Как происходит оплодотворение яйцеклетки
Рис. 4.18. Схема оогенеза человека
объединению их ядер и образованию диплоидной зиготы, из которой впоследствии будет развиваться новый организм. Генетическое значение процесса оплодотворения состоит в объединении гаплоидных наборов хромосом отцовских и материнских гамет. Отличающая их высокая степень генетического разнообразия (несмотря на количественное постоянство хромосомного набора), обеспечивает генетическое разнообразие особей. В результате процесса оплодотворения восстанавливается диплоидность зиготы, что становится толчком к последующим митотическим делениям. У человека, как и у других млекопитающих, процесс оплодотворения, начинающийся
с проникновения сперматозоида в ооцит второго порядка, запускает механизм созревания яйцеклетки. Как уже говорилось выше, в ооците второго порядка второе мейотическое деление останавливается на стадии метафазы, а завершение развития яйцеклетки происходит только после оплодотворения.
Оплодотворение подразделяется на три последовательных этапа: в первом сперматозоид и яйцеклетка сближаются для возникновения контакта. Второй этап начинается с прикрепления сперматозоида к поверхности яйцеклетки и осуществления контактных взаимодействий между ними. События третьего периода разворачиваются после проникновения сперматозоида в яйцеклетку и завершается объединением их ядер.
Оплодотворение происходит в верхних концах фаллопиевых труб, куда сперматозоиды проходят из влагалища всего за несколько минут. Столь высокой скорости их движения способствуют активные сокращения матки и труб, инициируемые биологически активными соединениями, выделяющимися во время полового акта. Кроме того, на направленность движения сперматозоидов сильно влияет градиент рН среды в женских половых путях.
Жизнеспособность внутри организма сперматозоиды сохраняют в течение 1-3 суток, но период высокой фертильности длится лишь 12-24 часа. Сама способность к оплодотворению ооцита появляется только после того, как он проведет несколько часов в половых путях. За это время изменяются структура акросомы и свойства мембраны, ее ограничивающей.
Когда спермин скапливаются вокруг ооцита второго порядка, в головке одного из них происходит очень быстрая (не более 20 секунд) акросомальная реакция. Она состоит в том, что мембраны головки спермия и акросомы разрываются, так что излившиеся наружу ферменты акросомы "переваривают" клеточные слои, окружающие ооцит, включая zona pellucida. Затем внутренняя мембрана акросомы выворачивается наизнанку, и спермий проникает внутрь ооцита. У человека сперматозоид входит в ооцит целиком (рис. 4.19).
После того, как один пермий проник в яйцеклетку, под ее мембраной разрываются многочисленные вакуоли, освобождая вещество, под действием которого zona pellucida утолщается и образует поверх яйцеклетки непроницаемую для спермиев преграду - оболочку оплодотворения. Так предотвращается проникновение в ооцит других спермиев. У человека проникновение сперматозоида в ооцит является сигналом для завершения второго мейотического деления, ведущего к образованию гаплоидной яйцеклетки и сопутствующих клеток - полярных телец, впоследствие дегененрирующих. В это же время в цитоплазме ооцита рассасывается хвост сперматозоида. Следующий этап процесса оплодотворения связан с объединением генетического материала яйцеклетки и сперматозоида в одно диплоидное ядро.
Высококонденсированное ядро сперматозоида начинает набухать, его хроматин разрыхляется, и ядро превращается в структуру, называемую мужским пронуклеусом. Аналогичные изменения происходят в женском ядре, что приводит к образованию женского пронуклеуса. В процессе формирования пронуклеусов и в мужском, и в женском ядре, происходит синтез ДНК (In 2C), в результате чего каждая хромосома удваивается и состоит из
Рис. 4.19.
Упрощенная схема оплодотворения
двух сестринских хроматид. После того, как репликация ДНК закончена, пронуклеусы перемещаются к центру яйцеклетки (рис. 4.19). Постепенно мембраны пронуклеусов разрушаются, а отцовские и материнские хромосомы, состоящие каждая из двух хроматид, прикрепляются к нитям сформировавшегося веретена деления. Затем хромосомы выстраиваются по экватору веретена, создавая характерную для метафазы митоза картину.
