Сперматозоїд або спермій - це статева клітина чоловіка, яка запліднює яйцеклітину. Термін застосуємо для позначення маленьких, найчастіше рухомих клітин у організмів для яких характерна оогамия, тобто тип статевого процесу, де зливаються дві статеві клітини, що істотно розрізняються за розміром, структурою і здатності до пересування. Сперматозоїди істотно менше яйцеклітини, бо не містять багато цитоплазми. Вони продукуються в величезній кількості. При виверженні виділяється сперма, склад якої представлений спермиями, насіннєвий плазмою, відмерлими клітинами слизової уретри.
Історія відкриття
Чоловічі гамети зауважив майбутній лікар Іоган Гам в 1677 році. Відкриттям він поділився зі своїм приятелем Антоні ван Левенгука, який, в свою чергу, детально описав гамети, називаючи клітини насіннєвими звірками. Спочатку були розглянуті сперматозоїди людини, потім Левенгук вивчив і статеві клітини інших тварин. Левенгук зробив висновок, що «насіннєві звірята» запліднюють жіночу клітку. Але наукове товариство вважало сперматозоїди організмами паразитують, а запліднення приписувала насінної рідини. Докази того, що саме сперматозоїд несе геном і призводить до зачаття, виявив італієць Ладзаро Спаланцані. Саме поняття «сперматозоїд» ввів в 19 столітті вчений Карл фон Бер.
Отримати безкоштовну консультацію лікаря
формування сперматозоїда
Дозрівання гамет у чоловіка починається в підлітковому віці і триває все життя. Цикл розвитку однієї клітини приблизно 2,5-3 місяці, повністю зміна клітин відбувається кожні 80-90 діб.
Формуються сперматозоїди в сім'яниках, де і проходять чотири стадії розподілу (проліферація, мейоз, спермиогенез, формування). Процес утворення з сперматід в зрілі сперматозоїди контролюється гормонами яєчок і гіпофіза, основною з яких тестостерон.
За годину в організмі здорового чоловіка виробляється до 100 млн гамет. Оптимальна температура для цього 34 ⁰С, тому мошонка з яєчками винесені за межі тіла.
На стадії проліферації сперматогонии, тобто зародкові клітини, діляться і розмножуються. Під час мейозу здійснюється ріст клітин. Після сперматогенезу сперматозоїд пересувається в придаток яєчка, і чекає поки станеться сім'явиверження. Якщо еякуляції не відбувається за місяць, то сперматозоїди розчиняються і дають місце молодим клітинам.
У здорового чоловіка при виверженні виділяється близько 2-6,4 мл еякуляту, в одному мілілітрі не менше 20 млн сперматозоїдів.
Єдина функція сперматозоїда з'єднатися з яйцеклітиною і передати свій генетичний код. Злиття дух гамет, що належать різним статям, називається заплідненням. Сперматозоїд найменша клітина людини: його довжина близько 55 мкм, при цьому головка в довжину близько 5 мкм, а в ширину 3,5 мкм. Настільки малий розмір важливий для якнайшвидшого руху.
особливості будови
Для того щоб виконати завдання, подолати відстань і злитися з яйцеклітиною, сперматозоїд відрізняється від соматичних клітин:
- цитоплазми незначна кількість;
- ядро містить тільки 23 хромосоми (гаплоїдний);
- обмін речовин мінімальний;
- має хвіст у вигляді джгутика для подолання відстані.
При дозріванні гамети ядро клітини ущільнюється через вилучення гістонів, а ДНК зв'язується з білками-протаминами. Крім того, для зменшення клітини викидається і цитоплазма.
Сперматозоїди містять 22 загальні хромосоми і одну або Y-хромосому, і тоді їх називають андросперміямі, або Х-хромосому - гіносперміей. Яйцеклітина має тільки Х-хромосому. Як правило, в яйцеклітину може проникнути тільки один сперматозоїд, потім вона покривається оболонкою непроникною для інших клітин. Виняток клітини які можуть прийняти кілька чоловічих гамет, тоді почнуть формуватися два або більше ембріона. До яйцеклітини проникнути мають однакову можливість і андросперміі і гіносперміі, тому спеціально зачати дитину з бажаним підлогою природним шляхом неможливо.
У здорової людини в спермі можуть перебувати і патологічні спермії, але їх не повинно бути більше 25%.
будова клітини
Анатомічно у сперматозоїда виділяють:
- головку. Вона у вигляді еліпса, стислого з боків. Є поглиблення, тому форму іноді описують як ложковідную. У голівці знаходяться:
- ядро. Є гаплоїдний, тому що несе один набір хромосом. При злитті з жіночої кліткою (яка теж несе одинарний набір) виходить диплоїдний організм, званий зиготою;
- акросому. Клітинна структура, яка переносить литические ферменти, потрібні для розщеплення оболонки яйцеклітини. За розміром акросома порівнянна з ядром і займає приблизно половину головки. Вона знаходиться спереду від ядра і закриває деяку його частину. У акросоме знаходиться 15 ферментів (найважливіші гиалуронидаза і тріпсіноподобних акрозін), які при взаємодії з яйцеклітиною розщеплюють її оболонку, даючи сперматозоїду проникнути до ядра;
- ЦЕНТРОС. Являє собою систему мікротрубочок, яка приводить в рух хвіст клітини. Припускають, що допомагає в зближенні хромосом і розподілі батьківських клітин.
