Сперматогенез клетки: зоны, этапы, периоды, стадии и схема

Сравнение гаметогенеза

Подытоживая все, можно привести сравнительную характеристику овогенеза и сперматогенеза. В сущности, это и будут особенности сперматогенеза и овогенеза.

1. Мы выяснили, что гаметогенез включает стадии размножения, роста и созревания клеток. Сперматогенез включает также стадию формирования (ее нет при овогенезе), в этом заключаются отличия сперматогенеза от овогенеза. Сперматозоиды проходят дополнительную четвертую стадию для того, чтобы приобрести своеобразную форму и сформировать аппарат движения.

2. Второе отличие сперматогенеза от овогенеза: из сперматоцита I порядка получается четыре половых клетки, а из ооцита I порядка получается одна полноценная половая клетка.

3. Яйцеклетки образуются циклически, процесс повторяется через 21-35 дней (менструальный цикл). После гибели яйцеклетки, что сопровождается кровотечением, изменившийся гормональный фон дает толчок к созреванию другой яйцеклетки.
Сравнительная характеристика овогенеза и сперматогенеза показывает, что у женщин мейоз начинается в период внутриутробного развития.
Ооциты I порядка у новорожденной девочки останавливаются в фазе мейоз I, и завершается созревание ооцита к моменту полового созревания. У мальчиков процесс образования сперматозоидов идет непрерывно и сохраняется в течение всей половой зрелости мужчины.

4. Из характеристики овогенеза и сперматогенеза следует, что существуют значительные различия в количестве образованных половых клеток в женском и мужском организме. Взрослый мужчина производит 30 миллионов спермиев в день, а женщина — порядка 500 зрелых яйцеклеток за всю свою жизнь.

5. Различия сперматогенеза и овогенеза заключаются также в том, что стадия размножения при сперматогенезе идет постоянно, а при овогенезе заканчивается после рождения.

6. Стадия роста при сперматогенезе короче, чем при овогенезе.

7. Стадия созревания при овогенезе имеет особенности, которые заключаются в неравномерности делений при созревании, что приводит к выделению полярных телец, что отсутствует при сперматогенезе.

8. Различия сперматогенеза и овогенеза заключаются в том, что сперматогенез более подвержен влиянию внешней среды, нежели овогенез, что связано с различием в расположении половых органов — семенники находятся вне брюшной полости.

9. Из сравнительной характеристики овогенеза и сперматогенеза можно увидеть, что, поскольку образование яйцеклеток начинается еще до рождения девочки, а завершается для яйцеклетки только после ее оплодотворения, то неблагоприятные факторы внешней среды могут повлечь генетические аномалии у потомства.

Образование гамет – гаметогенез

Мир клеток в живой природе очень разнообразен. Но существуют и особые, специализированные клетки – гаметы, или половые клетки. Они участвуют в половом размножении живых существ. Половое размножение присуще как многоклеточным растениям, животным, грибам, так и большинству одноклеточных водорослей и простейших.

В процессе митоза образуются все телесные, или соматические (от греч. soma – тело), клетки. Обычно в клетках тела эукариот содержится два набора хромосом (2n), попавших туда от обоих родителей в результате оплодотворения и последующего деления зиготы.

Образование половых клеток идет иначе. Происходит этот процесс (гаметогенез) в специализированных частях организма – половых железах, или гонадах. У большинства животных половые клетки, как правило, обособляются от соматических на ранних стадиях эмбрионального развития, образуя зачаток половой железы, состоящей из первичных половых и соматических клеток.

В зависимости от того, где протекает гаметогенез – в мужском или женском организме, его называют сперматогенезом или оогенезом. У животных весь процесс гаметогенеза регулируется специальными гонадотропными гормонами. В половой железе обычно различают три зоны, соответствующие четырем периодам развития половых клеток, – зону размножения, зону роста, зону созревания. В случае созревания сперматозоидов выделяют еще зону формирования.

