ОПЛОДОТВОРЕНИЕ    [ fertilization ]

     Оплодотворение - это процесс слияния мужской половой клетки (сперматозоид, спермий) и женской половой клетки (яйцеклетка, овоцит), в результате которого возникает новая клетка - зигота, то есть оплодотворенная яйцеклетка, или одноклеточный зародыш.

СИСТЕМА РЕПРОДУКЦИИ: ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Мужская половая система = Male reproductive system.

2. Женская половая система = Female reproductive system.

3. Половой акт = Sexual act, sexual intercourse, heterosexual intercourse.

4. Оплодотворение = Fertilization.

4.1. Предимплантационное развитие оплодотворённой яйцеклетки = Preimplantation development of fertilized ovum.

4.2. Имплантация оплодотворённой яйцеклетки = Preimplantation development of fertilized ovum.

5. Беременность = Pregnancy.

6. Роды = Parturition.

7. Развитие новорожденного ребёнка = New-born child development.

8. Лактация = Lactation.

9. Грудное вскармливание ребенка = Breastfeeding.

10. Физикальная оценка новорожденного = Newborn physical assessment.

11. Контрацепция = Contraception.

     В естественных нормальных условиях оплодотворению предшествует половой акт, завершающийся эякуляцией, в результате которой сперма мужчины попадает в половые пути женщины. Сперма изливается глубоко во влагалище, вблизи шейки матки. Объём эякулята (извергнутой спермы) - в норме составляет ~3 мл. Для успешного оплодотворения количество сперматозоидов (спермий) в сперме должно быть не менее 150 млн, а их концентрация в 1 мл спермы ~20 ÷ 200 млн. При этом для слияния с яйцеклеткой необходим только один из них. Остальные сперматозоиды обеспечивают бо́льшую надёжность оплодотворения. После копуляции количество сперматозоидов, находящихся в половых путях женщины прогрессивно уменьшается по направлению от влагалища к дистальному концу маточной трубы.
     Сперматозоиды проходят из влагалища в матку и доходят до верхнего конца фаллопиевых труб за пять минут благодаря сокращениям матки и труб. Как полагают, эти сокращения инициируются окситоцином, выделяющимся во время полового акта, и локальным воздействием простагландинов, содержащихся в семенной жидкости, на матку и фаллопиевы трубы. Спермии сохраняют жизнеспособность в женских половых путях в течение ~24 ÷ 72 ч, но остаются высокофертильными лишь ~12 ÷ 24 ч. Оплодотворение обычно происходит в верхней части фаллопиевой трубы.
      Процесс оплодотворения разделяют на три последовательные фазы: 1) дистантное взаимодействие гамет и их сближение; 2) контактное взаимодействие гамет и активизация яйцеклетки; 3) вхождение сперматозоида в яйцо и последующее слияние гамет - сингамия.
     Первая фаза (дистантное взаимодействие гамет) обеспечивается хемотаксисом - действием совокупности специфических факторов, увеличивающих вероятность контакта половых клеток. Важную роль в этом хемотаксисе принадлежит гамонам - химическим веществам, вырабатываемым половыми клетками. Установлено, что яйцеклетки выделяют пептиды, способствующие привлечению сперматозоидов. Сразу после эякуляции сперматозоиды не способны к проникновению в яйцеклетку до тех пор, пока не произойдет капацитация - приобретение спермиями оплодотворяющей способности. Капацитация происходит в течение приблизительно семи часов под действием секрета женских половых путей. В процессе капацитации с плазмалеммы спермия в области акросомы удаляются гликопротеины и протеины семенной плазмы, что способствует акросомальной реакции. В механизме капацитации большое значение принадлежит действию гормонов, прежде всего прогестерона (гормон желтого тела), активизирующего секрецию железистых клеток яйцеводов. Во время капацитации происходят связывание холестерола цитолеммы спермия альбуминами женских половых путей и обнажение биохимических рецепторов половых клеток.
     Оплодотворение происходит в ампулярной части яйцевода. Оплодотворению предшествует осеменение - дистантное взаимодействие и сближение гамет, обусловленное хемотаксисом.
     Вторая фаза оплодотворения - контактное взаимодействие, во время которого сперматозоиды вращают яйцеклетку. Многочисленные спермии приближаются к яйцеклетке и вступают в контакт с её оболочкой. Яйцеклетка начинает совершать вращательные движения вокруг своей оси со скоростью ~4 оборота в минуту. Эти движения обусловлены биением жгутиков сперматозоидов, которые продолжаются около ~12 ч.
