Spermatogeneza - budowa plemnika - Przychodnia Leczenia Niepłodności nOvum

Spermatogeneza – to proces powstawania męskich komórek rozrodczych (plemników)

Wydzielanie hormonalne

Podwzgórze, które stanowi dno i ściany boczne trzeciej komory mózgowej, wydziela gonadoliberynę (GnRH zwany także LH-RH), która w sposób pulsacyjny stymuluje przysadkę mózgową, do wydzielanie hormonu - FSH (folitropina) i LH (lutropina).

Obydwa przysadkowe hormony działają na jądra:

FSH - działa na komórki Sertoliego, a za ich pośrednictwem inicjuje przekształcanie się komórek macierzystych plemników w dojrzałe plemniki. Komórki Sertoliego w jądrze działają pod wpływem FSH i Testosteronu kontrolują przebieg spermatogenezy, dostarczają substancji energetycznych komórkom różnicującym, oraz fagocytują (likwidują) ciałka resztkowe.

LH - powoduje mobilizację komórek Leydiga, znajdujących się w przestrzeni śródmiąższowej jądra, do produkcji testosteronu. Testosteron przekształcony w DTH (dyhydrotestosteron) oprócz wpływu na komórki Sertolego stymuluje również metabolizm białkowy komórek gruczołowych najądrza.

Niedoczynność przysadki lub podwzgórza i nieprawidłowości w wydzielaniu hormonów powodują zaburzenia funkcjonowania jąder i procesu spermatogenezy.

Inne czynniki wpływające na przebieg spermatogenezy

Czynniki odżywcze – badanie przeprowadzone początkowo na zwierzętach dowiodły, że na proces spermatogenezy wpływają niektóre aminokwasy (np. arginina) oraz witaminy (A,C,E). Trwają badania czy suplementacja tych substancji może mieć wpływ na spermatogenezę u ludzi.
Unaczynienie – Jądra są bardzo wrażliwe na niedokrwienie, powstałe np. na skutek skręcenia powrózka nasiennego. Niedokrwienie przez 30 min prowadzi do zniszczeni spermatyd. Niedokrwienie trwające godzinę zniszczy wszystkie komórki linii komórek płciowych.
Temperatura – W mosznie panuje temp. ok 34°C. Podniesienia jej do ponad 37°C i utrzymanie przez dłuższy czas na takim poziomie powoduje spowolnienie procesu spermatogenezy.
Promieniowanie jonizujące – Promieniowanie rentgenowskie i gamma uszkadza komórki należące do linii komórek płciowych. Najbardziej wrażliwe są spermatogonie. Pojedyncza dawka 0,8 Gy hamuje przejściowo spermatogenezę, natomiast dawka wyższa niż 5 Gy najczęściej zatrzymuje ten proces na zawsze.
Czynniki farmakologiczne – podawanie leków o działaniu przeciwnowotworowym oraz leków o działaniu immunosupresyjnym prowadzi najczęściej do nieodwracalnych zaburzeń w przebiegu spermatogenezy. Dlatego na całym świecie przed rozpoczęciem terapii przeciwnowotworowej u młodych mężczyzn zaleca się zamrożenie próbek nasienia – w nOvum przechowujemy nasienie pacjentów leczonych onkologicznie.
Toksyny – Podejrzewa się, że liczne związki chemiczne używane zwłaszcza w rolnictwie (herbicydy, insektycydy) mogą uszkadzać proces spermatogenezy. Sądzi się że wiele metali ciężkich a zwłaszcza ołów może doprowadzić do poważnych zaburzę w procesie spermatogenezy.
Czynniki zakaźne – niektóre schorzenia wirusowe, np. nagminne zaplenie przyusznic (świnka), jeśli są skojarzone z zapaleniem jąder może – szczególnie w okresie dojrzewania – doprowadzić do poważnych zaburzeń spermatogenezy.

Jak powstają plemniki?

W każdej prawidłowej ludzkiej komórce znajduje się 46 chromosomów. Wyjątek stanowią dojrzałe komórki rozrodcze, które w wyniku podziałów (mitoza i mejoza), pozostają z 23 chromosomami. Proces jest konieczny żeby u potomstwa, które powstaje z połączenia się komórki ojca i matki, zachować taką samą liczbę chromosomów jak u rodziców – celem rozmnażania jest przecież przetrwanie gatunku, a nie tworzenie nowego.

