Что такое сперматогенез и как он происходит

Сперматогенез — это важный репродуктивный процесс, без понимания которого невозможно установить причину бесплодия мужчины и подобрать требующееся лечение или прибегнуть к методам искусственного оплодотворения. Поговорим о нем подробно в это статье.

Что такое сперматогенез

Для современных супружеских пар проблема мужского бесплодия становится все более актуальной. По данным мировой статистики около половины всех мужчин страдает каким-либо заболеванием, которое влияет на фертильную функцию. Это значит, что каждый второй мужчина в мире теряет способность к зачатию временно или навсегда.

Показатели спермы зависят от сперматогенеза. Если супруги бесплодны, принято считать, что это связано с состоянием здоровья женщины. На самом же деле во многих случаях невозможность пары иметь детей связана именно с мужской инфертильностью. При этом довольно часто мужское бесплодие бывает временным явлением. Временная инфертильность обусловлена рядом безобидных факторов, которые воздействуют на процесс сперматогенеза. Самыми распространенными из них являются: физические перегрузки, нервное перенапряжение и повышение температуры. Подробнее о причинах мужского бесплодия читайте на нашем сайте.

Под сперматогенезом понимают формирование мужских половых клеток. Процесс этот происходит в яичках, а его продолжительность составляет примерно 75 суток. Образование сперматозоидов начинается под воздействием гормонов при половом созревании. Для полноценного сперматогенеза необходима температура примерно 34 градуса. Именно такая температура поддерживается в яичках, находящихся за пределами мужского тела.

Где находятся клетки сперматогенеза

Мужские яички покрывает белочная оболочка, внутрь от нее отходят перегородки, которые образуют дольки. Каждая из них содержит несколько семенных канальцев (от 1 до 4). Они представляют собой трубочки, внутри которых расположен сперматогенный эпителий. Именно здесь и идет процесс образования сперматозоидов.

«Основой» канальца является базальная мембрана, на которой сперматогенный эпителий расположен слоями. Каждый из них является поколением половых клеток. А между ними располагаются клетки Сертоли, выполняющие функцию поддержки. Они необходимы для жизнеобеспечения созревающих сперматозоидов – снабжения их кислородом и питанием в процессе развития. Также клетки Сертоли выполняют и другую функцию – производят белок, который переносит тестостерон.

Схема сперматогенеза

В женском организме подобный процесс созревания половых клеток называется овогенез. Овогенез и сперматогенез тесно связаны. Сходство и отличие сперматогенеза от овогенеза вы можете посмотреть в таблице.

Стадии сперматогенеза

В своем развитии половые клетки проходят 4 этапа: сначала происходит деление, после этого начинается рост, затем следует фаза созревания и завершается процесс формированием сперматозоидов. Расскажем о каждом четырех этапов более подробно:

Деление

Сперматогенез начинается с деления мелких клеток округлой формы, расположенных у базальной мембраны. Клетки эти называются «сперматогонии» и в сущности являются стволовыми клетками для сперматозоидов. Какое-то их число находится в процессе деления, «смещая» дочерние клетки в центр канальца. На этой стадии своего развития мужские клетки имеют 23 пары хромосом. Часть из них (возле базальной мембраны) делится. А остальные дифференцируются, становясь сперматоцитами 1-го порядка, которые по-прежнему имеют набор из 46 хромосом.

Сперматоциты 1-го порядка имеют большие размеры, чем их предшественники. В них начинаются активные обменные процессы, подготавливающие клетки к делению. Происходит синтез ферментов и белков, идет удвоение ДНК.

Созревание

На этом этапе два раза повторяется деление. Первое деление ведет к образованию сперматоцитов 2-го порядка. Хромосом у них все еще имеются 23 пары. В результате еще одного деления дочерним клеткам – сперматидам – достается лишь по одной хромосоме из пары. Этот процесс двойного деления известен под названием «мейоз». Из каждого сперматоцита 1-го порядка формируются четыре сперматиды. Половина таких клеток имеет Х хромосому, которая предопределяет женский пол будущего ребенка. Вторая половина имеет У хромосому, определяющую мужской генотип.

Развивающиеся мужские клетки продолжают поддерживаться клетками Сертоли, которые обеспечивают поступление всех необходимых питательных веществ. Кроме того, между ними существуют мостики из цитоплазмы. Только благодаря этому они могут полноценно формироваться (ведь 23 хромосомы недостаточно для полноценного существования клетки).