- в середній частині гамети розташований цитоскелет хвостика, де є мітохондріон. Він синтезує АТФ, що забезпечує енергію для руху клітини;
- джгутик допомагає клітини долати відстані.
Як пересувається сперматозоїд
При русі клітина обертається за годинниковою стрілкою. Швидкість досягає тридцяти сантиметрів на годину. Орієнтовно через 60-120 хвилин після статевого контакту з сім'явипорскуванням в жіночі статеві органи, чоловічі гонади досягають маткової труби в пошуках жіночої яйцеклітини.
Поки сперматозоїди в чоловічому тілі, вони неактивні і майже не переміщаються. Вони мають негативний заряд, що не дозволяє їм склеюватися в еякуляті. За чоловічим статевим шляхам вони проштовхуються при м'язовому скороченні проток і русі війок клітин вистилають протоки. Енергія сперматозоїда починає витрачатися з момент контакту їх з простатичним секретом. У жіночому організмі сперматозоїд пересувається самостійно, при цьому навіть проти течії. Для того щоб «докрутили» до яйцеклітини сперматозоїду потрібно подолати відстань від шийки матки до фаллопієвих труб, що приблизно становить 20 сантиметрів.
Кислотно-лужне середовище піхви вкрай несприятлива для сперматозоїдів. Допомагає насіннєва плазма, яка має лужне середовище і нейтралізує кислотність, крім того, вона часткового пригнічує імунітет жінки.
З піхви клітини направляються до шийки матки. Куди рухатися сперматозоїду підказує концентрація кислоти. Він прагне туди, де для нього більш сприятливе середовище (рН піхви 6, рН шийки матки 7,2). Як показують дослідження, велика частина клітин гине, не встигнувши дістатися до шийки матки.
Перетнути шийку матки клітини теж проблематично через біологічної рідини, що продукується органом. Пройшовши шийку матки, клітина досягає матки, де умови для неї сприятливі і вона стає більш активною. Тут сперматозоїд може жити до трьох діб.
Для зачаття в порожнину матки має потрапити як мінімум 10 мільйонів чоловічих статевих клітин. Після матки вони просуваються до фаллопієвих труб. Орієнтуються в просторі вони за допомогою струму рідини. Доведено, що чоловічі гамети прагнуть рухатися не за течією рідини. У фаллопієвій трубі ток рідини виникає при м'язових скороченнях органу та за участю війок епітелію слизової.
З усіх сперматозоїдів, яким вдалося проникнути в матку, тільки тисячі зможуть дійти до кінця маткової труби. Те, яким чином чоловіча статева клітина знаходить жіночу, для науки ще загадка. Є припущення, що цьому сприяє хемотаксис, тобто сперматозоїд рухається до якихось речовин, які знаходяться або в самій яйцеклітини, або в клітинах фолікула, що її оточують. І хоча наявність цієї особливості доведена у організмів, яким властиве зовнішнє запліднення, ні для людини, ні для ссавця ця теорія не підтверджена. Як показують спостереження, сперматозоїди можуть долати перешкоди і знаходяться в активному пошуку.
Якщо сперматозоїди не чекає яйцеклітина, вони хаотично пересуваються і вмирають протягом трьох діб.
Щоб відбулося запліднення яйцеклітини з нею має зустрітися не менше трьохсот тисяч сперматозоїдів. Це необхідно щоб розчинити захисну оболонку жіночої яйцеклітини, що складається з фолікулярних клітин. Цей шар руйнується ферментами з акросом статевих клітин. Виходить, тисячі сперматозоїдів руйнують її захист, а перший хто досяг блискучої оболонки, запліднює її. При цьому свою акросому він використовує для розчинення мукопалісахорідной оболонки яйцеклітини, щоб створити прохід для головки. В яйцеклітину проникає тільки ядро.
Скільки живуть сперматозоїди
Після дозрівання клітини, яке триває протягом 64 днів, вона може близько місяця залишатися життєздатною. В еякуляті при сприятливих умовах середовища (підходящої вологості, температури, освітленості) вона живе близько доби. Клітина гине менше ніж за 2 години в піхву. Після проходження піхви сперматозоїд може активно шукати жіночу яйцеклітину приблизно три доби.
Головними критеріями оцінки здатності до запліднення є будови клітини і можливість до активного пересування. При наявності деяких захворювань у чоловіка в спермі може бути знижена кількість статевих клітин (олигозооспермия) або ж вони можуть бути малорухомими (астенозооспермия). Буває, що зрілі клітини відсутні зовсім. Здатність клітини пересуватися більш важливо, ніж кількісна характеристика сперми. Якщо статеві клітини живі, але не можуть пересуватися, це називається акіносперміей. З'ясувати якісні показники сперми можна за допомогою лабораторного дослідження - спермограми.