Сперма, сперматозоиды. Их жизнь...
Вместо предисловия. Итак, все мы с детства знаем, что женщины беременеют от попадания спермы в их организм. Причем носителями мужской генетической информации являются сперматозоиды, которые созревают в яичках. Это известно мировой биологической науке лет 300. Надо сказать, что по объему сперматозоидов в эякуляте не так уж и много. Когда в лабораторных условиях сперму центрифугируют и сперматозоиды выпадают в осадок, их объем составляет процентов 5 от всего объема спермы. Остальное - секрет семенных пузырьков, предстательной железы, бульбоуретральных желез. Там содержатся масса высоко и низкомолекулярных веществ, обеспечивающих сперматозоидам нормальные условия существования, источники энергии, защиту от кислой среды влагалища и от иммунологической атаки женского организма, вещества для дозревания и пригодности к оплодотворению.
Часть первая. Жизнь сперматозоида в мужском организме.
Сперматозоид созревает 72 - 74 дня. Первые этапы - это многочисленные деления (вначале митозом, потом 2 деления мейоза) в канальцах яичка. Так, мужская половая клетка, называемая на данном этапе развития сперматидой, получает характерный для нее половинный набор хромосом. И, в принципе, пригодна к оплодотворению, если кто-то (эмбриолог, например) заставит ее проникнуть в яйцеклетку. Чтобы зачатие произошло естественным способом, мужская половая клетка должна обладать 3 свойствами. Во-первых, способностью добраться до яйцеклетки, во-вторых, проникнуть через оболочки яйцеклетки и, при всем при том сохранить в целости и сохранности бесценный отцовский генетический материал. Все эти свойства сперматиды приобретают при прохождении через придаток яичка. У них отрастает хвост, формируется моторный аппарат, уменьшается головка, созревает головная шапочка - акросома с набором ферментов для разъедания оболочек яйцеклетки, поплотнее компонуется ДНК для сохранности в чужеродном женском организме. Получаются зрелые сперматозоиды. Однако в придатке яичка они живут тихо, как мышки: почти не шевелятся, мало дышат, берегут себя до попадания к женщине. Если сперматозоиды засидятся слишком долго в мужском организме, они состарятся и будут непригодны к оплодотворению.
Практические выводы:
Сперматозоид зреет долго - 2,5 месяца, поэтому при планировании беременности необходимо исключать вредные воздействия (антибиотики, цитостатики, противовоспалительные препараты, производственную вредность) заранее.
По мнению большинства ученых, оптимальный для зачатия количественный и качественный состав сперматозоидов получается при половой жизни раз в два дня. Поэтому, при нерегулярной половой жизни супругов (из-за командировок на 2 недели и более, например) вероятность зачатия уменьшается. Впрочем, по нашему опыту и по данным литературы вариабельность показателей эякулята очень велика. У разных мужчин число сперматозоидов различается в десятки раз, у одного и того же мужчины концентрация, подвижность, морфология сперматозоидов могут различаться в 2-3 раза в зависимости от срока полового воздержания, интенсивности физической или эмоциональной нагрузки.
Здесь же хотелось бы отвлечься от основного повествования на проблему "ухудшения" качества спермы за последние 50 лет. Такие факты часто приводят как специальной, так и в популярной литературе. Мне думается, что все не так уж плохо. Откуда мы знаем о составе спермы 50 лет назад? Из архивов банков спермы. Однако здесь возникают 2 “но”. Первое: каким был срок полового воздержания при сдаче спермы. Часто 4-5 дней, именно такие сроки рекомендуют справочники по андрологии или лабораторной диагностики прошлых лет. А нынче ВОЗ рекомендует воздержание при лабораторном исследовании спермы 2-3 дня. Чем отличаются эякуляты после воздержания в 2 или 5 дней автор этих строк наблюдает под микроскопом каждый день (при большем сроке полового воздержания число сперматозоидов растет, но ухудшается их подвижность и морфология). Второе “но”. А кто ходит сдавать сперму в банк спермы? Мужчины сексуально раскрепощенные, с сильной половой конституцией (далеко не всем нравиться мастурбировать в банку) и к тому же отобранные медицинской комиссией. То есть, у кого сперматозоидов было не достаточно много по стандартам тех лет, даже при наличии детей, просто не попали в банк спермы, и, соответственно в исследования по изучению мужской фертильности (плодовитости, значит) прошлых лет.