Объединение отцовских и материнских хромосом в общем митозе переводит оплодотворенную яйцеклетку в качественно новое состояние - зиготу. Зигота проходит стадии анафазы и телофазы и завершает свое первое митотическое деление. В результате образуются две дочерние диплоидные клетки - два бластомера. Генетический материал бластомеров представляет собой совокупность хромосом отца и матери: в каждой паре гомологичных хромосом одна хромосома отцовская, а другая - материнская.
Менструальные циклы, подготовляющие организм к беременности, совершаются под влиянием гонадотропных гормонов гипофиза: фолликулостимулирующего (ФСГ - FSH), лютеинизирующего (ЛГ -LH) и лютеотропного (ЛТГ-LTH).Особо важная роль в регуляции циклических процессов принадлежит вегетативным центрам гипоталамуса, в которых образуется релизинг-гормон (RH), активирующий синтез и выделение гонадотропных гормонов гипофиза (ФСГ, ЛГ, ЛТГ).Яичниковый цикл. Под влиянием гонадотропных гормонов гипофиза в яичнике совершаются ритмически повторяющиеся изменения. Эти изменения сводятся к следующим фазам: а) развитие фолликула и разрыв созревшего фолликула - фолликулярная фаза; б) развитие желтого тела- лютеиновая (прогестероновая) фаза.Развитие фолликула и разрыв созревшего фолликула (фолликулярная фаза). Первичный (примордиальный) фолликул состоит из незрелой яйцеклетки, которая окружена одним слоем эпителиальных клеток (эпителий фолликула); снаружи фолликул окружен соединительнотканной оболочкой. Примордиальные фолликулы образуются в период внутриутробной жизни и раннего детства. К периоду половой зрелости из 400 000-500 000 первичных фолликулов остается 35 000-40 000, остальные подвергаются обратному развитию. Из оставшихся 35 000-40000 первичных фолликулов полностью созревают только 450-500, остальные подвергаются физиологической атрезии (фолликул начинает расти, но погибает, не достигнув полного развития).В первой - фолликулярной фазе менструального цикла начинается рост одного или нескольких фолликулов, но стадии полного созревания достигает обычно один фолликул. Другие фолликулы, рост которых начался вместе с нормально развивающимися, подвергаются атрезии и обратному развитию.Процесс созревания фолликула занимает первую половину менструального цикла, т. е. при 28-дневном цикле укладывается в 14 дней, а при 21-дневном - в 10-11 дней. В процессе развития фолликула существенные изменения претерпевают все его составные части; яйцеклетка, эпителий фолликула, соединительнотканная оболочка.Яйцеклетка увеличивается в размере в 5-6 раз, на ее поверхности образуется прозрачная оболочка (zona peleucida), в цитоплазме происходят сложные изменения. Окончательно яйцеклетка созревает после двукратного деления. Первое деление - созревательное; при нем образуются две неравные клетки. Основная, большая, клетка остается на месте (маленькая выбрасывается) и вскоре подвергается второму делению, при котором из клетки выбрасывается половина хромосом. После второго деления, которое называется редукционным, яйцеклетка становится зрелой и пригодной для оплодотворения (рис. 1).
Фолликулярный эпителий в процессе созревания подвергается пролиферации- из однослойного становится многослойным, превращается в так называемую зернистую оболочку фолликула (membrana granulosa folliculi). Вначале клетки зернистой оболочки сплошной массой заполняют все пространство между яйцеклеткой и соединительнотканной оболочкой. Затем в центре скопления клеток образуются полости, заполненные жидкостью; впоследствии они сливаются и образуют одну общую полость, заполненную прозрачной фолликулярной жидкостью (liquor folliculi). По мере накопления фолликулярной жидкости клетки зернистой оболочки с одной стороны отодвигаются к яйцу, с другой - к стенке фолликула. Клетки зернистой оболочки, окружающие яйцеклетку, носят название лучистого венца (corona radiata). |
Под его влиянием происходят: а) гиперплазия мышечных элементов матки в период полового созревания; б) пролиферация функционального слоя эндометрия в первой фазе менструального цикла; в) пролиферация выводных протоков молочной железы; г) размножение клеток эпителиального покрова слизистой оболочки влагалища. Эстрогенный гормон образуется в яичнике в течение всего цикла, но синтез его значительно возрастает в период развития фолликула. Под влиянием этого гормона (фолликулин) в матке усиливается синтез сократительного мышечного белка, увеличивается количество фосфорных соединений и гликогена, являющихся источником энергии, происходят сдвиги в обмене электролитов. |
Для осуществления оплодотворения необходимы определенные условия, которые представляют собой звенья одной цепочки. К этим условиям относятся:
Созревание яйцеклетки (фолликула) в яичнике и достаточного количества сперматозоидов в яичках.
