Оплодотворение человека - Human fertilization
| Часть серии о |
| Человеческий рост и развитие |
|---|
 |
| Этапы |
| Биологические вехи |
| Развитие и психология |
Оплодотворение человека - это соединение человеческой яйцеклетки и спермы , происходящее в ампуле маточной трубы . Результат этого союза приводит к производству зиготной клетки или оплодотворенной яйцеклетки, инициирующей пренатальное развитие . Ученые обнаружили динамику оплодотворения человека в девятнадцатом веке.
В процессе оплодотворения сперма сливается с яйцеклеткой. Чаще всего последовательность начинается с эякуляции во время совокупления , следует за овуляцией и заканчивается оплодотворением. Возможны различные исключения из этой последовательности, включая искусственное оплодотворение , экстракорпоральное оплодотворение , внешнюю эякуляцию без совокупления или совокупление вскоре после овуляции. При встрече со вторичным ооцитом акросома сперматозоидов вырабатывает ферменты, которые позволяют ей проникать через внешнюю студенистую оболочку яйца. Затем плазма сперматозоидов сливается с плазматической мембраной яйцеклетки, заставляя головку сперматозоида отсоединяться от жгутика, когда яйцеклетка движется по фаллопиевой трубе, чтобы достичь матки.
Экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) - это процесс, при котором яйцеклетки оплодотворяются спермой вне матки, in vitro .
История
В античности Аристотель задумал формирование новых индивидуумов путем слияния мужской и женской флюидов с постепенным появлением формы и функции в режиме, который он назвал эпигенетическим .
Анатомия
Ампулла
Оплодотворение происходит в ампуле, участке яйцевода, огибающем яичник. Емкостные сперматозоиды притягиваются к прогестерону, который секретируется кумулюсными клетками, окружающими ооцит. Прогестерон связывается с рецептором CatSper на мембране сперматозоидов и увеличивает уровень внутриклеточного кальция, вызывая гиперактивную подвижность. Сперма будет продолжать двигаться к более высоким концентрациям прогестерона, эффективно направляя его к ооциту.
Corona radiata
Сперма связывается через лучистую корону , слой клеток фолликула за пределами вторичного ооцита . Оплодотворение происходит, когда ядра сперматозоидов и яйцеклетки сливаются с образованием диплоидной клетки, известной как зигота . Успешное слияние гамет формирует новый организм.
Конус притяжения и перивителлиновая мембрана
Там, где сперматозоид вот-вот проколется , желток ( ооплазма ) вытягивается на конусообразную возвышенность, называемую конусом притяжения или конусом приема. После проникновения сперматозоида периферическая часть желтка превращается в мембрану, перивителлиновую мембрану, которая препятствует прохождению дополнительных сперматозоидов.
Подготовка спермы
В начале процесса сперма претерпевает ряд изменений, так как только что эякулированная сперма неспособна или плохо способна к оплодотворению. Сперматозоид должен пройти капацитация в репродуктивном тракте самки в течение нескольких часов, что увеличивает его подвижность и дестабилизирует ее мембрану, подготавливая его для акроса реакции , ферментативного проникновение жесткой оболочки яйцеклетки, тем блестящей оболочка , которая окружает яйцеклетку.
Zona pellucida
После связывания с лучистой короной сперма достигает блестящей оболочки , которая представляет собой внеклеточный матрикс гликопротеинов. Специальная комплементарная молекула на поверхности головки сперматозоида связывается с гликопротеином ZP3 в блестящей оболочке. Это связывание вызывает разрыв акросомы с высвобождением ферментов, которые помогают сперматозоидам проходить через блестящую оболочку.
Некоторые сперматозоиды преждевременно потребляют свои акросомы на поверхности яйцеклетки, облегчая проникновение других сперматозоидов. Как популяция, сперматозоиды имеют в среднем 50% сходства генома, поэтому преждевременные акросомные реакции способствуют оплодотворению членом той же когорты. Это можно рассматривать как механизм родственного отбора .
Недавние исследования показали, что яйцо не пассивно во время этого процесса.
Корковая реакция
Как только сперматозоиды проходят через блестящую оболочку, возникает корковая реакция . Кортикальные гранулы внутри вторичного ооцита сливаются с плазматической мембраной клетки, в результате чего ферменты внутри этих гранул выводятся путем экзоцитоза в пеллюцидную зону. Это, в свою очередь, заставляет гликопротеины в пеллюцидной оболочке сшиваться друг с другом, то есть ферменты заставляют ZP2 гидролизоваться в ZP2f, делая весь матрикс твердым и непроницаемым для сперматозоидов. Это предотвращает оплодотворение яйцеклетки более чем одним сперматозоидом. Кортикальная реакция и реакция акросомы важны для того, чтобы только один сперматозоид оплодотворил яйцеклетку.
Слияние
После того, как сперматозоид попадает в цитоплазму ооцита (также называемого овоцитом), хвост и внешнее покрытие сперматозоидов распадаются, и происходит корковая реакция , не позволяющая другим сперматозоидам оплодотворить ту же яйцеклетку. Теперь ооцит подвергается второму мейотическому делению с образованием гаплоидной яйцеклетки и высвобождением полярного тельца. Затем ядро сперматозоидов сливается с яйцеклеткой, обеспечивая слияние их генетического материала.
Когда сперматозоид попадает в желточное пространство , рецепторы на головке сперматозоида, называемые Идзумо1, связываются с Юноной на мембране ооцита. После связывания происходит 2 блока полиспермии. Примерно через 40 минут другие рецепторы Juno на ооците теряются из мембраны, в результате чего он перестает быть фузогенным. Кроме того, произойдет корковая реакция, которая вызвана связыванием овастацина и расщеплением рецепторов ZP2 на блестящей оболочке. Эти два блока полиспермии - это то, что предотвращает слишком много ДНК в зиготе.