А собственно зачем в эякуляте десятки и сотни миллионов сперматозоидов, если для оплодотворения достаточного одного - часто задают нам вопрос. См. часть 2.
Часть вторая. Жизнь сперматозоида в женском организме.
Сперматозоиды оживают, приступают к активному движению и, соответственно метаболизму от контакта со спермальной плазмой, который происходит в момент эякуляции. Чтобы встретится с яйцеклеткой, сперматозоиду предстоит пройти путь через канал шейки матки, полость матки и большую часть маточной трубы. Этому продвижению во многом способствует сокращение гладкой мускулатуры женского генитального тракта. Продвигаясь вглубь женского организма и все менее контактируя со спермальной плазмой, сперматозоиды начинают готовиться к возможному оплодотворению.
Происходят изменения на поверхности их головки, хвостики начинают сверхактивно биться, что способствует в дальнейшем узнаванию яйцеклетки и проникновению в нее - так называемая капацитация (от англ. сap - шапочка). Капацитация является лишь первым этапом готовности сперматозоидов. Второй этап готовности к оплодотворению включат дальнейшие ультраструктурные и биохимические изменения ни поверхности головки сперматозоида (слияние плазменной мембраны с наружной акросомальной мембраной, формирование гибридных мембранных пузырьков, потерю акросомальной шапочки). Данные изменения называются акросомной реакцией. После ее прохождения сперматозоиды полностью пригодны к оплодотворению, проявляют хемотаксис к яйцеклетке (узнают по запаху) и способны разрушить ее оболочки. Отсутствие способности к прохождению акросомной реакции сперматозоидов, даже при всех остальных нормальных параметрах спермограммы является фактором бесплодия.Классическим примером является бесплодие, обусловленное приемом антигепертензивных препаратов группы нифедипина. Действуя по механизму блокаторов кальциевых каналов, данные лекарства препятствуют прохождению акросомной реакции сперматозоидами, делая своих потребителей временно бесплодными.
Однако если капацитировавшие сперматозоиды можно сравнить с полуфабрикатом, довольно долго пригодным к употреблению, то после прохождения акросомной реакции сперматозоды актвны всего 2 - 3 часа. И если за это время им не встретиться яйцеклетка (которая, кстати, живет 2 дня после выхода из яичника) то они пропадают безвозвратно. К счастью для сохранности рода человеческого, второй этап дозревания сперматозоидов происходит не со всеми клетками сразу, а спонтанно то с одними, то с другими (как атомы радиоактивных элементов распадаются не все сразу). Созревшая яйцеклетка является индуктором акросомной реакции.
Яйцеклетку окружают множество сперматозоидов и дружно лизируют ее оболочки своими акросомальными ферментами: гиалуронидазой, акрозином и др. (Кстати, препарат лидазу, применяемый для лизиса рубцов делают из семени быков...). Как только один сперматозоид проникает в яйцеклетку, формируется блок полиспермии - нам же не нужны дети с тройным и более набором хромосом. Наиболее быстро преграда проникновения дополнительных сперматозоидов обеспечивается электрическими изменениями в мембране яйцеклетки, чуть позже - химическими и структурными.
Ядра сперматозоида и яйцеклетки, называемые теперь мужским и женским пронуклеусом, соответственно, сближаютя, сливаютя и начинают дробиться. Толчок к дроблению зиготы дают некоторые содержащиеся на поверхности сперматозоида белки.
Дробящаяся зигота за 7-8 дней спускается в полость матки и прикрепляется к ней (имплантация, зачатие, conception). С этого момента начинают эффективно работать тесты на беременность.
Практические выводы:
Итак, сперматозоидов нужно много, потому что: не все они доходят до маточной трубы, не все сразу созревают, большое количество сперматозоидов участвует в лизисе оболочек яйцеклетки.
Сперматозоиды могут прожить в женском организме и сохранить оплодотворяющую способность несколько дней. Поэтому день зачатия и день оплодотворения могут не совпадать.
В ряде случаев при лабораторном исследовании спермы, все показатели могут быть близкими к норме, а мужчина все равно бесплодным, из-за невидимых тонких биохимических нарушений.