     В процессе контактного взаимодействия мужской и женской половых клеток в спермиях происходит акросомальная реакция. Она заключается в слиянии наружной мембраны акросомы с передними двумя третями поверхности плазмалеммы спермия. Затем мембраны разрываются в области слияния и в среду высвобождаются ферменты акросомы. Запуск второй фазы оплодотворения происходит под влиянием сульфатированных полисахаридов блестящей (прозрачной) зоны. Они вызывают поступление ионов кальция и натрия в головку спермия, замещение ими ионов калия и водорода и разрыв мембраны акросомы. Прикрепление спермия к яйцеклетке происходит под влиянием углеводной группы фракции гликопротеинов прозрачной зоны яйцеклетки. Рецепторы спермия для прозрачной зоны представляют собой фермент гликозилтрансферазу. Этот фермент, находящийся на поверхности акросомы головки сперматозоида, «узнаёт» сахар N-ацетилглюкозамин - рецептор женской половой клетки. Плазматические мембраны в месте контакта половых клеток сливаются и происходит плазмогамия - объединение цитоплазм обеих гамет.
     Сперматозоиды при контакте с яйцеклеткой могут связывать десятки тысяч молекул гликопротеида Zp3. При этом отмечается запуск акросомальной реакции. Акросомальная реакция характеризуется повышением проницаемости плазмалеммы спермия к ионам Са²⁺ и её деполяризацией. Это способствует слиянию плазмалеммы с передней мембраной акросомы.
     Блестящая зона овоцита оказывается в непосредственном контакте с акросомальными ферментами. Ферменты разрушают блестящую зону, спермий проходит через разрыв и входит в перивителлиновое пространство, расположенное между блестящей зоной и плазмалеммой яйцеклетки. Через несколько секунд изменяются свойства плазмалеммы яйцеклетки, и начинается кортикальная реакция, а ещё через несколько минут наступает зонная реакция, в процессе которой изменяются свойства блестящей зоны.
     При оплодотворении в яйцеклетку проникает лишь один сперматозоид. Такое явление называется моноспермией. Оплодотворению способствуют сотни других, принимающих участие в осеменении, сперматозоидов. Ферменты, выделяемые из акросом, - спермолизины (трипсин, гиалуронидаза) разрушают лучистый венец, расщепляют гликозаминогликаны прозрачной зоны яйцеклетки. Отделяющиеся фолликулярные клетки склеиваются в конгломерат, который вслед за яйцеклеткой перемещается по маточной трубе благодаря мерцанию ресничек эпителиальных клеток слизистой оболочки маточной трубы.
     Третья фаза оплодотворения - сингамия. В овоплазму проникают головка и промежуточная часть хвостового отдела. После вхождения сперматозоида в овоцит на периферии овоплазмы происходит её уплотнение (зонная реакция) и образуется оболочка оплодотворения.
     Кортикальная реакция - это слияние плазмалеммы яйцеклетки с мембранами кортикальных гранул. В результате этого содержимое из гранул выходит в перивителлиновое пространство и воздействует на молекулы гликопротеидов блестящей зоны. Вследствие этой зонной реакции молекулы Zp3 модифицируются и утрачивают способность быть рецепторами спермиев. Образуется оболочка оплодотворения толщиной ~50 нм, препятствующая полиспермии, то есть проникновению других спермиев. Механизм кортикальной реакции включает приток ионов натрия через участок мембраны сперматозоида, встроенный в поверхность яйцеклетки после завершения акросомальной реакции. В результате отрицательный мембранный потенциал клетки становится слабоположительным. Приток ионов натрия обусловливает высвобождение ионов кальция из внутриклеточных депо и увеличение его содержания в гиалоплазме яйцеклетки. Вслед за этим начинается экзоцитоз кортикальных гранул. Высвобождающиеся из них протеолитические ферменты разрывают связи между блестящей зоной и плазмалеммой яйцеклетки, а также между спермиями и прозрачной зоной. Кроме того, выделяется гликопротеид, связывающий воду и привлекающий её в пространство между плазмалеммой и блестящей зоной. Вследствие этого формируется перивителлиновое пространство. Наконец, выделяется фактор, способствующий отвердению прозрачной зоны и образованию из нее оболочки оплодотворения.
     Благодаря механизмам предотвращения полиспермии только одно гаплоидное ядро сперматозоида получает возможность слиться с одним гаплоидным ядром яйцеклетки, что приводит к восстановлению характерного для всех клеток диплоидного набора хромосом. Проникновение сперматозоида в яйцеклетку через несколько минут значительно усиливает процессы внутриклеточного метаболизма, что связано с активизацией её ферментативных систем. Это служит стимулом для завершения второго деления мейоза, и овоцит второго порядка становится зрелым яйцом. При этом образуется также второе полярное тельце, которое тотчас же дегенерирует, а хвост сперматозоида рассасывается в цитоплазме ядра. Ядра обеих гамет превращаются в пронуклеусы и сближаются. Мембраны пронуклеусов разрушаются, а