Проникновение сперматозоидов через шейку матки. Капациитация и акросомальная реакция
Во время эякуляции сперматозоиды, вышедшие из хвоста придатка яичка, смешиваются с секретами различных добавочных желез в определенной последовательности и попадают в область наружного отверстия цервикального канала и заднего свода влагалища. Сперматозоиды первой порции эякулята характеризуются существенно лучшей подвижностью и выживаемостью, чем сперматозоиды последующих порций. Большинство сперматозоидов проникает через слой шеечной слизи в течение 15-20 мин после эякуляции. Способность к миграции через границу между семенной жидкостью и шеечной слизью во многом зависит от специфического характера движений сперматозоида.
После проникновения сперматозоидов в шеечную слизь дальнейшая их селекция основана на отличии характера движения нормальных и анормальных клеток. Она начинается и модифицируется в дальнейшем после появления внутри слоя шеечной слизи первого сперматозоида. Чувствительность шеечной слизи к проникновению в нее сперматозоидов циклична: она повышается за 4 дня до начала овуляции и резко снижается после ее завершения. Максимальную чувствительность регистрируют в день достижения пиковой концентрации ЛГ и за день до этого. В полость матки сперматозоиды проникают через внутреннее отверстие цервикального канала за счет собственной подвижности. Отсюда они попадают к месту оплодотворения в ампуле фаллопиевой трубы или в самой трубе.
Эксперименты на крысах и кроликах показали, что сперматозоиды, попадающие в женские половые пути, сначала неспособны к проникновению в яйцеклетку. Для этого им необходимо провести там определенное время. Совокупность клеточных или физиологических реакций, которые должны произойти в сперматозоиде, чтобы он стал способным к оплодотворению, называют капацитацией. Сюда входят способность к совершению акросомальной реакции, связыванию с белочной оболочкой (БО) и приобретению гипермобильности. Скорее всего, механизм капацитации выработался в процессе эволюции как следствие развития системы хранения неактивной спермы в хвосте придатка яичка.
Сама по себе капацитация не характеризуется какими-либо морфологическими изменениями, даже на ультраструктурном уровне. Она представляет собой изменения молекулярной организации интактной плазмолеммы сперматозоида, которые позволяют ему подвергнуться акросомальной реакции в ответ на адекватный стимул. При капацитации происходит удаление факторов семенной жидкости, покрывающей поверхность сперматозоида, модификация поверхностного заряда, модификация мембраны сперматозоида, стеролов, липидов и гликопротеинов, а также лежащей непосредственно под ней акросомальной мембраны. При капацитации также повышается количество свободного внутриклеточного кальция.
Изменения метаболизма сперматозоида, повышение количества 3',5'-циклической монофосфатазы и активацию акросомальных ферментов тоже считают компонентами капацитации. Начало процесса капацитации сперматозоида in vivo, по-видимому, происходит при прохождении через цервикальную слизь. В конечном счете сперматозоиды приобретают гипермобильность, что проявляется в увеличении скорости их передвижения и амплитуды жгутикообразных движений хвоста. Все это необходимо для предотвращения прикрепления к эпителию маточных труб и для проникновения сквозь яйценосный холмик и белочную оболочку (БО).
Капацитация может также произойти при культивировании в среде, содержащей соответствующие энергетические субстраты, и в присутствии белка и биологически активных жидкостей, например сыворотки крови или фолликулярной жидкости. In vitro капацитация спермы занимает около 2 ч. Дальнейшие модификации происходят при приближении сперматозоида к яйцеклетке.
За счет акросомальной реакции сперматозоид приобретает способность к проникновению через белочную оболочку (БО). Кроме того, к слиянию подготавливается плазмолемма, лежащая над инертным экваториальным сегментом, что способствует взаимодействию с оолеммой. Появляются определенные точки слияния между наружной акросомальной мембраной и плазматической мембраной. Слияние начинается позади и вокруг передней границы экваториального сегмента, который никогда не принимает участия в реакции. Изменения, обозначаемые термином «акросомальная реакция», подготавливают сперматозоид к слиянию с мембраной яйцеклетки. К акросомальной реакции сперматозоид подготавливается за счет удаления холестерина с поверхностной мембраны.
Кроме того, в процессе слияния сперматозоида с белочной оболочкой (БО) у человека принимают участие D-маннозасвязывающие лектины.
Таким образом, все вышеописанные серии последовательных изменений необходимы для превращения стволовых клеток в полностью зрелые, функционально активные сперматозоиды, обладающие всеми нужными качествами, чтобы оплодотворить яйцеклетку.
Следовательно, процессы в яичках можно представить следующим образом:
• Яичко — иммунотолерантный орган. Гематотестикулярный барьер обеспечивает создание необходимой для сперматогенеза среды. Сперматозоиды образуются в семенных канальцах.
• Процесс дифференцировки сперматогониев в сперматозоиды называют сперматогенезом. Он осуществляется за счет как митотического, так и мейотического деления, а также интенсивного клеточного ремоделирования.
• У человека сперматогенез начинается во время полового созревания и продолжается всю жизнь.
• Сперматогенез обеспечивает продукцию генетического материала, необходимого для размножения. Мейоз обеспечивает генетическое разнообразие.
• Внутри сперматогенного эпителия сосуществует несколько циклов сперматогенеза.
• По всей длине семенного канальца имеется лишь несколько поперечных срезов, в которых происходит одновременное высвобождение сперматозоидов.
• Образование спермы — процесс непрерывный, а не импульсный.
• Сперматозоиды — высокоспециализированные клетки, не способные к росту и делению.
• Сперматогенез поддерживается за счет различных внутренних и внешних механизмов регуляции.
• До того как приобрести способность к оплодотворению яйцеклетки, сперматозоиды подвергаются серии клеточных или физиологических изменений, в том числе капацитации и акросомальной реакции.
• Придаток яичка играет роль всего лишь накопителя сперматозоидов, поскольку сперматозоиды, которые никогда не проходили через придаток, сохраняют способность к оплодотворению яйцеклетки in vitro.
• Компоненты пищи, лекарственные средства, гормоны и их метаболиты, повышенная температура мошонки, токсичные вещества и рентгеновское излучение могут нарушать или разрушать сперматогенез.
