Сравнительная характеристика

Половыми клетками являются мужская половая клетка сперматозоиди женская половая клетка — яйцеклетка. Половые клетки гаплоидны.

СПЕРМАТОЗОИД.Состоит из головки и хвостика и имеет длину 60—70 мкм. В свою очередь, в хвостике различают связующий, промежу­точный, главныйи дистальныйотделы.

На обычных гистологических препаратах ядра сперматозоидов обладают резко выраженной базофилией и имеют вытянутую грушевидную форму (рис. 5.1). Ядро характеризуется плотным расположением хроматина, в ко­тором наряду с гистоновыми находятся также простые негистоновые белки, обладающие положительным зарядом. ДНК в хроматине упакована парал­лельно, поэтому ядро имеет кристаллоподобпую структуру, его объем сведен до минимума. Ядро сперматозода гаплоидно, содержит 22 аутосомы и 1 по­ловую хромосому, которая может быть либо Х-, либо Y-хромосомой. Коли­чество сперматозоидов с Х- или Y-хромосомой примерно одинаковое. Ядер­ная оболочка сперматозоидов полностью лишена ядерных пор.

В передней части ядра под цитолеммой сперматозоида находится ак-росома— производное комплекса Гольджи и аналог лизосомы. Ее мембра­на спереди прилежит к цитолемме, а сзади — к ядерной мембране. В акро-соме содержатся ферменты (10—12 различных ферментов), расщепляющие компоненты прозрачной оболочки яйцеклетки: гиалуронидаза, протеазы, гликозидаза, липаза, нейраминидаза, фосфатазы и др.

Цитоплазма сперматозоида редуцирована до минимума и очень тон­ким слоем покрывает ядро.

Связующий отдел хвостика со­держит проксимальную центриоль. которая прилежит к ядру, распола­гаясь в углублении ядерной обо­лочки. Здесь же находится дис-тальная центриоль. От нее отходи! осевая нить — аксонема,имеющая структуру реснички и состоящая ил 9 периферических дуплетов микро­трубочек и двух расположенных в центре одиночных микротрубочек Аксонема продолжается во все от­делы хвостика, редуцируясь в дис-талыюм отделе. Снаружи напротив каждого дуплета дистальной цент-риоли в связующем отделе нахо­дится одна так называемая сегмен­тированная колонна(следовательно, всего количество сегментированных колони равно 9).

В промежуточном отделе хвос­тика сегментированные колонны продолжаются в 9 плотных волокон.В этом же отделе вокруг аксонемы и плотных волокон в виде спирали располагаются митохондрии. В главной части хвостика два из де­вяти плотных волокон, располо­женные напротив друг друга, резко утолщаются и превращаются в про­дольные столбы,которые соединя­ются между собой боковыми ребра­ми.Формируется внешняя волокни­стая оболочка,придающая жест­кость и упругость хвостику. Таким образом, сегментированные колон­ны, плотные волокна, продольные столбы и соединяющие их ребра, а также внешняя волокнистая обо­лочка образуют каркас хвостика. В дистальном отделе хвостика коли­чество микротрубочек сильно редуцируется. Снаружи хвостик покрыт цитолеммой. Благодаря движению хвос­тика сперматозоиды могут двигаться со скоростью 1—5 мм в минуту. Электронномикроскопическое строение сперматозоида отражено на рис. 5.2.

ЯЙЦЕКЛЕТКА.Это женская половая клетка с гаплоидным набором хромосом. В процессе овуляции из яичника выходит овоцит второго по­рядка с незавершенным мейозом, заблокированным на метафазе 2 мейоти-ческого деления. Этот блок хромосомного аппарата овулировавших овоцитов 2 порядка достаточно стабильный, так что клетки могут длительно со­храняться в метафазе II мейоза. Блокада мейоза снимается лишь при оп­лодотворении, и завершение мейоза с образованием зрелой яйцеклетки происходит сразу после него.

