Запліднення

Запліднення — це процес злиття чоловічої та жіночої гамет. Запліднення відбу­вається в ампулярній частині маткової труби.

Ооцит, який виштовхується з фолікула разом з оточуючими його клітинами гра­нульози ділянки яйценосного горбка, потрапляє в ампулу маткової труби.

Сперматозоїди зберігають здатність до запліднення в жіночих статевих шляхах протягом кількох діб. Вони швидко проникають із піхви в шийку матки, матку і маткові труби, що зумовлено руховою активністю хвостів сперматозоїдів у шийко­вому слизу та скороченнями мускулатури матки і маткової труби. Для спермато­зоїдів, які опиняються у матковій трубі, перешийок служить резервуаром, а рух із цієї ділянки до ампули є синхронізованим процесом.

Сперматозоїди, які щойно потрапили у жіночі статеві шляхи, не здатні до заплід­нення ооцита. Для набуття здатності до запліднення їм треба здійснити капацита- цію і акросомну реакцію.

Капацитація — це хімічна модифікація (кондиціонування) поверхні спермато­зоїдів і сім’яної рідини у жіночих статевих шляхах. У людини цей процес триває близько 7 год. Суть капацитації, яка відбувається в матковій трубі, полягає у взає­модії між сперматозоїдом і поверхнею слизової оболонки маткової труби. При цьо­му глікопротеїнове покриття і білки сім’яної рідини видаляються з плазматичної мембрани акросомної ділянки сперматозоїда. Тільки капацитовані сперматозоїди можуть пройти крізь променистий вінець ооцита і здійснити акросомну реакцію.

Акросомна реакція відбувається після зв’язування сперматозоїда з прозорою зо­ною і зумовлюється білками останньої.

Запліднення складається з трьох фаз, або стадій:

1) пенетрація променистого вінця;

2) пенетрація прозорої зони;

3) злиття мембран ооцита і сперматозоїда.

У стадії 1 із 200-300 млн сперматозоїдів, які потрапляють у жіночі статеві шляхи при сім’явипорскуванні, лише 300-500 досягають місця запліднення і тільки один з них запліднює яйцеклітину; інші сперматозоїди, можливо, допомагають йому про­никнути крізь бар’єри, що оточують ооцит. Капацитовані сперматозоїди легко про­никають через клітини променистого вінця.

У стадії 2 прозора зона — глікопротеїнова оболонка, що оточує ооцит, забезпечує зв’язування сперматозоїдів та індукує акросомну реакцію. Зв’язування спермато­зоїдів з прозорою зоною індукується лігандом ZP3, білком прозорої зони і рецепто­рами сперматозоїда. Вивільнення акросомних ензимів (акрозину) дозволяє сперма­тозоїду проникнути крізь прозору зону і вступити в контакт з плазматичною мемб­раною ооцита. Після взаємодії голівки сперматозоїда з поверхнею ооцита проникність прозорої зони змінюється. Результатом цієї взаємодії є секреція лізосомних фер­ментів кортикальних гранул, що містяться під плазмолемою ооцита. Ці ферменти викликають зміну властивостей прозорої зони (зона — реакція), що запобігає пенет- рації інших сперматозоїдів та інактивує видоспецифічні сайти рецепторів спермато­зоїдів на поверхні прозорої зони. У прозору зону можуть заглиблюватися багато сперматозоїдів, але лише один із них проникає в ооцит.

У стадії 3 первинна адгезія сперматозоїда з ооцитом частково опосередковується взаємодією інтегринів поверхні ооцита та їхніх лігандів на сперматозоїді. Відразу після адгезії відбувається злиття цитоплазматичних мембран сперматозоїда та яйце­клітини. Оскільки плазматична мембрана акросомної ділянки сперматозоїда зникає в результаті акросомної реакції, зливаються мембрана ооцита і мембрана задньої частини голівки сперматозоїда.