Сперматозоиды в семенной жидкости передвигаются самостоятельно. Однако не известно, как они ведут себя, попав в женские половые пути: двигаются ли постоянно или иногда прекращают движение; получают ли вещества, необходимые для восстановления ушедшей на движение энергии, из продуктов среды, в которой живут, или вместе с семенной жидкостью. Но так как мы знаем, что сохраняемые в инкубаторе при температуре тела и предохраняемые от высыхания сперматозоиды остаются живыми более 8 суток и в этот период находятся в постоянном движении, то можно предположить, что они сохраняют свою подвижность в течение всего времени присутствия в женских половых путях.
Продолжительность жизни сперматозоидов в организме определяется исследователями по-разному. Одни авторы считают, что она составляет 24-36 часов, другие - 8-14 дней.
Под микроскопом скорость передвижения сперматозоида составляет приблизительно 3 мм в минуту, т. е. за секунду он продвигается на длину своего тела. При передвижении расходуется много энергии, так как сперматозоид вынужден преодолевать препятствия и двигаться против течения. А поскольку мерцательные реснички женских маточных труб задают направление этого течения, то сперматозоиды всегда перемещаются в сторону яичника. Капиллярный характер этого течения, естественно, уменьшает их скорость. Считается, что в матке сперматозоиды за 3 минуты проходят 1-1,5 см, т. е. чтобы выйти из семенной массы, попасть в маточный зев и оттуда подняться в маточную полость, сперматозоиду надо приблизительно 1,5-3 часа. Несколько часов спустя их можно найти в боковой части маточной трубы, где они соединяются с яйцеклеткой. В яйцеклетку проникает только один сперматозоид, его головка сливается с ядром, и это слияние, в сущности, и есть оплодотворение.
Если эти расчеты считать правильными, то оплодотворение происходит не ранее, чем через 8 часов после полового акта. Возникает вопрос,: спустя какой промежуток времени оплодотворение не может происходить, если, конечно, не было повторного совокупления? Ответ не из легких. Но результаты наблюдений дают основание полагать, что этот промежуток может быть очень продолжительным. Вполне возможно, что сперматозоид может оплодотворять яйцо даже через 8-10 дней после совокупления. Некоторые исследователи считают, что в случае, если половой акт имел место до менструации, сперматозоиды могут выжить в трубе и оплодотворить яйцо уже в после менструальный период. Безоговорочно отбрасывать эту гипотезу нельзя, особенно если речь идет о ранней овуляции. В настоящее время принято считать, что сперматозоиды могут оставаться подвижными в шеечной слизи или трубе 7-8 дней, но их оплодотворяющая способность сохраняется примерно 24 часа.
Что же происходит со сперматозоидами, которые не попали в яйцеклетку? Ведь яйцеклетка может принять только один сперматозоид и после этого закрывается для всех остальных. А так как при каждом совокуплении во влагалище поступает 200- 500 миллионов сперматозоидов, то понятно, что несметное их количество погибает. Часть сперматозоидов покидает влагалище вместе со спермой, которая из него вытекает. Оставшаяся, тоже значительная, часть быстро гибнет во влагалище под воздействием высокой кислотности влагалищных выделений. Сперматозоиды могут жить лишь при умеренной кислотности, которая бывает во влагалище в определенные моменты, а также в слабой щелочной среде спермы, маточной слизи, трубной жидкости.
Погибшие сперматозоиды разлагаются. Их остатки вытекают из влагалища либо удаляются промыванием. С другой стороны, продукты их распада, так же как и другие вещества, содержащиеся в сперме, всасываются вагинальной стенкой и поступают в организм.
Незначительная часть сперматозоидов попадает в матку и двигается к трубам, но большинство их погибает по пути. Так как восприимчивость слизистой оболочки матки к продуктам распада спермы больше, чем у вагинальных стенок, некоторые сперматозоиды проникают непосредственно в эту оболочку. Их обнаруживали там между клетками на всех стадиях распада, и ясно, что в таком состоянии они еще лучше всасываются и пополняют соки организма.
В конечном счете, очень незначительное число сперматозоидов добирается до маточных труб. И там все они, кроме одного, который, оплодотворяет яйцо, погибают. Однако никто не отмечал их наличия в слизистой оболочке труб. Вероятно, остатки мертвых сперматозоидов выносятся капиллярным течением в матку.