Яйцеклетка (оотида)человека имеет округлую форму (рис. 5.3, 5.4). Ее диаметр равен около 130 мкм. Содержит 23 хромосомы, одна из кото-рых половая Х-хромосома. При электронномикроскопическом исследовании в цитоплазме яп цеклетки выделяются митохонд рии, комплекс Гольджи, хоро­шо развитые гранулярная и аг-ранулярная эндоплазматическая сеть, а также включения: тро­фические (гранулы вителлина, липидные) и пигментные. Сна­ружи яйцеклетка окружена плазматической мембраной. Под ней располагается толстый слой цитоплазмы толщиной 2— 3 мкм. Вместе с цитолеммой его называют кортикальным слоем.В кортикальном слое находятся кортикальные гра­нулы,содержащие различные ферменты, в том числе и овопероксидазу,действие кото­рой на блестящую оболочку после оплодотворения резко из­меняет свойства последней. Кортикальный слой играет важ­ную роль в организации яйцек­летки, а также в оплодотворе­нии.

Яйцеклетки имеют хоро­шо развитый и своеобразно организованный цитоскелет. Его компоненты связаны с ци­толеммой и вызывают посто­янную модификацию поверх­ности клетки, в которой могут

появляться и исчезать микроворсинки, меняться локализация рецепторов. Яйцеклетки окружены блестящей оболочкой и слоем фолликулярных кле­ток. Между блестящей зоной и цитолеммой овоцита имеется небольшое перивителлиновоепространство, которое существенно увеличивается после оплодотворения, поскольку в него выделяются содержимое кортикальных гранул. Фолликулярные клетки через отверстия в блестящей оболочке по­сылают к цитолемме овоцита свои отростки. В ряду позвоночных в зависимости от наличия желтка, его количества и распределения по ооплазме различают алицетальные(без желтка) и леци-тальные(с желтком) яйцеклетки.

Лецитальные клетки делятся на олиголецитальные(маложелтковые) и полилецитальные(многожелтковые).

В зависимости от распределения желтка по ооплазме яйцеклетки делятся на изолецитальные, умеренно телолецитальные и резко телоле­цитальные. В изолецитальных яйцеклетках желток распределен равномерно. В уме ренно телолецитальных яйцеклетках желток находится на одном полюсе, который называется вегетативным. На другом полюсе — анимальном — лс жат органеллы и ядро. В резко телолецитальных клетках вегетативный но люс выражен особенно сильно и занимает подавляющую часть клетки.

Яйцеклетки млекопитающих, в том числе и человека, являются олиго-изолецитальными: содержат очень мало желтка, который равномерно рас пределен по ооплазме.

РОЛЬ ЯДРА И ЦИТОПЛАЗМЫ В ПЕРЕДАЧЕ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Наследственная информация хранится в ядре половых клеток, в хро­мосомах. Она закодирована в триплетах ДНК — генах. Ядро половых кле­ток выполняет три основные функции, присущие ему и в других клетках:

1. Хранение и передача наследственной информации.

2. Реализация наследственной информации.

3. Контроль за синтетическими процессами, осуществляемыми в ци­топлазме.

Первая функция обеспечивается путем репликации молекул ДНК. Это позволяет при митозе двум дочерним клеткам получать одинаковые объемы генетической информации. Для сохранения генетической инфор­мации в неизмененном виде в ядре имеются ферменты, ликвидирующие повреждения молекул ДНК. Генотип половых клеток содержит только по­ловину программы развития, строения и функционирования индивидуума, полная программа создается и реализуется только после оплодотворения.

Вторая и третья функции обеспечиваются процессами транскрипции на молекулах ДНК различных информационных, транспортных и рибосо-мальных РНК. В ядре происходит также образование субъединиц рибосом путем соединения синтезированных в ядрышке рибосомных РНК с рибо-сомными белками. Эти белки синтезируются в цитоплазме и переносятся в ядро. Субъединицы рибосом выходят в цитоплазму и соединяются с ин­формационной РНК. После этого происходит синтез белков, необходимых для дифференцировки и специализации, а также выполнения клетками функций. Кроме ядра, некоторое количество ДНК содержится в цитоплаз­ме в митохондриях, которые могут самостоятельно синтезировать опреде­ленные белки для собственных нужд. В цитоплазме вырабатываются веще­ства (триггерные белки), способные проникать в ядро и регулировать ак­тивность генома клеток. Таким образом, цитоплазма и ядро тесно взаимо­связаны is выполнении функций по хранению и передаче наследственной информации. Итак, программа эмбрионального развития индивидуума заключена в ДНКзиготы и реализуется на основе экспрессии и репрессии генов, диф­ференцировки клеток под влиянием зпигеномных стимулов и стимулов микроокружения.