Формирование

На этом этапе из сперматид образуются сперматозоиды. Этот процесс имеет место в центре сперматогенного эпителия. У клеток отрастают жгутики, спускающиеся в просвет канальца. В эти жгутики перемещается большая часть митохондрий, которые являются для клеток «энергетическими станциями». Это необходимо для обеспечения энергией «хвостиков», за счет которых половые клетки осуществляют поступательные движения.

При этом комплекс Гольджи, обеспечивающий необходимое содержание ферментов, смещается в обратном направлении – к концу головки. Там происходит его уплотнение, и образуется акросома. В ней присутствуют вещества, способные растворять оболочку яйцеклетки, благодаря чему становится возможным ее оплодотворение. При отсутствии акросомы сперматозоиды не способны к зачатию.

Когда сперматозоиды полностью созревают, цитоплазматический мостик разрушается, и гаметы обретают автономность. Сформировавшиеся половые клетки перемещаются в семявыносящие пути. Там они соединяются с секретом простаты (благодаря которому поддерживается их активность), и в результате эякуляции выходят из организма.

Строение сперматозоида

В результате сперматогенеза образуются сперматозоиды.

В строении мужской половой клетки выделяют 5 элементов: концевая часть аксонемы, хвост, вставочная часть, шейка, головка. В длину сперматозоид достигает 55-60 мкм. А ширина его – 3 мкм.

Главный элемент головки – ядро. Хроматин плотный, высоко конденсированный, среди него могут выявляться мелкие вакуоли и каналы, представляющие собой дефекты конденсации. Конденсация осуществляется за счет замещения гистонов не-гистонными белками, которые содержат аргинин. Благодаря высокой плотности хроматин имеет повышенную сопротивляемость химическим и физическим факторам, в т.ч. ДНК-азе. Он не является активным, поскольку процессы транскрипции РНК и репликации ДНК в нем не происходят. Передняя поверхность оболочки ядра не имеет пор. К ней прилежит акросомальный пузырек. Он формируется из комплекса Гольджи, имеющего вид шапочки на передней поверхности примерно трети ядра. В акросоме находится густое вещество, образованное углеводами и литическими ферментами, без которых невозможно оплодотворение. Ее наружные и внутренние мембраны имеют разный состав ферментативных белков.

Шейка мужской половой клетки расположена между головкой и вставочной частью, где находится ближняя центриоль (возле нижнего полюса ядра) и девять сегментированных колон, соединяющихся толстыми вставками и нитями с девятью волокнами. Дистальная центриоль в форме охватывающего хвост кольца находится на границе между шейкой и вставочной частью.
Вставка представляет собой участок между дистальным кольцом и шейкой. В ней находится осевое волокно, которое проходит через аксонему. Это волокно образовано девятью дуплетами микротрубочек, идущих по периферии, и одной центральной парой. Периферические трубочки снаружи имеют толстое волокно. Волокна протягиваются по всей длине аксонемы (осевой нити), постепенно сужаясь. Соединенные толстыми волокнами митохондрии плотно прилегают друг к другу. Они расположены спиралевидно между плазмолеммой и толстыми волокнами вставочного отдела.

Аксонема протягивается от дистальной центриоли до конечного участка сперматозоида. Длина ее составляет примерно 45 мкм. Вместе с толстыми волокнами она образует волокнистое влагалище по всей протяженности хвоста, концевой участок которого имеет лишь окончания парных микротрубочек в окружении клеточной оболочки.

В аксонеме содержатся взаимодействующие друг с другом при затрате АТФ динеин и тубулины (находящиеся в микротрубочках). Это взаимодействие вызывает скольжение динеиновых ручек по отношению к микротрубочкам, система изгибается, и половая клетка начинает совершать поступательные движения. Кроме того, было выделено еще два сократительных белка, структура которых напоминает строение актина и мышечного миозина. Благодаря этим белкам происходят волнообразные движения аксонемы. Энергию для движения обеспечивают митохондрии вставочного отдела за счет фруктозы, которая используется в гликолитическом цикле.

О строение, подвижности и патологии сперматозоидов расскажет анализ спермограммы.

Гормональные процессы, лежащие в основе сперматогенеза

Деление сперматогоний и сперматоцитов регулируется тестостероном. Этот процесс очень чувствителен к негативному влиянию внешних факторов. При пониженном уровне тестостерона нередко наблюдается бесплодие. При этом простым введением этого гормона ускорить образование сперматозоидов не получится. В подобных случаях необходимо вмешательство на уровне регуляторных гормонов (ХГЧ и ФСГ). Лишь сочетание всех этих веществ помогает вернуть пациенту способность к зачатию.

