко до старости, хотя интенсивность его обычно снижается после 50 лет.

3. Температура: сперматогенез нормально протекает при пониженной (на 3°С по сравнению с телом) температуре, что соответствует ее уровню в мошонке Он угнетается при повышении температуры, (например, при ношении излишне теплой одежды). По этой же причине он нарушен при неопущении яичка в мошонку (крипторхизме), хотя нередко нельзя исключить и роль давления на него окружающих тканей.

4. Внешние воздействия: сперматогенез угнетается при стрессе, неполноценном питании, а также под действием облучения, различных интоксикаций, в том числе при курении и алкоголизме, при различных инфекциях и воспалительных заболеваниях половых путей. После нарушения сперматогенеза возможно полное его восстановление, если сохранились наиболее устойчивые к повреждающим факторам стволовые клетки (сперматогонии). В контрацептивных целях применяют вещества (например, госсипол), обратимо угнетающие сперматогенез, а также операцию вазэктомии (перевязки семявыносяшего протока), вызывающую атрофию сперматогенных клеток. При этом клетки Сертоли устойчивы к действию разнообразных повреждающих факторов и сохраняются в канальцах при гибели сперматогенных клеток.

5. Некоторые генетические нарушения - делеции Y-хромосомы, мутации локуса фактора азооспермии (AZF) и т. п.

Перевязка семявыносящего протока (вазэктомия) - один из наиболее распространенных в мире методов мужской стерилизации - не только нарушает транспорт спермиев из яичка, но не приводит к атрофии сперматогенных клеток (вследствие повышенного давления жидкости и в результате аутоиммунного процесса). По этой причине восстановительные операции после вазэктомии часто неэффективны.

Современные тенденции сперматогенеза

В последние десятилетия наблюдается общая тенденция снижения сперматогенной функции у европейских мужчин. В США обнаружены выраженные географические различия показателя концентрации спермиев между отдельными штатами (с колебаниями от 131,5 до 72,7 млн/мл).

Существуют критерии оценки эякулята, используемые также в клиниках ЭКО для отбора нормальной донорской спермы. Объем эякулята должен быть более 2 мл; концентрация сперматозоидов в 1 мл более 80 млн.; доля подвижных форм более 60%, доля нормальных форм более 60%; криотолерантность (выживаемость сперматозоидов после заморозки).

Различные патологии спермы:

1. Анэякуляция — отсутствие эякулята (спермы).

2. Азооспермия — отсутствие сперматозоидов в эякуляте. Различают секреторную азооспермию, когда сперматозоиды в яичках не образуются, и обструктивную азооспермию, когда сперматозоиды образуются, но не извергаются вследствие непроходимости семявыносящих путей.

3. Олигоспермия — недостаточное количество (объём) спермы. По нормам ВОЗ объём составляет не менее 1.5 мл.

4. Олигозооспермия — недостаточное количество сперматозоидов в сперме. По нормам ВОЗ концентрация сперматозоидов в сперме составляет не менее 15 млн/мл.

5. Астенозооспермия — недостаточная подвижность сперматозоидов. По нормам ВОЗ доля подвижных сперматозоидов в сперме составляет не менее 40 %.

6. Некроспермия - отсутствие живых сперматозоидов.

7. Криптоспермия - наличие единичных подвижных сперматозоидов в эякуляте.

8. Тератозооспермия — повышенное количество морфологически ненормальных сперматозоидов. По нормам ВОЗ доля морфологически нормальных сперматозоидов в сперме составляет не менее 40%.

9. Пиоспермия - повышенное количество лейкоцитов в сперме вследствие воспалительного процесса.

Для эякулята с нормальными значениями количества, подвижности и морфологии сперматозоидов применяют термин "нормоспермия". Избыточное количество сперматозоидов в эякуляте (более 200 млн в 1 мл) обозначаю

Приложение

Рис. 9. Строение семенника макаки (Х40).

Рис. 10. Строение семенника барана (Х40)