ПРОГЕНЕЗ

Прогенезомназывается процесс образования половых клеток, или га-метогенез.В свою очередь, гаметогенез делится на сперматогенез(образо­вание сперматозоидов) и овогенез(образование яйцеклеток). Развитие по­ловых клеток в эмбриогенезе человека начинается довольно рано. Они возникают во внезародышевой желточной энтодерме в конце 3-й недели эмбриогенеза. Позднее эти клетки (они называются гонобластами) мигри­руют в закладку половых желез на медиальной поверхности первичной почки и принимают участие в образовании половых желез — гонад.

СПЕРМАТОГЕНЕЗ.Процесс развития мужских половых клеток — сперматозоидов — называется сперматогенезом. В сперматогенезе различа­ют 4 фазы: размножения, роста, созреванияи формирования(рис 5.5).

На протяжении периода размножения мужские половые клетки пред­ставлены сперматогониями.Это мелкие округлые клетки, делящиеся мито­зом. Они подразделяются на темныеи светлыесперматогонии. Темные сперматогонии являются истинными стволовыми клетками, устойчивы к действию вредных факторов и способны совершать редкие митотические деления. Светлые сперматогонии подразделяются на А и В-сперматогонии. А-снерматогонии являются полустволовыми клетками, способными к час­тым митотическим делениям. При делении каждой такой сперматогонии могут возникать либо две А-сиерматогонии, либо одна А- и одна В-спер-матогопия. В-снерматогонии также способны митотически делиться, но при этом не происходит цитотомии, и клетки оказываются связанными между собой цитоилазматическими мостиками. При этом возникают кло­ны (ассоциации)клеток.

После некоторой паузы В-сперматогонии вступают в период роста, в течение которого превращаются в сперматоциты первого порядка.Для пе­риода роста характерен значительный рост ядра и цитоплазмы развиваю­щихся клеток, их размеры увеличиваются в четыре и более раз.

Сперматоциты I порядка митотически не делятся, но вступают в пери­од созревания, который состоит из двух последовательных делений мейоза (мейоз I и мейоз II).

МейозI называется редукционнымделением, так как в ходе его проис­ходит уменьшение в два раза количества хромосом с формированием гап­лоидного генома. Мейоз I имеет сложную профазу, состоящую из 5 ста­дий: лептотены, зиготены, пахитены,диплотены и диакинеза

В стадию лептотены хромосомы спирализуются и становятся видны в виде длинных тонких нитей. В стадию зиготеныгомологичные хромосомы тесно сливаются друг с другом. В это время в них происходит кросинговер — обмен генами. В стадию пахитеныхромосомы сильно спирализуются и укорачиваются. Диплотенахарактеризуется расщеплением хромосом на хроматиды и образованием тетрад. В диакинезехромосомы еще более утолщаются и несколько отходят друг от друга. Таким образом, в профазу мейоза 1 происходит подготовка к редукции

числа хромосом.

В метафазу гомологичные нары хромосом располагаются в экваторе клетки. Это ключевой момент подготовки к редукции хромосом.

В анафазу к полюсам отходят целые гомологичные хромосомы, и этот момент является началом редукции генома.

В телофазу происходит цитотомия, в результате чего образуются два сперматоцита II порядкас гаплоидным набором хромосом. Их хромосомы состоят из двух хроматид.

Второе деление мейоза (мейоз II) называется эквационным,или урав­нительным.Оно начинается сразу после мейоза I и протекает по типу обычного митоза. В анафазу мейоза II к полюсам отходят хроматиды, а в результате телофазы образуются сперматиды,содержащие вместо хромо­сом хроматиды. Сперматиды, как и сперматоциты второго порядка, содер­жат гаплоидный набор хромосом, каждая из которых представлена одной

хроматидой.

Все образующиеся в процессе сперматогенеза клетки (В-сперматого-нии, сперматоциты I и II порядка, а также сперматиды) остаются связан­ными между собой цитоплазматическими мостиками в клеточные ассоциа­ции,или клоны.Окончательное разделение клеток происходит в фазу фор­мирования. Сохранение цитоплазматических мостиков между клетками имеет очень большой биологический смысл. Оказывается, что для полно­ценной дифференцировки сперматозоидов необходим весь диплоидный ге­ном и продукты его деятельности. Во-первых, потому, что в исходном дип­лоидном геноме могут содержаться дефектные, летальные аллели генов, и клетка, получившая их, погибнет, если не будет обеспечена продуктами нормального аллеля, находящегося в ядрах клеток, его получивших. Во-вторых, как известно, одни мужские половые клетки получают Х-, другие — Y- половую хромосому. Каждая из них содержит много важных генов, необходимых для развития сперматозоидов. Поэтому благодаря цитоплаз-матическим мостикам развивающиеся мужские половые клетки получают продукты деятельности диплоидного генома.