Ухудшение и улучшение сперматогенеза

Факторы, угнетающие сперматогенез

Нередко процесс сперматогенеза нарушается по таким причинам:

– Прием антибиотиков и антигистаминных препаратов.

– Повышенная температура (при болезни или долгом нахождении в сауне).

– Стрессы и нервное перенапряжение.

– Повышенная физическая и умственная нагрузка.

– Ношение тесного белья, затрудняющего кровообращение и терморегуляцию.

Факторы, улучшающие сперматогенез

Улучшение сперматогенеза можно добиться при соблюдение следующих моментов:

– Пересмотр рациона в пользу белковой диеты.

– Регулярное употребление продуктов пчеловодства.

– Здоровый образ жизни без курения и спиртных напитков.

– Качественное и удобное нижнее белье.

– Чаи на травах и курсы гомеопатии.

– Умеренные спортивные нагрузки.

Стимуляция сперматогенеза

В центрах репродукции и планирования семьи и медицинских клиниках, занимающихся проблемами бесплодия, пациентам могут стимулировать сперматогенез при помощи гормонов. Но эта методика далеко не всегда дает стойкий результат. Кроме того, возможны последствия, связанные с угнетением естественных функций сперматогенеза. Если мозг получает тестостерон извне, он может замедлить производство собственного гормона. И тогда проблема в дальнейшем лишь усугубится.

Сперматогенез — это процесс образования и созревания сперматозоидов — мужских половых клеток. Он происходит в яичках и длится в среднем 75 дней. Впервые этот процесс начинается во время полового созревания под влиянием мужских половых гормонов и продолжается до конца жизни. Для того чтобы сперматогенез протекал нормально, необходима температура около 34 °С, поэтому яички вынесены за пределы тела.

Рис. 1 — Схема сперматогенеза.

Анатомо-физиологические особенности

Яичко покрыто плотной белочной оболочкой, которая создает отходящие внутрь перегородки, формируя дольки. Внутри каждой дольки расположены от 1 до 4 семенных канальца — извитых трубочек со сперматогенным эпителием внутри. Именно там и происходит сперматогенез.

На базальной мембране — «основе» извитого канальца — сперматогенный эпителий располагается в несколько слоев, каждый из которых, по сути, отдельное «поколение» (генерация) сперматозоидов. Между ними находятся поддерживающие клетки — клетки Сертоли. Это «система жизнеобеспечения» формирующихся половых клеток. Клетки Сертоли снабжают будущие сперматозоиды питательными веществами и кислородом все время, пока происходит деление, рост и созревание сперматозоидов. Кроме того, они опосредованно регулируют сперматогенез, вырабатывая белок, переносящий тестостерон.

Стадии сперматогенеза

В процессе сперматогенеза выделяют четыре фазы:

Стадия деления

В самом крайнем ряду, у базальной мембраны, располагаются сперматогонии — мелкие округлые клетки. По сути, это стволовые клетки для будущих гамет. Часть их активно делится, «сдвигая» дочерние клетки к центру извитого канальца. На этом этапе будущие половые клетки содержат полный набор хромосом — 23 пары. Некоторые (те, что остаются у базальной мембраны) продолжают активно делиться, остальные начинают дифференцировку (формирование), превращаясь в сперматоциты первого порядка, все еще имеющие 46 хромосом.

Стадия роста

Сперматоциты первого порядка крупнее своих «прародителей», и в них идет активный обмен веществ, необходимый для подготовки к делению. Синтезируются белки, ферменты, удваивается ДНК.

Стадия созревания

На этой стадии сперматоциты первого порядка делятся дважды. После первого деления образуются сперматоциты второго порядка, имеющие 23 пары хромосом, которые сразу же делятся снова, и на этот раз каждой дочерней клетке — сперматиде — достается только одна хромосома из пары. Такое двойное деление, после которого клетка сохраняет только половинный набор хромосом, называется мейоз. В итоге из одного сперматоцита первого порядка получается 4 сперматиды. Половина из них содержит Х-хромосому, формирующую плод женского пола, половина — У-хромосому, необходимую для мужского генотипа.

Формирующиеся половые клетки по-прежнему крепко связаны с клетками Сертоли, обеспечивающими их питанием. Более того, они продолжают быть связанными и между собой мостиками из цитоплазмы. Это позволяет полноценно созреть и сформироваться клеткам, содержащим всего 23 хромосомы — количество, недостаточное для нормального существования клетки.