отцовские и материнские хромосомы прикрепляются к образовавшимся нитям веретена. К этому времени оба гаплоидных набора, содержащих у человека по 23 хромосомы, уже реплицировались, и возникшие в результате 46 пар хроматид выстраиваются по экватору веретена, как в метафазе митоза. Слияние пронуклеусов называется кариогамией и продолжается около ~12 ч. На этой стадии восстанавливается диплоидное число хромосом. После слияния женского и мужского пронуклеусов оплодотворенное яйцо получает название зиготы (одноклеточный зародыш). Зигота проходит стадии анафазы и телофазы и завершает свое первое митотическое деление. Следующий за этим цитокинез приводит к образованию из одноклеточного зародыша двух диплоидных дочерних клеток. Уже на стадии зиготы выявляются презумптивные зоны (лат.: presumptio - вероятность, предположение) как источники развития соответствующих участков бластулы, из которых в дальнейшем формируются зародышевые листки.
     Дробление и образование бластулы. Проходя по фаллопиевым трубам в матку, зигота дробится. Дробление зиготы - это последовательное митотическое деление одноклеточного зародыша на дочерние клетки - бластомеры. Независимо от количества образованных бластомеров они не растут. В пределах неизменного объёма материнской клетки бластомеры остаются её взаимодействующими элементами, уменьшающимися в размерах с увеличением количества дробящихся бластомеров. Дробление зиготы начинается к концу первых суток после оплодотворения. При этом образуется два бластомера, покрытых оболочкой оплодотворения. За стадией двух бластомеров следует стадия трех, четырёх и т.д. бластомеров. Многократное полное неравномерное и асинхронное дробление медленно завершается через ~30 ч.
     С первых же дроблений зиготы формируются два вида бластомеров - «темные» бластомеры и «светлые» бластомеры. «Светлые», более мелкие, бластомеры дробятся быстрее и располагаются одним слоем вокруг скопления крупных «темных» бластомеров. Из поверхностных «светлых» бластомеров в последующем развивается трофобласт. Трофобласт связывает зародыш с материнским организмом и обеспечивает питание зародыша. Совокупность внутренних, "темных", бластомеров (внутренняя клеточная масса) даёт начало эмбриобласту. Из эмбриобласта развивается тело зародыша и некоторые внезародышевые органы (амнион, желточный мешок, аллантоис).
     После трёх суток дробление ускоряется, и на четвёртые сутки зародыш состоит из ~7 ÷ 12 бластомеров. Через ~50 ÷ 60 ч образуется плотное скопление клеток - морула. На ~3 ÷ 4-е сутки из морулы начинается формирование пузырька - бластоцисты, полость которой бластоцель заполняется жидкостью из яйцевода. Бластоциста в течение ~3 сут перемещается по яйцеводу к матке и через ~4 сут попадает в полость матки. Бластоциста находится в полости матки в свободном виде в течение ~2 дней, (5-е ÷ 6-е сутки после овуляции). За это время прозрачная зона исчезает и клетки трофобласта бластоцисты могут вступить в контакт с клетками слизистой оболочки матки (эндометрий). Эта стадия развития зародыша обозначается как свободная бластоциста. Во время нее количество бластомеров (клеток эмбриобласта и трофобласта) бластоцисты увеличивается до ста и более. Соответственно увеличиваются размеры бластоцисты. Эмбриобласт бластоцисты располагается в виде узелка зародышевых клеток («зародышевый узелок»), прикреплённого изнутри к трофобласту на одном из полюсов бластоцисты. Клетки трофобласта бластоцисты получают питательные вещества из эндометрия матки и интенсивно размножаются. Этим завершается стадия свободной бластоцисты и начинается имплантация зародыша в слизистую оболочку матки (эндометрий).
     На ~6-й ÷ 9-й день после овуляции, бластоциста погружается в стенку матки и располагается между клетками эндометрия. Этот процесс называют имплантацией. Клетки трофобласта дифференцируются на два слоя: из клеток наружного слоя образуются ворсинки трофобласта, которые врастают в эндометрий. Участки эндометрия между этими ворсинами образуют сообщающиеся друг с другом полости называемые лакунами. Это придает ворсинчатой области эндометрия сходство с губкой. Под действием гидролитических ферментов, выделяемых структурой бластоциста-эндометрий, стенки артериальных и венозных сосудов эндометрия расплавляются. Вытекающая из кровеносных сосудов кровь заполняет лакуны. На ранних стадиях развития бластоцисты обмен питательными веществами, кислородом и конечными продуктами (отходами) метаболизма между клетками бластоцисты и материнской кровью в стенке матки происходит через ворсинки трофобласта. На более поздних стадиях развития эту функцию принимает на себя плацента.