Клеточные мембраны
Происходит слияние клеточных мембран вторичного ооцита и сперматозоидов.
Трансформации
При подготовке к слиянию своего генетического материала и ооцит, и сперматозоид претерпевают трансформации как реакцию на слияние клеточных мембран.
Ооцитов завершает свое второе мейотическое деление . Это приводит к созреванию яйцеклетки . Ядро ооцита в этом процессе называется пронуклеусом , чтобы отличить его от ядер, образовавшихся в результате оплодотворения.
Хвост сперматозоида и митохондрии дегенерируют с образованием мужского пронуклеуса . Вот почему все митохондрии человека имеют материнское происхождение. Тем не менее, значительное количество РНК из сперматозоидов доставляется к полученному эмбриону и, вероятно, влияет на развитие эмбриона и фенотип потомства.
Репликация
Пронуклеусы перемещаются к центру ооцита, быстро реплицируя свою ДНК по мере того, как они делают это, чтобы подготовить зиготу к ее первому митотическому делению.
Митоз
Обычно сливаются 23 хромосомы из сперматозоидов и 23 хромосомы из яйцеклетки (примерно половина сперматозоидов несут Х-хромосому, а другая половина - Y-хромосому). Их мембраны растворяются, не оставляя преград между мужскими и женскими хромосомами . Во время этого растворения между ними образуется митотическое веретено . Веретено захватывает хромосомы до того, как они рассредоточатся в цитоплазме яйца. После последующего митоза (который включает притяжение хроматид к центриолям в анафазе) клетка собирает вместе генетический материал от самца и самки. Таким образом, первый митоз объединения сперматозоидов и ооцита - это фактическое слияние их хромосом.
Каждая из двух дочерних клеток, образовавшихся в результате этого митоза, имеет по одной реплике каждой хроматиды, которая была воспроизведена на предыдущем этапе. Таким образом, они генетически идентичны.
Возраст оплодотворения
Оплодотворение - это событие, которое чаще всего используется для обозначения нулевой точки в описании внутриутробного развития эмбриона или плода. Полученный возраст известен как оплодотворение возраст , fertilizational возраст , концептуальный возраст , эмбриональный возраст , возраст плода или (внутриутробная) развитие (ВМС) возраст .
Гестационный возраст , напротив, принимает начало последней менструации (LMP) в качестве нулевой точки . По соглашению, гестационный возраст рассчитывается путем добавления 14 дней к возрасту оплодотворения и наоборот. На самом деле, однако, оплодотворение обычно происходит в течение дня овуляции , которая, в свою очередь, происходит в среднем через 14,6 дня после начала предыдущей менструации (LMP). Также существует значительная вариабельность этого интервала: 95% прогнозируемый интервал овуляции составляет от 9 до 20 дней после менструации даже для средней женщины, у которой среднее время от LMP до овуляции составляет 14,6. В контрольной группе, представляющей всех женщин, 95% прогнозируемый интервал от LMP до овуляции составляет от 8,2 до 20,5 дней.
Среднее время до рождения составляет 268 дней (38 недель и два дня) от овуляции со стандартным отклонением 10 дней или коэффициентом вариации 3,7%.
Возраст оплодотворения иногда используется в послеродовой период (после рождения), а также для оценки различных факторов риска. Например, это лучший предиктор риска внутрижелудочкового кровотечения у недоношенных детей, получавших экстракорпоральную мембранную оксигенацию, чем постнатальный возраст .
Заболевания, влияющие на фертильность человека
Различные нарушения могут возникнуть из-за дефектов процесса оплодотворения. Независимо от того, приводит ли это к процессу контакта между спермой и яйцеклеткой или к состоянию здоровья биологического родителя, несущего клетку зиготы. Ниже приведены некоторые из болезней, которые могут возникнуть и присутствовать во время этого процесса.
- Полиспермия возникает в результате оплодотворения яйцеклетки множеством сперматозоидов, что приводит к смещению количества хромосом в эмбрионе. Полиспермия , физиологически возможная у некоторых видов позвоночных и беспозвоночных, является смертельным условием для зиготы человека .
- Синдром поликистозных яичников - это состояние, при котором женщина не вырабатывает достаточное количество фолликулостимулирующего гормона и чрезмерно вырабатывает андрогены . Это приводит к тому, что период овуляции между контактом с яйцом откладывается или исключается.
- Аутоиммунные заболевания могут привести к осложнениям при имплантации яйцеклетки в матку, что может быть ответной реакцией иммунной системы на укоренившийся эмбрион на стенке матки.
- Рак в конечном итоге влияет на фертильность и может привести к врожденным дефектам или выкидышам. Рак серьезно повреждает репродуктивные органы, что влияет на фертильность.
- Нарушения эндокринной системы влияют на фертильность человека, снижая способность организма вырабатывать уровень гормонов, необходимый для успешного переноса зиготы. Примеры этих нарушений включают диабет, заболевания надпочечников и заболевания щитовидной железы.
- Эндометриоз - это заболевание, поражающее женщин, при котором ткань, обычно вырабатываемая в матке, продолжает расти за пределы матки. Это приводит к сильной боли и дискомфорту и может привести к нерегулярному менструальному циклу.
Доказано, что неспособность забеременеть может быть вызвана множеством причин, будь то болезнь или просто генетика.
Смотрите также
- Самопроизвольное зачатие , зачатие без посторонней помощи последующего ребенка после предшествующего использования вспомогательных репродуктивных технологий
- Развитие человеческого тела