Сперматозоиды: что нужно знать про мужские половые клетки

Мужские половые клетки вырабатываются миллионами — именно в такой большой компании они отправляются на встречу с яйцеклеткой, чтобы в итоге один из них совершил оплодотворение. Зачем нужно такое количество сперматозоидов и как их качество может повлиять на развитие беременности и плода? Об этом и другом расскажем с врачами-андрологами. Теории насчет механизма зарождения жизни на протяжении веков выдвигались самые разные, подчас немыслимые. Постепенно исследователи подобрались очень близко к истине, установив, что женское «яйцо» оплодотворяется «мужским семенем», но только в XVII веке был персонифицирован представитель этого обобщенного «семени» — сперматозоид. Примечательно, что первым заметили их не медики, а нидерландский конструктор микроскопов Антони ван Левенгук (1).

Будучи человеком любознательным, он исследовал при помощи своих микроскопов самые разные формы живой материи: кровь, мясо и т. д. В ходе очередного эксперимента он исследовал сперму и обнаружил маленькие клетки с хвостиками. Он их назвал «семенными зверьками с подвижными хвостиками» (2). Уже позже другие ученые назовут клетки сперматозоидами и докажут их роль в зачатии.

В этой статье расскажем о том, что из себя представляют мужские половые клетки сперматозоиды, сколько они живут в организме мужчины и в матке женщины после полового акта и каким образом участвуют в зарождении новой жизни. 

Что такое сперматозоиды

Название — греческого происхождения: sperma («семя») + zoon («живое существо») + eidos («вид»). Эти половые клетки уникальны тем, что вырабатываются только мужским организмом и выполняют единственную задачу — оплодотворение яйцеклетки. 

Сперматозоид — одноклеточный организм, состоящий из головки, шейки и жгутика (хвоста), за счет которого и передвигается (3). При всей своей значимости, это — самая маленькая клетка организма. 

Внешне сперматозоид напоминает головастика или булавку. Его жгутик — двигающий механизм, а головка — хранилище генетического материала, который передается потомству. Именно в ней находится ядро с ДНК, где закодирована генетическая информация. В шейке скрыт «генератор» энергии, необходимой для движения. Кроме того, на головке сперматозоида есть «шапочка» — акросома. Это пузырек с ферментами, необходимыми для растворения мембраны яйцеклетки. 

Из миллионов сперматозоидов, содержащихся в одной порции эякулята, цели — оплодотворение яйцеклетки, — достигает ее один-единственный. 

Полезная информация про сперматозоиды

Где образуются В семенных канальцах, которые находятся в яичках

Из чего состоят Головка, шейка, хвост (жгутик)

Размеры Общая длина — 50-60 микрометров (мкм). Головка — 5-6 мкм, шейка — 6-7 мкм, хвост — 40-50 мкм

Скорость движения В среднем 3-4 мм/мин. (4)

Сколько времени созревает 64-72 дня

Оптимальное количество на 1 мл эякулята Не менее 20 млн

Важнейшие биологические свойства сперматозоидовПодвижность и способность к оплодотворению

Какие характеристики сперматозоидов важны для зачатия

Для оценки шансов зачатия со стороны мужчины проводится исследование эякулята — спермограмма. Ее можно сделать просто чтобы проверить фертильность, а при бесплодии или планировании искусственной инсеминации такой анализ спермы просто необходим. В рамках исследования оцениваются как общее состояние эякулята (объем, цвет, вязкость, время разжижения, количество лейкоцитов и эритроцитов), так и характеристики непосредственно сперматозоидов. Какие именно, расскажем ниже.

Количество сперматозоидов

Оптимальным считается показатель от 40 до 600 млн. На первый взгляд, это просто колоссальное количество. Но, во-первых, до финиша добираются не все. Часть из них вытекает из влагалища вместе с жидкой частью спермы, многие гибнут в кислотной среде влагалища, а прошедшие большую часть пути погибают при продвижении к маточным трубам (5). 

Добираются до финиша несколько тысяч сперматозоидов, чтобы общими усилиями растворить оболочку яйцеклетки и дать возможность одному из них оплодотворить ее.

Плотность сперматозоидов 

Это тоже количество сперматозоидов, но в пересчете на 1 мл эякулята. В норме их должно быть не менее 15 млн. И хоть верхняя граница не нормируется, считается, что плотность сперматозоидов выше 120 млн/мл снижает их оплодотворяющую способность.

Качество (морфология)

Здоровые сперматозоиды имеют нормальное строение и способность к оплодотворению. Морфология определяется соотношением нормальных и патологически измененных сперматозоидов. При строгой оценке спермограммы по Крюгеру, для оплодотворения необходимо от 4% морфологически нормальных сперматозоидов. Это означает, что 4 из 100 сперматозоидов должны иметь идеальный вид (6). А именно: 

• головка должна быть овальной, гладкой, длиной 3,7-4,7 мкм, шириной 2,5-3,2 мкм; 

• акросома (мембранный пузырек в верхней части головки) — четко обозначенная;

• шейка — тонкая, совпадающая с центральной осью головки; 

• диаметр основной, не закручивающейся, части жгутика — около 45 мкм (примерно в 10 раз длиннее головки). 