Разрыв фолликула и выход яйцеклетки (овуляция) в брюшную полость, образование и нормальное развитие на месте лопнувшего фолликула желтого тела.
Захват яйцеклетки фимбриями маточной трубы и попадание яйцеклетки в маточную трубу.
Беспрепятственное достижение яйцеклетки ампулы маточной трубы.
Способность сперматозоидов проникнуть через шейку матки в матку, а затем в маточные трубы и оплодотворить яйцеклетку.
Беспрепятственное прохождение зародыша по маточной трубе в полость матки.
Готовность матки принять эмбрион.
Половые клетки
Сперматозоиды. Образуются и созревают сперматозоиды в большом количестве в канальцах яичка, накапливаются и дозревают в придатке яичка. Созревание сперматозоидов происходит под влиянием гормонов гипофиза - отдела головного мозга - и мужских половых гормонов.
Выделяющаяся при эякуляции семенная жидкость, или сперма, содержит 300- 500 миллионов сперматозоидов. Они невелики по размерам - 55-65 мкм. Сперматозоиды обладают способностью к активному движению - 40-50 мкм/с.
Зрелый сперматозоид состоит из головки, тела и хвоста (или жгутика). Головка сперматозоида содержит ядро с отцовскими хромосомами, а также ферменты, обладающие способностью растворять оболочки яйцеклетки, а хвост обеспечивает передвижение сперматозоида по женскому половому тракту.
Способность к движению сперматозоиды имеют только после соединения с секретами предстательной железы и семенных пузырьков, такая смесь и называется спермой. Способность к движению у сперматозоидов в половых путях женщины сохраняется в пределах трех суток, но оплодотворить яйцеклетку они могут лишь в течение суток.
Яйцеклетка. Как правило, в течение одного менструального цикла, о котором бы-
Яйцеклетка
ло подробно изложено выше, созревает одна яйцеклетка.
Созревшая яйцеклетка имеет размеры от 20 до 32 мм в диаметре. После выхода яйцеклетки из яичника (овуляции) на месте лопнувшего фолликула возникает желтое тело, которое производит гормон беременности - прогестерон, подготавливающий матку к беременности и способствующий в дальнейшем ее сохранению. Из яичника яйцеклетка попадает в брюшную полость, а затем в маточную трубу - с помощью бахромок воронки маточной трубы. После овуляции яйцеклетка сохраняет жизнеспособность в течение суток.
Зачатие (оплодотворение)
После попадания спермы в задний свод влагалища и благодаря сокращениям матки и маточных труб сперматозоиды попадают в шейку матки, затем в полость матки и маточные трубы. Сперма, состоящая из сперматозоидов и секрета предстательной и других желез, имеет слабощелочную реакцию. В матке и маточных трубах среда щелочная - только в такой среде сперматозоиды способны к движению. Если во влагалище среда кислая, то двигательная способность сперматозоидов «нейтрализуется» или подавляется.
Через 40-60 минут после полового акта
сперматозоиды достигают полости матки, а через 1,5-2 часа попадают в ампулу маточной трубы, где и происходит контакт с яйцеклеткой.
К яйцеклетке устремляются миллионы сперматозоидов, однако, только один оплодотворяет яйцеклетку, остальные - обеспечивают ему проникновение в ядро яйцеклетки и слияние с ней. После слияния яйцеклетки и сперматозоида образуется зигота - одноклеточный зародыш, которая содержит парный набор хромосом (50% - материнский и 50% - отцовский).
