Физиология сперматогенеза

Бесплодием называют неспособность достичь беременности после года половой жизни без предохранения. Около 15% супружеских пар являются бесплодными. Исторически, при исследовании причин бесплодия большее внимание уделяли состоянию здоровья женщин. По сегодняшним данным мужское бесплодие является причиной примерно 30%, а одновременные нарушения фертильности мужчины и женщины около 20% от общего числа бесплодных браков.

Функция половых желёз регулируется посредством гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси, которая имеет отрицательную обратную связь с яичками. Гипоталамус, первичный интегральный центр, получает сигналы от различных отделов ЦНС, в том числе от миндалевидного тела, гипокампа и среднего мозга, гипофиза и яичек, реагируя на них выработкой рилизинг-гормонов, таких как гонадотропин-рилизинг гормон (ГРГ), который оказывает своё действие на уровне гипофиза. ГРГ выделяется в форме пульсации, 1 раз в 70-90 минут. Выработка и выделение ГРГ ингибируется под воздействием тестостерона и ингибина. Кроме того его секреция снижается в результате действия АКТГ и глюкокортикоидов (при различных стрессах), эстрогенов, пролактина и опиатов (как эндогенных так и экзогенных). При попадании в передний гипофиз он стимулирует выброс гонадотропинов: лютеинизирующего (ЛГ) и фолликулостимулирующего (ФСГ) гормонов. ЛГ и ФСГ являются гликопептидами с молекулярной массой около 10 тыс. Дальтон. При попадании в системный кровоток ФСГ и ЛГ оказывают своё действие путём взаимодействия с мембранными рецепторами клеток-мишеней. Основным эффектом ЛГ является стимуляция секреции тестостерона клетками Лейдига, а ФСГ - стимуляция клеток Сертоли и усиление процесса сперматогенеза.

Яичко является конечным органом оси, содержащим клетки Лейдига и Сертоли. Белочная оболочка, покрывающая яичка снаружи, распространяется внутрь и образует соединительнотканные перегородки, направляющиеся к средостению яичка, месту в котором сосуды и протоки проникают через капсулу яичка. Перегородки делят паренхиму яичка на дольки, в каждой из которых находится по 1-2 извитых семенных канальца (tubuli seminiferi contorti). Приближаясь к средостению канальцы (300-450 в каждом семеннике), сливаясь, становятся прямыми (tubuli seminiferi recti) и в толще средостения соединяются с канальцами сети семенника. Из этой сети выходят 10-12 выносящих канальцев (ductuli efferentes), впадающих в проток придатка. Придаток находится сзади и латерально. Собственно сперматогенез происходит в извитых канальцах, выстланных клетками Сертоли и герминогенными клетками, окружёнными перитубулярными клетками и миоцитами. Основной функцией, выполняемой клетками Сетоли, является обеспечение развития половых клеток - сперматозоидов, кроме того они формируют гематотестикулярный барьер засчёт плотных соединений между собой. Кроме того клетки Сертоли секретируют ингибин, а также андроген-связывающий белок, модулирующий андрогенную активность в семенных канальцах. Нормальная функция клеток Сертоли обеспечивается засчёт ФСГ и высокой интрацеллюлярной концентрации тестостерона.

Клетки Лейдига располагаются в интерстициальной ткани между семенными канальцами и синтезируют тестостерон под воздействием ЛГ. Секреция тестостерона неодинакова в течение суток с пиком ранним утром. В общем кровотоке лишь 2% тестостерона находятся в свободной форме, ещё 44% связаны с гормон-связывающим глобулином и 54% с альбумином. Высокая внутрияичковая концентрация тестотстерона необходима для нормального сперматогенеза.

Таким образом, нормальный сперматогенез требует комплексного взаимодействия между клетками Сертоли, Лейдига и герминогенными клетками. Герминогенные клетки, являющиеся предшественниками сперматоцитов, располагаются в окружении клеток Сертоли. Они происходят из гонадного гребня и проникают в яички до начала их опускания в мошонку. В период полового созревания, в связи со стимуляцией ФСГ, эти клетки превращаются в сперматогонии и, постепенно созревая, превращаются в сперматозоиды. Весь процесс превращения из сперматогоний в сперматиды занимает около 74 дней.