Подвижность и активность сперматозоидов 

Это оценка способности сперматозоидов к передвижению. По этому критерию они делятся на 4 группы: 

A — активно-подвижные с прямолинейным движением (в норме должно быть не менее 32%), 

B — малоподвижные с прямолинейным движением (10-20%), 

C — малоподвижные с колебательным или вращательным движением (10-20%),

D — неподвижные (10-20%). 

Общая подвижность сперматозоидов — от 40%.

Жизнеспособность 

Оценивается целостность мембранной клетки сперматозоидов. В норме живых сперматозоидов должно быть больше, чем мертвых. 

Склеивание сперматозоидов

Мужские половые клетки могут слипаться между собой, что мешает им двигаться. В норме такого вообще не должно быть, и наличие склеивания говорит о нарушениях иммунной системы. 

За какое время сперматозоиды обновляются в организме мужчины

Зрелые сперматозоиды во время эякуляции покидают организм мужчины. Чтобы они снова созрели и переместились в половые пути, потребуется в среднем 72 суток. Это не значит, что в это время сперматозоидов в организме мужчины не будет совсем. Они есть, но очень много незрелых, неспособных оплодотворить яйцеклетку. То есть при очень частых половых актах вероятность зачатия снижается. 

Вообще, созревание сперматозоидов — процесс, который начинается у подростков в 10-14 лет и продолжается всю жизнь мужчины. Каждую секунду образуется до 1500 новых половых клеток, но прежде чем стать полноценным сперматозоидом, каждая из них должна пройти четыре фазы, которые длятся в общей сложности около 72 суток:

размножение, 

рост, 

созревание, 

формирование. 

В процессе незрелые половые клетки под воздействием гормона тестостерона делятся, проходят промежуточные стадии развития (сперматогонии, затем сперматиды), и только на заключительном этапе приобретают вид полноценных сперматозоидов с головкой и хвостом. Еще несколько дней они дозревают, подпитываясь веществами из семенной жидкости, чтобы обрести подвижность. 

Сколько дней живут сперматозоиды после полового акта

В мужском организме живые сперматозоиды могут находиться около пяти недель, в женском их жизнь намного короче, а на воздухе она обрывается еще быстрее. Впрочем, все зависит от среды, в которую они попали. 

На воздухе

При ярком свете сперматозоиды гибнут в течение 15-20 минут. При комнатной температуре, если на них не попадает прямой солнечный свет, они могут прожить 3-4 часа. Подвижность и способность к оплодотворению у сперматозоидов сохраняется при температуре от 0 до 40 градусов. 

Во влагалище женщины

Кислотная среда губительна для них, поэтому пройти этот участок пути сперматозоиды должны как можно скорее. Во влагалище подвижность мужских половых клеток сохраняется в среднем один-два часа. 

В шейке матки 

Здесь их ждет испытание в виде густой шеечной слизи, которая отбраковывает дефектные сперматозоиды, что снижает градус конкуренции за право оплодотворить яйцеклетку. Зато в шейке матки для сперматозоидов более благоприятный уровень pH, чем во влагалище, поэтому их подвижность сохраняется до двух суток. 

В матке женщины

Еще более благоприятной оказывается для сперматозоидов щелочная среда матки, где их подвижность увеличивается. В ожидании овуляции яйцеклетки они могут прожить в полости матки 3-5 дней и даже неделю. Правда, их способность к оплодотворению снижается пропорционально времени ожидания (5).

На половом члене

Сперматозоиды, оставшиеся после эякуляции на половом члене, сохраняют свою жизнеспособность около часа.

В презервативе

Здесь они могут прожить не более 30-40 минут. А если презерватив обработан специальной смазкой, то она погубит сперматозоиды практически сразу. 

Как происходит оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом

Мужская половая клетка — единственная в человеческом организме, которая умеет самостоятельно перемещаться. Но движется сперматозоид в одном направлении и к одной цели — к маточной трубе, где должно произойти оплодотворение. Для этого сперматозоидам надо пройти непростой путь длиной 20-25 см по женской половой системе. 