Фаза формирования является самой продолжительной фазой спермато­генеза. В процессе ее из сперматид образуются сперматозоиды.Часто эту фазу называют спермиогенезом.Она длится дольше всех остальных фаз (около 50 суток). Процесс спермиогенеза начинается с образованием из комплекса Гольджи вначале акробласта, а затем акросомы,которая содер­жит ферменты для разрушения яйцевых оболочек. Центросома, состоящая из двух центриолей, перемещается в противоположный полюс. Прокси­мальная центриоль прилежит к ядру, а дистальная делится на две части. Из одной части образуется жгутик, который превращается в осевую нить хвостика. Вторая часть играет роль базального тельца. Образуются эле-менты нитоскелета: сегментир<| ванные колонны, плотные волок на, продольные столбы с ребрами. Цитоплазма сперматозоид.! сильно редуцируется, а ядро ста новится вытянутым, компактным и гипербазофильным. На заклю­чительных этапах формирования сперматозоиды отделяются от со­единяющей их друг с другом об­щей цитоплазмы и становятся свободными. Оставшийся после отделения объем цитоплазмы (остаточные тельца)подвергается фагоцитозу.

ОВОГЕНЕЗ(рис. 5.6) Принципиально протекает сход­но со сперматогенезом, но имеет ряд отличий. Исходными клетка­ми в овогенезе являются первич­ные половые клетки (гоноблас-ты),развивающиеся в раннем эмбриональном периоде в женс­кой половой железе — яичнике. Эти клетки входят в состав эпи­телия индифферентной половой железы.В дальнейшем данный эпителий вырастает в виде тя­жей в мезенхиму первичной поч­ки (мезонефроса),а затем рас­падается на отдельные островки (шары Пфлюгера).В составе этих островков находятся поло­вые клетки и окружающие их эпителиоциты (в дальнейшем - фоллику­лярные клетки).Гонобласты превращаются в овогонии.Эти мелкие клетки вступают в фазу размножения и интенсивно делятся митозом. В результате к концу эмбрионального развития их число достигает 7 млн. К моменту рождения период размножения заканчивается. Начиная с конца 3-го месяца эмбриогенеза и до рождения девочки одни овогонии превращаются в овоцит I порядка,другие же продолжают делиться. После рождения размножение овогонии прекращается, все они превращаются в овоциты I порядка, кото­рые блокируются на стадии диплотены первого мейотического деления.

Далее овоциты I порядка вступают в длительный период роста. Период роста делится на две части: период малого,или медленного,роста (длится от рождения до полового созревания), и период большого,или быстрого,роста (происходит циклически на протяжении каждого менст­руального цикла). В период быстрого роста идет подготовка к мейозу. Та­ким образом, период роста может составлять 12—50 лет. Третья фаза ово­генеза — созревание — начинается перед овуляцией. Происходит первое мейотическое деление, образуется овоцит II порядка, который вступает во второе мейотическое деление, но блокируется в метафазе, а также редук­ционное тельце.Завершение созревания инициируется оплодотворени­ем. В отличие от сперматогенеза возникающие в результате двух делений мейоза клетки не равны по размерам. Из овоцита I порядка образуется крупный овоцит II порядка и очень мелкое редукционное тельце,кото­рое может делиться на два редукционных тельца. Из овоцита II порядка образуется оотида и третье редукционное тельце. Следовательно, в резуль­тате двух делений образуется одна яйцеклетка и три редукционных тельца, которые вскоре погибают и фагоцитируются другими клетками. Яйцеклет­ка теряет центриоли.

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ. Оплодотворение — это процесс слияния мужской и женской половых клеток, который приводит к образова­нию одноклеточного зародыша — зиготы.Происходит в ампулярной части яйцевода. Перед оплодотворением сперматозоиды активируются под влиянием слизистого секрета яйцевода. Это явление называется капацита-цией.Во время капацитации происходят существенные изменения белковых компонентов цитолеммы спермиев: некоторые вещества удаляются, други белки существенно модифицируются. Эти изменения играют важную ро.ь для последующей акросомной реакции.Одновременно сперматозоиды ги перактивируются, их двигательная способность резко возрастает, что способ ствует их проникновению через лучистый венец и блестящую оболочку.