Сперматогонии, располагающиеся на базальной мембране, постоянно делятся (период размножения), постепенно формируя клетки, способные вступать во вторую фазу - период роста, постепенно превращаясь в сперматоциты 1-го порядка. Остальные же сперматогонии продолжают делиться, вследствие чего запас сперматогоний в семенных канальцах не убывает, несмотря на непрерывное образование сперматозоидов. В период роста сперматогонии значительно увеличиваются и подготовляются к редукционному делению (мейозу). Первичные сперматоциты проходят первое деление, формируя сперматоциты 2-го порядка с гаплоидным набором хромосом, которые практически сразу делятся ещё раз и становятся сперматидами. Таким образом, каждая исходная сперматогония даёт начало 4-м сперматидам с гаплоидным набором хромосом.

Сперматиды больше не делятся, но путём сложной перестройки превращаются в зрелые сперматозоиды. Эта трансформация составляет четвёртую фазу сперматогенеза - период формирования или спермиогенеза. В этом периоде лишняя цитоплазма отделяется в виде резидуального тельца, формируются акросома и жгутик, а органеллы перемещаются в места их окончательного расположения. Акросома, являющаяся дериватом комплекса Гольджи, содержит ферменты, необходимые для проникновения в яйцеклетку и располагается кпереди от ядра. В дистальном конце сперматозоида формируется аксонема, содержащая все ферменты, необходимые для энергетического обеспечения жгутика.

После отделения от клеток Сертоли в просвет извитых семенных канальцев, потом постепенно перемещаются в прямые семенные канальцы, сеть яичка, выносящие канальцы и, наконец, в придаток. В придатках происходит окончательное созревание сперматозоидов и приобретение ими оплодотворяющей способности. Кроме того, в придатке происходит также секреция веществ, обеспечивающих питание и защиту сперматозоидов, таких как глицерофосфорилхолин, карнитин и сиаловые кислоты.

В процессе эякуляции сперма проникает в семявыносящий проток, по которому она перемещается засчёт перистальтических сокращений. В дальнейшем проток соединяется с семенными пузырьками и проходит через паренхиму простаты в виде семявыбрасывающего протока. Семявыбрасывающий проток открывается в простатическом отделе уретры рядом с семенным бугорком. Сперма выбрасывается засчёт ритмических сокращений гладкой мускулатуры, окружающей протоки, а также бульбоуретральных и других мышц дна таза. Следует отметить, что для обеспечения антеградной эякуляции необходимо закрытие шейки мочевого пузыря.

Сперма состоит не только из секрета яичек и придатков, но также и из секрета бульбоуретральных (Куперовых) желёз, желёз Литтре (периуретральных), семенных пузырьков и предстательной железы. В среднем объём эякулята составляет 1,5-5,0 мл, а его рН колеблется в пределах от 7,05 до 7,80. Семенные пузырьки продуцируют 40-80% от объёма эякулята. В состав их секрета входят фруктоза (концентрация 120-145 мг/дл), обеспечивающая питательную функцию для сперматозоидов, простогландины и другие вещества с прокоагулянтной активностью, а также бикарбонат, предназначенный для нейтрализации кислой влагалищной среды. Снижение концентрации фруктозы обычно связано с окклюзией эякуляторных протоков или отсутствием семенных пузырьков. Секрет предстательной железы составляет в среднем 10-30% от общего объёма эякулята. В его состав входят ферменты, в том числе протеазы, разжижающие сперму и противодействующие прокоагулянтам семенных пузырьков. Кроме того простата секретирует цитраты (кислая реакция), цинк, фосфолипиды, фосфатазу и спермин. Секрет Куперовых желёз и желёз Литтре, составляющий от 2 до 5% от общего объёма эякулята служит в основном для смазывания уретры и нейтрализации кислотности оставшейся в ней мочи. И наконец яичково-придатковый компонент, содержащий в себе сперматозоиды, составляет около 5% от объёма эякулята.

Существует определённая последовательность выделения компонентов эякулята. Простата и семявыносящий проток формируют большую часть первой порции эякулята, богатой спермой.

Для оплодотворения сперма должна достичь шейки и проникнуть сквозь слой шеечной слизи, изменяющейся в ходе менструального цикла и являющейся наиболее жидкой в период овуляции, подняться по матке до маточных труб, в которых уже находится яйцеклетка. Сперматозоид проникает через блестящую зону и прикрепляясь к клеточной мембране выделяет внутрь яйцеклетки свой генетический материал. При этом сперматозоиды должны не только выжить, но и достичь места оплодотворения (что удаётся лишь одному сперматозоиду из милллиона), а также осуществить капацитацию (изменение свойств поверхностной мембраны сперматозоидов, необходимое для последующего высвобождения ферментов акросомы - акрососмальной реакции при контакте с яйцеклеткой). Только после этого становится возможной имплантация зародыша в слизистой матки.

Нарушение на любой из стадий вышеописанного процесса может привести к бесплодию.