Продвигаются они в составе спермы — вязкой жидкости, в которой помимо самих половых клеток содержится множество химических элементов, обеспечивающих им питательную и защитную среду во время движения, особенно через недружелюбную для сперматозоидов кислую среду влагалища. На этом участке пути значительная часть мужских половых клеток гибнет, а оставшиеся несколько миллионов продвигаются к шейке матки. Здесь их ждет новое испытание — шеечная слизь, отсеивается еще часть сперматозоидов. Выжившие оказываются в щелочной среде полости матки, где они подвергнутся процессу капацитации: в эти несколько часов с поверхности мужских половых клеток убираются блокаторы акросомной реакции — той самой, что необходима для разрушения оболочки яйцеклетки при соприкосновении с ней. Сперматозоиды обретают живость, энергичность — и готовы к оплодотворению.

Встреча с яйцеклеткой происходит в фаллопиевых трубах, куда уже хорошо подготовленные сперматозоиды направляются из полости матки. Но иногда ожидание яйцеклетки может занять от нескольких часов до нескольких дней. Сперматозоиды, как правило, сохраняют активность в фаллопиевых трубах до 48 часов, после чего погибают. Самые стойкие способны продержаться до 5 дней. 

Появление яйцеклетки означает, что сперматозоидам предстоит взять еще один барьер. Генетическая информация, необходимая для зарождения новой жизни, хранится в ее ядре, а оно вместе с цитоплазмой окружено несколькими оболочками. С помощью ферментов сперматозоиды разрушают поверхность яйцеклетки, но внутрь проникает только один из них, который и совершит оплодотворение.  

Приняв мужскую клетку, яйцеклетка превращается в зиготу (оплодотворенное яйцо) и включает защитную реакцию — ее внешняя оболочка становится неуязвимой для других сперматозоидов. Если же по каким-то причинам защита не сработает, и внутрь попадет больше одного сперматозоида, зигота становится нежизнеспособной.

После того, как ядра мужской и женской клеток, а также заложенная в них генетическая информация объединились, клетки внутри зиготы начинают делиться, затем из них постепенно формируется эмбрион, который на 5-6-е сутки покидает оболочку и имплантируется в стенку матки, где и начинает расти (7).

Дефекты сперматозоидов

Мужские половые клетки должны быть в безупречной форме, чтобы добраться до цели. Из-за дефектов строения они не могут двигаться с нужной скоростью в заданном направлении, а если это им и удастся, то им сложно будет справиться с оболочкой яйцеклетки. И это не единственный возможный дефект сперматозоидов. Отклонения бывают и на уровне ДНК, что может стать одним из препятствий к зачатию. 

Иногда дефекты строения сперматозоидов сочетаются с поломками на генетическом уровне, что даже при успешном оплодотворении может привести к выкидышам, замершей беременности, дефектам развития плода. 

Расскажем, какие еще проблемы встречаются.

Дефекты головки сперматозоида

Булавовидная головка (Pin head) — это уменьшение ее размеров, при котором количество генетического материала минимально либо вообще отсутствует. Отдельно рассматривается такой дефект как маленькая головка (Small head), которая может сочетаться с такой редкой, генетически обусловленной патологией как глобозооспермия — отсутствие акросомы.  

У сперматозоида с синдромом макроцефалии головка увеличена, кроме того он имеет множественные хвосты и измененную акросому. В таких сперматозоидах часто бывают хромосомные аномалии (8).

Другие дефекты головки: конусовидная, грушевидная, аморфная или удлиненная. А также встречается ситуация, когда головки у мужских половых клеток отсутствуют (обезглавленные сперматозоиды).

Дефекты шейки сперматозоида

Избыток цитоплазмы в шейке сперматозоида; 

утолщение средней части; 

искривленная форма.

Дефекты хвоста (жгутика) сперматозоида

Синдром неподвижных жгутиков; 

множественные хвосты; 

скрученный или укороченный хвост.

Что такое фрагментация ДНК сперматозоидов и как она влияет на зачатие

Фрагментация ДНК — это по сути нарушение ее целостности. Молекула, хранящая генетический код, состоит из двух переплетенных нитей, закрученных по спирали. В одной из них или сразу в двух могут появиться разрывы, вследствие которых и образуются фрагменты, что приводит к сбоям в передаче генетического материала. Сперматозоиды с разрывами ДНК способны на оплодотворение, но это может повлиять в дальнейшем на течение беременности (выкидыш, неразвивающаяся беременность) и на плод. 

Нарушение целостности ДНК может быть связано с:

плотностью упаковки хроматина (комплекс нуклеиновых кислот с белками, защищающий ДНК сперматозоидов от повреждений во время их движения) (9),

дефицитом протамина — это основной белок в ядрах сперматозоидов. 

У бесплодных мужчин более 30% сперматозоидов с нарушением целостности ДНК, у здоровых фертильных — меньше 15% (10).

Спермограмма не показывает фрагментацию ДНК, для ее выявления нужно сдать специальный анализ. Он помогает найти причины нарушения фертильности мужчин, на основании чего врач назначит лечение. Если консервативная терапия не помогает, назначается ЭКО, при котором отбираются клетки с цельными ДНК.