Для оплодотворения необходимо около 200 миллионов сперматозои­дов. В эякуляте человека содержится около 300 млн сперматозоидов, кото­рые сохраняют способность к оплодотворению в течение 2 суток. Из них только около 200 достигают воронковой части яйцеводов, где происходи! оплодотворение. При низком содержании сперматозоидов в эякуляте (так называемая олигозооспермия)из-за недостаточной литической активности оплодотворения не просходит.

Очевидно, определенную роль в сближении сперматозоидов и яйцек­летки имеет хемотаксис. По предложению М. Гартмана (1940), вещества, продуцируемые яйцеклеткой и сперматозоидом или содержащиеся в повер­хностных слоях цитоплазмы и влияющие на подвижность сперматозои­дов, названы гамонами(гормонами гамет). При этом сперматозоиды выра­батывают хемотаксические вещества адрогамоны,а яйцеклетка — гинога-моны.Яйцеклетка содержит гиногамоны 1 и 2. Гиногамон 1 активирует движение спермиев, а гиногамон 2, или фертилизин,агглютинирует их. Андрогамон 1 спермиев блокирует их движение, а андрогамон 2 растворя­ет оболочку яйца. В последнее время, однако, путем наблюдения за поло­выми клетками при экстракорпоральном оплодотворении установлено, что никакого хемотаксиса при оплодотворении не существует. Встреча сперма­тозоида и яйцеклетки происходит случайно, но возникшее кратковремен­ное взаимодействие между ними приводит к очень прочным межклеточ­ным контактам.

Сперматозоиды достигают яйцеклетки через 2 часа после осеменения и окружают ее. За счет синхронного движения жгутиков сперматозоидов яйцеклетка начинает совершать вращательные движения. После вступле­ния в контакт с фолликулярными клетками лучистого венца наступает акросомная реакция— выделение из акросом сперматозоидов ферментов. Морфологическим проявлением акросомной реакции является слияние ак­росомной мембраны с цитолеммой спермия в передней части головки. Для акросомной реакции большую роль играет быстрое поступление внутрь го­ловки спермия ионов кальция, который запускает синтез циклических нуклеотидов и повышает активность АТФазы. Это приводит к увеличе­нию внутриклеточного рН и включению акросомной реакции.

Из ферментов акросомы наибольшее значение имеют гиалуропидаза и трипсиноподобный фермент акрозин.Они воздействуют на лучистый ве­нец и разрыхляют его: расщепляют связи между клетками, в результате чего последние диссоциируют, создавая возможность проникновения спер-миев к блестящей зоне. Важную |«>.н. играет также денудация яйцеклетки и яйцеводах — частичное или даже полное освобождение яйцеклетки от кле-iок лучистого венца. При полной денудации епермии сразу взаимодейству­ют с блестящей зоной.

Блестящая зона является более существенным барьером на пути спер­матозоидов. Вначале спермин связываются со специфическими рецепторами на блестящей зоне. Наиболее известным рецепторным белком для спермато­зоидов является гликопротеид ZP3(аббревиатура от zona pellucida — блес­тящая зона, оболочка). Дополнительнм рецептором является ZP2.Прикреп­ление сперматозоидов к блестящей оболочке является видоспецифическим. После прикрепления к блестящей оболочке спермия ферменты, связанные с внутренней акросомной мембраной, растворяют тот небольшой участок зоны, к которому прикрепился спермий. Активные движения хвостика по­зволяют сперматозоиду мигрировать через блестящую оболочку за 5-10 мин. Касание одного из сперматозоидов оолеммы яйцеклетки приводит к образованию на поверхности воспринимающего бугорка.Оолемма содер­жит систему рецепторов для взаимодействия с рецепторами спермия. Пос­ле взаимодействия и слияния плазматических мембран спермия и яйцек­летки мембраны спермия включаются в состав ооплазматической мембра­ны, а головка спермия внедряется в ооплазму.