Стадия формирования

Формирование сперматозоидов из сперматид происходит в центральных рядах сперматогенного эпителия. Клетки отращивают жгутики, которые «свешиваются» в просвет канальцев. В жгутики смещается большая часть митохондрий — «энергетических станций» клетки. Именно они будут обеспечивать энергией движения «хвостика», обеспечивающие, собственно, возможность поступательного перемещения сперматозоидов, без которого сперма теряет фертильность.

А вот аппарат, обеспечивающий концентрацию ферментов — комплекс Гольджи — наоборот, перемещается к переднему концу головки, уплотняется и создает акросому. В ней содержатся ферменты, которые «растворяют» участок оболочки яйцеклетки, чтобы произошло оплодотворение. Сперматозоиды без акросомы не фертильны.

Только после созревания сперматозоидов разрывается цитоплазматический мостик, соединявший клетки, и полноценная гамета становится полностью автономной.

Зрелые сперматозоиды продвигаются в семявыносящие пути, соединяется с секретом предстательной железы, который обеспечивает подвижность и жизнеспособность сперматозоидов, и покидают организм во время эякуляции.

Гормональная регуляция сперматогенеза

Основной гормон, регулирующий темп деления сперматогоний и сперматоцитов — тестостерон. Сперматогенез — процесс крайне чувствительный к внешним воздействиям и даже субклиническое снижение тестостерона может вызвать бесплодие. Причем простое введение тестостерона не ускоряет сперматогенез, для этого приходится вмешиваться на уровне регуляторных гормонов: хорионического гонадотропина и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ). Только с помощью совместной работы этих гормонов удается восстановить фертильность.

Сперматогенез – это процесс развития мужских половых клеток (сперматозоидов) под воздействием гормонов. Он происходит в мужских половых железах, которые называются семенниками, в семенных канальцах.

Стадии сперматогенеза и их продолжительность

Сперматогенез состоит из четырех стадий. Каждая стадия занимает примерно по 16 дней.

Фаза размножения

Незрелые клетки, находящиеся в семенниках, под воздействием гормонов делятся и превращаются в сперматогонии, клетки обычной формы с ядром внутри. В сперматогониях содержится двойной набор хромосом. Часть клеток остается на «скамье запасных», в резерве, а некоторые начинают расти и делиться, переходя во вторую фазу.

Фаза роста

Сперматогонии сильно увеличиваются в размерах. Изменяясь, они превращаются в сперматоциты первого порядка, которые все еще содержат двойной набор хромосом. Эти клетки смещаются ближе к просвету канальца.

Фаза созревания

После деления клетки становятся двумя сперматоцитами второго порядка, делятся вторично и превращаются в четыре сперматиды. В этих клетках содержится уже одинарный, а не двойной набор хромосом.

Фаза формирования

В последней фазе из сперматид формируются сперматозоиды, имеющие характерное, знакомое всем строение. Таким образом, из одной изначальной клетки, которая имела двойной набор хромосом, формируется четыре сперматозоида с одинарным набором хромосом, который характерен для половых клеток.

Что происходит в процессе сперматогенеза?

Стадии сперматогенеза поэтапно показывают, что в этом процессе под воздействием гормонов из незрелых (так называемых стволовых) клеток через рост и деление образуются мужские половые клетки – сперматозоиды.

Клетка постепенно меняется, вытягивается, растет, делится. В результате ядро превращается в головку сперматозоида, а телом и хвостом его становятся цитоплазма и оболочка клетки.

Все питание – кислород, углеводы, аминокислоты, витамины и другие полезные вещества в обязательном порядке поступают к созревающим сперматозоидам через поддерживающие клетки Сертоли, и продукты обмена тоже уходят через них.

На последней фазе сперматозоид примыкает к питающим его клеткам Сертоли и остается так до полного развития, получая необходимые для его роста и созревания полезные вещества.

Продолжительность сперматогенеза составляет 73-75 суток.

Как происходит сперматогенез?

Когда начинается сперматогенез? Клетки, из которых будут образовываться сперматозоиды, образуются в семенниках еще во время эмбрионального развития. Но процесс сперматогенеза запускается только во время полового созревания (10-14 лет) и происходит у большинства мужчин вплоть до самого конца жизни под воздействием определенных гормонов.

В ткани между семенными канальцами находятся клетки Лейдига, синтезирующие мужской половой гормон тестостерон.

Но для того, чтобы клетки Лейдига начали его вырабатывать, после полового созревания гипоталамус должен синтезировать гормон, под воздействием которого гипофиз будет производить вырабатывать фолликулостимулирующий гормон. Иными словами, регуляция сперматогенеза происходит по принципу домино – гипоталамус запускает процессы в гипофизе, гипофиз – в клетках Лейдига и клетках Сертоли.