После многочисленных делений зародыш на 4-5-й день достигает полости матки. Еще после нескольких делений и преобразований он покрывается снаружи трофобластом - слоем особых клеток, который обеспечивает питание и его погружение (имплантацию) на 7-8-й день в слизистую оболочку матки, которая уже к этому моменту готова принять его.
Оплодотворение – это целый процесс, происходящий в организме женщины при благоприятных условиях. Происходит он, как правило, после полового акта или в результате искусственного оплодотворения.
Как происходит оплодотворение яйцеклетки в естественных условиях?
Процесс зачатия природным образом происходит в несколько стадий:
- Стадия овуляции. В организме женщины детородного возраста каждый месяц в одном из яичников созревают недозрелые яйцеклетки, находящиеся в фолликуле (прозрачный пузырь, заполненный жидкостью). Когда завершается период формирования, фолликул разрывается, и зрелые яйцеклетки выходят наружу. Этот процесс называется овуляцией, и обычно он происходит в средине менструального цикла. Овуляция является необходимым условием для оплодотворения и развития плодного яйца.
- После того, как яйцеклетки покинули разорванный фолликул, он превращается в железу внутренней секреции под названием желтое тело. Предназначение желтого тела – выработка гормонов эстрогена и прогестерона. Последний нужен для утолщения слизистой оболочки матки, тем самым подготавливая эндометрий к внедрению эмбриона. Все описанные действия влияют на то, как происходит процесс оплодотворения и состоится ли оно вообще.
- Освободившая яйцеклетка попадает в брюшную полость, где захватывается фаллопиевой трубой. В маточной трубе она находится до тех пор, пока один из мужских сперматозоидов не угодит в нее. При этом происходит слияние ядра яйцеклетки с ядром сперматозоида и наступает оплодотворение. Этот период дает точное представление, как происходит оплодотворение яйцеклетки. Именно на этой стадии оплодотворения закладывается генетическая информация о будущем ребенке: пол, цвет волос и глаз, форма носа и т.д.
- Время оплодотворения яйцеклетки составляет порядка суток после овуляции. За это время успевают пройти все вышеописанные процессы, и в зависимости от условий, зачатие либо осуществляется, либо нет. Если оплодотворение не происходит желтое тело и яйцеклетка дегенерируют, утолщенный слой эндометрия отторгается и выводится в виде менструального кровотечения.
Искусственное оплодотворение яйцеклетки
Как происходит искусственное оплодотворение, зависит от метода репродуктивной медицины. На данный момент существует две самые результативные программы:
- программа ЭКО;
- метод ИКСИ.
О том, как происходит оплодотворение ЭКО, можно сказать следующее: в лабораторных условиях к женской яйцеклетке подсаживают мужские сперматозоиды. Далее уже процесс происходит так же, как и в естественной среде – из нескольких мужских клеток одна проникает в яйцеклетку и, если через некоторое время начинается деление, то период оплодотворения яйцеклетки прошел успешно.
При методе ИКСИ специальным инструментом, непосредственно в яйцеклетку, вводят отобранный сильный сперматозоид. При этом способе существует возможность полностью проследить за тем, как проходит оплодотворение.
Процессы, что происходят после оплодотворения можно разделить на несколько этапов:
Как в естественных условиях, так и при репродуктивных методах процесс овуляции не всегда заканчивается зачатием. Врачи тоже не во всех ситуациях могут ответить на вопрос почему не происходит оплодотворение. Причин много и они разные в каждом конкретном случае. В этой статье мы описали механизм того, как происходит оплодотворение яйцеклетки, и постарались ответить на вопросы, сколько по времени и как долго происходит оплодотворение, не задаваясь целью объяснить причины неудавшихся попыток оплодотворения.
· реотаксис – движение сперматозоидов в половых путях против тока жидкости;
· капацитация – усиление двигательной активности сперматозоидов, под воздействием факторов женского организма (рН, слизь и другие).