МЕХАНИЗМЫ БЛОКАДЫ ПОЛИСПЕРМИИ.Несмотря на прикреп­ление к яйцеклетке одновременно большого числа спермиев, только один из них вносит в нее свой геном. В случае проникновения ядер нескольких сперматозоидов (полиспермия)формировались бы дополнительные верете­на деления, что привело бы к аномальному расхождению хромосом при дроблении, формированию недиплоидных зигот и прекращению дальней­шего развития зародыша. Для предотвращения полиспермии существует несколько механизмов.

1. Одновременно с началом взаимодействия двух гамет в яйцеклетке происходит кортикальная реакция, запускаемая быстрым повышением в яйцеклетке концентрации ионов кальция. При этом кортикальные грану­лы быстро перемещаются под цитолемму и их содержимое выделяется в перивителлиновое пространствопод блестящую оболочку. В результате из блестящей оболочки формируется твердая оболочка оплодотворения,непре­одолимая для спермиев.

2. Кортикальные гранулы содержат ферменты, в том числе различные гидролазы. Эти ферменты расщепляют рецепторы ZP2 и модифицируют ZP3 блестящей оболочки, которая при этом теряет способность связывать другие спермин. Это препятствует развитию полиспермии. Одновременно содержимое кортикальных гранул блокирует акросомную реакцию в дру­гих спермиях. Все эти опосредованные через блестящую оболочку измене­ния обеспечивают позднюю блокадуполиспермии. 3. Кроме вышеизложенного, кортикальные гранулы изменяют молеку лярную организацию оолеммы, которая приобретает новые свойства, в том числе и отрицательный заряд, отталкивающий отрицательно заряженныг спермин (ранний блок полиспермии).

СИНКАРИОН. Ядра сперматозоида и яйцеклетки (с этого момент;! они называются мужским и женским пронуклеусами) набухают, в них об наруживаются ядрышки (рис. 5.7). Набухание мужского пронуклеуса про

исходит вследствие замены и хроматине протаминов на гис-тоны. Пронуклеусы приближа ются друг к другу, терякл ядерные оболочки и сливают­ся. Процесс слияния пронукле-усов называется синкарионом. При этом их геномы переме­шиваются, и восстанавливает­ся диплоидный набор хромо­сом. В результате образуется новый организм — зигота.

ИЗМЕНЕНИЯ, ПРО­ИСХОДЯЩИЕ В ЯЙЦЕК­ЛЕТКЕ ПОСЛЕ ОПЛО­ДОТВОРЕНИЯ. 1. В первые 10 мин. после оплодотворения в зиготе усиливается углевод­ный обмен, активируется рас­пад гликогена, что свидетель­ствует о потреблении энергии. 2. В большинстве случаев рез­ко повышается потребление кислорода. 3. В первые мину­ты увеличивается содержание нуклеиновых кислот, что яв­ляется признаком усиления диссимиляционных процессов. 4. Резко (в 100 и более раз) возрастает обмен фосфатов, в 10 и более раз — калиевый и кальциевый обмен. 5. Резко возрастает проницаемость мем­браны для фосфатов, изменя­ются ее электрические свой-ства. 6. Повышается активность протеолитических ферментов. 7. Запуска­ется синтез ДНК, и-РНК и белка.

После короткого периода покоя зигота вступает в новый период эмбрио­генеза — дробление.

Искусственная инсеминация. Достижения современной эмбриологии по­зволяют решать целый ряд практических вопросов, связанных с женским и мужским бесплодием, исправления генетических дефектов. Искусственная инсеминация — это введение в половые пути женщины ранее полученной во время эякуляции семенной жидкости мужчины. Для этого эякулят замо­раживается в жидком азоте при температуре -196°С, где может сохраняться в течение длительного времени. В настоящее время искусственная инсеми­нация широко используется при мужском бесплодии (олиго- или азооспер­мия, т.е. существенное снижение количества полноценных активных сперма­тозоидов или их полное отсутствие в эякуляте). В таких случаях женщи­нам, желающим иметь детей, но из-за бесплодия мужа не имеющим таких возможностей, по понятным морально-этическим соображениям искусствен­ным путем вводят в половые пути сперматозоиды мужчин-доноров. В неко­торых странах благодаря технике криоконсервации создаются банки спермы. Экстракорпоральное оплодотворение, или оплодлотворение in vitro, при­меняют: 1. При женском бесплодии, не связанном с нарушением образования ■[ женских гамет (нарушении проходимости маточных труб). 2. После менопау­зы. Применяется тогда, когда в яичнике женщины еще имеются примордиаль-ные фолликулы, но развитие их до уровня зрелых яйцеклеток и оплодотворе­ние последних в естественных условиях невозможно. 3. Может быть исполь­зована имплантация зародыша, полученного из родительских половых кле­ток, в матку приемной матери (так называемое "суррогат-материнство", кото­рое необходимо тогда, когда у "генетической" матери отсутствует или недораз­вита собственная матка при полноценной функции яичников).