Некоторые сперматозоиды, способные дольше сопротивляться и обладающие наибольшей подвижностью, иногда достигают брюшной полости.
Как показали опыты с вводом спермы в брюшную полость, там сперматозоиды пожираются фагоцитами (белыми кровяными тельцами), обеспечивающими защиту организма, перевариваются и исчезают приблизительно в течение двадцати часов.
Часть первая. Жизнь сперматозоида в мужском организме.
Сперматозоид созревает 72 - 74 дня. Первые этапы - это многочисленные деления (вначале митозом, потом 2 деления мейоза) в канальцах яичка. Так, мужская половая клетка, называемая на данном этапе развития сперматидой, получает характерный для нее половинный набор хромосом. И, в принципе, пригодна к оплодотворению, если кто-то (эмбриолог, например) заставит ее проникнуть в яйцеклетку. Чтобы зачатие произошло естественным способом, мужская половая клетка должна обладать 3 свойствами. Во-первых, способностью добраться до яйцеклетки, во-вторых, проникнуть через оболочки яйцеклетки и, при всем при том сохранить в целости и сохранности бесценный отцовский генетический материал. Все эти свойства сперматиды приобретают при прохождении через придаток яичка. У них отрастает хвост, формируется моторный аппарат, уменьшается головка, созревает головная шапочка - акросома с набором ферментов для разъедания оболочек яйцеклетки, поплотнее компонуется ДНК для сохранности в чужеродном женском организме. Получаются зрелые сперматозоиды. Однако в придатке яичка они живут тихо, как мышки: почти не шевелятся, мало дышат, берегут себя до попадания к женщине. Если сперматозоиды засидятся слишком долго в мужском организме, они состарятся и будут непригодны к оплодотворению.
Практические выводы:
Сперматозоид зреет долго - 2,5 месяца, поэтому при планировании беременности необходимо исключать вредные воздействия (антибиотики, цитостатики, противовоспалительные препараты, производственную вредность) заранее.
По мнению большинства ученых, оптимальный для зачатия количественный и качественный состав сперматозоидов получается при половой жизни раз в два дня. Поэтому, при нерегулярной половой жизни супругов (из-за командировок на 2 недели и более, например) вероятность зачатия уменьшается. Впрочем, по нашему опыту и по данным литературы вариабельность показателей эякулята очень велика. У разных мужчин число сперматозоидов различается в десятки раз, у одного и того же мужчины концентрация, подвижность, морфология сперматозоидов могут различаться в 2-3 раза в зависимости от срока полового воздержания, интенсивности физической или эмоциональной нагрузки.
Здесь же хотелось бы отвлечься от основного повествования на проблему "ухудшения" качества спермы за последние 50 лет. Такие факты часто приводят как специальной, так и в популярной литературе. Мне думается, что все не так уж плохо. Откуда мы знаем о составе спермы 50 лет назад? Из архивов банков спермы. Однако здесь возникают 2 “но”. Первое: каким был срок полового воздержания при сдаче спермы. Часто 4-5 дней, именно такие сроки рекомендуют справочники по андрологии или лабораторной диагностики прошлых лет. А нынче ВОЗ рекомендует воздержание при лабораторном исследовании спермы 2-3 дня. Чем отличаются эякуляты после воздержания в 2 или 5 дней автор этих строк наблюдает под микроскопом каждый день (при большем сроке полового воздержания число сперматозоидов растет, но ухудшается их подвижность и морфология). Второе “но”. А кто ходит сдавать сперму в банк спермы? Мужчины сексуально раскрепощенные, с сильной половой конституцией (далеко не всем нравиться мастурбировать в банку) и к тому же отобранные медицинской комиссией. То есть, у кого сперматозоидов было не достаточно много по стандартам тех лет, даже при наличии детей, просто не попали в банк спермы, и, соответственно в исследования по изучению мужской фертильности (плодовитости, значит) прошлых лет.
А собственно зачем в эякуляте десятки и сотни миллионов сперматозоидов, если для оплодотворения достаточного одного - часто задают нам вопрос. См. часть 2.
Часть вторая. Жизнь сперматозоида в женском организме.
