Вероятность фертилизации зависит от времени полового сношения относительно момента овуляции. Это обусловлено тем, что после эякуляции сперма сохраняет жизнеспособность 3—5 дней, а ооцит — порядка 24 часов. Оптимальным местом фертилизации являются фаллопиевы трубы, поскольку это увеличивает возможность имплантации зиготы в наиболее благоприятное для ее развития место матки — на задней стенке в верхней ее трети. Сперматозоиды, попавшие во влагалище женщины во время полового акта, примерно через 30 мин после эякуляции достигают устьев фаллопиевых труб, а еще через 15 мин —их ампулярной части, где обычно происходит оплодотворение яйцеклетки.
В репродуктивном тракте мужчины сперматозоиды имеют низкую оплодотворяющую способность. Нормальная оплодотворяющая способность сперматозоидов формируется после эякуляции в женском репродуктивном тракте. Формирование нормальной оплодотворяющей способности сперматозоидов, или капацитация, происходит в результате образования спермы, т. е. смешивания сперматозоидов с семенной жидкостью во влагалище, а также во время продвижения сперматозоидов через слизь шейки матки. Продвижению сперматозоидов в просвете фаллопиевых труб способствуют собственная двигательная активность сперматозоидов и направленные в сторону каудального отдела труб волны сокращения гладких мышц стенки яйцевода.
Двигательная активность сперматозиодов, находящихся в каудальной части фаллопиевых труб, возрастает через несколько минут после овуляции. Это свидетельствует о том, что ооцит или фолликулярные клетки высвобождают сигнальные факторы, которые активируют подвижность сперматозоидов (хемотаксис) и направляют их в зону оплодотворения. Только небольшая часть сперматозоидов человека (2—12 %) обладает хемотаксисом, т. е. реагирует на хемостимуляцию фолликулярными факторами. Поэтому в оплодотворении ооцита избирательно участвуют только капацитированные сперматозоиды. Следующим физиологическим процессом, предшествующим фертилизации, является акросомальная реакция сперматозодида.
Рис. 16.11. Акросомальная реакция сперматозоида.
Zona pellucida ооцита связывается с рецепторами мембраны головки сперматозоида (например, спермадгезином — СА). Активированные рецепторы мембраны сперматозоида при участии Gi-белка стимулируют мембранный белок, транспортирующий Н+-ионы из цитоплазмы сперматозоидов, что увеличивает в ней рН (1). Активация рецепторов мембраны сперматозоида стимулирует образование вторичных посредников инозитол-3-фосфата (ИФЗ), а также циклического аденозин-монофосфата. ИФЗ открывает кальциевые ионные каналы акросомы и мембраны сперматозоида. В результате в цитоплазме сперматозоида повышается концентрация ионов Са2+. Вторичные посредники стимулируют образование энзимов, вызывающих разрушение мембраны акросомы и головки сперматозоида. Акросомальная реакция модулируется прогестероном и у-аминомасляной кислотой. При этом прогестерон является основным регулятором проницаемости кальциевых ионных каналов мембраны головки сперматозоида. Открывание калиевых потенциалзависимых ионных каналов (2) гиперполяризует мембрану головки сперматозоида и инактивирует потенциалзависимые кальциевые ионные каналы. АР — акросома, ФИ2 — фосфатидилинозитол, ДАГ — диацилглицерол.
Физиологическая роль акросомальной реакции заключается в слиянии акросомальной мембраны сперматозоида с наружной мембраной его головки и формировании в обеих мембранах пор, через которые способны выходить из сперматозоида акросомальные энзимы. Эти энзимы способны разрушать контакты между гранулезными клетками холмика (cumulus oophorus), внутри которого находится ооцит, формируя путь проникновения к нему сперматозоида через толстую прозрачную оболочку (zona pellucida). Основным физиологическим активатором акросомальной реакции сперматозоида является zona pellucida, гликопротеины которой связываются с олигосахаридами полипептидов мембраны сперматозоида.
Физиологическим эффектом связывания рецепторов zona pellucida с мембраной головки сперматозоида является увеличение концентрации ионов Са2+ сперматозоида. Молекулярный механизм этого процесса связан с открытием Т-типа потенциалзависимых кальциевых ионных каналов в мембране головки сперматозоида в результате ее деполяризации (непрямой эффект связывания рецепторов zona pellucida с рецепторами мембраны сперматозоида, действие прогестерона). Прогестерон в наибольшей степени влияет на увеличение концентрации ионов Са2+ внутри сперматозоида человека, так как активирует натриевые ионные каналы и, таким образом, вызывает деполяризацию мембраны сперматозоидов.
Прогестерон увеличивает взаимодействие у-аминомасляной кислоты с ГАМКА-рецепторами мембраны сперматозоидов, что увеличивает выход ионов хлора из цитоплазмы и также усиливает деполяризацию их мембраны.
Через открытые каналы ионы Са2+ диффундируют внутрь сперматозоида по концентрационному градиенту из внеклеточной среды. Увеличение концентрации ионов Са2+ внутри сперматозоида происходит за счет высвобождения ионов из депо акросомы при участии системы семейства Gi-бел-ков, вторичного посредника инозитол-3-фосфата, цАМФ и при условии высокого внутриклеточного рН (рис. 16.11). Инозитол-3-фосфат и цАМФ изменяют активность соответственно протеинкиназы С и протеинкиназы А, что приводит к фосфорилированию различных протеинов (протеолитический фермент акрозин, нейраминидаза и гиалуронидаза), которые вызывают образование пор в мембране сперматозоида, выходят во внеклеточную среду и растворяют толстую оболочку ооцита.
Проникновение головки сперматозоида через отверстие в zona pellucida вызывает диффузию ионов Са2+ из головки сперматозоида во внеклеточную среду, окружающую ооцит. В присутствии ионов Са2+ из ооцита высвобождаются субстанции, которые изменяют свойства поверхностных гликопротеинов zona pellucida, что препятствует проникновению через нее других сперматозоидов. Изменение свойств поверхностных гликопротеинов zona pellucida называется зональной реакцией и свидетельствует о том, что ооцит оплодотворен одним сперматозоидом. В момент зональной реакции из ооцита высвобождается проядро ооцита (второе полярное тельце) (см. рис. 16.1) с гаплоидным числом хромосом и происходит его слияние с проядром сперматозоида, также содержащего гаплоидное число хромосом. В результате образуется зигота с диплоидным числом хромосом.