Экстракорпоральное оплодотворение включает следующие этапы: 1. Гормональная стимуляция фолликулогенеза. Применяют препараты, представляющие смесь фоллитропина и лютропина. Их введение позволя­ет получить в яичнике большое число синхронно развивающихся зрелых фолликулов. 2. Извлечение из яичника (под контролем ультразвукового исследования) яйцеклеток путем пункции фолликулов. 3. Оплодотворение яйцеклеток специально подготовленными сперматозоидами (размороженны­ми или свежими). Для этого сперматозоиды отделяют от семенной жидко­сти путем центрифугирования, отмывания, а затем вызывают капацита-цию инкубацией в атмосфере углекислого газа. 4. Имплантация зародыша в матку женщины. Для этого зародыш вначале выращивают на питатель­ных средах до стадии 4—8 бластомеров. Для повышения эффективности ме­тода имплантируют не один, а несколько зародышей. При этом эндометрий матки должен быть подготовлен к имплантации. Метод экстракорпорального оплодотворения, очевидно, позволит в даль нейшсм исправлять генные аномалии: в настоящее время на эмбрионах жи вотных разработан метод микроинъекции генов в пронуклеус. После деталь­ной диагностики генных нарушений подбираются аналогичные здоровьк гены, определяющие желательный признак. Так, на мышах проведены опы ты по инъекции в оплодотворенную яйцеклетку гена белка мышц миозина Это проявилось в сильном развитии мышц у потомства.

ДРОБЛЕНИЕ. ЗНАЧЕНИЕ И МЕХАНИЗМЫ. СТРОЕНИЕ МОРУЛЫ И БЛАСТОЦИСТЫ. ИМПЛАНТАЦИЯ

Дробление характеризуется превращением одноклеточной зиготы в мно­гоклеточный зародыш.Это происходит в результате последовательных ми-тотических делений. При- этом из-за отсутствия С,-периода клетки не ус­певают увеличиваться в размерах. Поэтому с каждым делением размеры клеток уменьшаются, что послужило основанием для названия данного пе­риода эмбриогенеза дроблением.Кроме того, общий объем зародыша в ходе дробления не только не увеличивается, а, напротив, уменьшается на 20-40%. Это свидетельствует о том, что в ходе дробления теряются какие-то вещества, и эти потери не компенсируются синтезом новых белков. Об­разующиеся в результате дробления клетки называются бластомерами.

Дробление зависит от количества желтка и может быть полным (го-лобластическое) и неполным (меробластичеекомомерным и неравно-

мерным, синхроннымили асинхронным.У млекч.кпающих, в том числе и у человека, дробление полное(делится весь материал зиготы), неравномер­ное(образуются бластомеры разной величины), асинхронное(бластомеры делятся неодновременно: за стадией двух бластомеров наступает стадия трех бластомеров, так как один из бластомеров вступает в деление позже второго, и т.д.) (рис. 5.8). Асинхронпосп. и неравномерность дробления проявляется не сразу, а начиная со второго деления, первые два бластомеры имеют одинаковые размеры.

В результате дробления образуются бластомеры разной величины крупные темные и мелкие светлые. Светлые бластомеры дробятся быстрее и быстро окружают снаружи темные бластомеры, занимающие внутреннее положение. Светлые бластомеры называются трофобластоми в дальнем! шем явятся источником развития эпителия хориона(см. ниже). Из темных бластомеров (эмбриобласт) образуются тело и провизорные органы заро дыша, за исключением хориона.