Схема развития половых клеток (на примере морского ежа): I – зона размножения (1а – сперматогонии; 1б – оогонии); II – зона росса (2а – сперматоциты; 2б – ооциты 1-го порядка); III – зона созревания (За – сперматоциты 1-го порядка; 3б – ооциты 2-го порядка; 4а – сперматиды; 4б – яйцеклетка; 5а, 5б, 5в – направительные тельца; 6 – превращение сперматид в сперматозоиды; 7 – движение сперматозоидов к яйцеклетке; 8 – оплодотворение; 9 – образование зиготы); IV – зона формирования (в случае сперматогенеза). А – первый период; Б – второй период; 8 – третий период; Г – четвертый период

Первый период развития половых клеток характеризуется тем, что в гонаде образуется соответствующая зона, где идет митотическое размножение первичных половых клеток. В мужских половых железах эти первичные делящиеся клетки называют сперматогониями (от греч. sperma – семя и gonos – рождение), а в женских – оогониями (от греч. oon – яйцо и gonos – рождение).

Второй период отображает рост образовавшихся сперматогониев и оогониев и их подготовку к делению созревания. Теперь будущие половые клетки называют сперматоцитами и ооцитами. Здесь клетки приступают к прохождению профазы I мейоза I.

Третий период – это период превращения, или деление созревания, где завершается мейоз I и происходит мейоз II.

Четвертый период – формирование половых клеток, готовых к оплодотворению.

Общая схема зародышевого пути

В ходе многоэтапного процесса гаметогенеза из клеток с двойным– диплоидным (2n) – набором хромосом образуются половые клетки, имеющие одинарный – гаплоидный (1n) – набор хромосом.

В основе гаметогенеза лежит мейоз.

Процессы формирования мужских и женских половых клеток у животных несколько различаются между собой. Поэтому рассмотрим их отдельно.

Что найдешь в аптеке

В розничной аптечной сети в настоящее время существует множество препаратов в таблетках и капсулах для стимуляции сперматогенеза. Они продаются без рецепта и, если верить инструкции, вызывают увеличение количества активных сперматозоидов, повышают скорость их поступательного движения. Эти свойства позволяют повышать вероятность быстрого зачатия. Разберем наиболее популярные препараты с вышеописанными свойствами:

• Средство Спермстронг относится к биологически активным добавкам. Положительное влияние на качество эякулята достигается за счет особого состава препарата. 1 капсула содержит аргинин, L-карнитин, витамины С, Е, В6, а также цинк, селен и марганец. Помимо улучшения качества спермы во время эякуляции, производитель сообщает о положительном влиянии препарата на либидо, а также об общеукрепляющем действии на организм. Рекомендовано принимать 2 раза в день курсами.
• Саше с растворимым в воде порошком под названием Спермплант. Лекарство содержит фруктозу, L-карнитин, лимонную кислоту, таурин, экстракт крапивы и аргинин. Эти вещества, вызывающие улучшение фертильности спермы во время эякуляции, разрешены для приема практически всем. Исключение составляют случаи индивидуальной непереносимости. Режим приема – по 1 саше в день. Минимальный курс лечения – 1 месяц. При необходимости прием препарата можно повторять после 10-15 дневного перерыва.
• Препарат Простатинол зарекомендовал себя как повышающий качество спермы при заболеваниях предстательной железы. Особенно эффективен он при хронических воспалительных процессах, приводящих к бесплодию. Такие свойства определяются содержащимся в составе экстрактом семян тыквы, экстрактом плодов пальмы сабаль, аланином, глутамином, глицином, а также экстрактом женьшеня. Немаловажная особенность – препарат предотвращает преждевременное семяизвержение. Рекомендованная периодичность приема – по 1 капсуле 2 раза в день.
• Комплекс Доппельгерц Спермактив оптимизирует эректильную функцию, улучшает процесс эякуляции, а также стимулирует сперматогенез. Препараты содержат такие микроэлементы, как кальций, магний, цинк, кремний, селен. Имеющиеся в составе витамины – В12, С, В2, В1, Д3, фолиевая кислота. Принимать необходимо по 1 таблетке 1 раз в день. Курс лечения – 1 месяц.
• Лекарство Экостимулин содержит в своем составе гормон хорионический гонадотропин, вырабатываемый сначала желтым телом, а затем и плацентой во время беременности. Хорионический гонадотропин известен в медицине своими стимулирующими сперматогенез свойствами. Противопоказан прием этого лекарства при наличии у мужчины гормон-зависимых опухолей и крипторхизма. Режим приема определяется индивидуально лечащим врачом.