Рис. 5.6. Три фази пенетрації яйцеклітини сперматозоїдом

хвіст сперматозоїда, тимчасом як плазмолема сперматозоїда залишається фіксова­ною до поверхні ооцита. На проникнення сперматозоїда ооцит реагує трьома проце­сами:

1. Кортикальна реакція та зона-реакція. Внаслідок викидання з ооцита корти­кальних гранул, у яких містяться лізосомні ферменти, мембрана ооцита стає непро­никною для інших сперматозоїдів і прозора зона змінює свою структуру та склад, запобігаючи зв’язуванню і проникненню інших сперматозоїдів. Цей механізм запобі­гає поліспермії (проникненню в ооцит більш ніж одного сперматозоїда).

2. Поновлення другого мейотичного поділу. Одразу після входження сперматозоїда ооцит завершує свій другий мейотичний поділ. Одна з дочірніх клітин майже не отримує цитоплазми — друге полярне тільце, інша — є дефінітивним ооцитом. Хро­мосоми дефінітивного ооцита (22+Х) утворюють пухирчасте ядро — жіночий про­нуклеус (рис. 5.7).

3. Метаболічна активація яйцеклітини. Фактор активації, можливо, вноситься сперматозоїдом. Активація після злиття ооцита зі сперматозоїдом включає в себе первинні клітинні і молекулярні процеси, пов’язані з раннім ембріогенезом.

Після проникнення через оболонки ооцита сперматозоїд рухається вперед, до досягнення тісної близькості з жіночим пронуклеусом. Ядро сперматозоїда набухає і утворює чоловічий пронуклеус, тимчасом як хвіст відокремлюється і дегенерує. Морфологічно чоловічий і жіночий пронуклеуси розрізнити неможливо. Вони всту­пають у тісний контакт, втрачають ядерні оболонки і реплікують свої ДНК. Одразу після синтезу ДНК хромосоми утворюють веретено поділу і готуються до мітозу. Материнські (23) і батьківські (23) двохроматидні хромосоми розщеплюються по­здовжньо в ділянці центромери. Сестринські хроматиди рухаються до протилежних полюсів, забезпечуючи кожну клітину двоклітинного зародка нормальною диплоїд- ною кількістю хромосом і ДНК.

Рис. 5.7. Ооцит безпосередньо після овуляції

Отже, основні результати запліднення включають такі процеси:

1) відновлення диплоїдного набору хромосом, половина з яких походить від батька, половина — від матері. Утворена зигота містить нову комбінацію хромосом, що відрізняється від генотипу батьків;

2) визначення статі нового індивіда. Сперматозоїд, що несе Х-хромосому, обу­мовлює розвиток ембріона жіночої статі (ХХ), а сперматозоїд, що несе Y-хромосо­му, ембріона чоловічої статі (XY);

3) початок дроблення. Якщо запліднення не відбувається, ооцит зазвичай дегене­рує через 24 год після овуляції.

Клінічні кореляції. Проблема неплідності торкається 15-30 % подружніх пар. Чо­ловіча неплідність зумовлена аномаліями кількості і якості сперматозоїдів. У нормі еякулят має об’єм 3-4 мл і містить 100 млн сперматозоїдів. Якщо кількість сперма­тозоїдів < 50 млн в еякуляті (або < 20 млн в 1 мл сперми), має місце олігозооспермія і чоловіча неплідність. Жіноча неплідність може бути зумовлена анатомічними чин­никами (непрохідність маткових труб та ін.), відсутністю овуляції (ановуляцією), несприятливим впливом цервікального слизу на сперматозоїди; імунітетом до спер­матозоїдів та іншими причинами.

При екстракорпоральному заплідненні, або фертилізації in vitro (IVF), ріст фолі­кулів у яєчниках стимулюють введенням гонадотропінів; забирають ооцити перед овуляцією, вміщують їх у культуральне середовище і додають сперматозоїди. Заплід­нені яйцеклітини культивують до 8-клітинної стадії, а потім імплантують у матку. Ембріони доімплантаційних стадій є нечутливими до дії тератогенних чинників, тому ризик вад розвитку при здійсненні маніпуляцій при екстракорпоральному за­плідненні не збільшується. До інших методів екстракорпорального запліднення на­лежать пересадка гамет у маткову трубу (GIFT) або пересадка зиготи у маткову трубу (ZIFT). При олігозооспермії або азооспермії виконують ін’єкцію єдиного спер­матозоїда в цитоплазму яйцеклітини — інтрацитоплазматичну ін’єкцію сперматозої­да (ICSI).