Выброс мужских гормонов у мужчин происходит постоянно, на протяжении всей жизни, циклично и регулярно. Соответственно, постоянно и регулярно продолжается и процесс созревания сперматозоидов. В мужском организме всегда есть сперматозоиды в разных стадиях созревания.

Препараты для улучшения сперматогенеза

Когда говорят об улучшении сперматогенеза, это обычно означает, что не в порядке именно конечные клетки – созревшие сперматозоиды. Что может случиться со сперматозоидами? Они могут быть нежизнеспособными или их концентрация в сперме может быть слишком мала для зачатия. Сперматозоиды могут быть малоподвижными, иметь неправильное строение. А ДНК в них может быть нарушена.

Что же может повлиять на процесс формирования сперматозоидов?

Для нормального сперматогенеза температура в мошонке должна быть 35 оС. Именно она является оптимальной для развития сперматозоидов. Поэтому перегревание или переохлаждение сильно вредит сперматозоидам. Например, при перегреве образуются малоподвижные сперматозоиды.

Хронические заболевания, не выявленные заболевания (например, варикоцеле), скрытые воспаления, возраст старше 35 лет, нездоровый образ жизни, употребление алкоголя, курение – все это влияет на протекание процессов сперматогенеза. И на сами образующиеся в итоге сперматозоиды.

Поэтому для того, чтобы максимально улучшить качество сперматозоидов, нужно не только отказаться от нездорового образа жизни и вылечить заболевания, но и принимать витамины и минералы, которые необходимы для процессов сперматогенеза.

Витамин Е влияет на подвижность, строение, количество сперматозоидов. Защищает созревающие клетки от свободных радикалов.

Цинк необходим для синтеза гормонов, участвующих в сперматогенезе, то есть для фолликулостимулирующего гормона и тестостерона.

Вместе витамин Е и цинк помогают справиться с оксидативным стрессом, негативно влияющим на незрелые половые клетки. Особенно это важно для мужчин старше 35.

Фолиевая кислота нужна, чтобы сперматозоид мог правильно развиваться, имел правильное строение и нормальный размер. Прием фолиевой кислоты достоверно снижает количество дефектных сперматозоидов.

В препарате Сперотон содержатся не только эти вещества, но и L-карнитин, улучшающий подвижность сперматозоидов.

Для того, чтобы улучшить результаты сперматогенеза, витамины и минералы следует принимать минимум 70 дней – именно столько времени требуется для того, чтобы созрели новые сперматозоиды.

Поэтому подготовка к зачатию должна начинаться за несколько месяцев.

Клетки сперматогенеза в спермограмме

Для того, чтобы проверить качественные показатели спермы, существует специальный анализ – спермограмма. На спермограмме оценивается качество спермы по следующим параметрам:

• количество сперматозоидов;
• подвижность сперматозоидов;
• морфологические характеристики сперматозоидов (то есть, характеристики их строения);
• количество и типы лейкоцитов (возможно, указывают на текущее воспаление);
• количество и типы незрелых клеток (указываются просто по традиции, количество ни на что не влияет).

Таким образом, чаще всего оценивается именно качество и количество зрелых клеток сперматогенеза – сперматозоидов, ведь именно от их качества, количества, подвижности и строения зависит зачатие ребенка.

Нормальными считаются показатели, при которых в сперме:

• объем эякулята от 1,5 мл и более;
• общее количество сперматозоидов – от 39 млн и более;
• подвижность сперматозоидов – от 40 % и более;
• жизнеспособность – от 58 % и более;
• морфология (строение) – 4 % и более.

Но если показатели спермограммы оказались далеки от нормы, не стоит делать поспешных выводов. Это повод посетить специалиста, проконсультироваться и следовать рекомендациям: начать вести здоровый образ жизни, принимать витаминно-минеральные комплексы для повышения фертильности, устранить воспаление или другие причины ухудшения сперматогенеза.

НЕ ЯВЛЯЕТСЯ РЕКЛАМОЙ. МАТЕРИАЛ ПОДГОТОВЛЕН ПРИ УЧАСТИИ ЭКСПЕРТОВ.

Другие статьи по теме

Фаза размножения

Незрелые клетки, находящиеся в семенниках, под воздействием гормонов делятся и превращаются. " data-image="https://plan-baby.ru/storage/app/uploads/public/5cb/9cf/2d4/thumb_436_1400_0_0_0_crop.jpg" data-title="Что такое сперматогенез?">

Россия, 123317, Москва, ул. Пресненская набережная, д. 8, стр. 1, МФК «Город Столиц»