Зародыш, состоящий из плотного скопления клеток эмбриобласта и трофобласта, у млекопитающих называется морулой.Она образуется на 3-й сутки эмбриогенеза. Морулу часто отождествляют с бластулой у дру­гих животных. Между клетками морулы устанавливаются тесные межкле­точные щелевые и плотные контакты (компактизация зародыша), чему способствует адгезивный белок увоморулин,встраивающийся в цитолеммы бластомеров. При этом клетки эмбриобласта связываются друг с другом при помощи щелевидных контактов (нексусов), которые обеспечивают ин­формационные взаимодействия, тогда как в трофобдасте обнаруживаются плотные контакты, обеспечивающие его барьерные свойства. Кроме того, вплоть до стадии бластоцисты зародыш окружен блестящей оболочкой. Ее функции до оплодотворения и после него очень важны.

Функции блестящей оболочки. 1.Входя до момента овуляции в состав гемато-овариального барьера,она и в дальнейшем вплоть до своего разру­шения при образовании бластоцисты выполняет барьерные функции.

2. Участвует в оплодотворении, обеспечивает его видоспецифичность, т.к. несет рецепторы к спермиям.

3. Благодаря блестящей оболочке бластомеры дробящегося зародыша располагаются компактно в ограниченном трехмерном пространстве, что играет важную роль для установления межклеточных контактов в моруле. Если удалить в это время блестящую оболочку, то компактизация нару­шается, бластомеры лежат в виде цепочки, что приводит к резкому нару­шению эмбриогенеза.

4. Блестящая оболочка препятствует прилипанию зародыша, клетки которого приобретают в это время выраженную адгезивпость, к слизистой яйцевода.

5. При многоплодной беременности блестящая оболочка препятствует слипанию соседних зародышей и образованию так называемых агрегационных химер.

К 4-м суткам развития клетки трофобласта начинают секретировать жидкость, которая накапливается внутри морулы и приводит к образованию полости, а также смещает эмбриобласт на один из полюсов. Так образуется бластоциста. Она состоит из бластодермы (трофобласт), бластоцеля (полость внутри) и эмбриобласта, или внутренней клеточной массы (рис. 5.8). От бластулы других животных бластоциста отличается тем, что ее клетки не однородны, а уже дифференцированы на трофобласт и эмбриоб­ласт. При образовании бластоцисты блестящая оболочка разрушается и сбра­сывается. Для того, чтобы сформировалась бластоциста, необходимо сочета­ние двух процессов: выработки бластомерами жидкости и создания прочной стенки зародыша. Последнее условие обеспечивается плотными контактами между клетками трофобласта. Его клетки принимают полигональную фор­му, в них соответствующим образом ориентируется цитоскелет и организу­ются цитолеммы.

Дробление у человека происходит в течение первой недели эмбриоге­неза. За это время зародыш попадает в полость тела матки и начинает имплантироваться.

Имплантация — процесс проникновения зародыша в слизистую оболоч­ку стенки матки (эндометрий) и установления тесных связей с ее кровенос­ными сосудами. Состоит из двух фаз: адгезии, или прилипания трофобла­ста к слизистой оболочке матки, и инвазии. Перед имплантацией трофоб­ласт разделяется на два слоя: клеточ­ный трофобласт, или цитотро-фобласт (внутренний листок), и симпластотрофобласт (синонимы: плазмодиотрофобласт, синцити-отрофобласт, синтрофобласт) — наружный листок. Обычно импланта­ция происходит в эндометрий задней стенки матки, причем в том его учас­тке, где залегают достаточно крупные кровеносные сосуды.

Симпластотрофобласт выделяет ферменты, которые лизируют ткани эндометрия. За счет этого происходит инвазия — внедрение зародыша в слизистую оболочку. Трофобласт раз­рушает кровеносные сосуды эндомет­рия, из которых изливается кровь, омывая зародыш. После инвазии края слизистой оболочки над зародышем срастаются (рис. 5.9). Таким образом, у человека имплантация является глу­бокой, интерстициальной, поскольку зародыш глубоко проникает в эндо­метрий, разрушая его сосуды.

Имплантация длится около 40 часов. В ходе имплантации изменяет-ся тип питания зародыша. В течение короткого времени после онлодотвор* ния зародыш использует небольшие запасы питательных веществ, содерж.i шихся в яйцеклетке (аутотрофный тип питания). После расходования m;i териала желточных включений зародыш переходит на гистотрофныйтип питания, используя секрет слизистых клеток эпителия яйцевода, матки. . также маточных желез, и продукты распада тканей в начальные фазы ими лантации. Наконец, после разрушения сосудов эндометрия, устанавливается гемотрофныйтип питания зародыша.