Существует множество препаратов для стимуляции сперматогенеза.

Несмотря на тот факт, что практически все из описанных препаратов можно самостоятельно приобрести в аптеке без рецепта, правильной будет предварительная консультация в урологом-андрологом. Врач определит оптимальные препараты и правильный режим их приема.

Что это такое?

Сперматозоид – это половая клетка мужского организма (гамета). Название клетки происходит от трех древнегреческих слов, означающих «семя», «жизнь», «вид». По сути, в названии и кроется ответ на вопрос о главной функции этих маленьких и очень подвижных клеток. Это размножение, продолжение рода. Спермии зарождаются, зреют и выходят наружу только для того, чтобы оплодотворить женскую яйцеклетку, передать ей свой генетический материал, который вместе с женским станет базовым и определяющим генетическим набором для будущего малыша. Из оплодотворенной яйцеклетки разовьется новый организм – зародыш, эмбрион, а позднее плод.

Если внимательно посмотреть на спермий в микроскоп, станет понятно, что он сам по себе отражает важные и длительные эволюционные процессы. По своей структуре он напоминает общего предка всех живых организмов и грибов – одноклеточное ядерное создание, способное к перемещению за счет хвостика-жгутика. Когда-то давно именно такое существо дало начало жизни в современном ее понимании.

Впервые о существовании особых подвижных клеток человечество узнало в 1677 году благодаря стараниям известного ученого Антони ван Левенгука, который изобрел микроскоп. Он поделился изобретением с товарищем – студентом-медиком Иоганном Гамом, а тот, рассматривая в чудо-устройство все, что попадалось под руку, наткнулся на странные живые клетки в собственном эякуляте. Он поделился этим открытием с Левенгуком, который первым из людей детально изучил и описал «семенных зверьков» (именно такое название он дал сперматозоидам).

Левенгук почти сразу догадался, что функции открытых им с товарищем клеток, – размножение. Об этом он уведомил королевских британских деятелей науки. Но «светила» того времени лишь посмеялись над идеей и заключили, что найденные «живчики» – не что иное, как бесполезные паразиты, а зачатие происходит лишь благодаря жидкости, в которой они плавают. Почти 100 лет к трудам Левенгука относились скептически. Только через век его теорию подтвердили итальянские медики и физики, а затем и российские ученые, которые в XIX веке и дали мужской гамете то название, которое используется по сей день – сперматозоид.

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.

Отличия овогенеза от сперматогенеза на разных стадиях

Гаметогенез у мужских и женских особей развивается постепенно в несколько стадий. Только первые три этапа сперматогенеза и овогенеза совпадают, далее появляются различия в процессе созревания гамет. Весь процесс развития гамет можно разделить на следующие этапы:

Первая стадия – процесс размножения. Данный процесс начинается в исходных клетках, которые у мужчин называются спермогониями, а у женщин овогониями. Из этих клеток путем деления образуется большое количество новых клеток.

Следующая стадия – стадия роста. В этот период преобразованные в сперматоцитов и овоцитов половые клетки начинают увеличиваться в размерах

Важно отметить, что овоциты по размеру намного больше, чем сперматоциты, поскольку женские клетки скапливают питательные вещества. У сперматоцитов нет необходимости накапливать питательные компоненты, поскольку им необходима высокая степень подвижности.

Стадия созревания сопровождается делением клеток

Разделение происходит в два этапа, которые называются первый и второй мейоз. Повторное разделение клеток подразумевает появление уже зрелых женских гамет вместе с полярными тельцами и сперматидов.

Далее у мужских гамет наступает стадия формирования, в которой еще недозревшие сперматиды получают свою окончательную форму сперматозоида. У женских половых клеток данная стадия отсутствует, поэтому яйцеклетки не обладают такой законченной формой, как мужские гаметы.

Сперматогенез

Сперматогенез – это процесс превращения диплоидных первичных мужских половых клеток в гаплоидные – сперматозоиды (от греч. sperma – семя и zoon – живое существо), или спермии.

