Оплодотворение у человека

Оплодотворение у человека - это процесс соединения человеческой яйцеклетки и сперматозоида, происходящее обычно в ампуле маточной трубы. Итогом данного соединения является образование зиготы (оплодотворенной яйцеклетки), которая запускает процесс пренатального развития. Динамика человеческого оплодотворения была открыта в девятнадцатом веке

Процесс оплодотворения предполагает слияние сперматозоида с яйцеклеткой. Самой распространенной последовательностью зачатия является эякуляция во время полового акта, происходящего с овуляцией и завершается оплодотворением. Возможны различные варианты данного процесса, которые отличаются от классического процесса оплодотворения и включают искусственное (экстракорпоральное) оплодотворение или ЭКО, внешняя эякуляция без совокупления, совокупление вскоре после овуляции. После столкновения вторичного ооцита, акросома сперматозоида выделяет ферменты, которые помогают ему проникнуть через внешний желеобразный слой яйцеклетки. Плазма сперматозоида сливается с плазматический мембраной яйцеклетки, происходит отделение головки сперматозоида от жгутика, после чего яйцеклетка проходит вниз по маточной трубе к матке.

Экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) заключается в оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом вне матки - в пробирке.

Как происходит зачатие

Происходит проникновение сперматозоида через лучистую корону яйцеклетки, слой фолликулярных клеток на внешней стороне вторичного ооцита. Оплодотворение происходит во время слияние ядра сперматозоида и ядра яйцеклетки, после чего образуется диплоидная клетка - зигота. Удачное слияние гамет влечет создание нового организма.

В месте проникновения сперматозоида ооплазма вытягивается в конической форме, называемой конусом приема или конусом притяжения. После прохождения одного сперматозоида периферийная часть ядра яйцеклетки изменяется в мембрану, предотвращая проникновение туда других сперматозоидов.

В начале процесса оплодотворения сперма претерпевает ряд изменений. Первоначально сперматозоиды плохо подготовлены для оплодотворения. Сперматозоиды должны пройти так называемую капацитацию в репродуктивном тракте женщины в течении нескольких часов, что должно повысить его моторику и дестабилизировать мембрану, подготовив его к акросомной реакции, ферментативному проникновению через плотную мембрану яйцеклетки, зоны пеллюцида, окружающих яйцеклетку.

После прохождения лучистой короны, сперматозоид достигает зоны пеллюцида, являющейся внеклеточной матрицей гликопротеинов. Специальная молекула на головке сперматозоида связывается с гликопротеином ZP3 в зоне пеллюцида. Это соединение заставляет акросому лопнуть, высвобождая ферменты, которые помогают сперматозоиду пройти через зону пеллюцида.

Во время оплодотворения яйцеклетка также проявляет определенную активность. После того, как сперматозоиды находят свой путь через зону пеллюцида происходит кортикальная реакция. Происходит сливание кортикальных гранул внутри вторичного ооцита с плазматической мембраной клетки, в результате чего ферменты, находящиеся внутри этих гранул изгоняются экзоцитозом в зоны пеллюцида. Это в свою очередь приводит к тому, что гликопротеины в зоне пеллюцида соединяются друг с другом, ферменты вызывают гидролиз ZP2 в ZP2f, что делает всю матрицу трудно проницаемой для сперматозоидов. Данный процесс предотвращает оплодотворение яйцеклетки более чем одним сперматозоидом. Кортикальная и акросомная реакции необходимы, чтобы яйцеклетка была оплодотворена только одним сперматозоидом.

Далее сперматозоид проникает в цитоплазму яйцеклетки, также называемой овоцитом. При это кортикальная реакция предотвращает попадание других сперматозоидов в эту зону. На данном этапе овоцит претерпевает свое второе мейозное деление, производя гаплоиды яйцеклетки и выпуская полярное тельце. В этот момент ядро сперматозоида сливается с ядром яйцеклетки, происходит объединение их генетических материалов.

В ходе подготовки к слиянию генетического материала сперматозоида и яйцеклетки происходит его преобразование. Ооциты завершают свое второе мейозное деление, что приводит к зрелой яйцеклетки. На данном этапе ядро ооцита называется протоядром. Хвост и митохондрии сперматозоида вырождаются с образованием мужского протоядра. Именно поэтому все митохондрии в организме человека женского происхождения. Но, несмотря на это значительное количество РНК сперматозоида доставляется к эмбриону и вероятно оказывает определенное влияние на развитие плода, а также на фенотип потомства.

Протоядро мигрирует по направлению к центру ооцита, быстро реплицируя его ДНК, для того, чтобы подготовить зиготу для своего первого митотического деления.

Мужское и женское протоядра не сливаются, несмотря на то, что их генетические материалы объединяются. Вместо этого происходит растворение их мембран, ликвидируя барьеры между мужскими и женскими хромосомами. В ходе этого растворения между ними формируется митотический шпиндель. Шпиндель производи захват хромосом прежде, чем они растворятся в цитоплазме яйцеклетки. В дальнейшем происходит митоз, включающий в себя вытягивание от хроматид к центриолям в анафазе, клетка собирает мужской и женский генетический материал. Как видно первый митоз объединения яйцеклетки и сперматозоида фактически заключается в соединении их хромосом

Каждая из двух образовавшихся в ходе этого митоза дочерних клеток имеет одну копию каждого хроматида, образовавшегося на предыдущем этапе. Они являются генетически одинаковыми.

Оплодотворение является нулевой точкой отсчета начала развития плода и определяет момент от которого отсчитывается срок беременности.

Искусственное (экстракорпоральное) оплодотворение или ЭКО

ЭКО является вспомогательной репродуктивной технологией, заключающейся в оплодотворении яйцеклетки вне тела, например в пробирке. Как правило используется в случае наличия бесплодия. При ЭКО яйцеклетку извлекают из женского организма и производят ее искусственное оплодотворение в пробирке. После этого от 2 до 5 дней эмбрион держат в специальном инкубаторе, а затем помещают в матку, где происходит его дальнейшее развитие.

Для успешного ЭКО необходимо получить несколько яйцеклеток. У женщины в ходе одного менструального цикла созревает только одна яйцеклетка. Поэтому для стимулирования созревания нескольких яйцеклеток применяют специальные гормональные препараты.

О созревании яйцеклеток судят по размерам фолликулов яичника. При их увеличении до 16-20 мм производят извлечение яйцеклеток методом пункции фолликулов яичника. Полученную в результате пункции фолликулов жидкость исследуют под микроскопом с целью обнаружения яйцеклеток. Далее полученные яйцеклетки отмывают от фолликулярной жидкости и переносят в специальный сосуд (чашка Петри), в котором содержится культуральная среда. Далее сосуд помещают в специальный инкубатор, где происходит ожидание внесения сперматозоидов. После внесения сперматозоидов один из них оплодотворяет яйцеклетку и начинаются процессы описанные выше.