W przypadku plemników z 46-chromosomowego spermatogonium (to komórki macierzyste leżące na błonie podstawnej kanalika nasiennego, z których ostatecznie powstają plemniki) z których każdy posiada chromosom żeński X i chromosom męski Y w wyniku kolejnych podziałów powstaje 16 plemników. Połowa z nich zawiera chromosomy żeńskie X - te w wyniku połączenia z komórką jajową zapoczątkują rozwój zarodka żeńskiego. Druga połowa zaś zawiera chromosomy męskie Y (te zapładniając oocyt, dają początek męskiemu potomkowi).

Proces spermatogenezy rozpoczyna się w kanalikach nasiennych. Następnie plemniki przemieszczają się do najądrza, gdzie zostaje ukończony proces ich dojrzewania. Tam też oczekując na wytrysk, nabywają zdolności ruchu i zdolności do zapłodnienia.

Pełen cykl tworzenia się nowych, dojrzałych plemników trwa 74 dni. Warto o tym pamiętać jeśli w celu poprawienia jakości nasienia zmieniamy styl życia, przyjmujemy preparaty / suplementy diety. Efektów ich działania możemy oczekiwać najwcześniej po około 3 miesiącach.

Powstawanie plemników odbywa się wg. następującego schematu:

SPERMATOGONIE ► SPERMATOCYTY I RZĘDU ► SPERMATOCYTY II RZĘDU ► SPERMATYDY ► PLEMNIKI

Ocenę przebiegu spermatogenezy można przeprowadzić na podstawie badania histipatologicznego pobranego małego fragmentu jądra. Wskazaniem do tego badania jest 2 krotnie (w odstępie min. miesiąca) stwierdzona azoospermia. Jeśli zabieg wykonany jest w odpowiednio przygotowanym ośrodku, pobrany fragment tkanki dzieli się i jego część zamraża.
Jeśli w bioptacie w wyniku badania histopatologicznego stwierdzi się obecność plemników, rozmrożony fragment można użyć do uzyskania plemników w celu zapłodnienia komórek jajowych partnerki podczas zapłodnienia in vitro (zabieg IVF-ICSI-TESA)

Budowa plemnika

Plemnik to wydłużona komórka o długości ok. 60 mikrometrów

Można w nim wyróżnić:

Główkę plemnika o długości 4-5μm i szerokości 1,5-3μm, która zawiera jądro komórkowe od przodu jest otoczne akrosomem
akrosom – to „czapeczka” na główce plemnika, która zawiera enzymy. W warunkach naturalnego zapłodnienia, gdy plemnik zbliży się do komórki jajowej akrosom pęka i wydziela enzym ułatwiający przeniknięcie plemnika przez osłonę komórki jajowej, dzięki czemu plemnik może dostać się do środka.
W jądrze znajduje się materiał genetyczny potencjalnego ojca.
Witkę plemnika oddzieloną od główki szyjką; w witce wyróżniamy: wstawkę (4-5μm), część główną witki (45μm) oraz część końcową (1-2μm) – przy jej pomocy i w skutek spalania fruktozy zawartej w nasieniu plemnik może się poruszać.
Szyjkę, w której znajdują się struktury łączące główkę plemnika z witką. We wstawce bierze początek włókno osiowe witki otoczone 9 parami włókien obwodowych oraz ok. 20 mitchondriów-magazynu energii plemnika.

Co potrafi plemnik

Nasienie (sperma) powstaje w momencie wytrysku, poprzez wymieszanie plemników zawieszonych w pierwotnym płynie nasiennym, znajdującym się w najądrzu, z wydzieliną gruczołów związanych z wyprowadzającymi drogami płciowymi (pęcherzyki nasienne, bańka nasieniowodu, gruczoł krokowy-stercz).