Сперматогенез включает несколько этапов. Вначале происходит митотическое размножение сперматогониев (первый этап), рост сперматоцитов 1-го порядка в процессе длительной профазы I (второй этап). На третьем этапе по завершении мейоза I образуются сперматоциты 2-го порядка, а мейоза II – сперматиды. Во время четвертого (заключительного) этапа сперматогенеза происходит формирование сперматозоидов (спермиогенез).

Таким образом, из каждого сперматоцита 1-го порядка образуются четыре одинаковые по размерам гаплоидные клетки – сперматиды, которые уже не делятся, но претерпевают этап дифференцировки. В процессе дифференцировки каждая сперматида преобразуется в сперматозоид, или спермий.

Процесс формирования сперматозоидов: 1 – ядро; 2 – центриоль; 3 – развивающаяся акросома; 4 – головка; 5 – шейка; 6 – хвостик

Спермиогенез

Во время превращения сперматиды в сперматозоид клетка из округлой становится вытянутой, происходит новообразование одних структур (акросомы, жгутика и т. д.), исчезновение других (рибосом, эндоплазматической сети и т. д.) и перемещение многих органелл внутри клетки. Обычно в зрелом сперматозоиде выделяют три отдела – головку, шейку и хвостик.

Строение сперматозоида млекопитающих: 1 – головка; 2 – шейка; 3 – центриоль; 4 – акросома; 5 – хвостик; 6 – митохондрия; 7 – ядро

В процессе спермиогенеза аппарат Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, образуя акросому, играющую важную роль в оплодотворении. Акросома – это секреторный пузырек, содержащий гидролитические ферменты, позволяющие сперматозоиду проникнуть через оболочку яйцеклетки.

ДНК в ядре будущего сперматозоида неактивна и очень плотно упакована, так как почти вся цитоплазма сперматиды отторгается. Поэтому головка зрелого сперматозоида практически ее лишена. В ней находятся только вытянутое ядро с конденсированным хроматином и акросома. Центриоли перемещаются к противоположному акросоме полюсу ядра, и вскоре от материнской центриоли отрастает длинный жгутик. Сперматозоиды содержат большое количество митохондрий, сосредоточенных таким образом, чтобы обеспечить эффективное снабжение жгутика энергией. Обычно они концентрируются у основания жгутика (в шейке сперматозоида).

Сперматозоид выполняет две основные функции – вносит в яйцеклетку гаплоидный набор хромосом и «запускает» программу развития яйцеклетки.

У млекопитающих весь сперматогенез совершается в стенках длинных извитых трубочек (семенных канальцев), которые находятся в семенниках. Сперматогонии локализованы в самых глубинных слоях стенки канальца, клетки более поздних стадий развития – ближе к просвету канальца. Сформировавшиеся сперматозоиды выходят в каналец, собираются в придатках семенников, где накапливаются и заканчивают созревание. У человека весь процесс образования четырех сперматозоидов из одного сперматогония занимает два-три месяца, причем мейоз – примерно сутки. Сперматозоиды обладают разнообразной формой, характерной для различных видов.

Различные формы сперматозоидов животных: 1 – барана; 2 – круглого червя; 3 – жука; 4 – рака

Всем млекопитающим свойственны хвостатые сперматозоиды. Бесхвостые спермии встречаются у круглых червей, ракообразных и других беспозвоночных, а также у покрытосеменных (цветковых) растений.

Бластоциста

Когда морула попадает в полость матки, через прозрачную зону с микроокружения эмбриона начинает просачиваться жидкость, которая накапливается в межклеточных пространствах внутренней клеточной массы. Постепенно межклеточные пространства сливаются и формируют единую полость — бластоцель. Клетки внутренней клеточной массы образуют эмбриобласт и локализованы на одном полюсе, тогда как клетки наружной клеточной массы или трофобласт, становятся плоскими и образуют стенку бластоцисты. Прозрачная зона исчезает, что дает возможность бластоцистам осуществить имплантацию.

Клетки трофобласта, которые локализуются над эмбриобластным полюсом бластоцисты, около шестого дня начинают врастать в эпителий эндометрия — слизистой оболочки матки. Прикрепление и инвазия трофобласта обеспечиваются действием интегринов, выделяемых клетками трофобласта, а также ламинином и фибронектином межклеточного матрикса эндометрия.