II стадия – контактное взаимодействие, за 1,5–2 ч сперматозоиды приближаются к яйцеклетке, окружают ее и приводят к вращательным движениям, со скоростью 4 оборота в минуту. Одновременно из акросомы сперматозоидов выделяются сперматозилины, которые разрыхляют оболочки яйцеклетки. В том месте где оболочка яйцеклетки истончается максимально происходит оплодотворение, оволемма выпячивается и головка сперматозоида проникает в цитоплазму яйцеклетки, занося с собой центриоли, но оставляя снаружи хвостик.
III стадия – проникновение, самый активный сперматозоид приникает головкой в яйцеклетку, сразу после этого в цитоплазме яйцеклетки образуется оболочка оплодотворения, которая препятствуетполиспермии. Затем происходит слияние мужского и женского пронуклеусов, этот процесс носит название синкарион. Этот процесс (сингамия) и есть собственно оплодотворение, появляется диплоидная зигота (новый организм, пока одноклеточный).
Условия необходимые для оплодотворения:
· концентрация сперматозоидов в эякуляте, не менее 60 млн в 1 мл;
· проходимость женских половых путей;
· нормальная температура тела женщины;
· слабощелочная среда в женских половых путях.
Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии мужских и женских половых клеток, происходящих обычно из разных организмов, образуется новый организм, несущий признаки отца и матери. При образовании половых клеток в гаметы с разным сочетанием хромосом, поэтому после оплодотворения новые организмы могут сочетать в себе признаки обоих родителей в самых различных комбинациях. В результате этого происходит колоссальное увеличение наследственного разнообразия организмов.
37. Характеристика и значение основных этапов эмбрионального развития. Зависимость типы дробления зиготы от строения яйцеклетки. Способы гаструляции .
Эмбриональный период начинается с момента образования зиготы. После, зигота вступает в стадию дробления.
Дробление- это митотическое деление зиготы, при котором бластомеры не увеличиваются в размерах. В результате дробления образуется многоклеточный организм (бластула) , которая имеет бластодерму и бластоцель.
Типы дробления.
Дробление может быть:
Полным – глобалистическим (ланцетники, амфибии, млекопитающие)-зигота полностью делится на бластомеры.
Частичным – меробластическим (рептилии, птицы) – дробится лишь часть зиготы.
Может быть:
Равномерным - бластомеры одинаковых размеров.
Неравномерным – бластомеры разных размеров.
Может быть:
Синхронным
Асинхронным
Полное дробление по расположению бластомеров может быть:
Радиальным- бластомеры расположены друг над другом.
Спиральным- Вышележащие бластомеры смешены относительно нижележащих.
Билатеральнвм- расположены по закону билатеральной симметрии.
Хаотическое.
Частичное дробление может быть:
Дискоидальным- на бластомеры делится лишь часть цитоплазмы у анимального полюса.
Поверхностным – дробится только поверхностный слой цитоплазмы.
Тип дробления определяется строением яйцеклетки.
При алицетальном (лишены желтка или незначительное кол-во равномерно расположено по цитоплазме, ядро в центре) и изолицетальном(незначительное кол-во равномерно расположено по цитоплазме, ядро в центре) – происходит полное равномерное или неравномерное деление.
При телолицетальном типе (значительное кол-во желтка, расположено большинство около вегетативного полюса, ядро смещено к анимальному полюсу) – дробление полное неравномерное или частичное дискоидальное.
При центролицетальном типе (значительное кол-ко желтка равномерно расположен в цитоплазме, но поверхностный слой цитоплазмы приимущественно свободен) – дробление частичное поверхностное.
Гаструляция – это процесс образования двухслойного зародыша. Этот процесс характеризуется перемещением клеток зародыша. Сущность заключается в образовании из однослойного зародыша – двухслойного.
Способы гаструляции.
Инвагинация- впячивания участка бластодермы внутрь целым пластом.(ланцетник)
Эпиболия – обрастание мелкими клетками анимального полюса, более крупных клеток вегетативного полюса (амфибии)
Деламинациям – расслоение клеток бластодермы на 2 слоя лежащих друг над другом (рептилии, птицы)
Иммиграция – перемещение групп или отдельных клеток не объединенных в пласт (высшие позвоночные)
Смешанный – (первая фаза диламинация вторая иммиграция)