W warunkach naturalnej ejakulacji (wytrysku nasienia w pochwie) ok. 200-300 mln plemników trafia do pochwy, gdzie po ok. 30 min wszystkie te , które nie wniknęły do śluzu szyjkowego zostają zniszczone przez kwaśne środowisko pochwy,

Śluz szyjki macicy selekcjonuje plemniki, zmniejszając tym samym ilość plemników wnikających do macicy - nadmierna ilość plemników groziłaby polispermią (zapłodnieniem przez więcej niż jeden plemnik).
Kapacytacja, czyli uzyskanie zdolności do zapłodnienia komórki jajowej, pojawia się u plemników w czasie 3-6 godzinnej wędrówki przed drogi rodne kobiety. Kapacytacja odbywa się pod wpływem enzymów hydrolitycznych zawartych w śluzie szyjki macicy, macicy oraz wydzieliny błony śluzowej jajowodu.
W trakcie wędrówki przez drogi rodne kobiety plemniki współpracują ze sobą w celu jak najszybszego i najskuteczniejszego dotarcia do komórki.
Plemnik ma zdolność chemotaksji („chemiczny nos”), czyli przemieszczania się w kierunku źródła wydzielania specyficznych substancji chemicznych. Dzięki temu odnajduje drogę do komórki jajowej. Tę zdolność bardzo dokładnie widać w klasycznym zapłodnieniu pozaustrojowym, kiedy plemniki bezbłędnie zmierzają do jaja.
W naturze miejscem spotkania plemników z komórką jajową jest najczęściej najszersza część jajowodu – tzw. bańka. Całkowita liczba plemników obecnych w jajowodzie nie przekracza kilku tysięcy. Plemniki zachowują zdolność do zapłodnienia prawdopodobnie 24 do 48 godz. (żyją w drogach rodnych do 72 godz.)
W ciągu 10 godzin od wytrysku, plemniki gromadzą się wokół wieńca promienistego otaczającego oocyt. Do jaja dociera ich tylko nieznaczna ilość spośród tych, które znalazły się w układzie rozrodczym kobiety.
Rozpoczyna się reakcja akrosomalna, czyli przenikanie plemnika przez osłonki (ten etap trwa kilka minut), a następnie wniknięcie plemnika do cytoplazmy komórki.
Po wniknięciu do wnętrza oocytu rozpoczyna się reakcja korowa – w wyniku której osłonka przejrzysta staje się nieprzepuszczalna dla innych plemników.
Jeśli plemnik zapłodni komórkę, po około 16 – 18 godzinach widoczne będą w niej dwa przedjądrza (każde zawiera materiał genetyczny jednego rodzica). W kolejnych godzinach / dobach materiał genetyczny połączy się, a zarodek rozpocznie intensywny podział komórkowy…

Ocena jakości nasienia

Pogarszająca się jakość nasienia obserwowana w kolejnych pokoleniach wymusiła zmiany parametrów nasienia określanych jako prawidłowe. Pierwsze opracowanie przez Światową Organizacje Zdrowia (WHO) norm dla nasienia pochodzi z 1980 roku. Poniżej porównanie norm WHO aktualnych od 1999r do 2009 r, z najbardziej aktualnymi przyjętymi przez WHO w 2010r.

(Oficjalna wersja drukowana jest z 2010 roku:
WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen - 5th ed. © World Health Organization 2010
All rights reserved. Publications of the World Health Organization can be obtained from WHO Press, World Health Organization, 20 Avenue Appia, 1211 Geneva 27, Switzerland )

kryteria WHO z 1999 roku, (aktualizacja z 2007 roku)	kryteria WHO z 2010 roku
objętość ejakulatu: ≥ 2 mL	objętość ejakulatu: ≥ 1,5 mL
pH: 7,0 – 8,0	pH: 7,0 – 8,0
liczba plemników: ≥ 20 mln/mL	liczba plemników: ≥ 15 mln/mL
liczba plemników w ejakulacie ≥ 40 mln/mL	liczba plemników w ejakulacie ≥ 39 mln/mL
odsetek plemników o prawidłowej ruchomości: ≥ 50% z ruchliwością postępową, w tym ≥ 25% plemników z ruchliwością postępową szybką w ciągu 1 godziny po ejakulacji	odsetek plemników o prawidłowej ruchomości: ≥ 32% z ruchliwością postępową
morfologia (budowa): ≥ 14% plemników o prawidłowym kształcie	morfologia (budowa): ≥ 4% plemników o prawidłowym kształcie
żywotność: > 50% plemników	żywotność: > 58% plemników
leukocyty w osadzie nasienia: < 1 mln/mL	leukocyty w osadzie nasienia: < 1 mln/mL
test aglutynacji (MAR, IBT): < 50% plemników.	test aglutynacji (MAR, IBT): < 50% plemników.