Имплантация является результатом комплексных взаимодействий трофобласта и эндометрия. К концу первой недели развития зародыш человека проходит стадию морулы, бластоцисты и начинает имплантацию в слизистую оболочку матки. Итак, имплантация происходит в конце первой недели развития.

Клинические корреляции. Аномальные зародыши обычно погибают через 2-3 нед после оплодотворения, поэтому их частоту определить трудно. Полагают, что около 50% беременностей заканчиваются самопроизвольными выкидышами, и половина из них обусловлена хромосомными аномалиями. Эти выкидыши является следствием так называемых «пренатальных фильтров», что отбраковывают аномальные эмбрионы и тем самым уменьшают количество индивидов с врожденными пороками до 2-3% вместо 12%.

При комбинации методов экстракорпорального оплодотворения и полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводится молекулярный скрининг эмбрионов с генетическими аномалиями (преимплантационная диагностика). Для этого достаточно выделить один бластомер из эмбриона ранней стадии развития и реплификовать его ДНК для дальнейшего исследования. Программа «Геном человека» занимается изучением связи специфических генов с различными клиническими синдромами.

Характеристики овогенеза и сперматогенеза

Половые клетки в сперматогенезе носят название сперматозоидов, а в овогенезе яйцеклетками. Как известно, чтобы произошел процесс оплодотворения, нужно чтобы мужская гамета попала в женскую.

В сравнении овогенеза и сперматогенеза нельзя не отметить различные размеры гамет мужских и женских особей. Яйцеклетка намного больше сперматозоидов, поскольку она в течение всего периода вбирает в себя множество полезных и питательных веществ. При этом после созревания мужские гаметы становятся подвижными, благодаря чему могут легко преодолевать половые пути женщин. Женские же гаметы остаются неподвижными в все время, в ходе которого происходит подготовка яйцеклетки к оплодотворению.

Если рассматривать овогенез и сперматогенез в таблице, можно будет заметить, что этапы, на которых происходит увеличение в размерах, деление и полное созревание у обоих полов, совпадают. Схемы овогенеза и сперматогенеза очень схожи, однако развитие сперматозоидов включает в себя еще и четвертую стадию, которая заключается в окончательном оформлении.

Еще одной особенностью сперматогенеза и овогенеза являются различные периоды выработки мужских и женских половых клеток. Яйцеклетки образуются в организме женщины циклически, с чем и связан менструальный цикл. Образование новой яйцеклетки происходит каждые 21-35 дней. В конце цикла яйцеклетка погибает, данный процесс сопровождается кровотечением. Вследствие этого происходят изменения в гормональном фоне, в результате которых запускается новый процесс созревания яйцеклетки.

У мужчин же образование сперматозоидов происходит постоянно, причем выработка гамет происходит в течение всего периода зрелости мужчины. В день у мужчины производится порядка 30 миллионов сперматозоидов. У женщины же количество гамет намного меньше. Для сравнения, за всю жизнь у представительниц прекрасного пола вырабатывается около 500 зрелых половых клеток.

Сперматогенез в отличие от овогенеза более подвержен воздействию внешних условий. Это связано в первую очередь с тем, что половые железы, или семенники у мужчин находятся вне брюшной полости, то есть в яичках.

Стадия роста в овогенезе значительно превышает аналогичную стадию в сперматогенезе, чем и объясняется, что яйцеклетка намного больше по размерам, чем сперматозоиды. Зато мужские гаметы компенсируют этот этап делением клеток и образованием большого количества спермиев.

Эти особенности сперматогенеза и овогенеза имеют биологический смысл, который связан с разным назначением мужских и женских гамет. Неравномерное деление клеток при овогенезе (меньше) обеспечивает формирование крупной яйцеклетки, в ней накапливается большее количество питательных веществ, так как из оплодотворенного яйца будет развиваться новый организм.

При сравнительной характеристике овогенеза и сперматогенеза можно заметить, что сперматозоидов образуется значительно больше, и это также имеет биологический смысл.Яйцеклетку достигает только один сперматозоид, проникает в нее и доставляет свой набор хромосом. Остальные же в процессе поиска яйцеклетки массово погибают.

При сравнении овогенеза и сперматогенеза становится понятным, почему сперматозоидам нет необходимости в запасании питательных веществ – их существование кратковременно, а подвижность должна быть высокой.