Сперматозоиды оживают, приступают к активному движению и, соответственно метаболизму от контакта со спермальной плазмой, который происходит в момент эякуляции. Чтобы встретится с яйцеклеткой, сперматозоиду предстоит пройти путь через канал шейки матки, полость матки и большую часть маточной трубы. Этому продвижению во многом способствует сокращение гладкой мускулатуры женского генитального тракта. Продвигаясь вглубь женского организма и все менее контактируя со спермальной плазмой, сперматозоиды начинают готовиться к возможному оплодотворению.
Происходят изменения на поверхности их головки, хвостики начинают сверхактивно биться, что способствует в дальнейшем узнаванию яйцеклетки и проникновению в нее - так называемая капацитация (от англ. сap - шапочка). Капацитация является лишь первым этапом готовности сперматозоидов. Второй этап готовности к оплодотворению включат дальнейшие ультраструктурные и биохимические изменения ни поверхности головки сперматозоида (слияние плазменной мембраны с наружной акросомальной мембраной, формирование гибридных мембранных пузырьков, потерю акросомальной шапочки). Данные изменения называются акросомной реакцией. После ее прохождения сперматозоиды полностью пригодны к оплодотворению, проявляют хемотаксис к яйцеклетке (узнают по запаху) и способны разрушить ее оболочки. Отсутствие способности к прохождению акросомной реакции сперматозоидов, даже при всех остальных нормальных параметрах спермограммы является фактором бесплодия.Классическим примером является бесплодие, обусловленное приемом антигепертензивных препаратов группы нифедипина. Действуя по механизму блокаторов кальциевых каналов, данные лекарства препятствуют прохождению акросомной реакции сперматозоидами, делая своих потребителей временно бесплодными.
Однако если капацитировавшие сперматозоиды можно сравнить с полуфабрикатом, довольно долго пригодным к употреблению, то после прохождения акросомной реакции сперматозоды актвны всего 2 - 3 часа. И если за это время им не встретиться яйцеклетка (которая, кстати, живет 2 дня после выхода из яичника) то они пропадают безвозвратно. К счастью для сохранности рода человеческого, второй этап дозревания сперматозоидов происходит не со всеми клетками сразу, а спонтанно то с одними, то с другими (как атомы радиоактивных элементов распадаются не все сразу). Созревшая яйцеклетка является индуктором акросомной реакции.
Яйцеклетку окружают множество сперматозоидов и дружно лизируют ее оболочки своими акросомальными ферментами: гиалуронидазой, акрозином и др. (Кстати, препарат лидазу, применяемый для лизиса рубцов делают из семени быков...). Как только один сперматозоид проникает в яйцеклетку, формируется блок полиспермии - нам же не нужны дети с тройным и более набором хромосом. Наиболее быстро преграда проникновения дополнительных сперматозоидов обеспечивается электрическими изменениями в мембране яйцеклетки, чуть позже - химическими и структурными.
Ядра сперматозоида и яйцеклетки, называемые теперь мужским и женским пронуклеусом, соответственно, сближаютя, сливаютя и начинают дробиться. Толчок к дроблению зиготы дают некоторые содержащиеся на поверхности сперматозоида белки.
Дробящаяся зигота за 7-8 дней спускается в полость матки и прикрепляется к ней (имплантация, зачатие, conception). С этого момента начинают эффективно работать тесты на беременность.
Практические выводы:
Итак, сперматозоидов нужно много, потому что: не все они доходят до маточной трубы, не все сразу созревают, большое количество сперматозоидов участвует в лизисе оболочек яйцеклетки.
Сперматозоиды могут прожить в женском организме и сохранить оплодотворяющую способность несколько дней. Поэтому день зачатия и день оплодотворения могут не совпадать.
В ряде случаев при лабораторном исследовании спермы, все показатели могут быть близкими к норме, а мужчина все равно бесплодным, из-за невидимых тонких биохимических нарушений.
Сперматозоиды в семенной жидкости передвигаются самостоятельно. Однако не известно, как они ведут себя, попав в женские половые пути: двигаются ли постоянно или иногда прекращают движение; получают ли вещества, необходимые для восстановления ушедшей на движение энергии, из продуктов среды, в которой живут, или вместе с семенной жидкостью. Но так как мы знаем, что сохраняемые в инкубаторе при температуре тела и предохраняемые от высыхания сперматозоиды остаются живыми более 8 суток и в этот период находятся в постоянном движении, то можно предположить, что они сохраняют свою подвижность в течение всего времени присутствия в женских половых путях.
Продолжительность жизни сперматозоидов в организме определяется исследователями по-разному. Одни авторы считают, что она составляет 24-36 часов, другие - 8-14 дней.
Под микроскопом скорость передвижения сперматозоида составляет приблизительно 3 мм в минуту, т. е. за секунду он продвигается на длину своего тела. При передвижении расходуется много энергии, так как сперматозоид вынужден преодолевать препятствия и двигаться против течения. А поскольку мерцательные реснички женских маточных труб задают направление этого течения, то сперматозоиды всегда перемещаются в сторону яичника. Капиллярный характер этого течения, естественно, уменьшает их скорость. Считается, что в матке сперматозоиды за 3 минуты проходят 1-1,5 см, т. е. чтобы выйти из семенной массы, попасть в маточный зев и оттуда подняться в маточную полость, сперматозоиду надо приблизительно 1,5-3 часа. Несколько часов спустя их можно найти в боковой части маточной трубы, где они соединяются с яйцеклеткой. В яйцеклетку проникает только один сперматозоид, его головка сливается с ядром, и это слияние, в сущности, и есть оплодотворение.
Если эти расчеты считать правильными, то оплодотворение происходит не ранее, чем через 8 часов после полового акта. Возникает вопрос,: спустя какой промежуток времени оплодотворение не может происходить, если, конечно, не было повторного совокупления? Ответ не из легких. Но результаты наблюдений дают основание полагать, что этот промежуток может быть очень продолжительным. Вполне возможно, что сперматозоид может оплодотворять яйцо даже через 8-10 дней после совокупления. Некоторые исследователи считают, что в случае, если половой акт имел место до менструации, сперматозоиды могут выжить в трубе и оплодотворить яйцо уже в после менструальный период. Безоговорочно отбрасывать эту гипотезу нельзя, особенно если речь идет о ранней овуляции. В настоящее время принято считать, что сперматозоиды могут оставаться подвижными в шеечной слизи или трубе 7-8 дней, но их оплодотворяющая способность сохраняется примерно 24 часа.
Что же происходит со сперматозоидами, которые не попали в яйцеклетку? Ведь яйцеклетка может принять только один сперматозоид и после этого закрывается для всех остальных. А так как при каждом совокуплении во влагалище поступает 200- 500 миллионов сперматозоидов, то понятно, что несметное их количество погибает. Часть сперматозоидов покидает влагалище вместе со спермой, которая из него вытекает. Оставшаяся, тоже значительная, часть быстро гибнет во влагалище под воздействием высокой кислотности влагалищных выделений. Сперматозоиды могут жить лишь при умеренной кислотности, которая бывает во влагалище в определенные моменты, а также в слабой щелочной среде спермы, маточной слизи, трубной жидкости.
Погибшие сперматозоиды разлагаются. Их остатки вытекают из влагалища либо удаляются промыванием. С другой стороны, продукты их распада, так же как и другие вещества, содержащиеся в сперме, всасываются вагинальной стенкой и поступают в организм.
Незначительная часть сперматозоидов попадает в матку и двигается к трубам, но большинство их погибает по пути. Так как восприимчивость слизистой оболочки матки к продуктам распада спермы больше, чем у вагинальных стенок, некоторые сперматозоиды проникают непосредственно в эту оболочку. Их обнаруживали там между клетками на всех стадиях распада, и ясно, что в таком состоянии они еще лучше всасываются и пополняют соки организма.
В конечном счете, очень незначительное число сперматозоидов добирается до маточных труб. И там все они, кроме одного, который, оплодотворяет яйцо, погибают. Однако никто не отмечал их наличия в слизистой оболочке труб. Вероятно, остатки мертвых сперматозоидов выносятся капиллярным течением в матку.
Некоторые сперматозоиды, способные дольше сопротивляться и обладающие наибольшей подвижностью, иногда достигают брюшной полости.
Как показали опыты с вводом спермы в брюшную полость, там сперматозоиды пожираются фагоцитами (белыми кровяными тельцами), обеспечивающими защиту организма, перевариваются и исчезают приблизительно в течение двадцати часов.